人教版高中物理必修二8.5验证机械能守恒定律 同步练习基础卷
一、单选题(本大题共10道小题)
1. 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.
2. 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
3. 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
4. 在验证机械能守恒定律的实验中,某同学依据纸带求得相关各点的瞬时速度以及与此相对应的下落距离h,以v2为纵轴,以h为横轴,建立坐标系,描点后画出变化图线,从而验证机械能守恒定律.若所有操作均正确,则得到的v2-h图象应是图中的( )
A. B.
C. D.
5. 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.
6. 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
7. 在做“用落体法验证机械能守恒定律”的实验中,除了铁架台、低压交流电源、纸带等实验器材外,还必需的器材应包括( )
A.秒表 B.多用电表 C.打点计时器 D.弹簧秤
8. 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
9. 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
10. 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
二、实验题(本大题共4道小题)
11. (2021四川资阳高一期末,)某同学利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律。实验的简易示意图如图所示,当有不透光物体从光电门通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间。所用的光电门传感器可测的最短时间为0.01 ms。将挡光效果好、宽度为d=3.8×10-3 m的黑色磁带贴在透明直尺上,从一定高度由静止释放,并使其竖直通过光电门。某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间Δti与图中所示的高度差Δhi,并将部分数据进行了处理,结果如表所示。(取g=9.8 m/s2,注:表格中M为直尺质量)
(1)由表格中数据可知,直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用vi=求出的,请你简要分析该同学这样做的理由: 。
(2)请将表格中数据填写完整。
(3)通过实验得出的结论是: 。
(4)根据实验判断下列ΔEk-Δh图像中正确的是 。
12. (2021山东菏泽高一期末,)用如图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”实验,实验中选出的一条纸带如图乙所示。
甲
乙
(1)根据纸带上已测出的数据,可得打“5”点时重物的速度为v5= m/s;取刚下落时重物所在位置为零势能面,可得出打“5”点时重物的重力势能为
Ep= J,此时重物的机械能E5= J(电源频率为50 Hz,重物质量为m,g=9.8 m/s2)。
(2)同样的办法计算得到打“6”点时重物的机械能E6,发现E613. 在“验证机械能守恒定律”的实验中,打点计时器打点周期为T,打出的几条纸带中选出一条理想纸带,如图所示,选取纸带上打出的连续5个点A、B、C、D、E,测出A点距起始点的距离为,点AC间的距离为,点CE间的距离为已知重锤的质量为m,当地的重力加速度为g,则起始点O到打下C点的过程中:
①重锤重力势能的减少量为_____;
②重锤在C点时的瞬时速度______,动能的增加量为______;
③正常来说_____(填“>”、“<”或“=”)。
14. 在进行实验验证机械能守恒定律时,所用的电源为学生电源,输出电压为6 V的交流电和直流电两种。重锤从高处由静止开始落下,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.安装实验仪器
B.将打点计时器接到电源的直流输出端上
C.用天平测量出重锤的质量
D.先释放纸带,再接通电源开关,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锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能
指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤,并说明其原因。
(2)利用上述实验装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值,打出的纸带如图所示。根据打出的纸带,选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E,测出A点距起始点O的距离为l0,点A、C间的距离为l1,点C、E间的距离为l2,使用交流电的频率为f,则根据这些条件计算重锤下落的加速度a的表达式为a= 。
(3)在“验证机械能守恒定律”的实验中发现,重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能,这是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用,可以通过该实验装置测定该阻力的大小。若已知当地重力加速度公认的较准确的值为g,还需要测量的物理量是 。试用这些物理量和纸带上的测量数据表示出重锤下落的过程中受到的平均阻力大小F= 。
答案
一、单选题(本大题共10道小题)
1. 【答案】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。
2. 【答案】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
3. 【答案】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。
4. 【答案】C
【详解】
若机械能守恒,则满足
即
所以v2-h图象应是C.
故选C.
考点:验证机械能守恒定律.
5. 【答案】B
【解析】
【详解】
2→3的过程
所以需验证的表达式为
即
故选B。
6. 【答案】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。
7. 【答案】C
【解析】
【详解】
试题分析:该实验中通过研究打点计时器打出的纸带来验证机械能是否守恒,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,重锤的重力不需要测量,故不需要弹簧秤,多用电表与该实验无关,更不需要,故ABD错误,C正确.
考点:验证机械能守恒定律
【名师点睛】在验证机械能守恒的实验中,验证动能的增加量与重力势能的减小量是否相等,所以要测重锤下降的距离和瞬时速度,测量瞬时速度和下降的距离均需要刻度尺,不需要秒表,由于表达式中可以把质量约掉,故重锤的质量可测可不测.
8. 【答案】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。
9. 【答案】B
【解析】
【分析】
【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。
10. 【答案】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。
二、实验题(本大题共4道小题)
11. 【答案】(1)见解析 (2)由左到右:4.22 3.97M 4.02M (3)见解析 (4)C
解析 (1)瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度。
(2)根据vi=得v5=4.22 m/s;根据ΔEki=M()得ΔEk5=3.97M;MgΔh5=4.02M。
(3)在误差允许的范围内,重力势能的减少量等于动能的增加量。
(4)根据动能定理得MgΔh=ΔEk,所以ΔEk-Δh图线的斜率k==Mg,应该是一条过原点的倾斜直线,C正确。
12. 【答案】(1)0.96 -0.47m -0.01m (2)空气阻力或纸带与限位孔间的摩擦
解析 (1)打“5”点时重物的速度等于4~6段的平均速度,则有v5=×10-3 m/s=0.96 m/s。
取刚下落时重物所在位置为零势能面,可得出打“5”点时重物的重力势能为Ep=-mgh5=-m×9.8×48.0×10-3 J=-0.47m J,
此时重物的机械能为E5=Ek5+Ep5=×m×0.962 J-0.47m J≈-0.01m J。
(2)发现E613. 【答案】 >
【解析】
【详解】
①重锤重力势能的减少量为
②由匀变速直线运动中间时刻瞬时速度等于该过程平均速度得
则动能的增加量为
③由于实验中存在摩擦力阻力,所以正常来说
14. 【答案】(1)见解析 (2)f2 (3)质量 m[g-]
解析 (1)步骤B错误,应该接到电源的交流输出端;步骤D错误,应该先接通电源,再释放纸带;步骤C不必要,因为根据实验原理,重力势能和动能中都包含m,不必测量m,即可进行比较。
(2)由Δl=at2得,a=f2。
(3)根据牛顿第二定律有mg-F=ma,所以F=mg-ma=m[g-],故还需要测量的物理量是质量。
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