人教版(2019)必修第二册《8.5 实验:验证机械能守恒定律》2022年同步练习卷(1)
一 、单选题(本大题共12小题,共72分)
1.(6分)在“验证机械能守恒定律”实验中,纸带将被释放瞬间的四种情景如照片所示,其中最合适的是
A. B.
C. D.
2.(6分)在用图示装置做“验证机械能守恒定律”的实验中,初始释放纸带时
A. 夹子应在靠近打点计时器处 B. 夹子应在远离打点计时器处
C. 打点计时器应在夹子与手的中间位置 D. 手应在挨近打点计时器处
3.(6分)图示为“验证机械能守恒定律”的实验装置.关于该实验,下列说法中正确的是
A. 固定打点计时器时,其限位孔必须在同一竖直面内
B. 手抓纸带的位置越靠近打点计时器越好
C. 实验中必须测出重锤的质量
D. 实验中应先释放纸带,后接通电源
4.(6分)用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置如图所示。则下列说法中正确的是
A. 打点计时器应接直流电源
B. 应先释放纸带,后接通电源打点
C. 需使用秒表测出重物下落的时间
D. 纸带上两点迹间的距离等于重物相应的下落高度
5.(6分)在“验证机械能守恒定律”的实验中,下列释放纸带的操作正确的是
A. B.
C. D.
6.(6分)用图示装置验证机械能守恒定律,由于电火花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的阻力,这样实验造成的结果是
A. 重力势能的减小量明显大于动能的增加量
B. 重力势能的减小量明显小于动能的增加量
C. 重力势能的减小量等于动能的增加量
D. 以上几种情况都有可能
7.(6分)“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示,实验结果发现重物减少的重力势能略大于增加的动能,其主要原因是
A. 重物的质量过大 B. 重物的体积过小
C. 电源的电压偏低 D. 重物及纸带在下落时受到阻力
8.(6分)小华同学利用如图所示的装置“验证机械能守恒定律”。下列说法正确的是
A. 电火花计时器工作电压约为
B. 实验中应先释放纸带,再启动电火花计时器
C. 实验中所测重物动能的增加量通常比其重力势能的减少量稍大
D. 若打出的纸带前面一小段被损毁,利用纸带剩余部分也能验证机械能守恒
9.(6分)在“验证机械能守恒定律”的实验中,下列说法或做法正确的是选填字母代号
A. 选用质量大的重锤可减小实验误差
B. 实验结果总是动能增加量略大于势能减少量
C. 手提纸带,先松开纸带,再接能电源,利于数据的采集和处理
D. 可不考虑前面较密集的点,选取某个清晰的点作为起始运动点处理纸带,验证是否成立
10.(6分)在“验证机械能守恒定律”实验中,纸带将被释放瞬间的四种情景如照片所示,其中最合适的是
A. B.
C. D.
11.(6分)如图为“验证机械能守恒定律”的实验装置。关于该实验,下列说法中正确的是
A. 电磁打点计时器使用低压直流电
B. 可用公式计算重物的速度
C. 实验时接通电源和释放纸带应同时进行
D. 安装纸带时,应将纸带置于复写纸的下方
12.(6分)用落体法验证机械能守恒定律的实验中得到如图所示纸带。根据纸带算出相关各点的速度,测量出下落距离,则以为纵轴,以为横轴画出的图像应是
A. B.
C. D.
二 、计算题(本大题共2小题,共24分)
13.(12分)如图所示,通过一个定滑轮用轻绳两端各栓接质量均为的物体、视为质点,其中连接物体的轻绳水平绳足够长,物体的下边放一个足够长的水平传送带,其顺时针转动的速度恒定为,物体与传送带之间的动摩擦因数为;现将物体以速度从左端的标志线冲上传送带,重力加速度为试回答:
若传送带的速度时,物体运动到距左端标志线的最远距离?
若传送带的速度取范围某一确定值时,可使物体运动到距左端标志线的距离最远时,与传送带因摩擦产生的内能最小,求:此时传送带的速度?;摩擦产生的内能的最小值是多少?
14.(12分)如图所示,用长为的轻绳把一个小铁球挂在离水平地面高为的点,小铁球以为圆心在竖直面内做圆周运动且恰好能到达最高点处,不计空气阻力,重力加速度为,若运动到最高点时轻绳被切断,求:
小铁球落到地面时速度的大小;
小铁球刚落到地面时离点距离。
三 、简答题(本大题共1小题,共6分)
15.(6分)如图所示,水平桌面上有一绕竖直中心轴转动的圆盘,圆盘半径,一质量、可视为质点的小物块放在圆盘边缘。使圆盘从静止开始转动,当转速达到某一值时,小物块恰好从点甩出圆盘,经过位移后,与放置在桌面边缘的质量的物块发生正碰,、粘在一起后从桌面边缘飞出。已知飞出点与落地点的水平距离,桌面到地面的竖直高度,小物块与桌面间的动摩擦因数,重力加速度取求:
物块与碰撞前的速度大小;
物块与圆盘间的最大静摩擦力。
答案和解析
1.【答案】D;
【解析】为了纸带有效地使用,重物应紧靠打点计时器,为了减小阻力的影响,纸带应竖直,手抓着纸带的上方。
考查验证机械能守恒定律时,要注意减小一切阻力,只有重力做功,重物机械能才守恒.注意重物应紧靠打点计时器。在验证机械能守恒定律的实验中,实验时,应让重物紧靠打点计时器,手拉着纸带的上方,保持纸带竖直,由静止释放.故正确,、、错误。
故选。
2.【答案】A;
【解析】此题主要考查了实验误差的来源。对于基础实验要从实验原理出发去理解,要亲自动手实验,深刻体会实验的具体操作,不能单凭记忆去理解实验。
夹子应在靠近打点计时器处,打的点多,故正确,错误;
D.手应在远离打点计时器处 ,故错误。
故选。
3.【答案】A;
【解析】解:、为了减小限位孔的摩擦力,固定打点计时器时,其限位孔必须在同一竖直面内,故正确;
、为了防止手影响纸带的运动,手应远离打点计时器抓住纸带的末端,故错误;
、验证机械能守恒定律,即验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等,两端都有质量,可以约去,所以不需要测量重物的质量,故错误。
、为了充分利用纸带,并且让能由静止时进行分析,实验时应先接通电源,再释放纸带,故错误。
故选:。
正确解答本题需要掌握:理解该实验的实验原理,需要测量的数据等;明确打点计时器的使用;理解实验中的注意事项即可正确解答.
此题主要考查验证机械能守恒定律的实验,要注意对于任何实验注意从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚.
4.【答案】D;
【解析】
正确解答本题需要掌握:理解该实验的实验原理,需要测量的数据等;明确打点计时器的使用;理解实验中的注意事项以及如何进行数据处理;对于任何实验注意从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚。
对于基础实验要从实验原理出发去理解,要亲自动手实验,深刻体会实验的具体操作,不能单凭记忆去理解实验。
A.打点计时器应接交流电源,故错误;
B.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,故错误;
C.我们可以通过打点计时器计算时间,不需要秒表,故错误;
D.测出纸带上两点迹间的距离,可知重物相应的下落高度,故正确。
故选。
5.【答案】A;
【解析】
为了纸带有效地使用,重物应紧靠打点计时器,为了减小阻力的影响,纸带应竖直,手抓着纸带的上方。
考查验证机械能守恒定律时,要注意减小一切阻力,只有重力做功,重物机械能才守恒.注意重物应紧靠打点计时器。
在验证机械能守恒定律的实验中,实验时,应让重物紧靠打点计时器,手拉着纸带的上方,保持纸带竖直,由静止释放,故正确,错误。
故选。
6.【答案】A;
【解析】解:重物带动纸带下落过程中,除了重力还受到较大的阻力,从能量转化的角度,由于阻力做功,重力势能减小除了转化给了动能还有一部分转化给摩擦产生的内能。
由于纸带通过时受到较大的阻力,重力势能有相当一部分转化给摩擦产生的内能,所以重力势能的减小量明显大于动能的增加量,故A正确,BCD错误。
故选:。
重物带动纸带下落过程中,除了重力还受到较大的阻力,从能量转化的角度,由于阻力做功,重力势能减小除了转化给了动能还有一部分转化给摩擦产生的内能。
要知道重物带动纸带下落过程中能量转化的过程和能量守恒,摩擦阻力做功会使得重物和纸带的机械能转化给内能。
7.【答案】D;
【解析】解:、重物的质量过大,重物和纸带受到的阻力相对较小,所以有利于减小误差,故错误.
、重物的体积过小,有利于较小阻力,所以有利于减小误差,故错误.
、电源的电压偏低,电磁铁产生的吸力就会减小,吸力不够,打出的点也就不清晰了,与误差的产生没有关系,故错误.
、重物及纸带在下落时受到阻力,从能量转化的角度,由于阻力做功,重力势能减小除了转化给了动能还有一部分转化给摩擦产生的内能,所以重物增加的动能略小于减少的重力势能,故正确.
故选:
书本上的实验,我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚.
重物带动纸带下落过程中,除了重力还受到阻力,从能量转化的角度,由于阻力做功,重力势能减小除了转化给了动能还有一部分转化给摩擦产生的内能.
对于实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能,我们应该从功能角度研究.
8.【答案】D;
【解析】
A.电火花计时器工作电压为,故错误;
B.实验中应先启动电火花计时器,再释放纸带,故错误;
C.由于纸带和限位孔之间存在摩擦以及空气阻力的作用,实验中所测重物动能的增加量通常比其重力势能的减少量稍小,故错误;
D.若打出的纸带前面一小段被损毁,利用剩余部分纸带,通过测量任意两点、之间的高度差和计算出这两点的速度,根据,也能验证机械能守恒,故正确。
故选。
9.【答案】A;
【解析】解:、实验供选择的重物应该相对质量较大、体积较小的物体,这样能减少摩擦阻力的影响,故A正确。
B、由于纸带通过时受到较大的阻力和重锤受到的空气阻力,重力势能有相当一部分转化给摩擦产生的内能,所以重力势能的减小量明显大于动能的增加量。故B错误。
C、实验时,先接通打点计时器电源再放手松开纸带,故C错误;
D、挑选点迹清晰的纸带,记下起始点,选取某个清晰的点作为末位置处理纸带,验证是否成立,故D错误;
故选:。
解决实验问题首先要掌握该实验原理,了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项。
10.【答案】D;
【解析】解:在验证机械能守恒定律的实验中,实验时,应让重物紧靠打点计时器,手拉着纸带的上方,保持纸带竖直,由静止释放.故D正确,、、C错误.
故选:.
为了纸带有效地使用,重物应紧靠打点计时器,为了减小阻力的影响,纸带应竖直,手抓着纸带的上方.
考查验证机械能守恒定律时,要注意减小一切阻力,只有重力做功,重物机械能才守恒.注意重物应紧靠打点计时器.
11.【答案】D;
【解析】解:、打点计时器应接交流电源,故A错误;
B、该实验是验证机械能守恒定律的实验。因为我们知道自由落体运动只受重力,机械能就守恒。如果把重物看成自由落体运动,再运用自由落体的规律:求解速度,那么就不需要验证了,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,如果实验时接通电源和释放纸带应同时进行,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、安装纸带时,应将纸带置于复写纸的下方,这样使得纸带受到阻力相对较小些,故D正确。
故选:。
正确解答本题需要掌握:理解该实验的实验原理,需要测量的数据等;明确打点计时器的使用;理解实验中的注意事项以及如何进行数据处理;对于任何实验注意从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚。
对于基础实验要从实验原理出发去理解,要亲自动手实验,深刻体会实验的具体操作,不能单凭记忆去理解实验。
12.【答案】C;
【解析】解:根据机械能守恒有:,则,可知图线是过原点的一条倾斜直线.故正确,错误。
故选:。
根据机械能守恒得出的关系式,从而确定正确的图线.
解决本题的关键掌握纸带的处理方法,会根据纸带求解瞬时速度,从而得出动能的增加量,会根据下降的高度求出重力势能的减小量.
13.【答案】解:(1)若传送带的速度v=时,设物体A向右减速到时的加速度为,由牛顿第二定律
对物体A有:T+μmg=m;
对物体B有:mg-T=m
解得加速度的大小:=g
物体A向右减速到时的位移为,由运动学公式有:
2-(2)2=-2;
得:=
当物体的速度小于时,物体A受的摩擦力向右,设加速度为,由牛顿定律得:
对物体A、B整体,加速度的大小:mg-μmg=2m;
解得加速度的大小:=g
物体A向右由减速到零时的位移为,由运动学公式有:
0-2=-2;
得:=
物体A运动到距左端MN标志线的最远距离为:x=+=
(2)物体A向右减速到v时的时间为:t=
物体A向右减速到时相对传送带向前的位移为△,由运动学公式有:
△=-vt=
物体A向右由v减速到零时,相对传送带向后的位移为△,由运动学公式有:
△=v()-=
物体A与传送带因摩擦产生的内能为:
Q=μmg(△+△)=
对二次函数求极值得:当v=时,产生的内能最小为:
答:(1)若传送带的速度v=时,物体A运动到距左端MN标志线的最远距离是.
(2)当v=时,产生的内能最小,为.;
【解析】
若传送带的速度时,物体的速度大于传送带的速度,受到的摩擦力的方向向左,同时受到向左的拉力,对和,分别运用牛顿第二定律列式,即可求出加速度.加速度向右做匀减速运动,直到速度减为,接着以加速度向右做匀减速运动,直到速度减为,最后又向左做加速运动.根据牛顿第二定律和运动学公式求解即可;的位移大小与的位移大小相等.
根据运动学公式得到物体与传送带相对位移的大小与的关系,从而得到摩擦产生的内能与的关系式,由数学知识求解内能最小时的值,并求内能的最小值.
本题的关键要分析清楚物体在传送带上的运动过程,特别注意摩擦力方向的改变,运用函数法求内能的最小值是常用的方法,要能熟练运用.
14.【答案】解:(1)因为小球刚好能运动到最高点,则最高点时小球的重力提供向心力,则
剪断绳后,小球做平抛运动落地,此过程根据动能定理得:
解得:=
(2)从最高点A处开始做平抛运动
水平方向上:x=t
根据勾股定理得:
联立解得:s=
答:(1)小铁球落到地面时速度的大小为;
(2)小铁球刚落到地面时离O点距离为。;
【解析】
根据临界状态得出小球在最高点的速度,结合动能定理计算出小球的落地速度;
根据平抛运动的运动特点,结合运动学公式和勾股定理完成分析。
此题主要考查了平抛运动的相关应用,同时要理解圆周运动向心力的来源,结合动能定理和平抛运动在不同方向上的运动特点完成分析。
15.【答案】解:(1)设两物块粘在一起后从桌面边缘飞出时的速度大小为v,
水平方向:x=vt
竖直方向:
解得:v=2m/s
设物块A与B碰撞前的速度大小为,由题意知,碰撞后的速度大小为v,规定v的方向为正方向,由动量守恒定律可得:
=(+)v
解得:=4m/s
(2)设物块A从圆盘边缘P点甩出的速度为,由动能定理得:
由牛顿第二定律得:
解得:Fmax=18N
答:(1)物块A与B碰撞前的速度大小为4m/s;
(2)物块A与圆盘间的最大静摩擦力为18N。;
【解析】
由平抛运动功率和动量守恒定律求物块与碰撞前的速度大小;
由动能定理和牛顿第二定律求得物块与圆盘间的最大静摩擦力。
该题考查的是平抛运动与圆周运动相结合的题目,应用平抛运动的规律、动量守恒、动能定理和牛顿第二定律来解题,有一点的综合性,需要学生分清楚每个运动过程和运动过程的衔接点。