8.5 实验：验证机械能守恒定律 练习(Word版含答案)

8.5、实验：验证机械能守恒定律
一、选择题（共16题）
1．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
2．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
3．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
4．在“验证机械能守恒定律”的实验中不需测量或计算的物理量是（　　）
A．下落高度 B．瞬时速度 C．重物质量 D．时间
5．关于验证机械能守恒定律的实验，下列说法中正确的是（　　）
A．必须测出重物的质量
B．必须用秒表测出重物下落的时间
C．先释放纸带，再接通打点计时器电源
D．纸带起始端点迹模糊，也可用于验证机械能守恒
6．2021年12月9日，我国航天员翟志刚、王亚平、叶光富在“天宫课堂”进行太空授课。在太空失重环境下，下列哪个力学实验能在“天和核心舱”中顺利操作（　　）
A． 验证力的平行四边形定则
B． 研究匀变速直线运动
C． 探究加速度与物体受力物体质量的关系
D． 验证机械能守恒定律
7．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
8．在研究重物自由下落过程中机械能守恒的实验中，得到如图所示的一条纸带，该纸带上最初打出的几个点不清楚，纸带上留下的是后面的一些点算出打下B、C两点时重物的速度分别是、，测得 B、C两点间的距离为h，那么验证机械能守恒的表达式可写为（　　）
A． B．
C． D．
9．某同学做“验证机械能守恒定律”的实验时，从打出的一条纸带中选取了清晰的点进行研究，根据所学的知识计算出打2、3两计数点时纸带的瞬时速度，并用、表示，用刻度尺测量出2、3两计数点之间的距离，用表示。验证机械能守恒定律的关系式应为（　　）
A．
B．
C．
D．
10．在做“验证机械能守恒定律”的实验时，以下说法中正确的是（　　）
A．选用重锤时，密度大体积小的比密度小体积大的好
B．选用重锤时，密度小体积大的比密度大体积小的好
C．选用的重锤一定要测其质量
D．重锤的质量大小与实验准确性无关
11．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．选择的重铺的体积越小越好
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，质量尽量地大一些
12．图示为某同学做验证机械能守恒定律实验的装置。实验结果显示，重锤重力势能的减少量总略大于动能的增加量，其主要原因是(　　)
A．重锤的密度过大
B．电源的电压不稳定
C．没有采用多次实验取平均值
D．存在空气阻力和纸带与限位孔之间的摩擦阻力
13．利用如图装置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
14．关于下列实验的说法正确的是（ ）
A．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，需要平衡摩擦力
B．在“探究求合力的方法”实验中，两个分力与合力的标度一定要相同
C．在用橡皮筋做“探究功与速度变化的关系”实验时，可以求得做功的具体数值
D．在“验证机械能守恒定律”的实验中，可以用重力加速度计算重锤在某时刻的速度
15．在“验证机械能守恒定律”实验中，为测量速度及高度而选择纸带时，较为理想的纸带具备的特点是( )
A．点迹小而清晰的
B．点迹粗的
C．第一、二点距离接近的
D．纸带长度较长的
16．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”
二、填空题
17．利用落体法验证机械能守恒定律实验，由于重物及纸带受空气及打点计时器阻力的作用，系统误差的情况总是：重物减少的重力势能比增加的动能________（填“大些”或“小些”）。
18．用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验。实验中需测量重物下落的瞬时速度。在重物拖动的纸带上选择三个连续的点，它们之间的距离如图2所示，已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计时器在打下B点时重物的速度大小为____________m/s（保留两位有效数字）。
多次实验后发现，重物减小的重力势能总是稍大于增加的动能，分析产生这种误差的原因：___________________。
19．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
三、综合题
20．如图，利用气垫导轨装置做“验证机械能守恒定律”实验时，先仔细地把导轨调水平，然后用垫块把导轨一端垫高H，质量为m的滑块上面装l=3cm的挡光框，使它由轨道上端某处滑下，测出它通过光电门G1和G2时的速度v1和v2，就可以算出它由G1到G2这段过程中动能的增加量ΔEk=m（-）；再算出重力势能的减少量ΔEp=mgh；比较ΔEk和ΔEp的大小，便可验证机械能是否守恒。
（1）已知两光电门间的距离为x，滑块的速度v1、v2如何求出 滑块由G1到G2下降的高度h如何求出
（2）若测得图中L=1m，x=0.5m，H=20cm，m=500g，滑块通过G1和G2的挡光时间分别为5.0×10-2 s和2.0×10-2 s，当地重力加速度g=9.80m/s2，试判断滑块机械能是否守恒。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．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。
2．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。
3．B
【详解】
A．因质量从要验证的式子两边消掉了，故不需用天平称出重物的质量，选项A错误；
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，这样的纸带表明物体释放的初速度为零，选项B正确；
C．操作时应先接通电源，后放纸带，选项C错误；
D．打点计时器应接在电压为4～6V的交流电源上，选项D错误。
故选B。
4．C
【详解】
本实验需要验证的方程是：，所以需要测量下落的高度h、瞬时速度v，比较mgh、的大小关系，故m可约去比较，不需要测出重物的质量m．本实验用到打点计时器，来测量瞬时速度时，是根据匀变速直线运动推论：一段时间内的平均速度等于中点时刻的瞬时速度，需要计算时间；
A．下落高度，与结论相符，选项A不符合题意；
B．瞬时速度，与结论相符，选项B不符合题意；
C．重物质量，与结论不相符，选项C符合题意；
D．时间，与结论相符，选项D不符合题意；
故选C.
5．D
【详解】
A．实验中验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，式子两边都有质量，可以约去，实验不需要测量重物的质量，故A错误；
B．实验不需要用秒表测出重物下落的时间，故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，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C错误；
D．纸带起始端点迹模糊，可以选比较清晰的点作为初始位置，所以可以用来验验证机械能守恒，故D正确。
故选D。
6．A
【详解】
A．验证力的平行四边形定则实验中，不涉及重力问题，可在空间站中进行，选项A正确；
B．研究匀变速直线运动实验中，在完全失重情况下，重物不能在斜面上下滑，该实验不能进行，选项B错误；
C．探究加速度与物体受力物体质量的关系中，在完全失重情况下，重物不能在斜面上下滑，该实验不能进行，选项C错误；
D．验证机械能守恒定律中，在完全失重情况下，重物不能下落，该实验不能进行，选项D错误；
故选A。
7．A
【详解】
AD．若机械能守恒，则
即验证与2gh是否相等，不需要测量质量，故A错误，符合题意，D正确，不符合题意；
B．实验中需要测量从A到B过程中重力势能的减小量，因此需要测量AB之间的距离h，故B正确，不符合题意；
C．A点运动到B点的过程中利用算出物体从A点运动到B点的过程中动能增加量，故C正确，不符合题意。
故选A。
8．B
【详解】
从B运动到C的过程中，重力势能的减少量为
动能的增加量为
所以验证机械能守恒的表达式为
即
故选B。
9．B
【详解】
2→3的过程
所以需验证的表达式为
即
故选B。
10．A
【详解】
ABD．验证机械能守恒定律实验中，由于重锤要克服空气阻力做功，从而产生系统误差，选用密度大体积小的重锤能减小空气阻力的影响，从而减小误差，故A正确，BD错误；
C．因验证量中都含有质量，可以约去，故不用测重锤的质量，C错误。
故选A。
11．D
【详解】
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，即实验供选择的重物应该相对质量较大、体积较小的物体，这样能减少阻力的影响，故选D。
12．D
【详解】
AD．重锤下落过程中，重锤的重力势能减小，一部分转化为重锤的动能，一部分克服阻力做功，所以重锤重力势能的减少量总略大于动能的增加量，而增大重锤密度，可以减小阻力带来的误差，A错误，D正确；
B．电源电压不稳定与该误差无关，B错误；
C．该误差为系统误差，多次求平均值无法减小系统误差，D错误。
故选D。
13．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。
14．AB
【详解】
A、在“探究加速度与质量、外力之间的关系”实验中，需要平衡摩擦力，故A正确；
B、在“探究求合力的方法”实验中，两个分力与合力的标度一定要相同，故B正确；
C、实验时，每次保持橡皮筋的形变量一定，当有n根相同橡皮筋并系在小车上时，n根相同橡皮筋对小车做的功就等于系一根橡皮筋时对小车做的功的n倍，这个设计很巧妙地解决了直接去测量力和计算功的困难，故实验中不需要测出一条橡皮筋对小车做功W的数值，故C错误；
D、在验证机械能守恒的实验中，由于存在阻力物体实际下落的加速度小于重力加速度，不可以用重力加速度计算重锤在某时刻的速度，应该运用某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，故D错误；
故选AB．
15．ACD
【详解】
AB．点迹小而清晰的纸带在测量时产生的误差小，计算结果准确，A正确，B错误；
C．根据实验需验证的关系
其中应是从静止开始下落的高度，而重物从静止开始下落的第一个0.02s (打点时间间隔)内所下落的高度为
因此，纸带上第一、二两点间的距离接近，表示在打第一个点的瞬时重物从静止开始下落，C正确；
D．为了减小测量高度h的相对误差，选取的计数点要离起始点远一点，纸带不易过长，长度在60cm-80cm之间较好，D正确。
故选ACD。
16．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。
17．大些
【详解】
重物下落过程中受到空气阻力的影响，所以重物减少的重力势能比增加的动能大些。
18． 3.69m/s 空气阻力、纸带摩擦等导致能量损失
【详解】
B点的瞬时速度等于点A到点C过程的平均速度
空气阻力、纸带摩擦等导致能量损失
19．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
20．（1）见解析；见解析；（2）守恒
【详解】
（1）因为挡光框宽度很小，滑块通过光电门的时间极短，可认为挡光框通过光电门时的平均速度等于滑块通过光电门的瞬时速度，所以
v=
其中Δt为挡光框通过光电门时的挡光时间。由几何关系可知
=
便可求得
h=x
H、L、x都是实验时设定的。
（2）由题中所给数据可得
v1==0.6 m/s，v2==1.5 m/s
动能的增加量
ΔEk=m（）=0.473 J，h=x=0.1m
重力势能的减少量
ΔEp=mgh=0.490J
在误差允许的范围内可认为滑块的机械能守恒。
答案第1页，共2页