4.6实验：验证机械能守恒定律同步练习（word版含答案）

4.6实验：验证机械能守恒定律同步练习2021—2022学年高中物理教科版（2019）必修第二册
一、选择题（共15题）
1．在《验证机械能守恒定律》的实验中，下面叙述正确的是（　　）
A．应用天平称出重物的质量
B．应当选用点迹清晰，第一、二两点距离约2mm的纸带进行测量
C．操作时应先放纸带，后接通电源
D．打点计时器应接在电压为4~6V的直流电源上
2．如图所示为“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．固定打点计时器时，其限位孔必须在同一竖直平面内
B．手抓纸带的位置越靠近打点计时器越好
C．实验中必须测出重物的质量
D．实验中必须用秒表测出重物下落的时间
3．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是（ ）
A．实验中，需用天平测出重物的质量
B．实验中，需用秒表测出重物下落的时间
C．可以用公式v=gt来计算重锤的速度
D．实验时，应先接通电源，再释放纸带
4．为验证在自由落体过程中物体的机械能是守恒的，某同学利用实验系统设计了一个实验，实验装置如图所示，图中A、B两点分别固定了两个速度传感器，速度传感器可以测出运动物体的瞬时速度。在实验中测得一物体自由下落经过A点时的速度是v1，经过B点时的速度是v2，为了证明物体经过A、B两点时的机械能相等，这位同学又设计了以下几个步骤，你认为其中不必要或者错误的是(　　)
A．用天平测出物体的质量
B．测出A、B两点间的竖直距离
C．利用mv－mv算出物体从A点运动到B点的过程中动能的变化量
D．验证v－v与2gh是否相等
5．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
6．小明用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验。关于该实验，下列说法中正确的是(　　)
A．重锤的质量一定是越大越好
B．释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直
C．必须用秒表测出重锤下落的时间
D．把秒表测得的时间代入v=gt，计算重锤的速度
7．在用如图所示的装置验证机械能守恒定律的实验中，下列操作正确且必要的是（　　）
A．用天平测出重物的质量
B．将打点计时器接在直流电源上
C．先接通电源，后释放纸带
D．用秒表测出重物下落的时间
8．频闪照相是每隔相等时间曝光一次的照相方法，在同一张相片上记录运动物体在不同时刻的位置。如图所示是小球在竖直方向运动过程中拍摄的频闪照片，相机的频闪周期为T，利用刻度尺测量相片上2、3、4、5与1位置之间的距离分别为x1、x2、x3、x4。下列说法正确的是（ ）
A．小球一定处于下落状态
B．小球在2位置的速度大小为
C．小球的加速度大小为
D．频闪照相法可用于验证机械能守恒定律
9．“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示，实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，其主要原因是（　　）
A．重物的质量过大 B．重物的体积过小
C．电源的电压偏低 D．重物及纸带在下落时受到阻力
10．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
11．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
12．采用如图所示的实验装置进行验证动量守恒定律（图中小球半径相同、质量均已知，且），下列说法正确的是（　　）
A．验证动量守恒定律，需测量OB、OM、OP和ON的距离
B．实验中要求轨道必须光滑
C．实验中要求轨道末端必须保持水平
D．测量时发现N点偏离OMP这条直线，直接测量ON距离不影响实验结果
13．如图所示，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．实验中需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h． 某同学对实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案，这些方案中正确的是： ．
A．用刻度尺测出物体下落高度h，由打点间隔数算出下落时间t，通过v=gt计算出瞬时速度v
B．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过 计算出瞬时速度v
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v，并通过 计算得出高度h
D．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
14．如图1所示，用重物牵引小车在水平面上由静止开始运动，小车后面连接纸带，打点计时器在纸带上打下一系列点。图2为一次实验得到的纸带，A、B、C为打点计时器在纸带上打下的三个点。下列说法正确的是（　　）
A．图2中的纸带的右端与小车相连
B．A到B和B到C两个过程中小车动能的变化量相等
C．若将小车的质量加倍，则小车的加速度一定减为原来的
D．重物的质量越大，绳上拉力与重物重力的比值越小
15．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
二、填空题（共4题）
16．如图所示是“用DIS实验系统研究机械能守恒定律”的实验装置，本实验中，采用的传感器是_______（填写传感器名）。本实验中，先选取零势能面再进行实验，则零势能面位置的选取对验证摆锤动能与重力势能之和为常数________影响（选填“有”或“无”）。
17．如图所示，用光电门等器材验证机械能守恒定律。直径为d、质量为m的金属小球从A点由静止释放，下落过程中经过A点正下方的位置B，B处固定有光电门，测得AB间的距离为H（），光电门测出小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g，则
(1)小球通过光电门B时的速度表达式_____；
(2)多次改变高度H，重复上述实验，描点作出随H的变化图象如图所示，若作出的图线为通过坐标原点的直线，且斜率为______（表达式用已给的物理量表达），可判断小球下落过程中机械能守恒；
(3)实验中发现动能增加量总是_______（填“大于”、“小于”或“等于”）重力势能减少量，增加下落高度后，则（）_______将（填“增加”、“减小”或“不变”）；
(4)小明用AB段的运动来验证机械能守恒时，他用，计算与B点对应的小球的瞬时速度，得到动能的增加量，你认为这种做法正确还是错误？答：_________。
18．某实验小组的学生们为探究“机械能守恒定律”设计了如图所示的实验装置：用一个电磁铁吸住一个质量为m，直径为d的小铁球；当将电磁铁断电后，小铁球由静止开始向下加速运动；小铁球经过光电门时，计时装置将记录其通过光电门的时间t。小铁球由静止开始下降至光电门时的高度h，当地的重力加速度为g，那么
(1)小铁球通过光电门的速度v=_______（用d、t表示）；
(2)验证此过程小铁球机械能守恒定律的表达式_____________；
(3)考虑小铁球在运动过程中受到阻力的因素，其重力势能减少量____动能的增加量（选填 “大于”，“等于”或“小于”）
19．用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V 的交流电和直流电两种，重物从高处由静止开始落下，重物拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．
（1）下面列举了该实验的几个操作步骤：
A．按照图示的装置安装器件；
B．将打点计时器接到电源的直流输出端上；
C．用天平测量出重物的质量；
D．先释放悬挂纸带的夹子，后接通电源开关打出一条纸带；
E．测量打出的纸带上某些点之间的距离；
F．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．
其中没有必要进行的步骤是______；操作不恰当的步骤是______．
（2）某同学做“验证机械能守恒定律”的实验时，打下的一条纸带如图所示，0点为起始点，测得3 点、6 点、9 点与第一点0 间的距离分别为hA=1.75cm，hB=7.00cm，hC=15.70cm，交流电的周期是0.02s，当地的重力加速度g=9.8m/s2，设重物的质量是m=1.00kg，则从0 点到6 点，重物的动能增量△EK=_________J，重物重力势能减少量△EP=_________J．（保留2位有效数字）
（3）由此得出的结论是_______________________________________________．
三、综合题（共4题）
20．如图a所示，AB段是长s=10m的粗糙水平轨道，BC段是半径R=2.5m的光滑半圆弧轨道。有一个质量m=0.2kg的小滑块，静止在A点，受水平恒力F作用，从A点开始向B点运动，刚好到达B点时撤去力F。小滑块经过半圆弧轨道B点时，用DIS力传感器测得轨道对小滑块支持力的大小为FN，若改变水平恒力F的大小，FN会随之变化，实验得到FN-F图像如图b，g取10m/s2。
(1)若小滑块经半圆弧轨道从C点水平抛出，恰好落在A点则小滑块在C点的速度大小是多少？
(2)滑块与水平轨道间的动摩擦因数为多大？
(3)要使小滑块始终不脱离轨道，求水平恒力F的范围。
21．如图所示，长L=9m的传送带与水平方向的夹角=37°，在电动机的带动下以v=4m/s的速率沿顺时针方向运行。在传送带的B端有一离传送带很近的挡板P可将传送带上的物块挡住，在传送带的顶端A点无初速地放一质量m=1kg的物块，它与传送带间的动摩擦因数μ=0.5。物块与挡板碰撞的能量损失及碰撞时间不计(g取10m/s2，sin37°=0.6， cos37°=0.8)。求：
(1)物块从静止释放到第一次返回上升至最高点的过程中系统因摩擦产生的热量；
(2)物块从静止释放到第一次返回上升至最高点的过程中传送带多消耗的电能；
(3)物块的最终状态及电动机在该状态下比无物块时多输出的功率。
22．如图所示，光滑圆弧面与水平面和传送带分别相切于B、C两处，垂直于。圆弧所对的圆心角，圆弧半径，足够长的传送带以恒定速率顺时针转动，传送带与水平面的夹角。一质量的小滑块从A点以的初速度向B点运动，A、B间的距离。小滑块与水平面、传送带之间的动摩擦因数均为。重力加速度，，。求：
(1)小滑块第一次滑到C点时的速度；
(2)小滑块到达的最高点离C点的距离；
(3)小滑块最终停止运动时距离B点的距离。
23．如图所示，倾角为30°的光滑斜面的下端有一足够长的水平传送带，传送带正以4m/s的速度顺时针运动，一个质量为2kg的物体（可视为质点），从h=3.2m高处由静止沿斜面下滑，物体经过A点，不管是从斜面到传送带还是从传送带到斜面，其速率都不发生变化。已知物体与传送带间的动摩擦力因数为0.5，取g=10m/s2，求：
（1）物体从第一次滑上传送带到第一次离开传送带所用的时间；
（2）物体从第一次滑上传送带到第一次离开传送带摩擦产生的热量。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
2．A
3．D
4．A
5．C
6．B
7．C
8．D
9．D
10．B
11．A
12．C
13．D
14．D
15．D
16． 光电门 无
17． 小于 增加 错误
18． 大于
19． C BD 0.68 0.69 在误差允许范围内重力势能减少量等于动能的增加量
20．(1)10m/s；
(2)0.25；
(3)水平恒力F的范围为F≥1.75N或0.5N＜F≤1N。
21．(1)100.8J；(2)76.8J；(3)稳态；16W
22．(1)6m/s；(2)5m；(3)4.8m
23．（1）3.6s；（2）144J
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