4.6验证机械能守恒定律 学科素养提升练（Word版含答案）

4.6验证机械能守恒定律 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．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
2．在“探究用电火花打点计时器验证机械能守恒定律”实验中，需要下列器材中的是（　　）
①．天平 ②．纸带 ③．秒表 ④．刻度尺
A．①② B．②③ C．①③ D．②④
3．《验证机械能守恒定律》的实验中，对自由下落的重物，下述选择的条件哪种更为有利？（　　）
A．只要有足够重就可以
B．只要体积足够小就可以
C．既要足够重，又要体积非常小
D．应该密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲
4．如图是“验证机械能守恒定律”的装置，气垫导轨上安装了1、2两个光电门，滑块上固定一竖直遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连，细线与导轨平行。在调整气垫导轨水平时，滑块不挂钩码和细线，接通气源后，给滑块一个初速度，使它从轨道右端向左运动，发现滑块通过光电门1的时间大于通过光电门2的时间。为使气垫导轨水平，可采取的措施是（　　）
A．调节P使轨道左端升高一些
B．调节P使轨道左端降低一些
C．遮光条的宽度应适当大一些
D．滑块的质量增大一些
5．在“验证机械能守恒定律”的实验中，已备有：电火花计时器、纸带、刻度尺、带铁夹的铁架台，还需要的器材是（ ）
A．弹簧秤 B．天平 C．秒表 D．重锤
6．某同学用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律"实验。下列说法正确的是（　　）
A．打点计时器使用的是交流电源
B．完成该实验需要秒表
C．实验时应先释放纸带，再接通电源
D．实验时必需测量物体的质量
7．验证机械能守恒定律，下列操作错误的是（　　）
A．安装打点计时器时将两限位孔调在一条竖直线上
B．释放纸带时手持纸带上端，保持纸带竖直
C．释放纸带时重物远离打点计时器
D．实验时先接通电源，再释放纸带
8．某同学验证机械能守恒定律时，发现重物动能的增加量明显小于重力势能的减少量，造成这一结果的原因可能有（　　）
A．阻力太大
B．重物的质量太大
C．操作或测量不正确
D．机械能守恒定律不成立
9．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列叙述正确的是（ ）
A．安装打点计时器时，两纸带限位孔应在同一竖直线上
B．实验时，在松开纸带让重物下落的同时，应立即接通电源
C．若纸带上开头打出的几点模糊不清，也可设法用后面清晰的点进行验证
D．测量重物下落高度必须从起始点算起
10．我们利用重锤的自由下落来研究机械能守恒，装置如图所示，则以下说法正确的是（　　）
A．保持打点计时器限位孔竖直以减小它和纸带之间的阻力
B．验证机械能守恒时所选纸带都必须从所打第一个点开始计数
C．实验不需要测量物体质量，所以重锤可以用小泡沫球代替
D．利用本实验装置还可以测定当地重力加速度
二、实验题
11．某实验小组利用图示实验装置探究重物下落过程中动能与重力势能转化的关系。
（1）实验操作步骤如下，请将步骤B补充完整：
A．按实验要求安装好实验装置：
B．使重物靠近打点计时器，接着先___________，后___________，打点计时器在纸带上打下一系列的点；
C．多次重复步骤B，得到多条纸带，选取一条符合实验要求的纸带，如下图所示，O点为打点计时器打下的第一个点，分别测出若干连续点A、B、C…与O点之间的距离h1、h2、 h3…
（2）取打下O点时重物的重力势能为零，计算出该重物下落不同高度h时所对应的动能Ek和重力势能Ep，建立直角坐标系，横轴表示h，纵轴表示Ek和Ep，根据得到的实验数据作出图象（如下图）。根据作出的图象，可求得图象中图线Ⅰ斜率的绝对值k1=3.00J/m，图线Ⅱ的斜率k2=___________J/m（保留三位有效数字）。纸带下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值为___________（用k1和k2表示）。
12．兴趣小组的同学利用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。他们将一根粗细忽略不计的轻杆水平固定在铁架台上，用两根轻绳共同将小球吊在轻杆上，两根轻绳分别固定于O1、O2两点，在小球自然悬垂的位置上安装一个光电门（图中没有画出）。实验时，将小球和两轻绳拉至与水平轻杆同一水平面处，使两轻绳刚好拉紧，由静止释放小球，记录小球通过光电门的时间。
(1)本实验需要测量小球的直径，他们用游标卡尺进行了多次测量，其中某次的测量结果如图乙所示，图丙是游标尺上读数关键部分的放大图，则小球的直径为d=_______mm。
(2)下列说法中正确的是（____________）
A．固定小球的两根轻绳一定要互相垂直
B．若两根轻绳不等长，则小球的摆动就不在竖直平面内
C．应选用密度较大的小球做实验
D．必须用天平测出小球的质量
(3)如果测得小球自然下垂时球的上沿到轻杆下沿的垂直距离为L，小球通过光电门的时间为t，当地重力加速度为g，当实验所得数据满足关系式________时，可以验证机械能是守恒的；如果实验测得小球在最低点的动能总是大于小球减少的重力势能，则可能的原因是______。（写出一条合理的即可）
13．采用重物自由下落“验证机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示，已知打点计时器所用电源的频率为，已知重物质量为100g，当地的重力加速度。
实验过程中，得到一条符合实验要求的纸带如图乙所示，O为纸带下落的起始点，为纸带上选取的三个连续点，重物由O点运动到B点的过程中，动能的增加量为______J，重力势能的减少量为______J（以上两空计算结果均保留三位有效数字）。
14．为验证机械能守恒定律，某研究小组采用了如图所示实验装置，装置中包括两个固定的定滑轮，细线，A、B两重物（mA（1）实验时，先托住物体B，使A、B保持静止。某时刻，由静止释放物体B，测得B物体在时间t内高度改变了h，两物体质量分别为mA、mB。则根据实验测量数据，A、B系统在该过程中重力势能减少量为_________，系统动能变化量为___________。（用mA、mB、t、h、g表示）
（2）由于空气阻力等因素的影响，系统重力势能减少量___________系统动能变化量（填“>”“=”或“<”）。
15．在“用实验系统研究机械能守恒定律”实验中使用__________传感器来测量小球通过该点的__________。
16．下列有关实验的描述中，正确的是
A．在“验证力的平行四边形定则”实验中，用两弹簧秤同时拉细绳时，细绳之间的夹角应为90°
B．在“探究弹簧弹力与其伸长量”关系的实验中，作出弹力和弹簧长度的图象也能求出弹簧的劲度系数
C．在“恒力做功与动能改变的关系”的实验中，放小车的长木板应该尽量使其水平
D．在“验证机械能守恒定律”的实验中，必须由求出打某点时纸带的速度
参考答案
1．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。
2．D
【详解】
打点计时器的工作电源是交流电源，在实验中需要刻度尺测量纸带上点与点间的距离从而可知道重锤下降的距离，以及通过纸带上两点的距离，求出平均速度，从而可知瞬时速度。纸带上相邻两计时点的时间间隔已知，所以不需要秒表。重锤的质量可以不测，故需要用到纸带和刻度尺，不需要天平和秒表。
故选D。
3．D
【详解】
重物密度大些，相对阻力的影响小一些，如果重物体积太小，纸带在运动过程中容易发生扭曲。
故选D。
【点睛】
要知道重物带动纸带下落过程中能量转化的过程和能量守恒。知道能够减小实验误差的方法
4．A
【详解】
滑块通过光电门1的时间大于通过光电门2的时间，说明滑块在加速运动，可以调节P使轨道左端升高一些，让导轨处于水平状态。遮光条的宽度和滑块质量的调节无法使导轨水平。
故选A。
5．D
【详解】
在验证机械能守恒的实验中，质量可测可不测，所以不需要天平和弹簧秤，因为时间可以通过打点计时器打出的纸带上直接读出，不需要秒表，实验时研究重锤的重力势能减小量和动能增加量是否相等，所以需要重锤。
故选D。
6．A
【详解】
A．打点计时器应接交流电源，A正确；
B．我们可以通过打点计时器计算时间，不需要秒表，B错误；
C．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，因为重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，C错误；
D．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m可约去，D错误。
故选A。
7．C
【详解】
A．安装打点计时器使两限位孔在同一竖直线上，从而减小阻力的影响，故A正确；
B．释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直，可以减小阻力，故B正确；
C．为了充分利用纸带，释放纸带时重物应适当靠近打点计时器。故C错误；
D．为了充分利用纸带，实验时先接通电源，再释放纸带。故D正确。
本题选错的，故选C。
8．AC
9．AC
【详解】
A．为了减小纸带和限位孔之间的摩擦，实验中应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上，故A正确；
B．应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，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B错误；
C．验证机械能守恒，只要验证动能的增加量等于重力势能的减小量即可，所以纸带上开头打出的几点模糊不清，可设法用后面清晰的点进行验证，故C正确；
D．测量重物下落高度不一定必须从起始点算起，故D错误。
故选AC。
10．AD
【详解】
A．保持打点计时器限位孔竖直以减小它和纸带之间的阻力，选项A正确；
B．验证机械能守恒时所选纸带不一定都必须从所打第一个点开始计数，只要选择点迹清晰的部分开始计数也可以，选项B错误；
C．实验不需要测量物体质量，但是物体必选要选择体积较小质量较大的物体，不可以用小泡沫球代替，否则阻力影响太大，选项C错误；
D．利用本实验装置还可以测定当地重力加速度，选项D正确。
故选AD。
11．接通电源 释放纸带 2.86（在范围内均可得分）
【详解】
（1）为了充分利用纸带应先接通电源，后释放纸带。
（2）图线Ⅱ的斜率
由
可知，在图象中，图线的斜率表示“”，故图线Ⅰ斜率的绝对值
由
可知，在图象中，图线的斜率表示“”，故图线Ⅱ的斜率
重物和纸带下落过程中所受平均阻力；重物和纸带下落过程中所受平均阻力的比值为
12．10.44 C 光电门的高度偏高或者偏低，小球的球心没有通过光电门
【详解】
(1) 小球的直径为d=10mm+0.02mm×22=10.44mm。
(2) A．固定小球的两根轻绳不一定要互相垂直，选项A错误；
B．若两根轻绳不等长，则小球的摆动也可在竖直平面内，选项B错误；
C．应选用密度较大的小球做实验，从而减小阻力的影响，选项C正确；
D．要验证的关系
两边消掉m，则实验时不必用天平测出小球的质量，选项D错误。
故选C。
(3) 小球在最低点时的速度
小球动能增加量
重力势能减小量
则要验证的关系是
即
如果实验测得小球在最低点的动能总是大于小球减少的重力势能，则可能的原因是光电门的高度偏高或者偏低，小球的球心没有通过光电门，则遮光时间偏小，测得的速度偏大。
13．0.450 0.453
【详解】
纸带上相邻计数点的时间间隔
根据匀变速直线运动中间时刻瞬时速度等于该过程平均速度得
则动能的增加量为
重力势能的减少量为
14． >
【详解】
（1）系统重力势能的减少量为
A、B做匀变速直线运动，且速度大小相等，根据平均速度等于初末速度和的一半，即
可得
则系统动能的增加量为
（2）A、B运动过程中要克服空气阻力等做功，所以系统重力势能的减少量大于系统动能的变化量。
15．光电门 瞬时速度
【详解】
在“用实验系统研究机械能守恒定律”实验中使用光电门传感器来测量小球通过该点的瞬时速度。
16．B
【详解】
试题分析：A、在“验证力的平行四边形定则”实验中，用两弹簧秤同时拉细绳时，细绳之间的夹角以60°～100°之间为宜；错误
B、在“探究弹簧弹力与其伸长量”关系的实验中，作出弹力和弹簧长度的图象，其斜率为弹簧的劲度系数；正确
C、在“恒力做功与动能改变的关系”的实验中，应该将放小车的长木板一端抬高，以平衡摩擦力；错误
D、在“验证机械能守恒定律”的实验中，由纸带的数据计算出某一时刻的速度，不能由计算；错误