高一物理人教版（2019） 8.5实验：验证机械能守恒定律 课时作业（含解析）
文档属性
| 名称 | 高一物理人教版（2019） 8.5实验：验证机械能守恒定律 课时作业（含解析） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-03-15 13:09:25 | ||
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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．如图所示“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是（ ）
A．先释放纸带，后接通电源
B．打点计时器接低压直流电源
C．用秒表测出重物下落的时间
D．打点计时器两个限位孔在同一竖直平面内
2． “验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示，下列说法中不正确的是（ ）
A．选取的重锤应满足“质量较大、体积较小”
B．处理纸带时还需要的器材是刻度尺
C．需使用秒表测出重锤下落的时间
D．打点计时器的限位孔应在竖直平面内
3．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．
二、多选题
4．在《验证机械能守恒定律》的实验中，下列说法中正确的
A．要用天平称量重锤质量
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2mm的纸带
D．实验时，当松开纸带让重锤下落的同时，立即接通电源
E．实验结果总是动能增加量略小于重力势能的减小量
5．某同学利用利用重锤和打点计时器做“验证机械能守恒定律”实验，请回答下列问题。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．打点计时器的两限位孔在同一竖直面内上下对正
C．精确测量出重物的质量
D．用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物
三、实验题
6．利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验，从图示位置开始释放重锤。
（1）请指出图甲中的错误及不妥之处（只需写出两处）。
①_______________ ②______________；
（2）改进实验中错误及不妥之处后，某同学经正确操作得到打点纸带，在纸带后段每两个计时间隔取一个计数点，依次为1、2、3、4、5、6、7，测量各计数点到第一个打点的距离h，并正确求出打相应点时的速度v。各计数点对应的数据见下表：
计数点 1 2 3 4 5 6 7
h（m） 0．124 0．194 0．279 0．380 0．497 0．630 0．777
v（m/s） 1．94 2．33 2．73 3．13 3．50
v2（m2/s2） 3．76 5．43 7．45 9．80 12．30
请在图乙坐标中，描点作出图线_________；由图线可知，重锤下落的加速度______m/s2（保留三位有效数字）；若当地的重力加速度，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的重锺机械能守恒的依据_____。
（3）某同学选用两个形状相同质量不同的重物a和b进行实验测得几组数据，画出的图像如图丙所示，求出图线的斜率k，由图像可知a的质量_____b的质量（选填“大于”或“小于”）。造成以上原因是实验过程中存在各种阻力，已知实验所用重物的质量，当地重力加速度，则重物所受的平均阻力______N。（结果保留两位有效数字）
7．DIS实验是利用现代信息技术进行的实验．学生实验“用DIS研究机械能守恒定律”的装置如图（a）所示，某组同学在一次实验中，选择DIS以图像方式显示实验的结果，所显示的图像如图（b）所示，图像的横轴表示小球距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。试回答下列问题：
（1）图（b）的图像中，表示小球的重力势能Ep、动能Ek、机械能E随小球距D点的高度h关系的图线分别是__________（按顺序填写相应图线所对应的文字）。
（2）图（a）所示的实验装置中，K是光电门传感器，他的直接作用是_______ ，小球上连接的挡光片宽度为d，通过光电门的时间为t，可以得到小球在最低点的瞬时速度为___。
（3）根据图（b）所示的实验图像，可以得出的结论是______________。
8．在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50Hz，当地重力加速度的值为9.80 m/s2，重物的质量为。若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点的距离如图所示（相邻计数点时间间隔为0.02s），那么：
① 打点计时器打下计数点B时，物体的速度_______m/s；
② 从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是_____J，此过程中物体动能的增加量______J（取三位有效数字）；
③ 通过计算，数值上_______ （填“＞”“=”或“＜”），这是因为________________。
9．某同学用图甲所示的实验装置“验证机械能守恒定律”。在气垫导轨某刻度处安装了一个光电门，滑块上固定一宽度为d的遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与钩码连接。用天平分别称出滑块及遮光条的总质量为M，钩码的质量为m。
（1）关于该实验的条件及操作，不必要的一项是_______（请填写选项前对应的字母序号）。
A．实验前，应将气垫导轨调至水平状态
B．滑块释放的位置与光电门间的距离适当大些
C．调节定滑轮的高度，使细线与气垫导轨平行
D．应使滑块及遮光条的总质量M远大于钩码的质量m
（2）在某次实验操作中，滑块在气垫导轨某位置由静止释放时，测得遮光条与光电门中心之间的距离为L，遮光条通过光电门的时间为t，此过程中滑块和钩码组成的系统重力势能的减少量为_______，动能的增加量为_______，若两者相等，则说明_______。
（3）实验时保持滑块及遮光条的总质量M、钩码质量m均不变，改变滑块在气垫导轨上由静止释放的位置，测出对应的遮光条与光电门中心之间的距离L和遮光条通过光电门的时间t，通过描点作出图像如图乙所示，已知图乙中直线的斜率为k，则当地的重力加速度可以表示为_______（用题目中给定的字母表示）。
参考答案：
1．D
【详解】A．为充分利用纸带，实验时应先接通电源然后再释放纸带，故A错误；
B．电磁打点计时器使用低压交流电源，故B错误；
C．通过打点计时器可以求出重物下落的时间，实验不需要用秒表测重物下落的时间，故C错误；
D．打点计时器两个限位孔在同一竖直平面内，以减小纸带与打点计时器的阻力，故D正确。
故选D。
2．C
【详解】A．为了减小阻力的影响，重锤应选择质量较大，体积较小的，故A正确；
B．该实验需要测量重锤下降的高度以及重锤的瞬时速度，则需要用刻度尺测量点迹间的距离，故B正确；
C．时间可以通过数纸带上的间隔数得出，不需要用秒表测量时间，故C错误；
D．为了减小阻力的影响，打点计时器的限位孔应在竖直平面内，故D正确。
本题选错误的，故选C。
3．A
【详解】在“验证机械能守恒定律”的实验中，应手提纸带的末端，使纸带竖直，让重物靠近打点计时器，先接通电源，再释放纸带，由此可知，A正确；B C D错误；
故选A．
4．BCE
【详解】A．在《验证机械能守恒定律》的实验中，需要验证，所以只需要验证
即可，并不需要用天平称量重锤质量，A错误；
B．选用重物时，同样大小、形状的重物应选重一点的比较好，B错误；
C．自由落体运动0.02s的距离为2mm，所以要选用第1、2两点距离接近2mm的纸带，C正确；
D．实验时，应当先接通电源再释放纸带，D错误；
E．实验结果总是动能增加量略小于重力势能的减小量，E正确。
故选BCE。
5．AB
【详解】A．实验选择的重物应该相对质量较大，体积较小，即重物选用质量和密度较大的金属锤，这样能减少摩擦阻力的影响，从而减小实验误差，故A正确
B．打点计时器的两限位孔在同一竖直面内上下对正，这样可以减小纸带与限位孔的摩擦，从而减小实验误差，故B正确；
C．因为我们是比较mgh、的大小关系，故m可约去，不需要测量重锤的质量，故C错误；
D．应用手提住纸带让重物稳定，而不是用手托住重物使其稳定，故D错误。
故选AB。
6． 使用的是直流电源 重物离打点计时器太远 9.71 图线为通过坐标原点的一条直线，斜率g′与g基本相等 大于 0.031
【详解】（1）[1][2]由图可知，图甲中的错误及不妥之处：①使用的是直流电源；②重物离打点计时器太远。
（2）[3]根据描点法可得出对应的图像，如图所示
[4]根据题意有
变形可得
由图可知，图像的斜率表示重力加速度的2倍，故
解得
[5] 根据作出的图线，能粗略验证自由下落的重锺机械能守恒的依据为图线为通过坐标原点的一条直线，斜率与基本相等。
（3）[6][7]根据题意，由动能定理有
则有：
可知图线的斜率
由图丙可知，的斜率小，则的质量小，所以的质量大于的质量，同理
则
代入数据解得
7． 乙、丙、甲 测出相应的时间
在误差允许的范围内，在只有重力做功的情况下，小球的机械能守恒。
【详解】（1）[1]根据
可知，当高度增大时，重力势能增大，而根据动能定理可知，当高度增大时，重力做负功，动能减小，而根据机械能守恒定律可知，机械能保持不变，则乙表示重力势能Ep，丙表示动能，甲表示机械能；
（2）[2][3]实验中用DIS测出的应为小球在各点时的动能，故应用到光电门传感器，而小球充当挡光片的作用；小球上连接的挡光片宽度为d，通过光电门的时间为t，可以得到小球在最低点的瞬时速度
（3）[4]由图可知，动能与势能的和近似与机械能相等，故说明在误差允许的范围内，在只有重力做功的情况下，小球的机械能守恒。
8． 0.98 0.491 0.480 > 运动过程有阻力做功
【详解】①[1] B点的瞬时速度等于AC段的平均速度，则
②[2]从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是
[3]动能的增加量
③[4][5]可见重力势能的减小量大于动能的增加量，原因是实验中有阻力做功。
9． D 滑块和钩码组成的系统机械能守恒
【详解】(1)[1] AC．实验前，应将气垫导轨调至水平状态，调节定滑轮的高度，使细线与气垫导轨平行，使滑块所受拉力为合力。故AC正确，与题意不符；
B．滑块释放的位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误差。故B正确，与题意不符；
D．本实验验证系统机械能守恒，与滑块质量和钩码质量大小没有关系。故D错误，与题意相符。
故选D。
(2)[2]此过程中滑块和钩码组成的系统重力势能的减少量为
[3]由于遮光条经过光电门时间极短，可知
动能的增加量为
[4]若两者相等，则说明滑块和钩码组成的系统机械能守恒。
(3)[5]滑块和钩码组成的系统机械能守恒，则有
整理可得
结合图像斜率可得
解得
一、单选题
1．如图所示“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是（ ）
A．先释放纸带，后接通电源
B．打点计时器接低压直流电源
C．用秒表测出重物下落的时间
D．打点计时器两个限位孔在同一竖直平面内
2． “验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示，下列说法中不正确的是（ ）
A．选取的重锤应满足“质量较大、体积较小”
B．处理纸带时还需要的器材是刻度尺
C．需使用秒表测出重锤下落的时间
D．打点计时器的限位孔应在竖直平面内
3．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．
二、多选题
4．在《验证机械能守恒定律》的实验中，下列说法中正确的
A．要用天平称量重锤质量
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2mm的纸带
D．实验时，当松开纸带让重锤下落的同时，立即接通电源
E．实验结果总是动能增加量略小于重力势能的减小量
5．某同学利用利用重锤和打点计时器做“验证机械能守恒定律”实验，请回答下列问题。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．打点计时器的两限位孔在同一竖直面内上下对正
C．精确测量出重物的质量
D．用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物
三、实验题
6．利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验，从图示位置开始释放重锤。
（1）请指出图甲中的错误及不妥之处（只需写出两处）。
①_______________ ②______________；
（2）改进实验中错误及不妥之处后，某同学经正确操作得到打点纸带，在纸带后段每两个计时间隔取一个计数点，依次为1、2、3、4、5、6、7，测量各计数点到第一个打点的距离h，并正确求出打相应点时的速度v。各计数点对应的数据见下表：
计数点 1 2 3 4 5 6 7
h（m） 0．124 0．194 0．279 0．380 0．497 0．630 0．777
v（m/s） 1．94 2．33 2．73 3．13 3．50
v2（m2/s2） 3．76 5．43 7．45 9．80 12．30
请在图乙坐标中，描点作出图线_________；由图线可知，重锤下落的加速度______m/s2（保留三位有效数字）；若当地的重力加速度，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的重锺机械能守恒的依据_____。
（3）某同学选用两个形状相同质量不同的重物a和b进行实验测得几组数据，画出的图像如图丙所示，求出图线的斜率k，由图像可知a的质量_____b的质量（选填“大于”或“小于”）。造成以上原因是实验过程中存在各种阻力，已知实验所用重物的质量，当地重力加速度，则重物所受的平均阻力______N。（结果保留两位有效数字）
7．DIS实验是利用现代信息技术进行的实验．学生实验“用DIS研究机械能守恒定律”的装置如图（a）所示，某组同学在一次实验中，选择DIS以图像方式显示实验的结果，所显示的图像如图（b）所示，图像的横轴表示小球距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。试回答下列问题：
（1）图（b）的图像中，表示小球的重力势能Ep、动能Ek、机械能E随小球距D点的高度h关系的图线分别是__________（按顺序填写相应图线所对应的文字）。
（2）图（a）所示的实验装置中，K是光电门传感器，他的直接作用是_______ ，小球上连接的挡光片宽度为d，通过光电门的时间为t，可以得到小球在最低点的瞬时速度为___。
（3）根据图（b）所示的实验图像，可以得出的结论是______________。
8．在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50Hz，当地重力加速度的值为9.80 m/s2，重物的质量为。若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点的距离如图所示（相邻计数点时间间隔为0.02s），那么：
① 打点计时器打下计数点B时，物体的速度_______m/s；
② 从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是_____J，此过程中物体动能的增加量______J（取三位有效数字）；
③ 通过计算，数值上_______ （填“＞”“=”或“＜”），这是因为________________。
9．某同学用图甲所示的实验装置“验证机械能守恒定律”。在气垫导轨某刻度处安装了一个光电门，滑块上固定一宽度为d的遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与钩码连接。用天平分别称出滑块及遮光条的总质量为M，钩码的质量为m。
（1）关于该实验的条件及操作，不必要的一项是_______（请填写选项前对应的字母序号）。
A．实验前，应将气垫导轨调至水平状态
B．滑块释放的位置与光电门间的距离适当大些
C．调节定滑轮的高度，使细线与气垫导轨平行
D．应使滑块及遮光条的总质量M远大于钩码的质量m
（2）在某次实验操作中，滑块在气垫导轨某位置由静止释放时，测得遮光条与光电门中心之间的距离为L，遮光条通过光电门的时间为t，此过程中滑块和钩码组成的系统重力势能的减少量为_______，动能的增加量为_______，若两者相等，则说明_______。
（3）实验时保持滑块及遮光条的总质量M、钩码质量m均不变，改变滑块在气垫导轨上由静止释放的位置，测出对应的遮光条与光电门中心之间的距离L和遮光条通过光电门的时间t，通过描点作出图像如图乙所示，已知图乙中直线的斜率为k，则当地的重力加速度可以表示为_______（用题目中给定的字母表示）。
参考答案：
1．D
【详解】A．为充分利用纸带，实验时应先接通电源然后再释放纸带，故A错误；
B．电磁打点计时器使用低压交流电源，故B错误；
C．通过打点计时器可以求出重物下落的时间，实验不需要用秒表测重物下落的时间，故C错误；
D．打点计时器两个限位孔在同一竖直平面内，以减小纸带与打点计时器的阻力，故D正确。
故选D。
2．C
【详解】A．为了减小阻力的影响，重锤应选择质量较大，体积较小的，故A正确；
B．该实验需要测量重锤下降的高度以及重锤的瞬时速度，则需要用刻度尺测量点迹间的距离，故B正确；
C．时间可以通过数纸带上的间隔数得出，不需要用秒表测量时间，故C错误；
D．为了减小阻力的影响，打点计时器的限位孔应在竖直平面内，故D正确。
本题选错误的，故选C。
3．A
【详解】在“验证机械能守恒定律”的实验中，应手提纸带的末端，使纸带竖直，让重物靠近打点计时器，先接通电源，再释放纸带，由此可知，A正确；B C D错误；
故选A．
4．BCE
【详解】A．在《验证机械能守恒定律》的实验中，需要验证，所以只需要验证
即可，并不需要用天平称量重锤质量，A错误；
B．选用重物时，同样大小、形状的重物应选重一点的比较好，B错误；
C．自由落体运动0.02s的距离为2mm，所以要选用第1、2两点距离接近2mm的纸带，C正确；
D．实验时，应当先接通电源再释放纸带，D错误；
E．实验结果总是动能增加量略小于重力势能的减小量，E正确。
故选BCE。
5．AB
【详解】A．实验选择的重物应该相对质量较大，体积较小，即重物选用质量和密度较大的金属锤，这样能减少摩擦阻力的影响，从而减小实验误差，故A正确
B．打点计时器的两限位孔在同一竖直面内上下对正，这样可以减小纸带与限位孔的摩擦，从而减小实验误差，故B正确；
C．因为我们是比较mgh、的大小关系，故m可约去，不需要测量重锤的质量，故C错误；
D．应用手提住纸带让重物稳定，而不是用手托住重物使其稳定，故D错误。
故选AB。
6． 使用的是直流电源 重物离打点计时器太远 9.71 图线为通过坐标原点的一条直线，斜率g′与g基本相等 大于 0.031
【详解】（1）[1][2]由图可知，图甲中的错误及不妥之处：①使用的是直流电源；②重物离打点计时器太远。
（2）[3]根据描点法可得出对应的图像，如图所示
[4]根据题意有
变形可得
由图可知，图像的斜率表示重力加速度的2倍，故
解得
[5] 根据作出的图线，能粗略验证自由下落的重锺机械能守恒的依据为图线为通过坐标原点的一条直线，斜率与基本相等。
（3）[6][7]根据题意，由动能定理有
则有：
可知图线的斜率
由图丙可知，的斜率小，则的质量小，所以的质量大于的质量，同理
则
代入数据解得
7． 乙、丙、甲 测出相应的时间
在误差允许的范围内，在只有重力做功的情况下，小球的机械能守恒。
【详解】（1）[1]根据
可知，当高度增大时，重力势能增大，而根据动能定理可知，当高度增大时，重力做负功，动能减小，而根据机械能守恒定律可知，机械能保持不变，则乙表示重力势能Ep，丙表示动能，甲表示机械能；
（2）[2][3]实验中用DIS测出的应为小球在各点时的动能，故应用到光电门传感器，而小球充当挡光片的作用；小球上连接的挡光片宽度为d，通过光电门的时间为t，可以得到小球在最低点的瞬时速度
（3）[4]由图可知，动能与势能的和近似与机械能相等，故说明在误差允许的范围内，在只有重力做功的情况下，小球的机械能守恒。
8． 0.98 0.491 0.480 > 运动过程有阻力做功
【详解】①[1] B点的瞬时速度等于AC段的平均速度，则
②[2]从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是
[3]动能的增加量
③[4][5]可见重力势能的减小量大于动能的增加量，原因是实验中有阻力做功。
9． D 滑块和钩码组成的系统机械能守恒
【详解】(1)[1] AC．实验前，应将气垫导轨调至水平状态，调节定滑轮的高度，使细线与气垫导轨平行，使滑块所受拉力为合力。故AC正确，与题意不符；
B．滑块释放的位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误差。故B正确，与题意不符；
D．本实验验证系统机械能守恒，与滑块质量和钩码质量大小没有关系。故D错误，与题意相符。
故选D。
(2)[2]此过程中滑块和钩码组成的系统重力势能的减少量为
[3]由于遮光条经过光电门时间极短，可知
动能的增加量为
[4]若两者相等，则说明滑块和钩码组成的系统机械能守恒。
(3)[5]滑块和钩码组成的系统机械能守恒，则有
整理可得
结合图像斜率可得
解得