4.6实验：验证机械能守恒定律 同步提升作业(Word版含答案)

4.6实验：验证机械能守恒定律 同步提升作业（含解析）
一、选择题
1．如图所示为“验证机械能守恒定律”的实验装置，在该实验中（　　）
A．需要用秒表测量重物下落的时间
B．需要用刻度尺测量重物下落的高度
C．释放纸带时，重物应尽量远离电火花计时器
D．电火花计时器的工作电压为交流10V以下
2．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
3．如图所示为小明做“验证机械能守恒定律”实验的装置图．实验中，为减小空气阻力对实验的影响，下列操作可行的是
A．选用密度大、体积小的重物
B．打点计时器两限位孔在同一竖直线上
C．释放前手应提纸带上端并使纸带竖直
D．重物下落过程中手始终提住纸带的上端
4．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
5．用落体法验证机械能守恒定律的实验中得到如图所示纸带。根据纸带算出相关各点的速度v，测量出下落距离h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图像应是(　　)
A．B．C．D．
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．在“验证机械能守恒定律”实验中，纸带将被释放瞬间的四种情景如照片所示，其中最合适的是
A． B． C． D．
8．在高中物理力学实验中，下列说法中正确的是（ ）
A．利用打点计时器在“研究匀变速直线运动规律”的实验中，可以根据纸带上的点迹计算物体的平均速度
B．在“验证力的平行四边形定则”实验中，要使力的作用效果相同，只需橡皮条具有相同的伸长量
C．在“验证牛顿第二定律”的实验中，需要先平衡摩擦力
D．在“验证机械能守恒定律”的实验中，应该先释放重物后接通电源
9．如图，在用 DIS 研究机械能守恒定律实验中不必测定的物理量是（ ）
A．摆锤的质量
B．摆锤从下落到最低位置的时间
C．光电门距运动的最低位置的高度
D．每次摆锤经过光电门时的速度
10．如图所示，质量为m的物块（可视为质点）从倾角为的固定斜面顶端由静止开始下滑，到达B点开始压缩弹簧（弹簧原长为），被弹簧弹回后恰能到达的中点C。已知，物块与斜面间的动摩擦因数为，设弹簧的最大压缩量为，获得的最大弹性势能为，，，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　）
A．物块与弹簧组成的系统机械能不守恒 B．物块运动到B点的速度最大
C．弹簧的最大压缩量为 D．弹簧获得的最大弹性势能为
二、实验题
11．利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验。
(1)除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是____。
A．交流电源 B．刻度尺 C．天平（含砝码）
(2)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点、、，测得它们到起始点的距离分别为、、。已知当地重力加速度为，打点计时器打点的周期为。设重物的质量为。从打点到打点的过程中，重物的重力势能变化量________，动能变化量_______。
(3)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是______。
A．利用公式计算重物速度 B．利用公式计算重物速度
C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D．没有采用多次实验取平均值的方法
(4)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒∶在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2-h图像，并做如下判断∶若图像是一条过原点且斜率为______（用题中字母表示）的直线，则重物下落过程中机械能守恒。
12．使用电磁打点计时器测量重力加速度g，已知该打点计时器的打点频率为。图是采用较合理的装置并按正确的实验步骤进行实验打出的一条纸带，其中打出的第一个点标为1，后面依次打下的一系列点迹分别标为2、3、4、5…经测量，第15至第17点间的距离为，第1至第16点间距离为，则打下第16个点时，重锤下落的速度大小为_____，测出的重力加速度值为_____。（要求保留两位有效数字）
13．在《用自由落体验证机械能守恒定律》的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，测得当地的重力加速度g=9.8m/s2，测得所用重物的质量为1.00kg，实验中得到一点迹清晰的纸带（如图），把第一点记作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到O点的距离分别为62.99cm，70.18 cm，77.76 cm，85.73 cm，根据以上的数据，可知重物由O运动到C点，重力势能的减小量等于_______J，动能的增加量等于_______J，（取三位有效数字）你得出的结论是 ______。
14．“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示：
（1）实验中，_______（选填“需要”“不需要”）用天平测重物的质量。
（2）进行实验时，为保证重物下落时初速度为零，应_______。
A．先接通电源，再释放纸带
B．先释放纸带，再接通电源
（3）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：
a．接通电源
b．处理数据
c．松开纸带
d．安装纸带并悬挂重物
e．把打点计时器固定在铁架台上
以上步骤合理的顺序是e、_______、_______、_______、b。
（4）实验中发现重物减小的重力势能略大于增加的动能，其主要原因是_______。
15．用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。重锤从高处由静止开始下落，重锤拖着纸带通过打点计时器，打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。已知当地重力加速度为g。
（1）某同学列举实验中用到的实验器材：铁架台、打点计时器、纸带、交流电源、导线、重锤、天平、刻度尺。其中不必要的是___________。
（2）如图乙所示，根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，通过测量并计算出点A距起始点O的距离为s0， A、C间的距离为s1， C、E间的距离为s2。若相邻两点的打点时间间隔为T，重锤质量为m，根据这些条件计算重锤从释放到下落OC距离时重力势能减少量=___________，动能增加量=___________；在实际计算中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能，其主要原因是___________。
（3）如果以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是下列图中的___________。
A． B． C． D．
16．物理老师带领同学们准备复习整理力学实验，
（1）有图甲实验器材，他还另准备了一些实验仪器：带滑轮的轨道，小桶，细线若干。则根据这些器材可以进行哪些实验__________。
（2）甲同学利用上述器材做了实验，图乙是其中的一组数据，图中的数据记录的是从起始点到该计数点的位移（单位），每个计数点间还有四个点，求出纸带加速度为__________（保留两位有效数字），则根据自己所学知识，判断此纸带可能属于下述四个选项中的哪个实验__________。
A．探究加速度与力、质量的关系
B．探究小车速度随时间变化的规律
C．探究求合力的方法
D．探究做功与物体速度变化的关系
参考答案
1．B
【解析】
【详解】
A．打点计时器本身就是计时仪器，则不需要用秒表测量重物下落的时间，选项A错误；
B．需要用刻度尺测量重物下落的高度，选项B正确；
C．释放纸带时，重物应尽量靠近电火花计时器，以充分利用纸带，选项C错误；
D．电火花计时器的工作电压为交流220V，选项D错误。
故选B。
2．D
【解析】
A．小球下落时，相同时间内的位移逐渐变大；上升阶段，相同时间内的位移逐渐减小，则由图不能确定小球上升还是下落状态，选项A错误；
BC．因小球在竖直方向的运动不一定是匀变速运动，故小球在2位置的速度大小不一定为，加速度也不一定是，选项BC错误；
D．频闪照相法可用于验证机械能守恒定律，选项D正确。
故选D。
3．A
【解析】
A．为了减小阻力的影响，实验时重锤选择质量大一些的，体积小一些的，故A正确。
B．安装打点计时器使两限位孔在同一竖直线上，从而减小摩擦阻力的影响，而不是空气阻力，故B错误。
C．释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直，可以减小摩擦阻力，不是空气阻力，故C错误。
D．重锤下落过程中，手不能拉着纸带，故D错误。
4．C
【解析】
【详解】
A．根据平抛运动
解得
根据动量守恒定律
根据题意
解得
验证动量守恒定律，不需测量OB的距离，A错误；
B．实验中要求轨道没有必要光滑，因为每次的摩擦力都相同，B错误；
C．实验中要求轨道末端必须保持水平，小球才能做平抛运动，C正确；
D．测量时发现N点偏离OMP这条直线，直接测量ON距离影响实验结果，D错误。
故选C。
5．C
【解析】
【详解】
由机械能守恒定律得：
mgh＝mv2
得＝gh，可以看出与h成正比例关系，图线是过原点的直线，ABD错误，C正确。
故选C。
6．A
【解析】
【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．D
【解析】
【分析】
本题考查验证机械能守恒实验中的操作，按照正确的操作要求选择即可．
【详解】
A．纸带弯曲了，在重锤下落过程中，纸带与计时器之间的摩擦会造成较大的实验误差；
B．重锤没有靠紧计时器，纸带上记录的点会比较密集，清晰可用的计数点会减少，增大测量误差，而且纸带弯曲了，在重锤下落过程中，纸带与计时器之间的摩擦会造成较大的实验误差；
C．重锤没有靠紧计时器，纸带上记录的点会比较密集，清晰可用的计数点会减少，增大测量误差；
D．重锤靠紧计时器，纸带上记录的点间距会比较明显，清晰可用的计数点会较为充足，测量误差较小，纸带拉直了，在重锤下落过程中，纸带与计时器之间的摩擦造成的实验误差较小；
8．AC
【解析】
【详解】
试题分析：“研究匀变速直线运动规律”的实验中利用平均速度等于该段时间内中间时刻的瞬时速度来求某点的速度大小，故A正确；在“验证力的平行四边形定则”实验中，要使力的作用效果相同，橡皮条具有相同的伸长量，且拉伸方向相同，故B错误； “验证牛顿第二定律”实验中，需要先平衡摩擦力，故C正确； “验证机械能守恒定律”的实验中，应该先接通电源，打点稳定后释放重物，故D错误．所以AC正确，BD错误．
考点：实验部分内容的考查
【名师点睛】本题主要考查了四个实验的部分内容．理解所涉及的各个力学实验的实验原理，明确具体操作和注意事项，如“研究匀变速直线运动规律”的实验中利用平均速度等于中间时刻的瞬时速度来求某点的速度大小，“验证力的平行四边形定则”采用了等效替代的方法，而“验证牛顿第二定律”实验中，则采用了控制变量的实验方法，在涉及纸带的实验中要求先接通电源后释放纸带．
9．AB
【解析】
【详解】
实验中需要验证摆锤重力势能的减小量和动能的增加量是否相等，即，由于质量可以约去，所以不需要测量摆锤的质量，需要测量摆锤经过光电门时的速度以及下落的高度，不需要测量摆锤下落到最低位置的时间，故选AB。
10．AC
【解析】
A．对于物块与弹簧组成的系统，由于滑动摩擦力对物体做负功，所以系统的机械能不守恒，A正确；
CD．根据能量守恒定律可得，在下滑过程，有
上滑过程，有
联立解得
，
C正确，D错误；
B．物块运动到B点时
物块继续加速下滑，知道加速度为零时速度最大，故物块运动至B点时速度不是最大，B错误。
故选AC。
11． AB mghB C 2g
【解析】
【详解】
（1）在下列器材中，还必须使用的两种器材是交流电源和刻度尺，故选AB；
（2）从打点到打点的过程中，重物的重力势能变化量
动能变化量
（3）大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是重物下落时存在空气阻力和摩擦阻力的影响，一部分重力势能转化为内能，故选C；
（4）根据可得
则v2-h图像的斜率为
k=2g
12． 2.9 9.8
【解析】
【详解】
打下第16个点时,重物下落的速度大小为
根据得
13． 7.62 7.57 在误差允许范围内，物体在自由落体的过程中机械能守恒
【解析】
【详解】
重力势能减小量为：△Ep=mgh=1.0×9.8×0.7776J=7.62J．
在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，因此有：
所以动能增加量为：
由此得到的结论是：在误差允许的范围内物体的机械能守恒；
14． 不需要 A d a c 纸带与重物下落时要受到阻力的作用
【解析】
【详解】
（1）在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于原理公式两边均有重物的质量，可以消去，所以该实验中，可以不需要测量重物的质量。
（2）实验时，为了充分利用纸带打出较多清晰的点，应先接通电源，再释放纸带，故选A；
（3）实验时，先先把打点计时器固定在铁架台上，安装纸带并悬挂重物，接通电源，松开纸带，最后进行处理数据，所以实验顺序为edacb。
（4）实验中发现重物减小的重力势能略大于增加的动能，其主要原因是纸带与重物下落时要受到阻力的作用。
15．天平 重锤下落过程中受到阻力作用 B
【解析】
【详解】
(1)验证机械能守恒定律的实验所用器材有铁架台、打点计时器、纸带、交流电源、导线、重锤、刻度尺，实验不需要测量重锤的质量，故不需要天平；
(2)由条件可得重锤下落到C点时下落的距离为
重锤从释放到下落OC距离时重力势能减少量
到C点时的速度为
动能增加量
在实际计算中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能，其主要原因是重锤下落过程中受到阻力作用，需要克服阻力做功；
(3)在误差允许范围内，如果机械能守恒，有
即
以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图线是正比图线，故B正确，ACD错误。
故选B。
16．研究小车的匀变速直线运动，探究加速度与力、质量的关系，探究做功和速度变化的关系，验证机械能守恒定律 0.50 ABD
【解析】
【详解】
（1）根据图甲实验器材以及带滑轮的轨道，小桶，细线等器材，我们可以进行“研究小车的匀变速直线运动”、“探究加速度与力、质量的关系”、“探究做功和速度变化的关系”、“验证机械能守恒定律”等试验；
（2）由匀变速直线运动推论和逐差法
其中x1=18.82-17.42cm=1.40cm，x2=20.71-18.82cm=1.89cm，x3=23.11-20.71cm=2.40cm，x4=25.99-23.11cm=2.88cm，x5=29.38-25.99cm=3.39cm，x6=33.26-29.38cm=3.88cm，带入可得
C中试验不需要用纸带测速度的，ABD三个试验中都要用打点计时器和纸带测速度，故C错误，ABD正确。
故选ABD。
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