人教版（2019）物理必修第二册 8.5 实验：验证机械能守恒定律 同步练习（含答案）
文档属性
| 名称 | 人教版（2019）物理必修第二册 8.5 实验：验证机械能守恒定律 同步练习（含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 207.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-02-07 14:33:29 | ||
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文档简介
机械能守恒定律同步练习
验证机械能守恒定律同步练习
（答题时间：30分钟）
1. 为验证在自由落体过程中物体的机械能是守恒的，某同学利用实验系统设计了一个实验，实验装置如图所示，图中A、B两点分别固定了两个速度传感器，速度传感器可以测出运动物体的瞬时速度。在实验中测得一物体自由下落经过A点时的速度是v1，经过B点时的速度是v2，为了证明物体经过A、B两点时的机械能相等，这位同学又设计了以下几个步骤，你认为其中不必要或者错误的是（ ）
A. 用天平测出物体的质量
B. 测出A，B两点间的竖直距离
C. 利用mv－mv算出物体从A点运动到B点的过程中动能的变化量
D. 验证v－v与2gh是否相等
2. 小黄用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验。关于该实验，下列说法正确的是（ ）
A. 重锤的质量一定是越大越好
B. 必须用秒表测出重锤下落的时间
C. 把秒表测得的时间代入v＝gt，计算重锤的速度
D. 释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直
3. “验证机械能守恒定律”的实验中。图甲是打点计时器打出的一条纸带，选取其中连续的计时点标为A、B、C……G、H、I，对BH段进行研究。
①已知打点计时器电源频率为50 Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为________。
②用刻度尺测量距离时如图乙，读出A、C两点间距为________ cm，B点对应的速度vB＝________ m/s。
③若H点对应的速度为vH，重物下落的高度为hBH，当地重力加速度为g，为完成实验，要比较v与________的大小（用字母表示）。
4. 在“验证机械能守恒定律”的实验中：
（1）从下列器材中选出实验所必须的，其编号为________。
A. 打点计时器（包括纸带） B. 重锤
C. 天平 D. 毫米刻度尺
E. 秒表（或停表） F. 运动小车
（2）进行实验时，为保证重物下落时初速度为零，应____。
A. 先接通电源，再释放纸带
B. 先释放纸带，再接通电源
（3）下列说法中正确的是________。
A. 实验中用打点计时器时，一定用到低压直流电源
B. 选用重物时，同样大小、形状的重物应选重一点的比较好
C. 要选用第1、2两点距离接近2 mm的纸带
D. 实验结果总是动能增加量略小于重力势能的减少量
5. 如图是利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验装置。
（1）在验证机械能守恒定律的实验中，没有必要进行的操作是________。
A. 用天平测重物的质量
B. 用秒表测重物下落的时间
C. 用打点计时器记录重物下落的信息
D. 用纸带记录测量重物下落的高度
（2）该实验所用打点计时器的电源频率为50 Hz，如图所示，A、B、C为纸带中选取的三个计数点，每两个计数点之间还有4个点未画出，则每两个相邻计数点之间的时间间隔T＝______s，打点计时器在打下计数点B时，物体的下落速度为vB＝________m/s。（小数点后保留两位有效数字）
（3）由于该实验中存在阻力做功，所以实验测得的重物的重力势能的减少量________（选填“＜”“＞”或“＝”）动能的增加量。
验证机械能守恒定律同步练习参考答案
1. 【答案】AC
【解析】物体重力势能减少量为mgh，动能增加量为mv－mv，计算gh和v－v，如果在实验误差允许的范围内gh＝v－v，则机械能守恒定律得到验证。综上应选A，C。
2. 【答案】D
【解析】为了减小阻力的影响，重锤选择质量大一些、体积小一些的，不是质量越大越好，故A错误；打点计时器可以测量重锤下落的时间，不需要用秒表测量，故B错误；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C错误；释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直，从而减小纸带与限位孔之间的摩擦，故D正确。
3. 【答案】①0. 02 s ②5. 40 1. 35 ③v－ghBH
【解析】①打点计时器电源频率为50 Hz，则每隔0. 02 s打一点。
②xAC＝（5. 90－0. 50） cm＝5. 40 cm，vB＝＝m/s＝1. 35 m/s。
③由动能定理有mghBH＝mv－mv，得＝－ghBH。
4. 【答案】（1）ABD （2）A （3）BCD
【解析】（1）打点计时器（含纸带）、重锤是必须的，为了测量计数点的距离，需要毫米刻度尺；因为是比较mgh、mv2的大小关系，故m可约去，不需要测出重物的质量，不需要用天平；打点计时器本身可以计算时间，所以不需要秒表，实验用的是重锤，不需要运动小车。故选A、B、D。
（2）开始记录时，应先给打点计时器通电，然后再释放纸带，让它带着纸带一同落下。这样有利于数据的采集和处理，减少实验误差。故选A。
（3）电火花计时器不用低压电源，电磁打点计时器用低压交流电源，故A错误；为了减小空气阻力的影响，在选择重物时，要选择密度大的，即选择质量大体积小的重物，B正确；由公式h＝gt2可知，若开始第1、2两点间的距离为2 mm，则打第1个点时的速度为零，这样只需比较mgh、mv2的大小关系即可，实验方便，C正确；由于空气阻力和纸带与计时器摩擦的影响，实验结果总是动能增加量略小于重力势能的减少量，故D正确。
5. 【答案】（1）AB （2）0. 1 2. 36 （3）＞
【解析】（1）因为我们是比较mgh、mv2的大小关系，故m可约去比较，不需要测出重物的质量，故A错误；我们可以通过打点计时器计算时间，不需要秒表，故B错误；用打点计时器可以记录重物下落的时间和高度，故C正确；用纸带记录测量重物下落的高度，故D正确。
（2）每两个相邻计数点之间还有4个点未画出，则每两个相邻计数点之间的时间间隔T＝0. 1 s。根据匀变速直线运动的规律中间时刻速度等于这段时间的平均速度得vB＝＝2.36 m/s。
（3）由于纸带通过时受到较大的阻力和重物受到的空气阻力，重力势能有一部分转化为摩擦产生的内能，所以重力势能的减少量大于动能的增加量。
机械能守恒定律实验探究同步练习
（答题时间：30分钟）
1. 某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分。剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图中，单位是cm。打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度g取9. 8 m/s2，重物质量为m。
（1）重物在2点时的速度v2＝________，在5点时的速度v5＝________，此过程中动能增加量ΔEk＝________，重力势能减少量ΔEp＝________。由以上可得出实验结论：__________________________________________。
（2）根据实验判断下列图象正确的是（其中ΔEk表示重物动能的变化量，Δh表示重物下落的高度）（ ）
2. 利用如图所示实验装置来验证机械能守恒定律。通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中小铁球经过光电门B时，毫秒计时器（图中未画出）记录下小铁球的挡光时间t。实验前调整光电门位置，使小球下落过程中，小铁球球心垂直细激光束通过光电门，当地重力加速度为g。
（1）为了验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，还需要测量的物理量是________。
A. A点距地面的高度H
B. A、B之间的距离h
C. 小铁球从A到B的下落时间tAB
D. 小铁球的直径d
（2）小铁球通过光电门时的瞬时速度v＝____________；要验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，只需验证等式________是否成立即可（用实验中测得物理量的符号表示）。
3. 如图为利用气垫导轨（滑块在该导轨上运动时所受阻力可忽略）验证机械能守恒定律的实验装置，完成以下填空。
实验步骤如下：
①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平。
②测出挡光条的宽度l和两光电门中心之间的距离s。
③将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2。
④读出滑块分别通过光电门1和光电门2的挡光时间Δt1和Δt2。
⑤用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m。
⑥滑块通过光电门1和光电门2时，可以确定系统（包括滑块、挡光条、托盘和砝码）的总动能分别为Ek1＝________和Ek2＝________。
⑦在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔEp＝________。（重力加速度为g）
⑧如果满足关系式____________，则可认为验证了机械能守恒定律。
4. 某同学利用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，其中是四分之一圆弧轨道，O点为圆心，半径为L，圆弧的最低点A与水平面之间的距离为H。实验时将一可看作质点的小球从圆弧上某点由静止释放，量出此时小球与圆心连线偏离竖直方向的角度θ。当小球滑到圆弧最低点A时将水平抛出，用刻度尺测出小球平抛的水平距离s。忽略所有摩擦，试分析下列问题：
（1）小球在A点时的水平速度为v＝__________（用题给字母表示）；
（2）保持其他条件不变，只改变θ角，得到不同的s值，以s2为纵坐标，以cos θ为横坐标作图，如图乙中的图线a所示。另一同学重复此实验，得到的s2－cos θ图线如图乙中的图线b所示，两图线不重合的原因可能是________________。
A. 两同学选择的小球质量不同
B. 圆弧轨道的半径L不同
C. 圆弧的最低点A与水平面之间的距离不同
机械能守恒定律实验探究同步练习参考答案
1.【答案】（1）1. 50 m/s 2. 075 m/s 1. 03m J 1. 06m J 在误差允许的范围内，机械能守恒 （2）C
【解析】（1）根据匀变速直线运动的规律，可以求出重物在2点时的速度v2＝m/s＝1.50 m/s和重物在5点时的速度v5＝m/s＝2.075m/s，所以动能增加量为ΔEk＝mv－mv＝1. 03m J，重物从2点到5点，重力势能减少量为ΔEp＝mgh25＝m×9. 8×（3. 2＋3. 6＋4. 0）×10－2 J＝1. 06m J，由以上可得出实验结论为：在误差允许的范围内，机械能守恒。
（2）重物机械能守恒，应有重物减少的重力势能转化为增加的动能，即ΔEk＝mgΔh，可见重物增加的动能与下落的距离成正比，选项C正确。
2. 【答案】（1）BD （2） ＝h（或d2＝2ght2）
【解析】（1）根据实验原理可知，需要测量的是A点到光电门B的距离，故A错误，B正确；利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，不需要测量下落时间，故C错误；利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度时，需要知道挡光物体的尺寸，因此需要测量小球的直径，故D正确。
（2）利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，故v＝；根据机械能守恒的表达式有mgh＝mv2，可得
＝h（或d2＝2ght2），故只要验证＝h（或d2＝2ght2）即可。
3. 【答案】⑥（M＋m）（）2 （M＋m）（）2 ⑦mgs ⑧ΔEp＝Ek2－Ek1
【解析】⑥滑块通过光电门的速度
v1＝，v2＝
所以Ek1＝（M＋m）v＝（M＋m）（）2
Ek2＝（M＋m）v＝（M＋m）（）2
⑦系统重力势能的减少量等于托盘和砝码重力势能的减少量ΔEp＝mgs。
⑧若ΔEp＝Ek2－Ek1，则验证了机械能守恒定律。
4. 【答案】（1）s （2）BC
【解析】（1）小球从A点抛出后做平抛运动，设小球做平抛运动的时间为t，由H＝gt2，s＝vt得v＝＝s。
（2）设小球的质量为m，若小球的机械能守恒，则有
m（s）2＝mgL（1－cos θ），整理得s2＝4HL－4HL·cos θ，由题图乙可知，图线b的斜率大，在纵轴上的截距大，可得A点与水平面之间的距离或圆弧轨道的半径变大了，故选项B、C正确。
验证机械能守恒定律同步练习
（答题时间：30分钟）
1. 为验证在自由落体过程中物体的机械能是守恒的，某同学利用实验系统设计了一个实验，实验装置如图所示，图中A、B两点分别固定了两个速度传感器，速度传感器可以测出运动物体的瞬时速度。在实验中测得一物体自由下落经过A点时的速度是v1，经过B点时的速度是v2，为了证明物体经过A、B两点时的机械能相等，这位同学又设计了以下几个步骤，你认为其中不必要或者错误的是（ ）
A. 用天平测出物体的质量
B. 测出A，B两点间的竖直距离
C. 利用mv－mv算出物体从A点运动到B点的过程中动能的变化量
D. 验证v－v与2gh是否相等
2. 小黄用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验。关于该实验，下列说法正确的是（ ）
A. 重锤的质量一定是越大越好
B. 必须用秒表测出重锤下落的时间
C. 把秒表测得的时间代入v＝gt，计算重锤的速度
D. 释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直
3. “验证机械能守恒定律”的实验中。图甲是打点计时器打出的一条纸带，选取其中连续的计时点标为A、B、C……G、H、I，对BH段进行研究。
①已知打点计时器电源频率为50 Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为________。
②用刻度尺测量距离时如图乙，读出A、C两点间距为________ cm，B点对应的速度vB＝________ m/s。
③若H点对应的速度为vH，重物下落的高度为hBH，当地重力加速度为g，为完成实验，要比较v与________的大小（用字母表示）。
4. 在“验证机械能守恒定律”的实验中：
（1）从下列器材中选出实验所必须的，其编号为________。
A. 打点计时器（包括纸带） B. 重锤
C. 天平 D. 毫米刻度尺
E. 秒表（或停表） F. 运动小车
（2）进行实验时，为保证重物下落时初速度为零，应____。
A. 先接通电源，再释放纸带
B. 先释放纸带，再接通电源
（3）下列说法中正确的是________。
A. 实验中用打点计时器时，一定用到低压直流电源
B. 选用重物时，同样大小、形状的重物应选重一点的比较好
C. 要选用第1、2两点距离接近2 mm的纸带
D. 实验结果总是动能增加量略小于重力势能的减少量
5. 如图是利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验装置。
（1）在验证机械能守恒定律的实验中，没有必要进行的操作是________。
A. 用天平测重物的质量
B. 用秒表测重物下落的时间
C. 用打点计时器记录重物下落的信息
D. 用纸带记录测量重物下落的高度
（2）该实验所用打点计时器的电源频率为50 Hz，如图所示，A、B、C为纸带中选取的三个计数点，每两个计数点之间还有4个点未画出，则每两个相邻计数点之间的时间间隔T＝______s，打点计时器在打下计数点B时，物体的下落速度为vB＝________m/s。（小数点后保留两位有效数字）
（3）由于该实验中存在阻力做功，所以实验测得的重物的重力势能的减少量________（选填“＜”“＞”或“＝”）动能的增加量。
验证机械能守恒定律同步练习参考答案
1. 【答案】AC
【解析】物体重力势能减少量为mgh，动能增加量为mv－mv，计算gh和v－v，如果在实验误差允许的范围内gh＝v－v，则机械能守恒定律得到验证。综上应选A，C。
2. 【答案】D
【解析】为了减小阻力的影响，重锤选择质量大一些、体积小一些的，不是质量越大越好，故A错误；打点计时器可以测量重锤下落的时间，不需要用秒表测量，故B错误；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C错误；释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直，从而减小纸带与限位孔之间的摩擦，故D正确。
3. 【答案】①0. 02 s ②5. 40 1. 35 ③v－ghBH
【解析】①打点计时器电源频率为50 Hz，则每隔0. 02 s打一点。
②xAC＝（5. 90－0. 50） cm＝5. 40 cm，vB＝＝m/s＝1. 35 m/s。
③由动能定理有mghBH＝mv－mv，得＝－ghBH。
4. 【答案】（1）ABD （2）A （3）BCD
【解析】（1）打点计时器（含纸带）、重锤是必须的，为了测量计数点的距离，需要毫米刻度尺；因为是比较mgh、mv2的大小关系，故m可约去，不需要测出重物的质量，不需要用天平；打点计时器本身可以计算时间，所以不需要秒表，实验用的是重锤，不需要运动小车。故选A、B、D。
（2）开始记录时，应先给打点计时器通电，然后再释放纸带，让它带着纸带一同落下。这样有利于数据的采集和处理，减少实验误差。故选A。
（3）电火花计时器不用低压电源，电磁打点计时器用低压交流电源，故A错误；为了减小空气阻力的影响，在选择重物时，要选择密度大的，即选择质量大体积小的重物，B正确；由公式h＝gt2可知，若开始第1、2两点间的距离为2 mm，则打第1个点时的速度为零，这样只需比较mgh、mv2的大小关系即可，实验方便，C正确；由于空气阻力和纸带与计时器摩擦的影响，实验结果总是动能增加量略小于重力势能的减少量，故D正确。
5. 【答案】（1）AB （2）0. 1 2. 36 （3）＞
【解析】（1）因为我们是比较mgh、mv2的大小关系，故m可约去比较，不需要测出重物的质量，故A错误；我们可以通过打点计时器计算时间，不需要秒表，故B错误；用打点计时器可以记录重物下落的时间和高度，故C正确；用纸带记录测量重物下落的高度，故D正确。
（2）每两个相邻计数点之间还有4个点未画出，则每两个相邻计数点之间的时间间隔T＝0. 1 s。根据匀变速直线运动的规律中间时刻速度等于这段时间的平均速度得vB＝＝2.36 m/s。
（3）由于纸带通过时受到较大的阻力和重物受到的空气阻力，重力势能有一部分转化为摩擦产生的内能，所以重力势能的减少量大于动能的增加量。
机械能守恒定律实验探究同步练习
（答题时间：30分钟）
1. 某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分。剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图中，单位是cm。打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度g取9. 8 m/s2，重物质量为m。
（1）重物在2点时的速度v2＝________，在5点时的速度v5＝________，此过程中动能增加量ΔEk＝________，重力势能减少量ΔEp＝________。由以上可得出实验结论：__________________________________________。
（2）根据实验判断下列图象正确的是（其中ΔEk表示重物动能的变化量，Δh表示重物下落的高度）（ ）
2. 利用如图所示实验装置来验证机械能守恒定律。通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中小铁球经过光电门B时，毫秒计时器（图中未画出）记录下小铁球的挡光时间t。实验前调整光电门位置，使小球下落过程中，小铁球球心垂直细激光束通过光电门，当地重力加速度为g。
（1）为了验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，还需要测量的物理量是________。
A. A点距地面的高度H
B. A、B之间的距离h
C. 小铁球从A到B的下落时间tAB
D. 小铁球的直径d
（2）小铁球通过光电门时的瞬时速度v＝____________；要验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，只需验证等式________是否成立即可（用实验中测得物理量的符号表示）。
3. 如图为利用气垫导轨（滑块在该导轨上运动时所受阻力可忽略）验证机械能守恒定律的实验装置，完成以下填空。
实验步骤如下：
①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平。
②测出挡光条的宽度l和两光电门中心之间的距离s。
③将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2。
④读出滑块分别通过光电门1和光电门2的挡光时间Δt1和Δt2。
⑤用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m。
⑥滑块通过光电门1和光电门2时，可以确定系统（包括滑块、挡光条、托盘和砝码）的总动能分别为Ek1＝________和Ek2＝________。
⑦在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔEp＝________。（重力加速度为g）
⑧如果满足关系式____________，则可认为验证了机械能守恒定律。
4. 某同学利用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，其中是四分之一圆弧轨道，O点为圆心，半径为L，圆弧的最低点A与水平面之间的距离为H。实验时将一可看作质点的小球从圆弧上某点由静止释放，量出此时小球与圆心连线偏离竖直方向的角度θ。当小球滑到圆弧最低点A时将水平抛出，用刻度尺测出小球平抛的水平距离s。忽略所有摩擦，试分析下列问题：
（1）小球在A点时的水平速度为v＝__________（用题给字母表示）；
（2）保持其他条件不变，只改变θ角，得到不同的s值，以s2为纵坐标，以cos θ为横坐标作图，如图乙中的图线a所示。另一同学重复此实验，得到的s2－cos θ图线如图乙中的图线b所示，两图线不重合的原因可能是________________。
A. 两同学选择的小球质量不同
B. 圆弧轨道的半径L不同
C. 圆弧的最低点A与水平面之间的距离不同
机械能守恒定律实验探究同步练习参考答案
1.【答案】（1）1. 50 m/s 2. 075 m/s 1. 03m J 1. 06m J 在误差允许的范围内，机械能守恒 （2）C
【解析】（1）根据匀变速直线运动的规律，可以求出重物在2点时的速度v2＝m/s＝1.50 m/s和重物在5点时的速度v5＝m/s＝2.075m/s，所以动能增加量为ΔEk＝mv－mv＝1. 03m J，重物从2点到5点，重力势能减少量为ΔEp＝mgh25＝m×9. 8×（3. 2＋3. 6＋4. 0）×10－2 J＝1. 06m J，由以上可得出实验结论为：在误差允许的范围内，机械能守恒。
（2）重物机械能守恒，应有重物减少的重力势能转化为增加的动能，即ΔEk＝mgΔh，可见重物增加的动能与下落的距离成正比，选项C正确。
2. 【答案】（1）BD （2） ＝h（或d2＝2ght2）
【解析】（1）根据实验原理可知，需要测量的是A点到光电门B的距离，故A错误，B正确；利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，不需要测量下落时间，故C错误；利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度时，需要知道挡光物体的尺寸，因此需要测量小球的直径，故D正确。
（2）利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，故v＝；根据机械能守恒的表达式有mgh＝mv2，可得
＝h（或d2＝2ght2），故只要验证＝h（或d2＝2ght2）即可。
3. 【答案】⑥（M＋m）（）2 （M＋m）（）2 ⑦mgs ⑧ΔEp＝Ek2－Ek1
【解析】⑥滑块通过光电门的速度
v1＝，v2＝
所以Ek1＝（M＋m）v＝（M＋m）（）2
Ek2＝（M＋m）v＝（M＋m）（）2
⑦系统重力势能的减少量等于托盘和砝码重力势能的减少量ΔEp＝mgs。
⑧若ΔEp＝Ek2－Ek1，则验证了机械能守恒定律。
4. 【答案】（1）s （2）BC
【解析】（1）小球从A点抛出后做平抛运动，设小球做平抛运动的时间为t，由H＝gt2，s＝vt得v＝＝s。
（2）设小球的质量为m，若小球的机械能守恒，则有
m（s）2＝mgL（1－cos θ），整理得s2＝4HL－4HL·cos θ，由题图乙可知，图线b的斜率大，在纵轴上的截距大，可得A点与水平面之间的距离或圆弧轨道的半径变大了，故选项B、C正确。