2019人教版必修第二册第八章第5节实验：验证机械能守恒定律提升练习（word版含答案）
文档属性
| 名称 | 2019人教版必修第二册第八章第5节实验：验证机械能守恒定律提升练习（word版含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-01-21 04:44:56 | ||
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文档简介
2019人教版必修第二册 第八章 第5节 实验：验证机械能守恒定律 提升练习
一、单选题
1．采用落体法“验证机械能守恒定律”的实验中，下列步骤不必要的是
A．用天平称出重锤的质量
B．把电磁打点计时器固定到铁架台上，并与交流电源连接起来
C．把纸带固定到重锤上，穿过打点计时器的限位孔，并把重锤提升到一定的高度
D．接通电源，释放纸带
2．图示为某同学做验证机械能守恒定律实验的装置。实验结果显示，重锤重力势能的减少量总略大于动能的增加量，其主要原因是( )
A．重锤的密度过大
B．电源的电压不稳定
C．没有采用多次实验取平均值
D．存在空气阻力和纸带与限位孔之间的摩擦阻力
3．在“验证机械能守恒定律”的实验中,供选择的重物有以下四个，应选择( )
A．质量为100g的钩码 B．质量为10g的砝码
C．质量为200g的木球 D．质量为10g的塑料球
二、实验题
4．某实验小组设计了如图所示的实验装置验证机械能守恒定律，其主要步骤如下：
（1）物块P、Q用跨过光滑定滑轮的轻绳相连，P底端固定了一竖直宽度为d的轻质遮光条。托住P，使系统处于静止状态（如图所示），用刻度尺测出遮光条所在位置A与固定在铁架台上的光电门B之间的高度h。
（2）现将物块P从图示位置由静止释放，记下遮光条通过光电门的时间为t，则遮光条通过光电门时的速度大小v=___________。
（3）已知当地的重力加速度为g，为了验证机械能守恒定律，还需测量的物理量是_________（用相应的文字及字母表示）。
（4）利用上述测量的实验数据，验证机械能守恒定律的表达式是_________。
（5）改变高度h，重复实验，描绘出v2-h图象，该图象的斜率为k。在实验误差允许范围内，若k=_________，则验证了机械能守恒定律。
5．某同学用如图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验。
(1)现有实验器材：带铁夹的铁架台、电火花打点计时器、纸带、重锤、天平、交流电源，为完成此实验，以上仪器中不需要使用的有_______，除了现有的器材，还需要的器材是________；
(2)下列选项中，是实验所需的物理量且需通过计算得到的是_______；
A． 重锤下落的加速度
B． 重锤下落的高度
C． 重锤底部距水平地面的高度
D． 重锤下落到某位置的瞬时速度
(3)已知打点计时器所用交流电源的频率为50Hz，当地的重力加速度g=9. 8m/s2.如图乙所示纸带上O点是打点计时器打下的第一个点，A、B、C、D是连续打出的四个点（O和A之间还有一些点），打点计时器打下点C时重锤的速度为，则___________；重锤由O点运动到C点的过程中下落的距离为h，则gh=___________。（计算结果均保留三位有效数字）
(4)若实验结果出现重力势能的减少量总小于动能的增加量，造成这种现象的可能原因是___________。
A． 选用的重锤密度过大
B． 交流电源的频率小于50Hz
C． 交流电源的电压偏高
D． 空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力
6．如图甲所示，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可验证机械能守恒定律。
（1）已准备的器材有打点计时器（带导线）、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需的器材是__________。
A．直流电源、天平及砝码 B．直流电源、刻度尺
C．交流电源、天平及砝码 D．交流电源、刻度尺
（2）实验中需要测量重物由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度和下落高度，某同学对实验得到的纸带设计了以下四种测量方案，这些方案中合理的是__________。
A．用刻度尺测出重物下落的高度，由打点间隔数算出下落时间，通过计算出瞬时速度
B．用刻度尺测出重物下落的高度，并通过计算出瞬时速度
C．根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度，并通过计算得出高度
D．用刻度尺测出重物下落的高度，根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度
（3）安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出一条符合要求的纸带，如图乙所示。图乙中点为打点起始点，且速度为零。选取纸带上打出的连续点、、、…、作为计数点，测出其中、、点距起始点的距离分别为、、。已知重物质量为，重力加速度为，打点计时器打点周期为。为了验证此实验过程中机械能是否守恒，需要计算出从打下点到打下点的过程中，重物重力势能的减少量__________，动能的增加量__________（用题中所给字母表示）。
（4）实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，关于这个误差下列说法正确的是__________。
A．该误差属于偶然误差
B．该误差属于系统误差
C．可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差
D．可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差
（5）某同学在实验中发现重物增加的动能略小于重物减少的重力势能，于是深入研究阻力对本实验的影响。他测出各计数点到起始点的距离并计算出各计数点的速度，用实验测得的数据绘制出图线，如图丙所示。图线是一条直线，此直线斜率的物理含义是____________________。已知当地的重力加速度，由图线求得重物下落时受到阻力与重物所受重力的百分比为__________（结果保留2位有效数字）。
7．在利用如图甲所示的实验装置“研究自由下物体的机械能”的实验中，得到一条点迹清晰的纸带如图乙所示，把第一个点记作O另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点。已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度大小为g，测得所用的重物的质量为m，A、B、C、D各点到O点的距离分别为s1、s2、s3、s4。根据以上数据，可知当打点计时器打点C时，重物动能的表达式为__________；若以重物的运动起点所在的水平面为零势能面，当打点C时重物的重力势能的表达式为__________。（均用题中给出的物理量符号表示）
8．在“验证机械能守恒定律”的实验中，将夹有纸带的重锤由静止释放，所打纸带如图所示．并以起点为计数点 O，后隔一段距离，取连续点为计数点 A、B、C、D、E、F，已知重锤质量为 0.40kg，打点计时器所用电源的频率为 50Hz，（取重力加速度 g=9.8m/s2，计算结果保留三位有效数字）．
(1)如图，在释放纸带前的瞬间，重锤和手的位置合理的是_____（填“甲”、“乙”、“丙” 或“丁”）；
(2)D 点的读数为（_____）cm，打点计时器打 E 点时，重锤下落的速度 vE 为（_____）m/s;
(3)对应于从 O 点到 E 点，重锤重力势能的减少量为_____J. 由于阻力的影响，重锤增加的动能ΔEK 与减少的重力势能ΔEP 的大小关系为ΔEK _______ΔEP（选填“大于”、“小于”或“等于”）．
9．某小组设计了图（a）所示的装置验证机械能守恒定律（已知重力加速度为g）。
(1)所用传感器的名称是______；
(2)以下实验步骤中不必要的是______（填字母标号）
A．将小车从轨道上某处释放，测出经过两个传感器的速度v1和v2（轨道摩擦可忽略）
B．在轨道上安装两个传感器，测出它们的高度差h
C．连接DIS实验线路
D．测出小车的总质量m
(3)多次改变两个传感器的距离，测得h及对应的v1和v2，取，并作出△v2－h图象，如图（b）所示。实验中每次释放小车的位置______（选填“必须”或“不必”）相同；该图线的斜率k=______。
10．用DIS研究机械能守恒定律的实验装置如图a，图b是某同学某次的实验数据，实验中系统默认D、C、B、A各点高度分别为0、0.050、0.100、0.150，整个下摆过程中，摆锤的重力势能转化为动能。
（1）图b表中D、C、B三点速度由________传感器和计算机系统测得的，一般情况下以________为零势能面。
（2）在实验中，下列做法中正确的是（______）
次数 D C B A
高度h/m 0 0.050 0.100 0.150
速度v/m/s 1.533 1.189 0.695 0
势能 0 0.0039 0.0078 0.0118
动能 0.0094 0.0057 0.0019 0
机械能E/J 0.0094 0.0096 0.0097 0.0118
A．摆锤稳放器在每次释放后都要调整高度
B．光电门传感器始终放在最低点
C．每次实验要使用测平器使光电门传感器的红外发射孔对应于所要求高度的水平线
D．摆锤在摆动时不一定要通过光电孔
（3）从分析图b表中实验数据B到C到D，机械能逐渐减小，其原因是______________
（4）表中A点的机械能数据明显偏小，其原因是摆锤释放器释放点_______A点（选填“高于”、“低于”）。
11．某实验小组利用电磁打点计时器和如图的其他器材开展多项实验探究，选择了一条符合实验要求的纸带，数据如图（已知相邻计数点的时间为T），回答下列问题：
(1)按装置安装器材，然后先给计时器通电后释放重物，释放重锤时应使重锤_______________计时器（填“靠近”或“远离”）。
(2)若是探究重力做功和物体动能的变化的关系。需求出重锤运动到各计数点的瞬时速度，试写出在E点时重锤运动的瞬时速度vE=__________________（用题中和图中所示字母表示）。
(3)若是测量重力加速度g。为减少实验的偶然误差，采用逐差法处理数据，则加速度大小可以表示为g=_______________（用题中和图中所示字母表示）。
(4)为了验证重锤下落过程机械能是否守恒，则重锤的质量是否有必要测量__________（填“是”或“否”）
(5)在研究重锤在AE运动过程中机械能是否守恒时，结果发现重锤增加的动能总是小于减小的重力势能，造成实验误差的主要原因是__________________（只写一条即可）。
12．将力传感器连接到计算机上，不仅可以比较精确地测量力的大小，还能得到力随时间变化的关系图象。甲图中，某同学利用力的传感器测量小滑块在光滑半球形容器内的运动时对容器的压力来验证小滑块的机械能守恒，实验步骤如下：
①如图甲所示，将压力传感器M固定在小滑块的底部；
②让小滑块静止在光滑半圆形容器的最低点，从计算机中得到小滑块对容器的压力随时间变化的关系图象如图乙所示；
③让小滑块沿固定的光滑半球形容器内壁在竖直平面的之间往复运动，、与竖直方向之间的夹角相等且都为θ（θ<5°）从计算机中得到小滑块对容器的压力随时间变化的关系图象如图丙所示。
请回答以下问题：
（1）小滑块的重量F0为____________N。
（2）为了验证小滑块在最高点A和最低点处的机械能是否相等，则____________。
A．一定得测出小滑块的质量m
B．一定得测出OA与竖直方向的夹角θ
C．一定得知道当地重力加速度g的大小
D．只要知道图乙中的压力F0和图丙中的最小压力F1、最大压力F2的大小
（3）若已经用实验测得了第（2）小问中所需测量的物理量，用R表示半圆形容器的半径，则小滑块从A
点到最低点的过程中重力势能减小______________（用题中所给物理量的符号来表示），动能增加
______________（用题中所给物理量的符号来表示），由测量的数据得到小滑块的机械能__________（填“是”或“不”）守恒的。
13．在“验证机械能守恒定律”的实验中，选出一条纸带如图所示．其中O点为起始点，A、B、C为从合适位置开始选取的三个点，打点计时器通一50 Hz的交流电，用最小刻度为mm的刻度尺，测得OA＝11．13 cm，OB＝17．69 cm，OC＝25．9 cm．记录的这三个数据中不符合有效数字要求的应写成________ cm．在记数点A和B之间、B和C之间还各有一个点未画出．重锤的质量是0．5 kg．根据以上数据，打B点时，重锤的重力势能比开始减少了________J，这时它的动能是________J．（g＝9．8 m/s2，结果取三位有效数字）故得出实验结论为：______________________________．
14．某同学利用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。细绳跨过固定的轻质滑轮，两端分别挂质量为m1=0.25kg、m2=0.15kg的物块1和物块2。用手托住物块1，让细绳伸直，系统保持静止后释放物块1，测得物块2经过光电门的挡光时间为t。以物块1和物块2组成的系统为研究对象，计算并比较物块2从静止至通过光电门的过程中，系统重力势能的减少量 与动能的增加量 ，就可以验证物块1和物块2组成的系统的机械能是否守恒，取重力加速度大小g=9.8m/s2。
（1）用20分度的游标卡尺测得物块2的厚度如图乙所示，则厚度d=____________mm。
（2）某次实验时测得释放前物块2与光电门的距离h=0.80m，物块2通过光电门的时间t=3.70ms，则物块2通过光电门时的速度大小v=___________m/s；从释放物块1到物块2通过光电门的过程中，系统动能的增加量 为___________J重力势能的减少量为___________J。（结果均保留三位有效数字）
（3）经过上述操作与计算，该同学得到的实验结论为___________。
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案
1．A
【解析】
【详解】
因为我们是比较mgh、mv2的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平称重物和夹子的质量，故A不必要，电磁计时器要使用低压交流电， 纸带固定到重锤上，把重锤提升到一定的高度，让其做自由落体，在操作中，我们要先接通电源，后放开纸带，故选A。
2．D
【详解】
AD．重锤下落过程中，重锤的重力势能减小，一部分转化为重锤的动能，一部分克服阻力做功，所以重锤重力势能的减少量总略大于动能的增加量，而增大重锤密度，可以减小阻力带来的误差，A错误，D正确；
B．电源电压不稳定与该误差无关，B错误；
C．该误差为系统误差，多次求平均值无法减小系统误差，D错误。
故选D。
3．A
【详解】
由于实验中受到空气阻力和纸带的摩擦阻力，所以我们应找体积较小，质量较大的物体作为研究对象，故A正确，BCD错误。
故选A。
4． P的质量M，Q的质量m （M-m）gh=
【详解】
（1）[1]光电门的遮光条挡住光的时间极短，则平均速度可作为瞬时速度，有：
；
（2）[2]两物块和轻绳构成的系统，只有重力做功，机械能守恒：
故要验证机械能守恒还需要测量P的质量M、Q的质量m；
（3）[3]将光电门所测速度带入表达式：
则验证机械能守恒的表达式为：
；
（4）[4]将验证表达式变形为：
若在误差允许的范围内，系统满足机械能守恒定律，图像将是一条过原点的倾斜直线，其斜率为：
。
5．天平 刻度尺 D 7. 61 7. 62 B
【详解】
(1)[1][2]实验时不需要称出重锤的质量，因此不需要的仪器为天平；纸带上各点间距离需要用刻度尺测量，所以还需要的器材是刻度尺。
(2)[3]根据
得
可见h可以通过刻度尺测量，重锤下落到某位置的瞬时速度需要通过计算得到，故选项D正确。
(3) [4]打下计数点 C的速度
则
[5]从打下计数点O到打下计数点C的过程中
(4)[6]A．阻力的影响是使得重力势能减小量大于动能增量，而重锤密度越大，空气阻力和限位孔对纸带的阻力影响越小，选项A错误；
B．根据匀变速直线运动瞬时速度规律，有
可知，若实际交流电源的频率小于50Hz，而将f=50Hz代入上式求出的速度要大于实际速度，从而导致，选项B正确；
C．测量结果与电压U无关，选项C错误；
D．根据能量守恒定律可知，若重锤下落时受到的阻力过大，则重锤动能的增加量应小于重力势能的减少量，选项D错误。
故选B。
6．D D BD 重物下落时加速度的2倍 1.5（1.0~3.0）
【详解】
（1）[1]打点计时器的工作电源是交流电源，在实验中需用刻度尺测量纸带上点与点间的距离，从而可知道重物下降的距离，通过纸带上两点的距离可求出平均速度，从而可知瞬时速度。重物的质量可以不测，故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。
（2）[2]ABC．不能用或来求速度，不能用求高度，否则默认了机械能守恒，失去验证的意义，故ABC不合理；
D．实验中应该用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，故D合理。
故选D。
（3）[3]从打下点到打下点的过程中重物重力势能的减少量
[4]根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，则点的瞬时速度
则动能的增加量为
（4）[5]实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，这个误差是系统误差，无法避免，可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差，故BD正确，AC错误。
故选BD。
（5）[6]根据
得
可知图线的斜率等于，即重物下落加速度的2倍；
[7]重物下落受阻力时，根据牛顿第二定律有
得
由题图像可知斜率，得
7． -mgs3
【详解】
[1]C点的瞬时速度等于BD段的平均速度，则可知
则C点的动能为
[2]此时重物下落的高度为，故重力势能减小了，以起点为零势能面，则C点的重力势能为。
8．丙 4.88 1.14 0.275 小于
【详解】
（1）为了减小实验误差,释放前必须保持提起的纸带处于竖直位置,并且使重物靠近打点计时器.故合理的位置因为丙图.
（2）根据刻度尺的读数可知图中D点的读数为4.88（4.87-4.89都对）利用中点时刻的速度等于平均速度可知 （1.14--1.16之间都对）
（3）从 O 点到 E 点，重锤重力势能的减少量为：
（0.275J—0.277J都对）
由于存在阻力，根据能量转化可知减少的重力势能转化为重锤的动能和系统的内能，所以重锤增加的动能ΔEK 与减少的重力势能ΔEP 的大小关系为ΔEK<ΔEP
9．光电门传感器 D 不必 2g
【详解】
(1)[1]根据图象可知所用传感器的名称是光电门传感器；
(2)[2]根据机械能守恒定律可知：
mgh=
所以需要连接DIS实验线路测出小车经过两个传感器的时间，进一步求出速度v1和v2，另外还需要测量两个传感器的高度差h；小车的总质量m可以约去，不需要测量，故不需要测量的是D。
故选D。
(3)[3][4]多次改变两个传感器的距离，实验中每次释放小车的位置不必相同；根据
可得△v2=2gh，作出△v2－h图象，该图线的斜率
k=2g。
10．光电门 D点所在高度的平面 C 克服空气阻力做功，机械能减小 高于
【详解】
（1）[1][2]图b表中D、C、B三点速度由光电门传感器和计算机系统测得的，一般情况下以D点所在高度的平面为零势能面。
（2）[3]A．实验中摆锤释放器的位置要固定；故A错误；
BC．要测量不同位置的机械能，则光电门传感器需测量不同高度时小球的速度，每次要用测平器使光电门传感器的红外发射孔对应于所要求高度的水平线.故B错误，C正确.
D．光电门测速度，是通过挡光时间测出的，所以金属圆柱体在摆动时一定要通过光电孔.故D错误。
（3）[4]分析图b表中实验数据B到C到D，机械能逐渐减小，其原因是由于克服空气阻力做功，使得一部分机械能转化为内能，导致机械能减小；
（4）[5]表中A点的机械能数据明显偏小，原因是摆锤释放器释放点高于A点，A点的机械能按照A点的高度计算，导致A点的机械能数据明显偏小。
11．靠近 否 重锤克服阻力做功
【详解】
(1)[1]因为纸带长度有限，为了尽可能多的获得计时点，减小测量时的误差，故使重锤尽量靠近计时器。
(2)[2]在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，故E点的速度为
(3)[3]利用匀变速直线运动的推论，相邻相等时间内的位移差
所以
即
(4)[4]验证机械能是否守恒只需验证
即
可约去，故不需要测量重物的质量。
(5)[5]在研究机械能守恒时，由于重锤要克服阻力做功，故总是使增加的动能小于减小的重力势能。
12．1.00N D 是
【详解】
(1)[1]由于重力加速度未知，则有小铁球静止时，绳子的拉力F0，可知，小球的重力为：
(2)[2]小球在最低点，由牛顿第二定律，则有
小球在最低点的动能为
从A到最低点，物体的重力势能减少量等于重力做的功即
另有对A点受力分析得
从A到最低点的过程中，重力势能减少量等于动能增加量，即为
联立化简得
故选D。
(3)[3]小滑块从A点到最低点的过程中重力势能减小等于重力做功，结合（2）的分析可知，即
[4]增加的动能
[5]重力势能减小
增加的动能
所以机械能守恒。
13．25.90 0.867 0.852 在误差允许范围内机械能守恒
【分析】
用最小刻度为mm的刻度尺测量时，应该估读到mm以下，重力势能减小量△Ep=mghOB，动能的增量EK=mvB2，B点的速度等于AC间的平均速度，注意时间间隔为20.02s．
【详解】
用最小刻度为mm的刻度尺测量时，应该估读到mm以下，以cm为单位，小数点后应保留两位，故应写成OC=25.90cm；重力势能减小量△Ep=mghOB=0.5×9.8×0.1769J=0.867J；匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度，因此有：vB==10-2m/s=1.846m/s，动能的增量EK=mvB2=0.51.8462J=0.852J，在误差允许范围内，可以认为重物下落时的机械能守恒．
故答案为25.90；0.867；0.852；在误差允许范围内，可以认为重物下落时的机械能守恒
14．7.25 1.96 0.768 0.800 在误差允许范围内，该系统机械能守恒
【详解】
（1）[1] 物块的厚度
（2）[2] 物块2通过光电门时的速度大小
[3] 系统动能的增加量
[4] 重力势能的减少量
（3）[5] 在误差允许范围内，系统动能的增加量近似等于重力势能的减少量，该系统机械能守恒
答案第1页，共2页
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一、单选题
1．采用落体法“验证机械能守恒定律”的实验中，下列步骤不必要的是
A．用天平称出重锤的质量
B．把电磁打点计时器固定到铁架台上，并与交流电源连接起来
C．把纸带固定到重锤上，穿过打点计时器的限位孔，并把重锤提升到一定的高度
D．接通电源，释放纸带
2．图示为某同学做验证机械能守恒定律实验的装置。实验结果显示，重锤重力势能的减少量总略大于动能的增加量，其主要原因是( )
A．重锤的密度过大
B．电源的电压不稳定
C．没有采用多次实验取平均值
D．存在空气阻力和纸带与限位孔之间的摩擦阻力
3．在“验证机械能守恒定律”的实验中,供选择的重物有以下四个，应选择( )
A．质量为100g的钩码 B．质量为10g的砝码
C．质量为200g的木球 D．质量为10g的塑料球
二、实验题
4．某实验小组设计了如图所示的实验装置验证机械能守恒定律，其主要步骤如下：
（1）物块P、Q用跨过光滑定滑轮的轻绳相连，P底端固定了一竖直宽度为d的轻质遮光条。托住P，使系统处于静止状态（如图所示），用刻度尺测出遮光条所在位置A与固定在铁架台上的光电门B之间的高度h。
（2）现将物块P从图示位置由静止释放，记下遮光条通过光电门的时间为t，则遮光条通过光电门时的速度大小v=___________。
（3）已知当地的重力加速度为g，为了验证机械能守恒定律，还需测量的物理量是_________（用相应的文字及字母表示）。
（4）利用上述测量的实验数据，验证机械能守恒定律的表达式是_________。
（5）改变高度h，重复实验，描绘出v2-h图象，该图象的斜率为k。在实验误差允许范围内，若k=_________，则验证了机械能守恒定律。
5．某同学用如图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验。
(1)现有实验器材：带铁夹的铁架台、电火花打点计时器、纸带、重锤、天平、交流电源，为完成此实验，以上仪器中不需要使用的有_______，除了现有的器材，还需要的器材是________；
(2)下列选项中，是实验所需的物理量且需通过计算得到的是_______；
A． 重锤下落的加速度
B． 重锤下落的高度
C． 重锤底部距水平地面的高度
D． 重锤下落到某位置的瞬时速度
(3)已知打点计时器所用交流电源的频率为50Hz，当地的重力加速度g=9. 8m/s2.如图乙所示纸带上O点是打点计时器打下的第一个点，A、B、C、D是连续打出的四个点（O和A之间还有一些点），打点计时器打下点C时重锤的速度为，则___________；重锤由O点运动到C点的过程中下落的距离为h，则gh=___________。（计算结果均保留三位有效数字）
(4)若实验结果出现重力势能的减少量总小于动能的增加量，造成这种现象的可能原因是___________。
A． 选用的重锤密度过大
B． 交流电源的频率小于50Hz
C． 交流电源的电压偏高
D． 空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力
6．如图甲所示，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可验证机械能守恒定律。
（1）已准备的器材有打点计时器（带导线）、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需的器材是__________。
A．直流电源、天平及砝码 B．直流电源、刻度尺
C．交流电源、天平及砝码 D．交流电源、刻度尺
（2）实验中需要测量重物由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度和下落高度，某同学对实验得到的纸带设计了以下四种测量方案，这些方案中合理的是__________。
A．用刻度尺测出重物下落的高度，由打点间隔数算出下落时间，通过计算出瞬时速度
B．用刻度尺测出重物下落的高度，并通过计算出瞬时速度
C．根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度，并通过计算得出高度
D．用刻度尺测出重物下落的高度，根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度
（3）安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出一条符合要求的纸带，如图乙所示。图乙中点为打点起始点，且速度为零。选取纸带上打出的连续点、、、…、作为计数点，测出其中、、点距起始点的距离分别为、、。已知重物质量为，重力加速度为，打点计时器打点周期为。为了验证此实验过程中机械能是否守恒，需要计算出从打下点到打下点的过程中，重物重力势能的减少量__________，动能的增加量__________（用题中所给字母表示）。
（4）实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，关于这个误差下列说法正确的是__________。
A．该误差属于偶然误差
B．该误差属于系统误差
C．可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差
D．可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差
（5）某同学在实验中发现重物增加的动能略小于重物减少的重力势能，于是深入研究阻力对本实验的影响。他测出各计数点到起始点的距离并计算出各计数点的速度，用实验测得的数据绘制出图线，如图丙所示。图线是一条直线，此直线斜率的物理含义是____________________。已知当地的重力加速度，由图线求得重物下落时受到阻力与重物所受重力的百分比为__________（结果保留2位有效数字）。
7．在利用如图甲所示的实验装置“研究自由下物体的机械能”的实验中，得到一条点迹清晰的纸带如图乙所示，把第一个点记作O另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点。已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度大小为g，测得所用的重物的质量为m，A、B、C、D各点到O点的距离分别为s1、s2、s3、s4。根据以上数据，可知当打点计时器打点C时，重物动能的表达式为__________；若以重物的运动起点所在的水平面为零势能面，当打点C时重物的重力势能的表达式为__________。（均用题中给出的物理量符号表示）
8．在“验证机械能守恒定律”的实验中，将夹有纸带的重锤由静止释放，所打纸带如图所示．并以起点为计数点 O，后隔一段距离，取连续点为计数点 A、B、C、D、E、F，已知重锤质量为 0.40kg，打点计时器所用电源的频率为 50Hz，（取重力加速度 g=9.8m/s2，计算结果保留三位有效数字）．
(1)如图，在释放纸带前的瞬间，重锤和手的位置合理的是_____（填“甲”、“乙”、“丙” 或“丁”）；
(2)D 点的读数为（_____）cm，打点计时器打 E 点时，重锤下落的速度 vE 为（_____）m/s;
(3)对应于从 O 点到 E 点，重锤重力势能的减少量为_____J. 由于阻力的影响，重锤增加的动能ΔEK 与减少的重力势能ΔEP 的大小关系为ΔEK _______ΔEP（选填“大于”、“小于”或“等于”）．
9．某小组设计了图（a）所示的装置验证机械能守恒定律（已知重力加速度为g）。
(1)所用传感器的名称是______；
(2)以下实验步骤中不必要的是______（填字母标号）
A．将小车从轨道上某处释放，测出经过两个传感器的速度v1和v2（轨道摩擦可忽略）
B．在轨道上安装两个传感器，测出它们的高度差h
C．连接DIS实验线路
D．测出小车的总质量m
(3)多次改变两个传感器的距离，测得h及对应的v1和v2，取，并作出△v2－h图象，如图（b）所示。实验中每次释放小车的位置______（选填“必须”或“不必”）相同；该图线的斜率k=______。
10．用DIS研究机械能守恒定律的实验装置如图a，图b是某同学某次的实验数据，实验中系统默认D、C、B、A各点高度分别为0、0.050、0.100、0.150，整个下摆过程中，摆锤的重力势能转化为动能。
（1）图b表中D、C、B三点速度由________传感器和计算机系统测得的，一般情况下以________为零势能面。
（2）在实验中，下列做法中正确的是（______）
次数 D C B A
高度h/m 0 0.050 0.100 0.150
速度v/m/s 1.533 1.189 0.695 0
势能 0 0.0039 0.0078 0.0118
动能 0.0094 0.0057 0.0019 0
机械能E/J 0.0094 0.0096 0.0097 0.0118
A．摆锤稳放器在每次释放后都要调整高度
B．光电门传感器始终放在最低点
C．每次实验要使用测平器使光电门传感器的红外发射孔对应于所要求高度的水平线
D．摆锤在摆动时不一定要通过光电孔
（3）从分析图b表中实验数据B到C到D，机械能逐渐减小，其原因是______________
（4）表中A点的机械能数据明显偏小，其原因是摆锤释放器释放点_______A点（选填“高于”、“低于”）。
11．某实验小组利用电磁打点计时器和如图的其他器材开展多项实验探究，选择了一条符合实验要求的纸带，数据如图（已知相邻计数点的时间为T），回答下列问题：
(1)按装置安装器材，然后先给计时器通电后释放重物，释放重锤时应使重锤_______________计时器（填“靠近”或“远离”）。
(2)若是探究重力做功和物体动能的变化的关系。需求出重锤运动到各计数点的瞬时速度，试写出在E点时重锤运动的瞬时速度vE=__________________（用题中和图中所示字母表示）。
(3)若是测量重力加速度g。为减少实验的偶然误差，采用逐差法处理数据，则加速度大小可以表示为g=_______________（用题中和图中所示字母表示）。
(4)为了验证重锤下落过程机械能是否守恒，则重锤的质量是否有必要测量__________（填“是”或“否”）
(5)在研究重锤在AE运动过程中机械能是否守恒时，结果发现重锤增加的动能总是小于减小的重力势能，造成实验误差的主要原因是__________________（只写一条即可）。
12．将力传感器连接到计算机上，不仅可以比较精确地测量力的大小，还能得到力随时间变化的关系图象。甲图中，某同学利用力的传感器测量小滑块在光滑半球形容器内的运动时对容器的压力来验证小滑块的机械能守恒，实验步骤如下：
①如图甲所示，将压力传感器M固定在小滑块的底部；
②让小滑块静止在光滑半圆形容器的最低点，从计算机中得到小滑块对容器的压力随时间变化的关系图象如图乙所示；
③让小滑块沿固定的光滑半球形容器内壁在竖直平面的之间往复运动，、与竖直方向之间的夹角相等且都为θ（θ<5°）从计算机中得到小滑块对容器的压力随时间变化的关系图象如图丙所示。
请回答以下问题：
（1）小滑块的重量F0为____________N。
（2）为了验证小滑块在最高点A和最低点处的机械能是否相等，则____________。
A．一定得测出小滑块的质量m
B．一定得测出OA与竖直方向的夹角θ
C．一定得知道当地重力加速度g的大小
D．只要知道图乙中的压力F0和图丙中的最小压力F1、最大压力F2的大小
（3）若已经用实验测得了第（2）小问中所需测量的物理量，用R表示半圆形容器的半径，则小滑块从A
点到最低点的过程中重力势能减小______________（用题中所给物理量的符号来表示），动能增加
______________（用题中所给物理量的符号来表示），由测量的数据得到小滑块的机械能__________（填“是”或“不”）守恒的。
13．在“验证机械能守恒定律”的实验中，选出一条纸带如图所示．其中O点为起始点，A、B、C为从合适位置开始选取的三个点，打点计时器通一50 Hz的交流电，用最小刻度为mm的刻度尺，测得OA＝11．13 cm，OB＝17．69 cm，OC＝25．9 cm．记录的这三个数据中不符合有效数字要求的应写成________ cm．在记数点A和B之间、B和C之间还各有一个点未画出．重锤的质量是0．5 kg．根据以上数据，打B点时，重锤的重力势能比开始减少了________J，这时它的动能是________J．（g＝9．8 m/s2，结果取三位有效数字）故得出实验结论为：______________________________．
14．某同学利用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。细绳跨过固定的轻质滑轮，两端分别挂质量为m1=0.25kg、m2=0.15kg的物块1和物块2。用手托住物块1，让细绳伸直，系统保持静止后释放物块1，测得物块2经过光电门的挡光时间为t。以物块1和物块2组成的系统为研究对象，计算并比较物块2从静止至通过光电门的过程中，系统重力势能的减少量 与动能的增加量 ，就可以验证物块1和物块2组成的系统的机械能是否守恒，取重力加速度大小g=9.8m/s2。
（1）用20分度的游标卡尺测得物块2的厚度如图乙所示，则厚度d=____________mm。
（2）某次实验时测得释放前物块2与光电门的距离h=0.80m，物块2通过光电门的时间t=3.70ms，则物块2通过光电门时的速度大小v=___________m/s；从释放物块1到物块2通过光电门的过程中，系统动能的增加量 为___________J重力势能的减少量为___________J。（结果均保留三位有效数字）
（3）经过上述操作与计算，该同学得到的实验结论为___________。
试卷第1页，共3页
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参考答案
1．A
【解析】
【详解】
因为我们是比较mgh、mv2的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平称重物和夹子的质量，故A不必要，电磁计时器要使用低压交流电， 纸带固定到重锤上，把重锤提升到一定的高度，让其做自由落体，在操作中，我们要先接通电源，后放开纸带，故选A。
2．D
【详解】
AD．重锤下落过程中，重锤的重力势能减小，一部分转化为重锤的动能，一部分克服阻力做功，所以重锤重力势能的减少量总略大于动能的增加量，而增大重锤密度，可以减小阻力带来的误差，A错误，D正确；
B．电源电压不稳定与该误差无关，B错误；
C．该误差为系统误差，多次求平均值无法减小系统误差，D错误。
故选D。
3．A
【详解】
由于实验中受到空气阻力和纸带的摩擦阻力，所以我们应找体积较小，质量较大的物体作为研究对象，故A正确，BCD错误。
故选A。
4． P的质量M，Q的质量m （M-m）gh=
【详解】
（1）[1]光电门的遮光条挡住光的时间极短，则平均速度可作为瞬时速度，有：
；
（2）[2]两物块和轻绳构成的系统，只有重力做功，机械能守恒：
故要验证机械能守恒还需要测量P的质量M、Q的质量m；
（3）[3]将光电门所测速度带入表达式：
则验证机械能守恒的表达式为：
；
（4）[4]将验证表达式变形为：
若在误差允许的范围内，系统满足机械能守恒定律，图像将是一条过原点的倾斜直线，其斜率为：
。
5．天平 刻度尺 D 7. 61 7. 62 B
【详解】
(1)[1][2]实验时不需要称出重锤的质量，因此不需要的仪器为天平；纸带上各点间距离需要用刻度尺测量，所以还需要的器材是刻度尺。
(2)[3]根据
得
可见h可以通过刻度尺测量，重锤下落到某位置的瞬时速度需要通过计算得到，故选项D正确。
(3) [4]打下计数点 C的速度
则
[5]从打下计数点O到打下计数点C的过程中
(4)[6]A．阻力的影响是使得重力势能减小量大于动能增量，而重锤密度越大，空气阻力和限位孔对纸带的阻力影响越小，选项A错误；
B．根据匀变速直线运动瞬时速度规律，有
可知，若实际交流电源的频率小于50Hz，而将f=50Hz代入上式求出的速度要大于实际速度，从而导致，选项B正确；
C．测量结果与电压U无关，选项C错误；
D．根据能量守恒定律可知，若重锤下落时受到的阻力过大，则重锤动能的增加量应小于重力势能的减少量，选项D错误。
故选B。
6．D D BD 重物下落时加速度的2倍 1.5（1.0~3.0）
【详解】
（1）[1]打点计时器的工作电源是交流电源，在实验中需用刻度尺测量纸带上点与点间的距离，从而可知道重物下降的距离，通过纸带上两点的距离可求出平均速度，从而可知瞬时速度。重物的质量可以不测，故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。
（2）[2]ABC．不能用或来求速度，不能用求高度，否则默认了机械能守恒，失去验证的意义，故ABC不合理；
D．实验中应该用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，故D合理。
故选D。
（3）[3]从打下点到打下点的过程中重物重力势能的减少量
[4]根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，则点的瞬时速度
则动能的增加量为
（4）[5]实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，这个误差是系统误差，无法避免，可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差，故BD正确，AC错误。
故选BD。
（5）[6]根据
得
可知图线的斜率等于，即重物下落加速度的2倍；
[7]重物下落受阻力时，根据牛顿第二定律有
得
由题图像可知斜率，得
7． -mgs3
【详解】
[1]C点的瞬时速度等于BD段的平均速度，则可知
则C点的动能为
[2]此时重物下落的高度为，故重力势能减小了，以起点为零势能面，则C点的重力势能为。
8．丙 4.88 1.14 0.275 小于
【详解】
（1）为了减小实验误差,释放前必须保持提起的纸带处于竖直位置,并且使重物靠近打点计时器.故合理的位置因为丙图.
（2）根据刻度尺的读数可知图中D点的读数为4.88（4.87-4.89都对）利用中点时刻的速度等于平均速度可知 （1.14--1.16之间都对）
（3）从 O 点到 E 点，重锤重力势能的减少量为：
（0.275J—0.277J都对）
由于存在阻力，根据能量转化可知减少的重力势能转化为重锤的动能和系统的内能，所以重锤增加的动能ΔEK 与减少的重力势能ΔEP 的大小关系为ΔEK<ΔEP
9．光电门传感器 D 不必 2g
【详解】
(1)[1]根据图象可知所用传感器的名称是光电门传感器；
(2)[2]根据机械能守恒定律可知：
mgh=
所以需要连接DIS实验线路测出小车经过两个传感器的时间，进一步求出速度v1和v2，另外还需要测量两个传感器的高度差h；小车的总质量m可以约去，不需要测量，故不需要测量的是D。
故选D。
(3)[3][4]多次改变两个传感器的距离，实验中每次释放小车的位置不必相同；根据
可得△v2=2gh，作出△v2－h图象，该图线的斜率
k=2g。
10．光电门 D点所在高度的平面 C 克服空气阻力做功，机械能减小 高于
【详解】
（1）[1][2]图b表中D、C、B三点速度由光电门传感器和计算机系统测得的，一般情况下以D点所在高度的平面为零势能面。
（2）[3]A．实验中摆锤释放器的位置要固定；故A错误；
BC．要测量不同位置的机械能，则光电门传感器需测量不同高度时小球的速度，每次要用测平器使光电门传感器的红外发射孔对应于所要求高度的水平线.故B错误，C正确.
D．光电门测速度，是通过挡光时间测出的，所以金属圆柱体在摆动时一定要通过光电孔.故D错误。
（3）[4]分析图b表中实验数据B到C到D，机械能逐渐减小，其原因是由于克服空气阻力做功，使得一部分机械能转化为内能，导致机械能减小；
（4）[5]表中A点的机械能数据明显偏小，原因是摆锤释放器释放点高于A点，A点的机械能按照A点的高度计算，导致A点的机械能数据明显偏小。
11．靠近 否 重锤克服阻力做功
【详解】
(1)[1]因为纸带长度有限，为了尽可能多的获得计时点，减小测量时的误差，故使重锤尽量靠近计时器。
(2)[2]在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，故E点的速度为
(3)[3]利用匀变速直线运动的推论，相邻相等时间内的位移差
所以
即
(4)[4]验证机械能是否守恒只需验证
即
可约去，故不需要测量重物的质量。
(5)[5]在研究机械能守恒时，由于重锤要克服阻力做功，故总是使增加的动能小于减小的重力势能。
12．1.00N D 是
【详解】
(1)[1]由于重力加速度未知，则有小铁球静止时，绳子的拉力F0，可知，小球的重力为：
(2)[2]小球在最低点，由牛顿第二定律，则有
小球在最低点的动能为
从A到最低点，物体的重力势能减少量等于重力做的功即
另有对A点受力分析得
从A到最低点的过程中，重力势能减少量等于动能增加量，即为
联立化简得
故选D。
(3)[3]小滑块从A点到最低点的过程中重力势能减小等于重力做功，结合（2）的分析可知，即
[4]增加的动能
[5]重力势能减小
增加的动能
所以机械能守恒。
13．25.90 0.867 0.852 在误差允许范围内机械能守恒
【分析】
用最小刻度为mm的刻度尺测量时，应该估读到mm以下，重力势能减小量△Ep=mghOB，动能的增量EK=mvB2，B点的速度等于AC间的平均速度，注意时间间隔为20.02s．
【详解】
用最小刻度为mm的刻度尺测量时，应该估读到mm以下，以cm为单位，小数点后应保留两位，故应写成OC=25.90cm；重力势能减小量△Ep=mghOB=0.5×9.8×0.1769J=0.867J；匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度，因此有：vB==10-2m/s=1.846m/s，动能的增量EK=mvB2=0.51.8462J=0.852J，在误差允许范围内，可以认为重物下落时的机械能守恒．
故答案为25.90；0.867；0.852；在误差允许范围内，可以认为重物下落时的机械能守恒
14．7.25 1.96 0.768 0.800 在误差允许范围内，该系统机械能守恒
【详解】
（1）[1] 物块的厚度
（2）[2] 物块2通过光电门时的速度大小
[3] 系统动能的增加量
[4] 重力势能的减少量
（3）[5] 在误差允许范围内，系统动能的增加量近似等于重力势能的减少量，该系统机械能守恒
答案第1页，共2页
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