1.5科学验证：机械能守恒定律同步练习（word版含答案）

1.5科学验证：机械能守恒定律—2021-2022学年高一物理鲁科版（2019）必修第二册同步课时作业
1.在“验证机械能守恒定律”的实验中，关于重锤的选择，下列说法正确的是( )
A.选择的重锤的体积越小越好 B.应选用质量较小的重锤，使重锤的惯性小一些
C.应选用体积和质量都较小的重锤 D.选择的重锤体积应小一些，质量尽量大一些
2.下列实例中的运动物体，机械能守恒的是（均不计空气阻力）( )
A.被起重机吊起的货物正在加速上升
B.物体水平抛出去
C.物体沿粗糙斜面（斜面固定不动）匀速下滑
D.一个轻质弹簧上端固定，下端系一重物，重物沿竖直方向做上下振动
3.如图所示，用不能伸长的轻细线和轻弹簧分别吊质量相同的小球，将两球拉开使细线与弹簧都在水平方向上，且高度相同，此时弹簧处于原长位置，而后由静止放开两球，两球在运动中空气阻力不计，最低点高度相同，下列说法正确的是( )
A.在最低点时A球的速度大 B.在最低点时B球的速度大
C.A球的机械能守恒 D.B球的机械能守恒
4.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.刻度尺 B.秒表 C.长木板 D.直流电源
5.在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50 Hz，当地重力加速度的值为，测得所用重物的质量为1.00 kg.甲、乙、丙三位学生分别用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为0.18 cm、0.19 cm和0.25 cm，可见其中肯定有一个学生在操作上有错误．
(1)哪位学生操作有误？错误操作是____________________．
(2)若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点O的距离如图所示(相邻计数点时间间隔为0.02 s)，那么(结果均保留两位有效数字)
①纸带的________（填“左”或“右”）端与重物相连．
②在从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能的减少量是＝________，此过程中重物动能的增加量是＝________.
③通过计算，与在数值上并不完全相等，这是因为__________________．
6.某同学利用如图所示的装置验证机械能守恒定律，绳和滑轮的质量忽略不计，轮与轴之间的摩擦忽略不计。
（1）用精密仪器测量挡光片的挡光宽度为d。将挡光片固定在物块b上，再用天平测量物块的质量分别为。
（2）按照图所示安装器材，测量光电门和挡光片的高度差为h，再将物块b由静止释放，b竖直上升，测得挡光片通过光电门的时间为t。
请回答下列问题：
①物块b经过光电门的速度______；
②为验证系统的机械能守恒，该同学需要验证的表达式为____________________（用已测量的物理量的符号表示）；
（3）该同学为了减小误差，通过调整物块b释放的位置来改变h，测出对应的通过光电门的时间t，得到若干组（）后，在坐标纸上描点，拟合直线，则他描绘的是______图像。
A． B． C． D．
7.关于“验证机械能守恒定律”的实验，请完成以下问题：
(1)实验室提供了铁架台、夹子、导线、纸带、打点计时器、电源、重锤等器材。为完成此实验，除了所给的器材，下图中还必须选取的实验器材有__________；
A. B. C. D.
(2)实验操作完成后，某同学测量纸带上计时点的距离如下图，已知打点计时器每隔0. 02s打一个点，则B点对应的速度__________m/s；（保留三位有效数字）
若重锤下落的高度为，H点对应的速度为，当地重力加速度为g，为得出实验结论，需要比较与__________的大小关系（用题中字母表示），若操作无误，则计算结果一定是前者比后者的值__________（填“偏大”或“偏小”）；
(3)写出一条减小实验误差的措施___________________________。
8.某学校的物理兴趣实验小组在探究机械能守恒定律时，进行了如下的操作：
A.按照图甲所示的装置，组装实验器材
B.将连着重物的纸带穿过限位孔，用手提住，让重物尽量靠近打点计时器
C.先接通电源，后松开纸带，开始打点。并如此重复多次，以得到几条打点纸带
D.从打下的纸带中挑选一条点迹清晰的纸带，记下起始点O，在距离O点较远处连续选择几个计数点（或计时点）
E.测出各点到O点的距离，即得到重物下落的高度，并计算出各点的速度值
F.将计算出的和进行比较，得出实验结论（已知低压交流电源的频率为50 Hz，重力加速度为）
根据以上操作回答下列问题：
（1）图乙中的O点为第一个点迹清晰的计时点，且以后每隔一个计时点选取一个计数点，图中的数据分别为到O点的距离，如果选取B点进行分析，则重物的重力势能减少了________J，动能增加了________J；（重物的质量）
（2）重物动能的增加量________（选填“略大于”或“略小于”）重力势能的减少量，出现该现象的原因是________。
（3）由以上的数据得出的结论为________。
答案以及解析
1.答案：D
解析：选择重锤时既要考虑减小空气阻力，又要考虑实验的方便、可操作，故D正确。
2.答案：B
解析：A.被起重机吊起的货物正在加速上升过程中，动能和重力势能都增加，则机械能增大，选项A错误；
B.物体水平抛出去，只有重力做功，机械能守恒，选项B正确；
C.物体沿粗糙斜面（斜面固定不动）匀速下滑，动能不变，重力势能减小，则机械能减小，选项C错误；
D.一个轻质弹簧上端固定，下端系一重物，重物沿竖直方向做上下振动，则重物和弹簧组成的系统机械能守恒，但是物体的机械能不守恒，选项D错误。
故选B。
3.答案：AC
解析：两球运动过程中下落的高度相同，两球的质量相同，因此重力做功相同，重力势能的减少量相同。A球下落过程中，重力势能全部转化为动能，而B球下落过程中重力势能除转化为动能之外还有一部分转化为弹簧的弹性势能，在最低点时，A球的动能大于B球的动能，因此A球速度大，A正确，B错误；A球连着细线摆下，线的拉力不做功，只有重力做功，则A球的机械能守恒，C正确；B球连着弹簧摆下，对B球而言除了重力做功，还有弹簧的弹力做负功，则B球的机械能减少，D错误。
4.答案：A
解析：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A。
5.答案：（1）丙错误，错误操作是：先放开纸带后接通电源
（2）①左；②0.49 J，0.48 J；③实验中存在着阻力
解析：（1）若重物自由下落，则第1、2两点间的距离
由于阻力的作用，第1、2两点间的距离只能小于0.2cm。可知丙同学的操作步骤中有错误。
因为丙同学实验中第1、2两点间的距离大于0.2cm，可知错误操作是先放开纸带后接通电源。
（2）①根据题图可知，纸带从左向右，相等时间内的位移越来越大，知纸带的左端与重物相连;②从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能的减少量，B点的速度等于段的平均速度，即，则重物动能的增加量；③通过计算，与在数值上并不完全相等，这是因为实验中存在着阻力的原因。
6.答案： ;;C
解析：极短时间内物块的平均速度近似等于瞬时速度，故物块b经过光电门的速度大小为
对两物块组成的系统，系统重力势能的减少量为
系统动能的增加量为
为验证系统的机械能守恒，则该同学需要验证的表达式为
根据
可得
所以该同学在得到若干组后，在坐标纸上描点，要拟合得到直线，则他描绘的是图像，故选C。
7.答案：（1）A（2）1.35;;偏大（3）选用体积小、密度大的重锤
解析：（1）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。必须选取的实验器材其名称是学生电源、电磁打点计时器、毫米刻度尺。重锤的质量可以测量也可以不测量，可选择的实验器材其名称天平，同时也，不需要弹簧秤：A.与分析相符，故A正确；B.与分析不符，故B错误；C与分析不符，故C错误；D.与分析不符，故D错误；
（2）根据刻度尺的指示可知：之间的距离为：
根据匀变速直线运动中时间中的速度等于该过程中的平均速度，可以求出B点瞬时速度的大小为：
根据机械能守恒定律可得：
可知：因此需要比较与的大小，即可验证机械能是否守恒；
若操作无误，因存在阻力的影响，则导致减小的重力势能大于增加的动能，即前者比后者的值偏大。
（3）依据实验原理，结合实验操作，可将纸带保持竖直，从而减小打点计时器对纸带的阻力，或选用体积小、密度大的重锤从而减小空气阻力。
8.答案：（1）1.911；1.890
（2）略小于；空气阻力和限位孔的摩擦阻力做功
（3）在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其增加的动能，即机械能守恒
解析：（1）重力势能的减少量为，重物在打B点时的速度为，所以重物从开始下落到打B点时增加的动能为；
（2）略小于，由于空气阻力和限位孔的摩擦阻力做功，将部分机械能转化为了内能；
（3）从以上计算的数据得出：在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其增加的动能，即机械能守恒。