8.5 实验：验证机械能守恒定律 巩固基础同步练习题—2021-2022学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册（word版含答案）
文档属性
| 名称 | 8.5 实验：验证机械能守恒定律 巩固基础同步练习题—2021-2022学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册（word版含答案） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 658.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-06-20 11:29:11 | ||
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文档简介
8.5 实验：验证机械能守恒定律
一、单选题
1．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．在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力。关于实验结果，下列说法正确的是（ ）
A．减少的重力势能大于增加的动能
B．减少的重力势能小于增加的动能
C．减少的重力势能等于增加的动能
D．以上都有可能
3．如图所示，将一表面光滑的半圆柱体固定于水平桌面上，一跨过圆柱表面不可伸长的轻绳分别与甲、乙两个质量不同的小球相连，乙球的质量大于甲球的质量。开始时用手按住甲球位于水平桌面且靠住圆柱侧面。现静止释放甲球，为使小球甲能恰好通过圆柱的最高点，球可看成质点，则下列说法正确的是（ ）
A．甲球在运动到圆柱顶前两球速度相同
B．乙球下落过程中机械能守恒
C．当两球质量比满足时，甲球能恰好通过圆柱顶端
D．当两球质量比满足时，甲球能恰好通过圆柱顶端
4．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是（ ）
A．必须用秒表测重物下落的时间
B．选用质量小的重物可减小实验误差
C．实验时必须先用天平测出重物的质量
D．实验中不得用公式v＝ 求下落高度h时的速度
二、多选题
5．利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，要使该实验误差尽量小，下述注意点正确的是________（填入相应的字母）。
A．使重物的质量尽量大些，但悬挂时不能拉断纸带
B．选用电火花计时器比电磁打点计时器更好，可减小阻力影响
C．测长度时保持纸带悬挂状态，刻度尺的读数更准确
D．纸带上留下的点越大越好
6．某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中正确的是（ ）
A．把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压直流电源上
B．将连有重锤的纸带穿过限位孔，将纸带和重锤提升到一定高度
C．先释放纸带，再接通电源
D．更换纸带，重复实验，根据记录处理数据
7．下列器材中实验“探究小车速度随时间变化的规律”、“探究加速度与力、质量的关系”、“验证机械能守恒定律“都需要用到的实验器材是（ ）
A． B．
C． D．
第II卷（非选择题）
请点击修改第II卷的文字说明
三、实验题
8．利用图（a）装置做“验证机械能守恒定律”的实验。将重物从高处由静止释放，重物上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。
（1）对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_______；
A．重物选用质量和密度较大的金属锤
B．两限位孔在同一竖直面内上下对正
C．利用公式来求解瞬时速度
D．重复实验时，重物必须从同一位置开始下落
（2）实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图（b）所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为、、。已知当地重力加速度为g，打点计时器的电源频率f，重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中，重物重力势能变化量的大小为_______，重物动能变化量的大小为_______。
9．某实验小组想利用实验室里的弹簧弹射器（内壁光滑）等器材来测量弹簧的弹性势能，将质量为m的弹丸（可看作质点）压缩弹簧到位置P，由静止弹射出去，忽略一切阻力，通过弹丸的初动能从而求得弹簧的弹性势能：
（1）甲小组的同学设计的实验装置方案如图甲所示，用铁架台固定住弹射器，实验中测量了弹丸的水平位移x和弹丸下落的高度h，则在安装弹射器时应注意________；弹簧的弹性势能表达式为__________.
（2）乙小组的同学设计了如图乙所示装置，水平台面左侧固定弹射器，右侧的位置各安装一个光电门，计时器（图中未画出）与两个光电门相连，并用刻度尺测得两点间的水平距离x.计时器记录下弹丸从A到B所用的时间t.
①弹丸被弹射出的速度大小的表达式是________；静止释放弹丸时，弹簧的弹性势能_______.（均用题中字母符号表示）
②弹丸被弹射出去后，由于重力作用其运动轨迹会向下有所偏转，这对实验结果_______（填“有”或“没有”）影响.
（3）请任选一组实验，给出一条能减小实验误差的建议：_______.
10．验证“机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法（g=9.8 m/s2）：
（1）通过验证mv2=mgh来验证机械能守恒定律时，对纸带上起点的要求___________；为此，所选择纸带的第一、二两点间距应接近___________。
（2）若实验中所用重物质量m=1 kg，打点纸带如图所示，所用电压频率为50 Hz，则打点时间间隔为___________，则记录B点时，重物的速度vB=___________，重物动能EkB=___________。从开始下落起至B点，重物的重力势能减少量是___________，因此可得出的结论是：___________。（结果保留两位有效数字）
（3）根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以为纵轴，画出的图象应是图中的___________，图线的斜率表示___________。
11．某研究小组采用了如图甲所示的实验装置“验证机械能守恒定律”，在一根不可伸长的细线一端系一个金属小球，另一端固定在O点，记下小球静止时球心的位置A，在A处放置一个光电门，将小球拉至某一位置由静止释放。当地重力加速度用g表示。
（1）为验证机械能守恒，除了要测量小球释放点球心距A点高度h，还需要测量哪些物理量_____（请同时写出物理量的字母），若等式_____成立，说明图甲小球下摆过程中机械能守恒。（用题中测得的物理量字母表示）
（2）若撤去光电门，在O点安装一个拉力传感器，测出线上的拉力F，实验中记录细线拉力大小随时间的变化如图乙所示（Fm是实验中测得的最大拉力值）。在小球第一次运动至最低点的过程，根据重力势能的减少量和动能的增加量之间的关系，也可验证机械能守恒定律。观察图乙中拉力峰值随时间变化规律，从能量的角度分析造成这一结果的主要原因为：_____。
12．某同学利用如图（a）所示装置来测量当地的重力加速度，用一根不可伸长的细绳，一端系住小球，另一端固定在悬点O，O点正下方固定一个光电门，小球摆到最低点时球心刚好可以经过光电门，光电门可以记录小球的挡光时间。
（1）首先用游标卡尺测量出小球的直径d，并用刻度尺测量出细绳的长度L，已知。
（2）将摆球拉至某一高度，记录此时绳子与竖直方向的夹角θ，从静止开始释放小球，光电门测得小球经过光电门的时间t，即小球在最低点的速度为_____（用题中所给字母表示），如果要测当地的重力加速度_____（选填“需要”或“不需要”）称量出小球的质量。
（3）改变θ，重复以上步骤，得到多组数据，并画出关系图，如图（b）所示，图像斜率绝对值为k，即重力加速度g=_____。（根据已知量写表达式）
13．DIS是由传感器、数据采集器、计算机、实验教学软件构成的数字化实验系统。某实验小组“用DIS研究机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示。实验时，将摆球（连同遮光片J）每次都从同一位置M下摆，传感器K分别固定在A、B、C、D采集数据，D点为摆球通过的最低点。在一次实验中以图象方式采集数据并分析实验结果，所显示的图象如图乙所示。图象的横轴表示摆球距离D点的高度h，纵轴表示摆球的重力势能Ep、动能Ek或机械能E（不计空气阻力）。
（1）图乙中的图象表示摆球重力势能Ep随摆球距离D点的高度h变化关系的图线是_____（选填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）。
（2）摆球在摆动过程中，重力所做功的最大值为_____J（重力加速度取9.8m/s2）。
（3）从图乙中的图象可以得出本实验的结论是：_____。
14．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=3.8×10-3m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，结果如下表所示。（取g=9.8m/s2，注:表格中M为直尺质量）
Δti/（×10-3 s） vi=/（m·s-1） Δhi/m MgΔhi
1 1.21 3.14 — — —
2 1.15 3.30 0.52M 0.06 0.59M
3 1.00 3.80 2.29M 0.24 2.35M
4 0.95 4.00 3.07M 0.32 3.14M
5 0.90 0.41
（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______。
A． B． C． D．
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
2．A
3．C
4．D
5．AB
6．BD
7．BD
8． AB mgh2
9． 弹射器必须水平 没有 甲组实验中，在不改变高度h的情况下，进行多次实验，测量多组水平射程x，得出水平射程x的平均值，以减小误差（或：乙组实验中，x的距离要多次测量取平均值）
10． 初速度等于零 2 mm 0.02 s 0.59 m/s 0.17 J 0.17 J 在误差允许的范围内重物机械能守恒 C 重力加速度（g）
11． 小球的直径d、小球通过光电门时的挡光时间△t 克服空气阻力做功，导致每次经过最低点动能都减小一些，所需的向心力减小一些，所以细线最大拉力逐渐减小
12． 不需要
13． Ⅱ 0.016 摆球在摆动过程中，机械能守恒
14． 瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度；
4.22 3.97M 4.02M
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；
C
答案第1页，共2页
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一、单选题
1．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．在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力。关于实验结果，下列说法正确的是（ ）
A．减少的重力势能大于增加的动能
B．减少的重力势能小于增加的动能
C．减少的重力势能等于增加的动能
D．以上都有可能
3．如图所示，将一表面光滑的半圆柱体固定于水平桌面上，一跨过圆柱表面不可伸长的轻绳分别与甲、乙两个质量不同的小球相连，乙球的质量大于甲球的质量。开始时用手按住甲球位于水平桌面且靠住圆柱侧面。现静止释放甲球，为使小球甲能恰好通过圆柱的最高点，球可看成质点，则下列说法正确的是（ ）
A．甲球在运动到圆柱顶前两球速度相同
B．乙球下落过程中机械能守恒
C．当两球质量比满足时，甲球能恰好通过圆柱顶端
D．当两球质量比满足时，甲球能恰好通过圆柱顶端
4．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是（ ）
A．必须用秒表测重物下落的时间
B．选用质量小的重物可减小实验误差
C．实验时必须先用天平测出重物的质量
D．实验中不得用公式v＝ 求下落高度h时的速度
二、多选题
5．利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，要使该实验误差尽量小，下述注意点正确的是________（填入相应的字母）。
A．使重物的质量尽量大些，但悬挂时不能拉断纸带
B．选用电火花计时器比电磁打点计时器更好，可减小阻力影响
C．测长度时保持纸带悬挂状态，刻度尺的读数更准确
D．纸带上留下的点越大越好
6．某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中正确的是（ ）
A．把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压直流电源上
B．将连有重锤的纸带穿过限位孔，将纸带和重锤提升到一定高度
C．先释放纸带，再接通电源
D．更换纸带，重复实验，根据记录处理数据
7．下列器材中实验“探究小车速度随时间变化的规律”、“探究加速度与力、质量的关系”、“验证机械能守恒定律“都需要用到的实验器材是（ ）
A． B．
C． D．
第II卷（非选择题）
请点击修改第II卷的文字说明
三、实验题
8．利用图（a）装置做“验证机械能守恒定律”的实验。将重物从高处由静止释放，重物上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。
（1）对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_______；
A．重物选用质量和密度较大的金属锤
B．两限位孔在同一竖直面内上下对正
C．利用公式来求解瞬时速度
D．重复实验时，重物必须从同一位置开始下落
（2）实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图（b）所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为、、。已知当地重力加速度为g，打点计时器的电源频率f，重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中，重物重力势能变化量的大小为_______，重物动能变化量的大小为_______。
9．某实验小组想利用实验室里的弹簧弹射器（内壁光滑）等器材来测量弹簧的弹性势能，将质量为m的弹丸（可看作质点）压缩弹簧到位置P，由静止弹射出去，忽略一切阻力，通过弹丸的初动能从而求得弹簧的弹性势能：
（1）甲小组的同学设计的实验装置方案如图甲所示，用铁架台固定住弹射器，实验中测量了弹丸的水平位移x和弹丸下落的高度h，则在安装弹射器时应注意________；弹簧的弹性势能表达式为__________.
（2）乙小组的同学设计了如图乙所示装置，水平台面左侧固定弹射器，右侧的位置各安装一个光电门，计时器（图中未画出）与两个光电门相连，并用刻度尺测得两点间的水平距离x.计时器记录下弹丸从A到B所用的时间t.
①弹丸被弹射出的速度大小的表达式是________；静止释放弹丸时，弹簧的弹性势能_______.（均用题中字母符号表示）
②弹丸被弹射出去后，由于重力作用其运动轨迹会向下有所偏转，这对实验结果_______（填“有”或“没有”）影响.
（3）请任选一组实验，给出一条能减小实验误差的建议：_______.
10．验证“机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法（g=9.8 m/s2）：
（1）通过验证mv2=mgh来验证机械能守恒定律时，对纸带上起点的要求___________；为此，所选择纸带的第一、二两点间距应接近___________。
（2）若实验中所用重物质量m=1 kg，打点纸带如图所示，所用电压频率为50 Hz，则打点时间间隔为___________，则记录B点时，重物的速度vB=___________，重物动能EkB=___________。从开始下落起至B点，重物的重力势能减少量是___________，因此可得出的结论是：___________。（结果保留两位有效数字）
（3）根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以为纵轴，画出的图象应是图中的___________，图线的斜率表示___________。
11．某研究小组采用了如图甲所示的实验装置“验证机械能守恒定律”，在一根不可伸长的细线一端系一个金属小球，另一端固定在O点，记下小球静止时球心的位置A，在A处放置一个光电门，将小球拉至某一位置由静止释放。当地重力加速度用g表示。
（1）为验证机械能守恒，除了要测量小球释放点球心距A点高度h，还需要测量哪些物理量_____（请同时写出物理量的字母），若等式_____成立，说明图甲小球下摆过程中机械能守恒。（用题中测得的物理量字母表示）
（2）若撤去光电门，在O点安装一个拉力传感器，测出线上的拉力F，实验中记录细线拉力大小随时间的变化如图乙所示（Fm是实验中测得的最大拉力值）。在小球第一次运动至最低点的过程，根据重力势能的减少量和动能的增加量之间的关系，也可验证机械能守恒定律。观察图乙中拉力峰值随时间变化规律，从能量的角度分析造成这一结果的主要原因为：_____。
12．某同学利用如图（a）所示装置来测量当地的重力加速度，用一根不可伸长的细绳，一端系住小球，另一端固定在悬点O，O点正下方固定一个光电门，小球摆到最低点时球心刚好可以经过光电门，光电门可以记录小球的挡光时间。
（1）首先用游标卡尺测量出小球的直径d，并用刻度尺测量出细绳的长度L，已知。
（2）将摆球拉至某一高度，记录此时绳子与竖直方向的夹角θ，从静止开始释放小球，光电门测得小球经过光电门的时间t，即小球在最低点的速度为_____（用题中所给字母表示），如果要测当地的重力加速度_____（选填“需要”或“不需要”）称量出小球的质量。
（3）改变θ，重复以上步骤，得到多组数据，并画出关系图，如图（b）所示，图像斜率绝对值为k，即重力加速度g=_____。（根据已知量写表达式）
13．DIS是由传感器、数据采集器、计算机、实验教学软件构成的数字化实验系统。某实验小组“用DIS研究机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示。实验时，将摆球（连同遮光片J）每次都从同一位置M下摆，传感器K分别固定在A、B、C、D采集数据，D点为摆球通过的最低点。在一次实验中以图象方式采集数据并分析实验结果，所显示的图象如图乙所示。图象的横轴表示摆球距离D点的高度h，纵轴表示摆球的重力势能Ep、动能Ek或机械能E（不计空气阻力）。
（1）图乙中的图象表示摆球重力势能Ep随摆球距离D点的高度h变化关系的图线是_____（选填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）。
（2）摆球在摆动过程中，重力所做功的最大值为_____J（重力加速度取9.8m/s2）。
（3）从图乙中的图象可以得出本实验的结论是：_____。
14．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=3.8×10-3m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，结果如下表所示。（取g=9.8m/s2，注:表格中M为直尺质量）
Δti/（×10-3 s） vi=/（m·s-1） Δhi/m MgΔhi
1 1.21 3.14 — — —
2 1.15 3.30 0.52M 0.06 0.59M
3 1.00 3.80 2.29M 0.24 2.35M
4 0.95 4.00 3.07M 0.32 3.14M
5 0.90 0.41
（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______。
A． B． C． D．
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参考答案：
1．C
2．A
3．C
4．D
5．AB
6．BD
7．BD
8． AB mgh2
9． 弹射器必须水平 没有 甲组实验中，在不改变高度h的情况下，进行多次实验，测量多组水平射程x，得出水平射程x的平均值，以减小误差（或：乙组实验中，x的距离要多次测量取平均值）
10． 初速度等于零 2 mm 0.02 s 0.59 m/s 0.17 J 0.17 J 在误差允许的范围内重物机械能守恒 C 重力加速度（g）
11． 小球的直径d、小球通过光电门时的挡光时间△t 克服空气阻力做功，导致每次经过最低点动能都减小一些，所需的向心力减小一些，所以细线最大拉力逐渐减小
12． 不需要
13． Ⅱ 0.016 摆球在摆动过程中，机械能守恒
14． 瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度；
4.22 3.97M 4.02M
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；
C
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