8.5实验：验证机械能守恒定律 同步练习题

8.5实验：验证机械能守恒定律
一、单选题
1．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
2．某位同学做利用自由落体运动“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中错误的是（　　）
A．把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压交流电源
B．将连有重锤的纸带穿过限位孔，将纸带和重锤提升到一定高度
C．先释放纸带，再接通电源
D．更换纸带，重复实验，根据记录处理数据
3．用自由落体运动验证机械能守恒定律就是看是否等于（n为计时点的编号）。下列说法不正确的是（　　）
A．打点计时器打第一个点0时，重物的速度为0
B．hn是计时点n到第一个点0的距离
C．m为重物的质量，需用天平称量
D．不可以用vn=gtn计算vn，其中tn=（n－1）T（T为打点周期）
4．如图所示，为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的（　　）
A．动能变化量与势能变化量
B．速度变化量与势能变化量
C．速度变化量与高度变化量
D．速度变化量与重力做功大小
5．在“用DIS研究机械能守恒定律”的实验中，某同学将传感器固定在最低点，如图所示。该同学将摆锤从不同位置由静止释放，记录摆锤每次下落的高度h和最低点的速度v，作出v2－h图线为（　　）
A． B．
C． D．
6．利用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，有以下几个主要步骤：
①开启电源；
②处理数据；
③松开纸带；
④安装纸带并悬挂重锤；
⑤把打点计时器固定在铁架台上
以上步骤合理的顺序是（　　）
A．⑤④①③② B．①②④⑤③
C．⑤④③①② D．④⑤③①②
7．用如图所示的装置验证机械能守恒定律，轻绳两端系着质量均为M的物块A、B，B上放一质量为m的金属片C，在B的正下方铁架台上固定一金属圆环。开始时金属片C与圆环间的高度为h，由静止释放B，运动一段时间后金属片C被搁置在圆环上（C与轻绳间无接触），测得B通过两数字计时器的时间间隔为t，已知两数字计时器的竖直间距为d。改变h重复实验得到多组数据，为了直观反映数据关系，应绘制（　　）
A．t-h图象 B．图象 C．图象 D．图象
二、多选题
8．用重物的自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，除铁架台、铁夹、导线、打点计时器、纸带和重物外，还需选用的器材有（ ）
A．秒表 B．刻度尺 C．直流电源 D．交流电源
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．
10．下列是我们高中阶段常用的实验器材，在实验①“探究小车速度随时间的变化规律”、实验②“探究加速度与力、质量的关系”、实验③“探究做功与速度变化的关系”、实验④“验证机械能守恒定律”中都要用到的器材是（　　）
A． B．
C． D．
三、非选择题
11．用打点计时器“验证机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示。
（1）按照图示的装置安装器件时，应将打点计时器接到电源的________（填“直流”或“交流”）输出端上。
（2）开始打点计时的时候，两个操作步骤“接通电源”和“松开纸带”的顺序应该是：先______，后_______。
（3）某实验小组选取一条符合要求的纸带，如图乙所示，用刻度尺测得起始点O到计数点各点的距离分别为，相邻计数点间的时间间隔为T，从O到C的时间为t，若用两点来验证机械能守恒定律，为了计算打下C点时的重锤的速度大小，甲、乙、丙、丁四位同学提供了四个计算式，其中正确的是______.（填选项前的字母）
A．甲同学　　B．乙同学　　C．丙同学D．丁同学
（4）若要验证O到C机械能守恒，则应验证的表达式为：__________。
12．如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为d、质量为m的金属小球从A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H（H＞＞d），光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g。则：
（1）如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d＝_____mm；
（2）多次改变高度H，重复上述实验，作出随H的变化图象如图丙所示，当图中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直径d满足表达式d＝_____时，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△EK总是稍小于重力势能减少量△EP，增加下落高度后，则△EP﹣△EK将_____（填“增大”“减小”或“不变”）。
13．（1）将下列验证机械能守恒定律的实验步骤按正确顺序排列起来
A．选取第1、2点的距离接近2mm的一条纸带，在这条纸带上选定计数点
B．将铁架台放在实验桌上，用附夹把打点计时器固定在铁架台上
C．换新纸带重复实验.
D．量出从首点到各计数点间的距离，并算出各计数点的瞬时速度
E.比较△EK和△EP在误差允许范围内是否近似相等
F.在重锤上夹持一纸带，并将它从打点计时器的复写纸下面穿过限位孔，手持纸带保持竖直方向，接通电源后，松手让重锤牵引纸带下落，得到打点的纸带
G.计算各计数点的动能增加量△EK和势能减小量△EP
正确的操作顺序为___________
（2）如图所示，在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用的交流电的频率为50Hz，查得当地的重力加速度g=9.80m/s2，测得所用的重物的质量为1.00kg，实验中得到一条点迹清晰的纸带如图所示。把第一个点记做O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点。经测量知道A、B、C、D个点到O点的距离为62.99cm、70.14cm、77.76cm、85.67cm。根据以上数据可知重物由O点运动到C点重力势能的减少量等于____________J；动能的增加量为____________J；（取三位有效数字）
14．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
15．微博橙子辅导设计了如图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验。框架上装有位置可上下移动的光电门，框架竖直部分紧贴一刻度尺，可以测量出光电门到零刻度线的距离，框架水平部分用电磁铁吸住一个直径为、质量为的均质小钢球，小钢球的重心所在高度恰好与刻度尺零刻度线对齐。切断电磁铁的电流，小钢球随即落下，当小钢球经过光电门时，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为。橙子同学多次改变光电门的位置，得到多组、的数据。已知重力加速度为。
（1）用游标卡尺测量小钢球的直径，如图乙所示，该小钢球的直径是___________；
（2）当已知量、和重力加速度及小钢球的直径满足___________关系时，可判断小球下落过程中机械能守恒（填正确选项前的字母）；
A． B． C． D．
（3）考虑到切断电流时电磁铁线圈中的磁性不能马上消失，则小钢球的重力势能减少量___________动能增加量（选填“大于”、“等于”或“小于”）。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【解析】
【详解】
A．因为我们是比较mgh、mv2的大小关系，故m可约去比较，不需要测出重物的质量，故A错误；
B．利用打点计时器可以直接读出下落时间，不需要使用秒表，故B错误；
C．实验中如果利用v=gt计算速度，则即认为物体只受重力则机械能一定守恒，不需要再验证了，故C错误；
D．先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落，在纸带上打出一系列点，利于数据的采集和处理，故D正确.
故选D。
2．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．打点计时器使用低压交流电源，所以实验时把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接低压交流电源，A正确；
B．固定好打点计时器，将连有重物的纸带穿过限位孔，用手提住，将纸带和重锤提升到一定高度，尽量靠近打点计时器，B正确；
C．应先接通电源，然后释放重物，否则纸带开始阶段是空白，可能所采集的数据不够，而且浪费纸带，C错误；
D．重复几次，取得几条打点纸带，挑选一条清楚的纸带进行数据处理，D正确。
故选C。
3．C
【解析】
【详解】
ABD．实验的原理就是利用重物的自由落体运动来验证机械能守恒定律，因此打点计时器打第一个点时，重物运动的速度应为零。hn与vn分别表示打第n个点时重物下落的高度和对应的瞬时速度，vn应利用纸带上的数据求出，若用
求vn，则已默认机械能守恒，验证实验也就变得无意义了，故ABD正确；
C．本实验中，不需要测量重物的质量，因为公式
的两边都有m，故只要
成立，则
就成立，机械能守恒定律也就被验证了，故C错误。
由于本题选择错误的，故选C。
4．A
【解析】
【详解】
重力势能和动能的总和，称为机械能，为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，故A正确，BCD错误。
故选A。
5．A
【解析】
【详解】
由机械能守恒定律可知
即
则v2-h图像是过原点的直线。
故选A。
6．C
【解析】
【分析】
【详解】
用打点计时器验证机械能守恒定律的实验，首先要把打点计时器固定在铁架台上，其次安装纸带并悬挂重锤，接着开启电源松开纸带，最后关闭电源处理数据。故ABD错误，C正确。
故选C。
7．B
【解析】
【详解】
在金属片搁置之前，系统做匀加速直线运动，搁置后，系统做匀速直线运动，则有
为了直观反映数据关系，应绘制图象。
故选B。
8．BD
【解析】
【详解】
A．实验中由打点计时器测量时间，不再需要秒表，故A不符合题意；
B．实验中需测量点迹间的距离，可知需要毫米刻度尺，故B符合题意；
CD．打点计时器需要接交流电源，故C不符合题意，.D符合题意。
故选BD。
9．CD
【解析】
【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．AC
【解析】
【详解】
秒表B是四个实验都不需要用的，时间是用打点计时器来记录的。
天平D可以用来测质量，在探究加速度与力、质量的关系的实验要用到，其他实验不需要。
四个实验均要测速度（或加速度），所以均必须要有打点计时器和刻度尺。
故选AC。
11． 交流 接通电源 松开纸带 C
【解析】
【详解】
（1）打点计时器的工作电源为交流电，故应将打点计时器接到电源的交流输出端。
（2）开始打点计时的时候，应先接通电源，后松开纸带。
（3） AB．甲乙两位同学是根据物体做自由落体运动计算的C点速度，默认了机械能守恒，故AB错误；
CD．利用中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度得
故D错误C正确。
故选C。
（4） 若要验证O到C机械能守恒，要验证重力势能的减少等于动能的增加，则
代入数据整理得
则应验证的表达式为
12． 5.20 增大
【解析】
【详解】
（1）由图可知，游标卡尺的游标尺为20格，精确度为0.05mm，主尺刻度为5mm；游标对齐的刻度为4，故读数为：5mm+4×0.05mm＝5.20mm
（2）已知经过光电门时的时间和小球的直径；则可以由平均速度表示经过光电门时的速度；故有
若减小的重力势能等于增加的动能时，可以认为机械能守恒，则有
mgH0mv2
联立解得
（3）[3]由于该过程中有阻力做功，而高度越高，阻力做功越多；故增加下落高度后，则△Ep﹣△Ek将增加；
13． B、F、C、A、D、G、E 7.62 7.54
【解析】
【详解】
（1）按照先安装仪器，再进行实验，最后整理仪器，处理数据的原则，则正确的操作顺序为B、F、C、A、D、G、E；
（2）根据以上数据可知重物由O点运动到C点重力势能的减少量等于
打C点时的速度
动能的增加量为
14． AB mgs＝（M＋m） AD D
【解析】
【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。
15． 5.50 A 大于
【解析】
【详解】
（1）用游标卡尺测量小钢球的直径是5mm+0.05mm×10=5.50mm；
（2）小球经过光电门时的速度
若机械能守恒，则满足
即
即当已知量、和重力加速度及小钢球的直径满足
关系时，可判断小球下落过程中机械能守恒，故选A；
（3）考虑到切断电流时电磁铁线圈中的磁性不能马上消失，则小球经过光电门时的速度会偏小，则小钢球的重力势能减少量大于动能增加量。
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页