4.6 实验：验证机械能守恒定律 优化作业（word版含答案）

4.6 实验：验证机械能守恒定律 优化作业
一、单选题
1．（2021·江苏·阜宁实验高中高一期中考试）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）
2．（2021·江苏南京·高二学业考试）下图为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．打点计时器两个限位孔可以不在同一竖直线上
B．应先释放纸带，后接通电源打点
C．需使用秒表测出重物下落的时间
D．测出纸带上两点之间的距离，可知重物相应的下落高度
3．（2021·贵州·贵阳市第三十七中学高二阶段练习）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
4．（2021·全国·高一课时练习）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
5．（2021·全国·高一）在“用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是( )
A．实验中必需用天平测量重物的质量
B．打点计时器的两个限位孔应在同一竖直线上
C．需使用秒表测出重物下落的时间
D．打点结束应先检查纸带点迹是否清晰，再关闭电源
6．（2018·浙江省东阳中学高二期中）如图为验证机械能守恒定律的装置图，关于该实验下面叙述正确的是
A．必须用天平称出重锤的质量
B．挑选点迹清晰，第1、2两点间距约为2mm的纸带进行测量
C．操作时应先放纸带，后接通电源
D．打点计时器应接在直流电源上
7．（2020·全国·高一课时练习）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．重物应选用密度小的物体
B．纸带释放前，应使其竖直
C．应先释放纸带，后接通电源
D．重物减少的重力势能略小于增加的动能
8．（2012·安徽六安·高三阶段练习）在《验证机械能守恒定律》实验中，打的一条纸带如下图所示，O点为打的第一点，选取OP段验证机械能守恒，O，1…P为打的连续的点，打点时间间隔为T，重力加速度为g，下列说法中正确的有（ ）
A．打P点时纸带速度用vn=ngT计算
B．打P点时纸带速度用vn=或vn=计算
C．O、1两点之间间隔应略小于2mm
D．测量重锤质量用天平，不需要测重力
E．以h为横坐标，v2为纵坐标，P点（hn，vn2）与坐标原点所连直线的斜率表示重力加速度g
9．（2021·全国·高一）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
10．（2021·全国·高一）某同学设计的“验证机械能守恒定律”实验，操作步骤有：将打点计时器固定在铁架台上：①松开纸带，重物自由下落；②更换纸带，重复实验几次；①接通电源，打点计时器开始工作；⑤将连接重物的纸带穿过打点计时器.实验操作顺序正确的是
A．①②③④⑤ B．⑤④①③② C．①⑤④②③ D．④⑤①②③
11．（2021·全国·高一）实验“用DIS研究机械能守恒定律”的装置如图所示，标尺盘中A、B、C、D为摆锤的四个位置，各点与最低点D的高度差已由计算机默认。某组同学在实验中，得到的图象如图所示。图象的横轴表示摆锤距D点的高度h，纵轴表示摆锤的重力势能、动能或机械能。下列说法错误的是（　　）
A．光电门传感器要分别放在D、C、B点进行重复操作
B．摆锤每次释放的高度要保持不变，且必须保证让摆锤的直径宽度遮挡红外发射孔
C．图线甲表示摆锤的机械能E
D．图线乙表示摆锤的机械能
二、填空题
12．（2021·湖北·麻城市实验高级中学高二阶段练习）某实验小组利用如图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒。
（1）实验前需要调整气垫导轨底座使之水平。
（2）如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d=___________cm，实验时将滑块从图示位置静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间，则滑块经过光电门时的瞬时速度为___________m/s；在实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、___________和___________（文字说明并用相应的字母表示）。
（3）本实验通过比较___________和___________在实验误差允许的范围内相等（用测量的物理量符号表示），从而验证了系统的机械能守恒。
13．（2021·山东·临朐县实验中学高一阶段练习）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：_________。
14．（2022·重庆·西南大学附中高三阶段练习）用如图1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，重锤上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。
（1）下面列举了该实验的几个操作步骤：
A．按照图1所示安装好实验器材并连接好电源
B．先打开夹子释放纸带，再接通电源开关打出一条纸带
C．测量纸带上某些点间的距离
D．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能
其中操作不当的一个步骤是__________。
（2）如图2所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点、、、、，通过测量并计算出点距起始点的距离为，点间的距离为，点间的距离为，若相邻两点的打点时间间隔为，重锤质量为，根据这些条件计算重锤从释放到下落距离时的重力势能减少量__________，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，其原因主要是____________________。
（3）某同学利用图2中纸带，先分别测量出从点到、、、、、点的距离（其中、点为点后连续打出的点，图中未画出），再计算打出、、、、各点时重锤下落的速度和，绘制图像，如图3所示，并求得图线的纵轴截距和斜率。
①请说明如何根据图线验证重锤下落过程机械能是否守恒？____________________；
②假设上述实验操作中不受一切阻力影响，此时绘制的图线的纵轴截距和斜率与、的关系最可能的是__________。
A． ， B．， C．， D．，
（4）某同学认为要验证机械能守恒，必须选择第1、2两点间距离约为的纸带进行数据处理，你认为他的观点是否正确？____________________。
15．（2022·全国·高三专题练习）某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连。滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图象。
（1）实验前，接通电源，将滑块（不挂钩码）置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的Δt1________（填“>”“＝”或“<”）Δt2时，说明气垫导轨已经水平。
（2）用螺旋测微器测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d＝________ mm。
（3）滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码Q相连，将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若Δt1、Δt2和d已知，要验证滑块和钩码组成的系统机械能是否守恒，还应测出________和________（写出物理量的名称及符号）。
（4）若上述物理量间满足关系式________，则表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒。
16．（2022·云南师大附中高三阶段练习）某实验小组利用如图甲所示装置来验证机械能守恒定律。A、B是两个相同的小物块，用天平测得其质量均为m，C是内部装有砝码的托盘，其总质量为M，A、B间用轻弹簧拴接，B、C间用轻质且不可伸长的细绳相连。物块A静止放置在一压力传感器上，C的正下方放置一测速仪，该测速仪能测出C的速率，压力传感器与测速仪相连，对应数据可向计算机输出。整个实验过程中弹簧均处于弹性限度内，弹簧的弹性势能只与弹簧本身及形变量有关，不计滑轮与细绳的摩擦，当地的重力加速度为g。
（1）开始时，系统在外力作用下保持静止，细绳拉直但张力为零。现自由释放C，当C向下运动到某一位置时，压力传感器示数为零，测速仪显示的对应速率为v，且v不为零。其中M和m大小关系应满足M_________m（填“小于”“等于”或“大于”），才能实现上述过程；
（2）保持A、B质量m不变，增加C中砝码的个数，即增大托盘和砝码的总质量M，重复步骤（1），当压力传感器示数再次为零时，C下落的高度为________（设弹簧的劲度系数为k），与前一次相比C下落的高度将_________（填“增加”“减少”或“不变”）；
（3）重复上述操作，得到多组不同M下对应的v。根据所测数据，为更直观地验证机械能守恒定律，作出图线如图乙所示，图线在纵轴上的截距为b，则弹簧的劲度系数k=________（用题目中的已知量表示）。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
2．D
3．C
4．D
5．B
6．B
7．B
8．C
9．B
10．C
11．D
12． 0.48 0.4 滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s 滑块的质量M
13． 小于 增加 错误
14． B 重锤下落过程中受到阻力作用 在实验误差允许范围内，若近似等于，则可认为这一过程机械能守恒 A 该同学观点不正确
15． ＝ 8.475（8.474～8.476均可） 滑块的质量M 两光电门间的距离L
16． 大于 不变
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