人教版必修二8.5实验：验证机械能守恒定律(word版含答)
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) |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 430.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-05-24 22:15:31 | ||
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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. 用如图所示的装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小 与质量 、角速度 和半径之间的关系。两个变速塔轮通过皮带连接，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的钢球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对钢球的压力提供向心力，钢球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个钢球所受向心力的比值。如图所示是探究过程中某次实验时装置的状态。
（1）图中所示是在探究向心力的大小 与 。（填选项前的字母）
A．质量 的关系
B．半径 的关系
C．角速度 的关系
（2）若图中标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力之比为 ，则与皮带连接的两个变速塔轮的半径之比为 。（填选项前的字母）
A．
B．
C．
D．
2. 如图为“用 研究机械能守恒定律的实验”中，将一传感器先后分别固定在坚直板上的 、 和 三点，最低点 作为零势能点。逐次将摆锤从 点自由释放，分别测出摆锤经过 、 和 点时的速度。
（1）实验中使用 传感器测速度。
（2）操作时，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 。为进一步研究在整个摆动过程中机械能是否守恒，需要仔细测量摆锤经过任意位置的机械能，实验中每次静止释放摆锤的位置应 （选填“相同”或“不同”），某同学由于操作不当，测得摆锤在 点的机械能明显比在 、 和 的机械能大，其原因可能是 。
3. 利用图 所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验。实验中，让重锤拖着纸带从静止开始下落，打点计时器在纸带上打出一系列清晰的点，要验证机械能是否守恒，需要比较的是重物在某两点间的动能变化与重力势能的变化是否相等。图 是某次实验得到的一条纸带， 点是重锤开始下落时打出的点， 、 、 是按打点先后顺序选取的三个计数点。通过测量得到 、 间距离为 ， 、 间距离为 ， 、 间距离为 。已知计数点 、 间和 、 间的时间间隔均为 ，重锤质量为 ，当地重力加速度为 。从重锤开始下落到打点计时器打下 点时，重锤重力势能的减小量为 ，动能的增加量为 。
4. 如图所示“验证机械能守恒定律”的实验装置，得到实验数据，往往重锤动能的增加量 它所减小的重力势能（填“大于”、“小于”或“等于”），原因是 。
5. 为了验证机械能守恒定律，某研究性学习小组的同学利用透明直尺和光电计时器设计了一套实验装置，如图所示。当有不透光物体从光电门间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间，所用的光电门可测的最短时间为 ，将具有很好挡光效果的宽度为 的黑色磁带水平贴在透明直尺上。实验时，将直尺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 与图中所示的高度差 ，并将部分数据进行了处理，结果如下表所示（表格中 为直尺质量， 取 ）。
（1）从表格中数据可知，直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用 求出的，请你简要分析该同学这样做的理由是 。
（2）请将表格中的第 点数据填写完整：① ，② ，（结果均保留三位有效数字）
（3）通过实验得出的结论是 。
（4）根据该实验，请你判断下列 图象中正确的是 。
6. 用如图 所示的实验装置验证 、 组成的系统机械能守恒， 从高处由静止开始下落， 上拖着的纸带打出的一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律，如图 给出的是实验中获取的一条纸带： 是打下的第一个点，每相邻两个计数点之间还有 个点（图中未标出），打点计时器使用频率 计数点间的距离如图所示，已知 ，。
（1）若某同学作出 图象如图 所示，则下列说法正确的是 。
A.应该先释放重物，然后打点计时器再通电
B.释放的瞬间绳的拉力为
C.实验测得当地的重力加速度为
D.由于空气阻力和摩擦阻力的影响，使得重力加速度的测量值偏小，属于系统误差
（2）在打下第 个点到第 个点的过程中，系统动能增加 ，系统势能减少 ， 得出结论：在误差允许范围内，系统机械能守恒。（当地实际重力加速度 结果均保留三位有效数字）
答案
1. （1） C
【解析】图中所示两球的质量相同，转动半径相同，根据 可知研究的是向心力与角速度的关系。
（2） B
【解析】根据 两球的向心力之比为 ，半径和质量相等，则转动的角速度之比为 ，因为靠皮带传动，变速轮塔的线速度大小相等，根据 可知与皮带连接的变速塔齿轮对应的半径之比为 。
2. （1） 光电门
（2） 同一高度；相同；测量 点的高度偏大或在 点固定光电门时比 点偏低
3. ；
4. 小于；重物下落时受到阻力作用
【解析】“验证机械能守恒定律”的实验，得到实验数据，往往重锤动能的增加量小于它所减小的重力势能，原因是重物下落时受到阻力作用。
5. （1） 瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度，或者说，当时间很短时，平均速度近似等于瞬时速度
【解析】瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度，故直尺上磁带通过光电门的瞬时速度可利用 求出。
（2） ；
【解析】① ；
②
（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（或者说，在误差允许范围内，机械能是守恒的）
【解析】从表中数据可知，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，即机械能守恒定律成立。
（4） C
【解析】根据动能定理可知：，故 的图象应是过原点的倾斜直线，故C正确。
6. （1） CD
【解析】应先通电再释放重物，故A错误；
释放瞬间 向下加速，拉力不等于 重力，故B错误；
根据机械能守恒定律有：，解得 ，则图象斜率 ，解得 ，故C正确；
由于空气阻力和摩擦阻力的影响，使得重力加速度测量值偏小，属于
系统误差，故D正确。
（2） ；
【解析】计数点 的瞬时速度 ，
系统动能增加
系统重力势能减少量
第1页（共1 页）
一、实验题（共6小题）
1. 用如图所示的装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小 与质量 、角速度 和半径之间的关系。两个变速塔轮通过皮带连接，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的钢球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对钢球的压力提供向心力，钢球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个钢球所受向心力的比值。如图所示是探究过程中某次实验时装置的状态。
（1）图中所示是在探究向心力的大小 与 。（填选项前的字母）
A．质量 的关系
B．半径 的关系
C．角速度 的关系
（2）若图中标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力之比为 ，则与皮带连接的两个变速塔轮的半径之比为 。（填选项前的字母）
A．
B．
C．
D．
2. 如图为“用 研究机械能守恒定律的实验”中，将一传感器先后分别固定在坚直板上的 、 和 三点，最低点 作为零势能点。逐次将摆锤从 点自由释放，分别测出摆锤经过 、 和 点时的速度。
（1）实验中使用 传感器测速度。
（2）操作时，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 。为进一步研究在整个摆动过程中机械能是否守恒，需要仔细测量摆锤经过任意位置的机械能，实验中每次静止释放摆锤的位置应 （选填“相同”或“不同”），某同学由于操作不当，测得摆锤在 点的机械能明显比在 、 和 的机械能大，其原因可能是 。
3. 利用图 所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验。实验中，让重锤拖着纸带从静止开始下落，打点计时器在纸带上打出一系列清晰的点，要验证机械能是否守恒，需要比较的是重物在某两点间的动能变化与重力势能的变化是否相等。图 是某次实验得到的一条纸带， 点是重锤开始下落时打出的点， 、 、 是按打点先后顺序选取的三个计数点。通过测量得到 、 间距离为 ， 、 间距离为 ， 、 间距离为 。已知计数点 、 间和 、 间的时间间隔均为 ，重锤质量为 ，当地重力加速度为 。从重锤开始下落到打点计时器打下 点时，重锤重力势能的减小量为 ，动能的增加量为 。
4. 如图所示“验证机械能守恒定律”的实验装置，得到实验数据，往往重锤动能的增加量 它所减小的重力势能（填“大于”、“小于”或“等于”），原因是 。
5. 为了验证机械能守恒定律，某研究性学习小组的同学利用透明直尺和光电计时器设计了一套实验装置，如图所示。当有不透光物体从光电门间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间，所用的光电门可测的最短时间为 ，将具有很好挡光效果的宽度为 的黑色磁带水平贴在透明直尺上。实验时，将直尺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 与图中所示的高度差 ，并将部分数据进行了处理，结果如下表所示（表格中 为直尺质量， 取 ）。
（1）从表格中数据可知，直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用 求出的，请你简要分析该同学这样做的理由是 。
（2）请将表格中的第 点数据填写完整：① ，② ，（结果均保留三位有效数字）
（3）通过实验得出的结论是 。
（4）根据该实验，请你判断下列 图象中正确的是 。
6. 用如图 所示的实验装置验证 、 组成的系统机械能守恒， 从高处由静止开始下落， 上拖着的纸带打出的一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律，如图 给出的是实验中获取的一条纸带： 是打下的第一个点，每相邻两个计数点之间还有 个点（图中未标出），打点计时器使用频率 计数点间的距离如图所示，已知 ，。
（1）若某同学作出 图象如图 所示，则下列说法正确的是 。
A.应该先释放重物，然后打点计时器再通电
B.释放的瞬间绳的拉力为
C.实验测得当地的重力加速度为
D.由于空气阻力和摩擦阻力的影响，使得重力加速度的测量值偏小，属于系统误差
（2）在打下第 个点到第 个点的过程中，系统动能增加 ，系统势能减少 ， 得出结论：在误差允许范围内，系统机械能守恒。（当地实际重力加速度 结果均保留三位有效数字）
答案
1. （1） C
【解析】图中所示两球的质量相同，转动半径相同，根据 可知研究的是向心力与角速度的关系。
（2） B
【解析】根据 两球的向心力之比为 ，半径和质量相等，则转动的角速度之比为 ，因为靠皮带传动，变速轮塔的线速度大小相等，根据 可知与皮带连接的变速塔齿轮对应的半径之比为 。
2. （1） 光电门
（2） 同一高度；相同；测量 点的高度偏大或在 点固定光电门时比 点偏低
3. ；
4. 小于；重物下落时受到阻力作用
【解析】“验证机械能守恒定律”的实验，得到实验数据，往往重锤动能的增加量小于它所减小的重力势能，原因是重物下落时受到阻力作用。
5. （1） 瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度，或者说，当时间很短时，平均速度近似等于瞬时速度
【解析】瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度，故直尺上磁带通过光电门的瞬时速度可利用 求出。
（2） ；
【解析】① ；
②
（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（或者说，在误差允许范围内，机械能是守恒的）
【解析】从表中数据可知，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，即机械能守恒定律成立。
（4） C
【解析】根据动能定理可知：，故 的图象应是过原点的倾斜直线，故C正确。
6. （1） CD
【解析】应先通电再释放重物，故A错误；
释放瞬间 向下加速，拉力不等于 重力，故B错误；
根据机械能守恒定律有：，解得 ，则图象斜率 ，解得 ，故C正确；
由于空气阻力和摩擦阻力的影响，使得重力加速度测量值偏小，属于
系统误差，故D正确。
（2） ；
【解析】计数点 的瞬时速度 ，
系统动能增加
系统重力势能减少量
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