8.5 实验：验证机械能守恒定律 同步练习题（word版含答案）

8.5 实验：验证机械能守恒定律
一、单选题
1．如图所示为“验证机械能守恒定律”的实验装置，利用该装置进行实验，下列说法正确的是（　　）
A．需要用秒表测出重物下落的时间
B．需要测出重物的质量
C．打点计时器应接直流电源
D．应先接通电源，后释放纸带
2．如图所示是用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置。关于这一实验，下列说法中正确的是（　　）
A．重物减少的重力势能略小于增加的动能 B．重物应选用密度小的物体
C．纸带释放前，应使其竖直 D．应先释放纸带，后接通电源
3．实验“用DIS研究机械能守恒定律”的装置如图所示，标尺盘中A、B、C、D为摆锤的四个位置，各点与最低点D的高度差已由计算机默认。某组同学在实验中，得到的图象如图所示。图象的横轴表示摆锤距D点的高度h，纵轴表示摆锤的重力势能、动能或机械能。下列说法错误的是（　　）
A．光电门传感器要分别放在D、C、B点进行重复操作
B．摆锤每次释放的高度要保持不变，且必须保证让摆锤的直径宽度遮挡红外发射孔
C．图线甲表示摆锤的机械能E
D．图线乙表示摆锤的机械能
4．用图所示装置做“验证机械能守恒定律”实验时，有以下操作，其中不正确的是 （填字母）
A．将打点计时器的两个限位孔调节到同一竖直线上
B．先放手让纸带和重物下落，再接通电源开关
C．使重物靠近打点计时器
D．所选择的纸带最开始两点间的距离应接近2mm
5．用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验时除图中的器材外，以下器材中还必须使用的是（　　）
A．秒表 B．刻度尺 C．长木板 D．直流电源
6．某同学用左图所示的装置来“验证机械能守恒定律”。该装置比右图的装置好些，正确的理由是（　　）
A．减小了空气阻力对实验的影响
B．电火花计时器的工作电压约
C．可以节省纸带，让点迹更为密集
D．保证物体从静止释放，避免因纸带抖动而造成摩擦增大
7．图示为“验证机械能守恒定律”的实验装置关于该实验，下列说法中正确的是　　
A．选择体积大、质量小的重锤
B．可用公式计算重锤的速度
C．接通电源和释放纸带必须同时进行
D．重锤下落的高度可通过纸带上点间的距离来确定
二、多选题
8．在下列实验中，需要用到如图所示器材的实验有（　　）
A．“探究弹簧的弹力与伸长量的关系”
B．“探究加速度与力、质量的关系”
C．“验证机械能守恒定律”
D．“研究平抛运动”
9．如图所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，有关尺寸在图中已注明。我们选中n点来验证机械能守恒定律，下面举出一些计算n点速度的方法，其中正确的是(　　)
A．vn＝gnT B．vn＝g(n－1)T
C． D．
三、实验题
10．在“验证机械能守恒定律”的实验中，有下列器材可供选择：铁架台、打点计时器、重锤、交流电源、天平、秒表、导线、开关，其中不必要的器材是___________；如图是两位同学进行实验操作时释放纸带瞬间的照片，你认为操作正确的是___________。
11．某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置验证系统机械能守恒定律，当地的重力加速度g=9.80m/s2，操作步骤如下：
①用天平测量物块a的质量m1和物块b的质量m2；
②把打点计时器、定滑轮固定在铁架台上，跨过定滑轮的轻质细线连接物块a和物块b；
③把固定在物块a上的纸带穿过打点计时器的限位孔，让物块a靠近打点计时器，先_________，再_________；
④实验过程中打出的一条纸带如图乙所示；
⑤更换物块重复实验。
（1）请把步骤③补充完整；
（2）所用交变电源的频率为50Hz，测得计数点O、A、B、C、D、E、F相邻两点间的距离分别为x1=6.00cm、x2=8.39cm、x3=10.81cm、x4=13.20cm、x5=15.59cm、x6=18.01cm，相邻两个计数点间还有4个点未画出，打下计数点A时物块a和物块b运动的速度大小vA=________m/s，打下计数点E时物块a和物块b运动的速度大小vE=________m/s；（结果均保留三位有效数字）
（3）用天平测出物块a和物块b的质量分别为m1、m2（m112．如图所示，某实验小组在实验室中利用水平气垫导轨和两个光电门计时器A和B验证质量为M的滑块（含遮光条）和质量为m的钩码组成的系统机械能守恒．已知遮光条的宽度为d，先后通过A、B光电门的时间分别为Δt1、Δt2，光电门A、B之间的距离为s.滑块运动通过光电门B时，钩码未落地，（重力加速度为g）
（1）实验中需要用到的器材有________（填选项前的字母）
A．天平　　B．刻度尺　　C．打点计时器　　D．秒表　　E．弹簧测力计
（2）滑块通过A光电门时的瞬时速度的表达式为v1＝________（用题中给定字母表示）
（3）验证本系统机械能守恒的表达式为_______（用已知量和能直接测量的量表示）。
（4）下列情况下可能增大实验误差的是________。
A．气垫导轨未调水平
B．滑块质量M和钩码质量m不满足mC．遮光条宽度较小
D．两光电门间距过小
（5）用上述装置做“探究滑块的加速度与力的关系实验”，若M＝0.4kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是________。
A．m1＝5g　　B．m2＝15g　　C．m3＝40g　　D．m4＝400g
13．如图甲所示是利用自由落体运动进行“验证机械能守恒定律”实验的装置，所用的打点计时器接有频率为50Hz的交流电。
（1）a同学按照正确的实验步骤操作后，选出一条纸带（如图乙所示），其中O点为重物刚要下落时打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，用刻度尺分别测得OA=12.41cm、OB=18.60cm和OC=27.21cm，在计数点A和B、B和C之间还各有一个点已知重物的质量为0.5kg，取。在OB段运动的过程中，重物重力势能的减少量______J，重物动能的增加量______J.（结果均保留三位有效数字）
（2）数据处理的结果比较合理的应当是______（填“大于”“等于”或“小于”），这是因为实验没有考虑各种阻力的影响，属于本实验的______（选填“偶然”或“系统”）误差。
14．某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A点。光电门固定在A的正下方，在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条。将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出，记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小与动能变化大小，就能验证机械能是否守恒。
（1）用计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到_____之间的竖直距离。
A．钢球在A点时的顶端
B．钢球在A点时的球心
C．钢球在A点时的底端
（2）用计算钢球动能变化的大小，用题目所给字母表示钢球的速度v＝______。
（3）下表为该同学的实验结果：
（×10-2J） 4.892 9.786 14.69 19.59 29.38
（×10-2J） 5.04 10.1 15.1 20.0 29.8
他发现表中的与之间存在差异，请说明理由____________。
15．用如图实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。图中给出的是实验中获取的一条纸带，0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。已知m1=50g、m2=150g，则（g取9.8 m/s2，所有结果均保留三位有效数字，打点计时器所用电源频率为50Hz）。
（1）在纸带上打下计数点5时的速度v5=___________m/s；
（2）在打点0～5过程中系统动能的增量ΔEk=___________J，系统势能的减少量ΔEp=___________J。由此得出的结论是___________。
（3）若某同学作出-h图象如图，则当地的实际重力加速度g′=___________m/s2。
16．某同学采用如图所示的装置进行“验证机械能守恒定律”实验
①为完成实验，除了图中的器材之外，还必需的器材是___________
A．秒表B．刻度尺C．天平和砝码D．交流电源
②对于该实验，下列叙述中正确的是___________。
A．重物选用质量和密度较大的重物
B．应将重物从如图所示位置开始释放
C．不需要测量出重物的质量
D．用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物
③某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2﹣h图象，并做如下分析：若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，请你判断该同学的分析是否正确并说明原因。_________
试卷第8页，共8页
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参考答案
1．D
【详解】
A．通过打点计时器计算时间，不需要秒表，故A错误；
B．根据减小的重力势能转化为动能的增加，则有，等式两边的质量可约去，故B错误；
C．打点计时器应接交流电源，故C错误；
D．开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故D正确。
故选D。
2．C
【详解】
A．由于摩擦阻力的原因重物减小的重力势能略大于增加的动能，A错误；
B．为了减小空气阻力带来的误差，应选择体积小密度大的物体，B错误；
C．纸带释放前，应该竖直以便减小纸带与打点计时器之间摩擦，C正确；
D．先打开电源，后释放纸带，D错误；
故选C。
3．D
【详解】
AB．光电门传感器要分别放在D、C、B点进行重复操作，利用光电门来测量各点的瞬时速度，注意摆锤每次释放的高度要保持不变，且必须保证让摆锤的直径宽度遮挡红外发射孔，故AB正确，不符合题意．
CD．小球在静止释放后，重力在做正功，重力势能不断减少，动能不断增加，通过观察图象b特点易知：丙表示重力势能，乙表示动能，甲表示机械能E，故C正确，不符合题意，D错误，符合题意．
故选D．
【点睛】
本题比较新颖，要注意结合实验的原理进行分析，从而找出符合该实验的原理，同时掌握求解瞬时速度的方法，及光电门的工作原理．
4．B
【详解】
A．将打点计时器的两个限位孔调节到同一竖直线上，可以减小纸带运动过程中的摩擦力，故A正确，故A项不合题意；
BC．手提纸带应使重物靠近打点计时器，可以提高纸带使用率，做实验时，应先接通电源，再释放纸带，故B错误，C正确，B项符合题意，C项不合题意；
D．如果为自由落体运动，则有：
知所选择的纸带最开始两点间的距离应接近2mm，故D正确，D项不合题意．
5．B
【详解】
打点计时器可以计时，不需要秒表，需要刻度尺测量长度，不需要长木板，打点计时器需要交流电源，故选B。
6．D
【详解】
A．用左图不能减小空气阻力对实验的影响，选项A错误；
B．电火花计时器的工作电压为220V，选项B错误；
C．点迹过于密集不利于长度的测量，会增大误差，选项C错误；
D．保证物体从静止释放，避免因纸带抖动而造成摩擦增大，选项D正确。
故选D。
7．D
【详解】
试题分析：重力越大，体积越小，受到的空气阻力越小，所以为了减小空气阻力，应选择体积小，质量大的重锤，A错误；因为是根据自由落体运动推导出来的，而自由落体运动满足机械能守恒，即该公式满足机械能守恒，现在需要验证机械能守恒，故不能使用，B错误；在实验时，应先接通电源后释放纸带，C错误；重锤下落的高度可通过纸带上点间的距离来确定，D正确；
考点：“验证机械能守恒定律”的实验
8．BC
【详解】
A．在“探究弹簧的弹力和伸长量的关系”实验中，需要测量弹力F和伸长量，所以需要用到弹簧和钩码，测量长度需要刻度尺，不需要打点计时器，A错误；
B．探究加速度与力、质量的关系，实验中需要测量加速度的大小，需要通过纸带测量加速度，所以需要打点计时器，B正确；
C．验证机械能守恒定律中，实验中需要测量长度，需要通过纸带测量速度，所以需要打点计时器，C正确；
D．实验设计中，只要使用纸带的，必须选用打点计时器，对于平抛运动，不需要使用纸带，可以使用频闪照片研究，D错误。
故选BC。
9．CD
【详解】
AB．直接利用重力加速度g来计算n点速度，相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，AB错误；
CD．匀变速直线运动某段时间内，平均速度等于中间时刻速度，所以n点的速度等于n－1到n＋1两点间的平均速度，CD正确。
故选CD。
10．天平、秒表 B
【详解】
[1]不需要秒表，打点计时器本身可以表示处时间，根据机械能守恒定律
可知质量可以约掉，所以不需要天平测量质量；
[2]就两位同学进行实验操作时释放纸带瞬间的照片，可知A图中的纸带不能充分利用，因此B图正确。
11．接通电源 释放物块a和物块b 0.720 1.68
【详解】
（1）实验过程中应先接通电源，再释放物块a和物块b；
（2）由题可知，每相邻计数点间的时间间隔为
T=0.02s×5=0.1s
打下计数点A时物块a和物块b运动的速度大小
打下计数点E时物块a和物块b运动的速度大小
（3）从打计数点A到E的过程中，物块a和物块b组成的系统减小的重力势能为
增加的动能为
12．AB mgs＝（M＋m） AD D
【详解】
解：（1）AE．对钩码和滑块（含遮光条）组成的系统，有
mgs＝（M＋m）（v22－v12）
需要用天平测量质量M和m，不需要弹簧测力计间接测量质量，A正确，E错误；
B．用刻度尺测量两个光电门之间的距离s，B正确，
CD．由光电门计时器，就不需要打点计时器和秒表，CD错误。
故选AB。
（2）滑块通过A光电门时的瞬时速度的表达式为
（3）由
mgs＝（M＋m）v22－（M＋m）v12
其中
可知验证本系统机械能守恒的表达式为
mgs＝（M＋m）
（4）A．气垫导轨未调水平，滑块M的重力势能会改变，会增大实验误差，A正确；
B．滑块质量M和钩码质量m不满足mC．遮光条宽度较小，经光电门的时间变小，经光电门的平均速度接近瞬时速度，由利于减小实验误差，C错误；
D．两光电门间距过小，在测量两个光电门之间的距离时测量误差会增大，D正确。
故选AD。
（5）用上述装置做“探究滑块的加速度与力的关系实验”时，需要的条件下，才可以将钩码的重力近似看作对滑块的拉力，若M＝0.4kg，则有ABC正确，不符合题意，D错误，符合题意。
故选D。
13．0.911 0.856 小于 系统
【详解】
（1） 在OB段运动的过程中，重物重力势能的减少量
B点的速度
重物动能的增加量
解得
（2） 数据处理的结果比较合理的应当是
由于存在摩擦力且不可避免，所以该误差属于系统误差
14．B 见详解
【详解】
(1)小球不能视为质点，故应计算小球重心下落的高度，钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到钢球在A点时的球心之间的竖直距离，故AC错误，B正确。
故选B；
(2)遮光条的宽度为d，遮光条经过光电门的挡光时间t，则钢球的速度为
(3)由于遮光条在小球的下面，因此遮光条的速度大于小球速度，故测得的速度比小球的实际速度大，所以造成动能增量大于重力势能增量。
15．2.40 0.576 0.588 在误差允许范围内， m1和m2组成系统的机械能守恒 9.70
【详解】
（1）在纸带上打下计数点5时的速度为
（2）在打点0～5过程中系统动能的增量为
系统势能的减少量为
由此得出的结论是在误差允许范围内， m1和m2组成系统的机械能守恒。
（3）对m1和m2组成的系统，根据机械能守恒定律有
整理得
由图可知-h图像的斜率为
解得
16．BD/DB AC/CA 不正确，图线除了应为过原点的直线外，斜率还应近似等于2g
【详解】
①根据实验要求可知，还需要的器材有刻度尺和交流电源。故选BD。
②A．为了尽量减小空气阻力，重物选用质量和密度较大的重物。故A正确；
B．应将重物从靠近打点计时器的位置开始释放。故B错误；
C．根据表达式
可知，质量会抵消掉，则不需要测量出重物的质量。故C正确；
D．用手捏住纸带末端，接通电源后，撒手释放重物。故D错误。
故选AC。
③根据表达式
得
可知该同学分析不正确，图线除了应为过原点的直线外，斜率还应近似等于2g。答案第8页，共1页
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