人教版高中物理必修二8.5验证机械能守恒定律 同步练习提高卷
一、单选题(本大题共10道小题)
1. 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
2. 在《验证机械能守恒定律》的实验中,下列说法正确的是( )
A.先释放纸带,后接通电源
B.用天平测量重物质量,用秒表测量重物下落时间
C.重物动能的增加量一定大于重力势能的减小量
D.打点计时器必须竖直安装,使两限位孔在同一竖直线上
3. 某同学用左图所示的装置来“验证机械能守恒定律”。该装置比右图的装置好些,正确的理由是( )
A.减小了空气阻力对实验的影响
B.电火花计时器的工作电压约
C.可以节省纸带,让点迹更为密集
D.保证物体从静止释放,避免因纸带抖动而造成摩擦增大
4. 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.
5. 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.
6. 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
7. 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
8. “验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示.下列做法正确的是
A.选用较小密度材料制成的重锤
B.先释放纸带,再接通电源
C.将纸带沿竖直方向穿过限位孔
D.选用直流电源给打点计时器供电
9. 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
10. 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
二、实验题(本大题共4道小题)
11. 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”)。
12. 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= 。
13. (2022黑龙江大庆铁人中学高一期中,)图甲为验证机械能守恒定律的实验装置示意图。两个质量各为mA和mB(mA>mB)的小物块A和B分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端,用手拉住物块B,使它与地面接触,用米尺测量物块A的底部到地面的高度h。释放物块B,同时用秒表开始计时,当物块A碰到地面时,停止计时,记下物块A下落的时间t,当地的重力加速度为g。
(1)在物块A下落的时间t内,物块A、B组成的系统减少的重力势能ΔEp= ,增加的动能ΔEk= (用mA、mB、h和t表示)。改变mA、mB和h,多次重复上述实验,若在实验误差范围内ΔEp=ΔEk均成立,则可初步验证机械能守恒定律;
(2)由于空气阻力和定滑轮阻力的作用,实验中往往出现系统重力势能的减少量 (填“大于”“小于”“等于”)动能的增加量;
(3)若某同学做出了该实验的h-t2图像如图乙所示,已知横纵坐标上的数值a、b,则当地的实际重力加速度g= (用mA、mB、a、b表示)。
14. 某同学利用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律,所用器材包括:安装phyphox APP的智能手机、铁球、刻度尺、钢尺等。实验过程如下:
(1)一钢尺伸出水平桌面少许,将质量为m的铁球放在钢尺末端,用刻度尺测出钢尺上表面与地板间的高度差;
(2)运行智能手机中的声音“振幅”(声音传感器)项目;
(3)迅速敲击钢尺侧面,铁球自由下落。传感器记录下声音振幅随时间变化曲线如图10乙所示,第一、第二个尖峰的横坐标分别对应铁球开始下落和落地时刻。测得这两个尖峰的时间间隔为。
(4)若铁球下落过程中机械能守恒,则应满足等式:___________(请用物理量符号m、g、h、t表示)。
(5)若已知铁球质量为50g,,则下落过程中减小的重力势能,增加的动能___________J(结果保留3位小数)。相对误差___________,据此可以得到的实验结论:在误差允许的范围内,铁球在自由下落过程中机械能守恒。
(6)敲击钢尺侧面时若铁球获得一个较小的水平速度,对实验测量结果___________(填“有”或“没有”)影响。
答案
一、单选题(本大题共10道小题)
1. 【答案】C
【解析】
【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.
【点睛】
解决本题关键要知道实验的原理,能正确分析纸带动纸带下落过程中能量如何转化.
2. 【答案】D
【解析】
【详解】
A.必须先接通电源,后释放纸带,否则有一段纸带打不上点,甚至整条纸带都打不上点,A错误;
B. 不用天平测量重物质量,因为验证机械能守恒定律的表达式两侧都有质量;不用秒表测量重物下落时间,用打点计时器记录时间,B错误;
C. 由于重物下落过程中受到空气阻力而损失机械能,重物动能的增加量一定小于重力势能的减小量,C错误;
D. 为了减小纸带与打点计时器的摩擦,打点计时器必须竖直安装,使两限位孔在同一竖直线上,D正确。
故选D。
3. 【答案】D
【详解】
A.用左图不能减小空气阻力对实验的影响,选项A错误;
B.电火花计时器的工作电压为220V,选项B错误;
C.点迹过于密集不利于长度的测量,会增大误差,选项C错误;
D.保证物体从静止释放,避免因纸带抖动而造成摩擦增大,选项D正确。
故选D。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【答案】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。
7. 【答案】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。
8. 【答案】C
【解析】
【详解】
A.为了减小阻力的影响,应选取密度大、体积小的重物,故A错误;
B.实验时应先接通电源,再释放纸带,故B错误;
C.为了减小阻力的影响,两个限位孔应在同一竖直线上,故C正确;
D.使用交流电源给打点计时器供电,故D错误;
故选C。
9. 【答案】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。
10. 【答案】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。
二、实验题(本大题共4道小题)
11. 【答案】 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。
12. 【答案】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。
13. 【答案】(1)(mA-mB)gh (2)大于 (3)
解析 (1)物块A、B组成的系统减少的重力势能ΔEp=(mA-mB)gh;物块A下落过程有h=t,解得末速度为v=,系统动能的增加量为ΔEk=(mA+mB)v2=。
(2)由于空气阻力和定滑轮阻力的作用,实验中往往出现系统重力势能的减少量大于动能的增加量。
(3)根据ΔEp=ΔEk有=(mA-mB)gh,则h=t2,h-t2图像的斜率,解得g=。
14. 【答案】 或 0.380 0.5 没有
【解析】
【详解】
(4)铁球下落的速度为
根据初速度为0的匀变速直线运动的公式有
解得铁球下落时间t的速度为
若铁球下落过程中机械能守恒,则应满足等式
代入数据解得
或
(5)下落过程中增加的动能
相对误差
(6)根据运动的独立性,敲击钢尺侧面时若铁球获得一个较小的水平速度,不影响铁球竖直方向的运动,对实验测量结果没有影响。
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