2018-2019学年高中物理鲁科版必修二 第2章 实验 验证机械能守恒定律学业测评（含解析）

学业分层测评(九)
(建议用时：45分钟)
1．(多选)如图6是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带．有关尺寸在图中已注明．我们选中n点来验证机械能守恒定律．下面举一些计算n点速度的方法，其中正确的是(　　)
图6
A．n点是第n个点，则vn＝gnT
B．n点是第n个点，则vn＝g(n－1)T
C．vn＝
D．vn＝
【解析】　vn应表示从(n－1)到(n＋1)间的平均速度．C、D对，A、B错．
【答案】　CD
2．用如图7所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验所用的电源为学生电源，输出电压为6 V的交流电和直流电两种．重物从高处由静止开始下落，重物拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即能验证机械能守恒定律．
下面列举了该实验的几个操作步骤：
图7
A．按照图示的装置安装器材；
B．将打点计时器接到电源的直流输出端上；
C．用天平测量出重物的质量；
D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；
E．测量打出的纸带上某些点之间的距离；
F．根据测量的结果计算分析重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．
指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，将其选项对应的字母填在下面的横线上，并说明其原因：______________________________________.
【解析】　步骤B是错误的，应该接到电源的交流输出端；步骤D是错误的，应该先接通电源，待打点稳定后再释放纸带；步骤C不必要，因为根据实验原理，重物的动能和势能中都包含了质量m，可以约去．
【答案】　BCD，原因见解析
3．“验证机械能守恒定律”的实验中．图8(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(保留三位有效数字)．
(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)．
图8
【解析】　(1)打点计时器电源频率为50 Hz，则每隔0.02 s打一点．
(2)sAC＝(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.
【答案】　(1)0.02 s　(2)5.40　1.35　(3)v－ghBH
4．在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中：
(1)打点计时器所接交流电的频率为50 Hz，甲、乙两条实验纸带如图9所示，应选________纸带好．
甲　　　　　　　　乙
图9
(2)若通过测量纸带上某两点间距离来计算某时刻的瞬时速度，进而验证机械能守恒定律．现已测得甲纸带上2、4两点间距离为s1,0、3两点间距离为s2，打点周期为T，为了验证0、3两点间机械能守恒，则s1、s2和T应满足的关系式为________．
【解析】　(1)甲纸带上第0、1两点间距更接近2 mm，故选甲纸带好．
(2)第3点处的速度v3＝，打第3点时重物下落高度为s2，若机械能守恒，则mgs2＝mv，即gs2＝，s2＝.
【答案】　(1)甲　(2)s2＝
5．“验证机械能守恒定律”的实验装置可以采用图10中甲或乙方案来进行．
甲　　　　　　　乙
丙　　　　　　　　　　丁
图10
(1)比较这两种方案，________(选填“甲”或“乙”)方案好些．
(2)该同学开始实验时情形如图丙所示，接通电源释放纸带．请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方：
①__________；②__________.
(3)该实验中得到一条纸带，且测得每两个计数点间的距离如图10丁中所示．已知相邻两个计数点之间的时间间隔T＝0.1 s．则物体运动的加速度a＝________；该纸带是采用________(选填“甲”或“乙”)实验方案得到的．
【解析】　由Δs＝aT2，利用逐差法得到物体运动的加速度a＝4.8 m/s2.若用自由落体实验测得物体运动的加速度，a应该接近9.8 m/s2，所以该纸带是采用乙实验方案得到的．
【答案】　(1)甲　(2)①打点计时器接了直流电源
②重物离打点计时器太远　(3)4.8 m/s2　乙
6．用如图11甲所示的实验装置验证砝码m1、m2组成的系统机械能守恒．砝码m2从高处由静止开始下落，砝码m1拖着纸带打出一系列的点，从纸带上获取数据并进行数据处理，即可验证机械能守恒定律．如图乙给出的是实验中获取的一条纸带．纸带中的0点是打下的第一个点，从比较清晰的点迹起，在纸带上连续选取计数点1、2、3、4、…，且每相邻两计数点之间还有4个点未标出，计数点的距离如图所示，已知m1＝50 g，m2＝150 g，以下计算结果保留三位有效数字．
甲
乙
图11
(1)在纸带上打下计数点3时的速度v＝____________________________m/s.
(2)在打“0”点到“3”点的过程中系统动能的增量ΔEk＝________J，系统势能减少ΔEp＝________J(当地重力加速度g取9.8 m/s2)．
(3)为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：
A．绳的质量要小；
B．绳子越长越好；
C．尽量保证砝码只沿竖直方向运动，不要摇晃；
D．两个砝码的质量之差要尽可能小．
以上建议中确实对提高准确程度有作用的是_________________________．

【解析】　(1)v＝ m/s＝2.50 m/s.
(2)打“0”点时系统的动能Ek0＝0，打“3”点时系统的动能Ek3＝(m1＋m2)v2＝×(50＋150)×10－3×2.502 J＝0.625 J
故系统动能的增量ΔEk＝Ek3－Ek0＝0.625 J
系统势能的减少量ΔEp＝(m2－m1)gh＝(150－50)×10－3×9.8×(41.39＋22.61)×10－2J＝0.627 J.
(3)此实验中，绳子的质量越小越好，选项A正确；绳子的长短对实验没有影响，选项B错误；实验过程应保证只有重力做功，故应保证砝码只沿竖直方向运动，不要摇晃，选项C正确；两个砝码的质量差不能很小，因为运动过程中若两砝码的质量差很小，系统的重力势能变化很小，实验误差较大，选项D错误．
【答案】　(1)2.50　(2)0.625　0.627　(3)AC