人教版必修二8.5实验：验证机械能守恒定律(word版含答案)
文档属性
| 名称 | 人教版必修二8.5实验：验证机械能守恒定律(word版含答案) |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 369.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-05-09 20:08:09 | ||
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文档简介
人教版必修二8.5实验：验证机械能守恒定律
一、实验题（共6小题；）
1. 在“用 研究机械能守恒定律”的实验中，利用如图所示的器材进行实验。
（1）图中的①是 ；②是 （填实验器材名称）。
（2）实验 ：从右侧某一高度由静止释放摆锤，可以观察到摆锤摆到左侧的最高位置与释放点基本在同一高度，改变①在固定杆上的位置，重复实验，仍观察到上述结果，由此可以得出的实验结论是： 。
（3）实验 ：进一步仔细测量摆锤经过任意位置时的机械能。实验前要将摆锤直径及其质量输入计算机内，原因是： 。
（4）如果摆锤每次从同一位置释放，测出摆锤经历各点的速度，以摆锤速度的平方 为纵坐标，以摆锤距离零势能 点（最低点）的高度 为横坐标，描点作出的图线理论上应是一条 （选填“过”或“不过”）原点的直线。通过图线斜率可求得 。
2. 打点验证机械能守恒定律的实验装置如图所示。
（1）除图示器材外，下列器材中，必需的一组是 。（只有一个选项符合要求，填选项前的符号）
A.直流电源及导线、天平及砝码
B.直流电源及导线、刻度尺
C.交流电源（，）及导线、天平及砝码
D.交流电源（，）及导线、刻度尺图
（2）下图中的纸带是实验过程中打点计时器打出的一条纸带。打点计时器打下 点（中未标出）时，重锤开始下落， 、 、 是打点计时器连续打下的 个点。刻度尺的刻线与 点对齐， 、 、 三个点所对刻度如图所示。打点计时器在打出 点时锤下落的高度 ，下落的速度为 （计算结果保留 位效数字）。
（3）某同学用上述方法测出各计数点到 点的距离 ，算出对应的速度平方 ，并作出 图象，设当地重力加速度为 。下列说法正确的是 。（填选项前的符号）
A. 图象一定过原点
B.若 图象是一条过原点的直线，则机械能一定守恒
C.若 图象是一条过原点的直线，则斜率等于
D.若 图象是一条过原点的直线，则斜率略小于
3. 某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。弧形轨道末端水平，离地面的高度为 ，将钢球从轨道的不同高度 处由静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为 。
（1）若轨道完全光滑， 与 的理论关系应满足 （用 、 表示）。
（2）该同学实验时测量得到一组数据，如下表所示：
请在如图所示坐标纸上作出 关系图。
（3）对比实验结果与理论计算得到的 关系，图线（图中已画出），自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率 （填“小于”或‘‘大于”）理论值。
（4）从 关系图线中分析得出的钢球水平抛出的速率误差显著，你认为造成上述误差的原因是 。
4. 如图所示，两个质量各为 和 的小物块 和 ，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知 。现要利用此装置验证机械能守恒定律。
（1）若选定物块 从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有 。（在横线上填入选项前对应的字母）
A.物块的质量 、
B.物块 下落的距离及下落这段距离所用的时间
C.物块 上升的距离及上升这段距离所用的时间
D.绳子的长度
（2）为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：
A.绳的质量要轻
B.在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好
C.尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃
D.两个物块的质量之差要尽可能小
以上建议中确实对提高准确程度有作用的是 （在横线上填入选项前对应的字母）。
（3）写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议： 。
5. 如图所示，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可“验证机械能守恒定律”。
（1）已准备的器材有：打点计时器（带导线）、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子重物，此外还必需的器材是 。
A.直流电源、天平及砝码
B.直流电源、刻度尺
C.交流电源、天平及砝码
D.交流电源、刻度尺
（2）安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如下图所示（其中一段纸带图中未画出）。图中 点为打出起始点，且速度为零。
选取在纸带上连续打出的点 、 、 、 、 、 、 作为计数点。其中测出 、 、 点距起点 的距离如图所示。已知打点计时器打点周期为 。由此可计算出物体下落到 点时的瞬时速度 （结果保留三位有效数字）。
（3）若已知当地重力加速度为 ，代入图中所测的数据进行计算，并将 与 进行比较（用题中所给字母表示），即可在误差范围内验证，从 点到 点的过程中机械能是否守恒。
（4）某同学进行数据处理时不慎将纸带前半部损坏，找不到打出的起始点 了，如图所示。于是他利用剩余的纸带进行如下的测量：以 点为起点，测量各点到 点的距离 ，计算出物体下落到各点的速度 ，并作出 图象。图中给出了 、 、 三条直线，他作出的图象应该是直线 ；由图象得出， 点到起始点 的距离为 （结果保留三位有效数字）。
6. 如甲图所示的装置叫做阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德（）创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律。某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示。实验时，该同学进行了如下步骤：
将质量均为 （ 的含挡光片、 的含挂钩）的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出 上挡光片中心到光电门中心的竖直距离 。
在 的下端挂上质量为 的物块 ，让系统（重物 、 以及物块 ）中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为 。
测出挡光片的宽度 ，计算物块速度 。
利用实验数据验证机械能守恒定律。
（1）步骤 中，计算物块速度 （用实验中字母表示），利用这种方法测量的速度总是比挡光片中心通过光电门中心的实际速度 （选填“大”或“小”）。为使 的测量值更加接近真实值，减小测量系统误差，可采用的最合理的方法是 。
A.减小挡光片宽度
B.增大挡光片中心到光电门中心的竖直距离
C.将光电门记录挡光时间 的精度设置得更高
D.将实验装置更换为纸带和打点计时器
（2）步骤 中，如果系统（重物 、 以及物块 ）的机械能守恒，应满足的关系为 （已知重力加速度为 ，用实验中字母表示）。
（3）某次实验分析数据发现，系统重力势能减小量小于系统动能增加量，造成这个结果的原因可能是 。
A．绳子、滑轮并非轻质而有一定质量
B．滑轮与绳子之间产生滑动摩擦
C．计算重力势能错误地将 的数值取做
D．挂物块 时不慎使 具有向上的初速度
答案
1. （1） 定位挡片；光电门
（2） 在只有重力做功的条件下，物体初状态的机械能等于末状态的机械能（或初状态的重力势能等于末状态的重力势能）
（3） 摆锤直径相当于挡光片的宽度，光电门测速度需要，质量计算机在计算各状态能量时需要
（4） 不过；
2. （1） D
【解析】由于实验的原理是：，即 ，说明测质量的天平可以不用，故选项D正确，因为需要交流电源、刻度尺即可。
（2） （）；（）
【解析】 的读数为 ，其中“”是估计数字；下落的速度为 。
（3） AD
【解析】如果做出的是 的图象，则存在 ，所以其图象应该是一条过原点的直线，并且其斜率约是 ，如果考虑到摩擦的存在，则斜率会略小一些，选项D正确。
3. （1）
（2） 略
（3） 小于
（4） 摩擦，转动（回答任一即可）
4. （1） A，B或A，C
【解析】本实验需要验证系统重力势能的减少量 与系统动能的增加量 是否相等，而 ，
所以 ，
即 ，
因此，选A，B或A，C。
（2） A，C
【解析】本实验验证的是 ， 系统的机械能守恒，忽略了绳的能量，所以，绳的质量要轻，A项对；
在“轻质绳”的前提下，为尽可能减少实验误差，绳子应尽可能长些，但并不是越长越好，B项错；
本题所求的速度是竖直方向的速度，所以C项对；
为减小物体运动过程中摩擦阻力的影响，两物块的质量之差要尽可能大些，D项错，
故选A，C项。
（3） 例如：“对同一高度进行多次测量取平均值”；“选取受力后相对伸长尽量小的绳”；等等
5. （1） D
【解析】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。
（2）
【解析】 点的瞬时速度 。
（3）
【解析】 到 点动能的变化量为 ，重力势能的减小量为 ，可知将 与 进行比较，即可在误差范围内验证，从 点到 点的过程中机械能是否守恒。
（4） ；
【解析】以 点为起点，测量各点到 点的距离 ，由于 点速度不为零，可知 时，纵轴坐标不为零，可知正确的图线为 。由图可知，初始位置时，速度为零，可知 点到起始点 的距离为 。
6. （1） ；小；A
（2）
（3） D
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一、实验题（共6小题；）
1. 在“用 研究机械能守恒定律”的实验中，利用如图所示的器材进行实验。
（1）图中的①是 ；②是 （填实验器材名称）。
（2）实验 ：从右侧某一高度由静止释放摆锤，可以观察到摆锤摆到左侧的最高位置与释放点基本在同一高度，改变①在固定杆上的位置，重复实验，仍观察到上述结果，由此可以得出的实验结论是： 。
（3）实验 ：进一步仔细测量摆锤经过任意位置时的机械能。实验前要将摆锤直径及其质量输入计算机内，原因是： 。
（4）如果摆锤每次从同一位置释放，测出摆锤经历各点的速度，以摆锤速度的平方 为纵坐标，以摆锤距离零势能 点（最低点）的高度 为横坐标，描点作出的图线理论上应是一条 （选填“过”或“不过”）原点的直线。通过图线斜率可求得 。
2. 打点验证机械能守恒定律的实验装置如图所示。
（1）除图示器材外，下列器材中，必需的一组是 。（只有一个选项符合要求，填选项前的符号）
A.直流电源及导线、天平及砝码
B.直流电源及导线、刻度尺
C.交流电源（，）及导线、天平及砝码
D.交流电源（，）及导线、刻度尺图
（2）下图中的纸带是实验过程中打点计时器打出的一条纸带。打点计时器打下 点（中未标出）时，重锤开始下落， 、 、 是打点计时器连续打下的 个点。刻度尺的刻线与 点对齐， 、 、 三个点所对刻度如图所示。打点计时器在打出 点时锤下落的高度 ，下落的速度为 （计算结果保留 位效数字）。
（3）某同学用上述方法测出各计数点到 点的距离 ，算出对应的速度平方 ，并作出 图象，设当地重力加速度为 。下列说法正确的是 。（填选项前的符号）
A. 图象一定过原点
B.若 图象是一条过原点的直线，则机械能一定守恒
C.若 图象是一条过原点的直线，则斜率等于
D.若 图象是一条过原点的直线，则斜率略小于
3. 某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。弧形轨道末端水平，离地面的高度为 ，将钢球从轨道的不同高度 处由静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为 。
（1）若轨道完全光滑， 与 的理论关系应满足 （用 、 表示）。
（2）该同学实验时测量得到一组数据，如下表所示：
请在如图所示坐标纸上作出 关系图。
（3）对比实验结果与理论计算得到的 关系，图线（图中已画出），自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率 （填“小于”或‘‘大于”）理论值。
（4）从 关系图线中分析得出的钢球水平抛出的速率误差显著，你认为造成上述误差的原因是 。
4. 如图所示，两个质量各为 和 的小物块 和 ，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知 。现要利用此装置验证机械能守恒定律。
（1）若选定物块 从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有 。（在横线上填入选项前对应的字母）
A.物块的质量 、
B.物块 下落的距离及下落这段距离所用的时间
C.物块 上升的距离及上升这段距离所用的时间
D.绳子的长度
（2）为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：
A.绳的质量要轻
B.在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好
C.尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃
D.两个物块的质量之差要尽可能小
以上建议中确实对提高准确程度有作用的是 （在横线上填入选项前对应的字母）。
（3）写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议： 。
5. 如图所示，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可“验证机械能守恒定律”。
（1）已准备的器材有：打点计时器（带导线）、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子重物，此外还必需的器材是 。
A.直流电源、天平及砝码
B.直流电源、刻度尺
C.交流电源、天平及砝码
D.交流电源、刻度尺
（2）安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如下图所示（其中一段纸带图中未画出）。图中 点为打出起始点，且速度为零。
选取在纸带上连续打出的点 、 、 、 、 、 、 作为计数点。其中测出 、 、 点距起点 的距离如图所示。已知打点计时器打点周期为 。由此可计算出物体下落到 点时的瞬时速度 （结果保留三位有效数字）。
（3）若已知当地重力加速度为 ，代入图中所测的数据进行计算，并将 与 进行比较（用题中所给字母表示），即可在误差范围内验证，从 点到 点的过程中机械能是否守恒。
（4）某同学进行数据处理时不慎将纸带前半部损坏，找不到打出的起始点 了，如图所示。于是他利用剩余的纸带进行如下的测量：以 点为起点，测量各点到 点的距离 ，计算出物体下落到各点的速度 ，并作出 图象。图中给出了 、 、 三条直线，他作出的图象应该是直线 ；由图象得出， 点到起始点 的距离为 （结果保留三位有效数字）。
6. 如甲图所示的装置叫做阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德（）创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律。某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示。实验时，该同学进行了如下步骤：
将质量均为 （ 的含挡光片、 的含挂钩）的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出 上挡光片中心到光电门中心的竖直距离 。
在 的下端挂上质量为 的物块 ，让系统（重物 、 以及物块 ）中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为 。
测出挡光片的宽度 ，计算物块速度 。
利用实验数据验证机械能守恒定律。
（1）步骤 中，计算物块速度 （用实验中字母表示），利用这种方法测量的速度总是比挡光片中心通过光电门中心的实际速度 （选填“大”或“小”）。为使 的测量值更加接近真实值，减小测量系统误差，可采用的最合理的方法是 。
A.减小挡光片宽度
B.增大挡光片中心到光电门中心的竖直距离
C.将光电门记录挡光时间 的精度设置得更高
D.将实验装置更换为纸带和打点计时器
（2）步骤 中，如果系统（重物 、 以及物块 ）的机械能守恒，应满足的关系为 （已知重力加速度为 ，用实验中字母表示）。
（3）某次实验分析数据发现，系统重力势能减小量小于系统动能增加量，造成这个结果的原因可能是 。
A．绳子、滑轮并非轻质而有一定质量
B．滑轮与绳子之间产生滑动摩擦
C．计算重力势能错误地将 的数值取做
D．挂物块 时不慎使 具有向上的初速度
答案
1. （1） 定位挡片；光电门
（2） 在只有重力做功的条件下，物体初状态的机械能等于末状态的机械能（或初状态的重力势能等于末状态的重力势能）
（3） 摆锤直径相当于挡光片的宽度，光电门测速度需要，质量计算机在计算各状态能量时需要
（4） 不过；
2. （1） D
【解析】由于实验的原理是：，即 ，说明测质量的天平可以不用，故选项D正确，因为需要交流电源、刻度尺即可。
（2） （）；（）
【解析】 的读数为 ，其中“”是估计数字；下落的速度为 。
（3） AD
【解析】如果做出的是 的图象，则存在 ，所以其图象应该是一条过原点的直线，并且其斜率约是 ，如果考虑到摩擦的存在，则斜率会略小一些，选项D正确。
3. （1）
（2） 略
（3） 小于
（4） 摩擦，转动（回答任一即可）
4. （1） A，B或A，C
【解析】本实验需要验证系统重力势能的减少量 与系统动能的增加量 是否相等，而 ，
所以 ，
即 ，
因此，选A，B或A，C。
（2） A，C
【解析】本实验验证的是 ， 系统的机械能守恒，忽略了绳的能量，所以，绳的质量要轻，A项对；
在“轻质绳”的前提下，为尽可能减少实验误差，绳子应尽可能长些，但并不是越长越好，B项错；
本题所求的速度是竖直方向的速度，所以C项对；
为减小物体运动过程中摩擦阻力的影响，两物块的质量之差要尽可能大些，D项错，
故选A，C项。
（3） 例如：“对同一高度进行多次测量取平均值”；“选取受力后相对伸长尽量小的绳”；等等
5. （1） D
【解析】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。
（2）
【解析】 点的瞬时速度 。
（3）
【解析】 到 点动能的变化量为 ，重力势能的减小量为 ，可知将 与 进行比较，即可在误差范围内验证，从 点到 点的过程中机械能是否守恒。
（4） ；
【解析】以 点为起点，测量各点到 点的距离 ，由于 点速度不为零，可知 时，纵轴坐标不为零，可知正确的图线为 。由图可知，初始位置时，速度为零，可知 点到起始点 的距离为 。
6. （1） ；小；A
（2）
（3） D
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