人教版新教材必修二 8.5 验证机械能守恒（含答案）

人教版新教材必修二第八章验证机械能守恒（含答案）
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题（本大题共10小题，共60.0分）
某同学利用图示装置完成探究机械能守恒定律的实验．实验后发现重物重力势能的减少量小于动能的增加量你认为造成这一结果的可能原因是( )
A. 纸带与振针之间有摩擦阻力 B. 重物下落过程中受到空气阻力
C. 释放重物前纸带不处于竖直位置 D. 先释放重物，后接通电源打出纸带
下列有关高中物理力学实验的描述中，正确的是( )
A. 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器应使用低压直流电源
B. 在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，体现了等效替代思想的运用
C. 在“探究平抛运动的特点”的实验中，坐标纸上必须标出小球刚开始做平抛运动的起始点
D. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，必须用天平测出物体的质量
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.
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、两计数点时纸带的瞬时速度，并用、表示，用刻度尺测量出、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.
实验“用研究机械能守恒定律”的装置如图所示，某组同学在一次实验中，选择以图象方式显示实验的结果，所显示的图象如图所示．图象的横轴表示小球距点的高度，纵轴表示摆球的重力势能、动能或机械能，图的图象中，表示小球的重力势能、动能或机械能随小球距点的高度变化关系的图线分别是( )
A. 乙、丙、甲 B. 乙、甲、丙 C. 甲、乙、丙 D. 丙、甲、乙
下列有关实验的描述中，正确的是( )
A. 在“验证力的平行四边形定则”实验中，只需橡皮筋伸长量相同
B. 在“探究弹簧弹力与其伸长量”关系的实验中，作出弹力和弹簧长度的图象也能求出弹簧的劲度系数
C. 在“探究功与速度变化的关系”的实验中，放小车的长木板应该尽量使其水平
D. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，必须由求出打某点时纸带的速度
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. 选择的重锤的体积越小越好 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
如图所示，“验证机械能守恒定律”实验中打出了一条纸带，为重物开始下落的起始位置，为下落过程中的某一点，测得间距离为，点速度为，若重物质量为，重力加速度为，可说明重物在间运动时机械能守恒的表达式为( )
A. B. C. D.
某次“验证机械能守恒定律”的实验中，重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，在打好点的纸带中挑选“点迹清楚且第一、二两点间距离约为”的一条纸带，在起始点标上，再选个连续的点依次标上、、，用刻度尺依次测出下落高度、、经过三点速度计算得、、，该实验需要验证的关系是( )
A. B.
C. D.
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．实验中需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度和下落高度 某同学对实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案，这些方案中正确的是( )
A. 用刻度尺测出物体下落高度，由打点间隔数算出下落时间，通过计算出瞬时速度
B. 用刻度尺测出物体下落的高度，并通过计算出瞬时速度
C. 根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度，并通过计算得出高度
D. 用刻度尺测出物体下落的高度，根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度
二、实验题（本大题共3小题，共40.0分）
用如下图所示的实验装置做“验证机械能守恒定律”实验时，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始下落。
关于本实验，下列说法正确的是________填字母代号。
A.应选择质量大、体积小的重物进行实验
B.释放纸带之前，纸带必须处于竖直状态
C.先释放纸带，后接通电源
实验中，得到如图所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点、、，测得它们到起始点点与下一点的间距接近的距离分别为、、。已知当地重力加速度为，打点计时器的打点周期为。设重物质量为。从打点到点的过程中，重物的重力势能变化量________，动能变化量________。用已知字母表示
某同学用如图所示装置验证机械能守恒定律，将力传感器固定在天花板上，细线一端系着小球，一端连在力传感器上。将小球拉至水平位置从静止释放，到达最低点时力传感器显示的示数为。已知小球质量为，当地重力加速度为。在误差允许范围内，当满足关系式________时，可验证机械能守恒。
在验证机械能守恒定律的实验中，某同学利用图中器材进行实验，正确的完成实验操作后，得到一条点迹清晰的纸带，如图所示．在实验数据处理中，某同学取、两点来验证，已知打点计时器每隔打一个点，取，测量结果记录在下面的表格中
项目 点速度 点速度 两点间距离
数据
点速度：______．
若重物和夹子的总质量为，那么在打、两点的过程中，动能增加量为______，重力势能减少量为______上述结果均保留位有效数字
用图示装置验证机械能守恒定律。实验前调整光电门位置使直径为的小球下落过程中球心通过光电门中的激光束。实验中通过断开电磁铁开关使小球从点下落，经过光电门，记录挡光时间，测出小球在间下落的距离。竖直移动光电门，重复上述步骤，测得多组及相应的，已知当地重力加速度为。
实验器材是否必须要天平 是、否。
小球通过光电门速度的表达式为________。
根据测量数据可描绘___________________、、、图象来验证机械能是否守恒，若图象是过原点的直线，比例系数为，则___________就验证了自由落体的物体机械能守恒。
请你提出减小实验误差的一种方法_____________________________
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
由产生实验误差的原因分析即可。
掌握实验过程中误差来源是求解的关键。
【解答】
在实验过程中如果操作步骤正确，则因为纸带与振针之间有摩擦阻力、重物下落过程中受到空气阻力、释放重物前纸带不处于竖直位置会使得重物的机械能造成损失，即重物重力势能的减少量大于动能的增加量，而产生重物重力势能的减少量小于动能的增加量的原因是在实验过程中先释放重物，使重物产生一定的动能后再接通电源打出纸带，故ABC错误，D正确。
故选D。
2.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了四个实验中的问题，关键要理解实验的原理、操作步骤，以及实验中的注意事项，掌握基础知识即可解题，平时要注意基础知识的学习与积累。
解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项。
【解答】
在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器应使用低压交流电源，故A错误；
在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，体现了等效替代思想的运用，故B正确；
在“探究平抛运动的特点”的实验中，描绘平抛运动轨迹，不一定非得标出平抛运动的起始点，故C错误；
在“验证机械能守恒定律”的实验中，可以不测量物体的质量，故D错误．
3.【答案】
【解析】
【分析】
根据机械能守恒得出和的关系式，再根据数学知识选择图象。
解决本题要理解并掌握验证机械能守恒定律实验原理，通过图象来处理数据．图象往往从数学角度来理解物理意义．
【解答】
验证机械能守恒定律即，化简得，故以为纵轴、以为横轴应为过原点的直线。故ABD错误，C正确。
故选C。
4.【答案】
【解析】解：设重锤的质量为，
从的过程中，重锤的重力势能减少量，
重锤的动能增加量：，
若要验证重锤的机械能守恒，需要验证成立，即验证成立即可，故B正确，ACD错误。
故选：。
解决本题的关键是要知道重锤带动纸带下落过程中能量转化的过程，根据实验原理列式求解即可。
5.【答案】
【解析】解：为最低点，随小球小球距点的高度增加，重力势能增大，动能减小，机械能不变，易知：乙表示重力势能，丙表示动能，甲表示机械能。
故选：。
根据小球在静止释放后，重力在做正功，重力势能不断减少，动能不断增加，而重力势能和动能的总量即机械能不变来选择图线．
本题比较新颖，要注意结合实验的原理进行分析，从而找出符合该实验的原理．
6.【答案】
【解析】
【分析】
本题的关键是弄清实验原理，特别是在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于重锤下落过程中受到阻力作用导致加速度小于重力加速度的值，故不能由求出打某点时纸带的速度。
本题考查了高中阶段中一些基础实验的操作，只要明确实验原理，了解各个实验的操作细节和注意事项即可正确解答，通过本题让学生掌握各种实验关键的步骤，重要的方法，及实验原理。
【解答】
A.在本实验中，为了使合力与两个分力达到相同效果，橡皮筋不仅伸长量要相同，方向也要相同，故A错误；
B、在本实验中，作出弹力和弹簧长度的图象，其斜率等于弹簧的劲度系数，故B正确；
C、在本实验中，长木板应略倾斜，使重力的分力平衡摩擦力，故C错误；
D、若由求出打某点时纸带的速度，所要验证的式子，是恒等式，无需验证，故D错误。
故选B。
7.【答案】
【解析】解：为了减小空气阻力对实验结果的影响，重锤应选择质量较大、体积较小的重锤，使得重锤的重力远大于其所受到的空气阻力，从而降低空气阻力对实验结果的影响，故ABC错误，D正确。
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．清楚该实验的误差来源．
解决本题的关键掌握实验的原理，会通过实验原理和实验中的注意事项确定实验器材。
8.【答案】
【解析】解：重物在间运动时，重力势能的减小量为：，动能的增加量为，若，则可说明重物在间运动时机械能守恒。
故选：。
若重力势能的减小量等于动能的增加量，则可说明重物在间运动时机械能守恒。
本题通过重力势能的减小量和动能的增加量比较验证机械能守恒。
9.【答案】
【解析】解：在起始点标上，再选个连续的点依次标上、、，验证机械能守恒时，取到点为研究过程，下降的高度为，得出重力势能的减小量为，根据、两点间的平均速度等于点的瞬时速度求出点的速度，从而得出动能的增加量，为，所以验证的关系式为：。
故选：。
验证机械能守恒，即验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，根据下降的高度求出重力势能的减小量，根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出某点的瞬时速度，从而得出动能的增加量．
解决本题的关键知道实验的原理，验证机械能守恒关键确定出研究的过程，掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度，从而得出动能的增加量．
10.【答案】
【解析】解：、、瞬时速度应由纸带根据求出，因为重物下落过程中受到阻力作用，实际加速度小于当地重力加速度，不能用 来求速度，故AB错误；
C、应用米尺量出纸带下落高度，不能用求高度，故C错误；
D、下落高度应用米尺测量，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测出瞬时速度，故D正确。
故选：。
本实验通过验证减少的重力势能是否与增加的动能相等，来验证机械能是否守恒，在处理数据时，高度必须用刻度尺测量，速度必须根据来求，不能通过运动学公式来算出，否则得不到实验验证．
明确各种实验仪器的使用方法和实验的实验原理是解决实验问题的关键，掌握瞬时速度通过实验数据算出，而不是理论推算，下落高度是通过刻度尺来测量而得．
11.【答案】
，

【解析】
【分析】
本题主要考查“验证机械能守恒定律”实验，熟悉实验过程、注意事项及误差分析，熟悉实验原理是解题的关键，难度一般。
由实验误差、注意事项及实验步骤得解；
由重力势能与重力做功的关系得解；由间的平均速度解得点的瞬时速度，从而解得重物到达点的动能及该过程的动能的增加量；
在最低点，由牛顿第二定律解得球的动能，再由机械能守恒定律得解。
【解答】
A、由该实验的误差分析可知，重物质量越小、体积越大，则其受的空气阻力不能忽略，故在实验中，应选择质量大、体积小的重物进行实验，故A正确；
B、为减小纸带与限位孔间的摩擦，释放纸带之前，纸带必须处于竖直状态，故B正确；
C、由实验步骤可知，应先接通电源，当打点计时器工作稳定后，再释放纸带，故C错误。
故选AB；
由重力做功与重力势能的关系可知，从打点到点的过程中，重物的重力势能变化量：，由平均速度解得打点时重物的瞬时速度：，该过程的动能增量为：；
在最低点，由牛顿第二定律可得：，解得此时球的动能为：，球由静止释放后，到到达最低点过程，若满足机械能守恒，则有：，联立解得：，解得：．
故填：； ，； 。
12.【答案】【小题】
【小题】； ；

【解析】 点的瞬时速度
则到过程中，动能的增加量， 重力势能的减小量．
13.【答案】否，
，
，
增加、间的距离。

【解析】
【分析】
该题利用自由落体运动来验证机械能守恒，因此需要测量物体自由下落的高度，以及物体通过点的速度大小，在测量速度时我们利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，因此明白了实验原理即可知道是否必须要天平；
利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度；
根据机械能守恒的表达式可以求出所要求的关系式，然后分析答题；
明确其实验原理都是解决问题的关键。
本题考查验证机械能守恒定律实验，无论采用什么样的方法来验证机械能守恒，明确其实验原理都是解决问题的关键，同时在处理数据时，要灵活应用所学运动学的基本规律。
【解答】
由机械能定恒定律可知，质量可以约掉，故不需要天平；
利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，故：；
根据机械能守恒的表达式有：，即：，可描绘图象来验证机械能是否守恒，若图象是过原点的直线，当斜率近似等于，就验证了自由落体的物体机械能守恒；
依据实验原理减小实验误差的一种方法有增加、间的距离。
故答案为：否；；，； 增加、间的距离。
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