高中物理人教版必修2 课后练习题 7-9 实验：验证机械能守恒定律 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版必修2 课后练习题 7-9 实验：验证机械能守恒定律 Word版含解析 |  | |
| 格式 | DOC | ||
| 文件大小 | 259.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-11-18 11:44:15 | ||
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文档简介
实验：验证机械能守恒定律
一、单项选择题
1．在“验证机械能守恒定律”的实验中有关重锤的质量，下列说法中正确的是( B )
①应选用质量较大的重锤，使重锤和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力；②应选用质量较小的重锤，使重锤的惯性小一些，下落时更接近于自由落体运动；③不需要称量重锤的质量；④必须称量重锤的质量，而且要读到0.01 g.
A．②④ B．①③ C．①④ D．②③
解析：根据实验原理mgh＝mv2，只需验证gh＝v2，故不必测量重锤的质量．由于纸带下落过程中有系统误差，为了减小这种误差对实验结果的影响，要让重锤质量大一些，这样阻力的影响就会减小，B选项正确．
2．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v，测量出下落距离h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图象应是下图中的( C )
解析：由机械能守恒定律得：mgh＝mv2，得：＝gh，可以看出与h成正比例关系，图线是过原点的直线，C正确．数据处理可以用不同的方法，得到相同的结论．
3．在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于打点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，这样的结果会有( A )
A．mgh＞mv2 B．mgh＜mv2
C．mgh＝mv2 D．以上都有可能
解析：纸带受较大阻力，重物克服阻力做功，根据动能定理得：mgh－Wf＝mv2，所以mgh＞mv2.通过此题也提醒我们在做实验时，要认真调整仪器，使两限位孔在同一直线上，以减小误差．
4．有4条用打点计时器(所用交变电流频率均为50 Hz)打出的纸带A、B、C、D，其中一条是做“验证机械能守恒定律”实验时打出的．为找出该纸带，某同学在每条纸带上选取了点迹清晰的、连续的4个点，用刻度尺测出相邻两个点间的距离依次为s1、s2、s3.请你根据下列s1、s2、s3的测量结果确定该纸带为(已知当地的重力加速度为9.791 m/s2)( C )
A．61.0 mm 65.8 mm 70.7 mm
B．41.2 mm 45.1 mm 53.0 mm
C．49.6 mm 53.5 mm 57.3 mm
D．60.5 mm 61.0 mm 60.6 mm
解析：验证机械能守恒采用重锤的自由落体运动实现，所以相邻的0.02 s内的位移增加量为Δs＝gT2＝9.791×0.022 m≈3.9 mm，答案为C.
5．在研究重物自由下落过程中机械能是否守恒的实验中，得到如图所示的一条纸带，该纸带上最初打出的几个点不清楚，纸带上留下的是后面的一些点，算出打下B，C两点时，重物速度分别是vB、vC，量得B、C两点间的距离为h，那么验证机械能守恒的表达式可写为( B )
A．gh＝v－v B．gh＝v－v
C．vC＝vB＋aT D．v＋v＝2gh
解析：从B→C的过程ΔEp减＝mgh，ΔEk增＝mv－mv，所以需验证的表达式为mgh＝mv－mv，即gh＝v－v.
二、多项选择题
6．下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中，正确的是( BD )
A．重物质量的称量不准会造成较大误差
B．重物质量选用得较大些，有利于减小误差
C．重物质量选用得较小些，有利于减小误差
D．先释放纸带后接通电源会造成较大误差
解析：在“验证机械能守恒定律”实验中，我们只需比较ghn与的值即可验证机械能守恒定律是否成立，与重物质量无关，因此选项A错误；若将重物质量选得大些，则在重物下落过程中，空气阻力可忽略不计，有利于减小误差，所以选项B正确，选项C错误；纸带下落与打点不同步，纸带先下落而后打点，此时，纸带上最初两点的点迹间隔较正常时略大，用此纸带进行数据处理，其结果是：重物在打第一个点时就有了初动能，而我们计算动能增加量时认为初动能为0，因此重物动能的增加量比重物重力势能的减少量大，故选项D正确．
7．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要测量的有( CD )
A．重物的质量
B．重力加速度
C．重物下落的高度
D．与重物下落高度对应的重物的瞬时速度
解析：根据实验原理，需要验证mgh＝mv2，质量可以消去，无需测量，而高度和速度是必须测量的．
8．用自由落体验证机械能守恒定律，就是看mv是否近似等于mghn(n为计时点的编号0、1、2、…)．下列说法中正确的是( AB )
A．打点计时器打第一个点0时，重物的速度为零
B．hn为计时点n到计时点0的距离
C．m为重物的质量，需用天平称量
D．用vn＝gtn计算vn时，tn＝(n－1)T(T为打点周期)
解析：本实验的原理就是利用重物的自由落体运动来验证机械能守恒定律，因此打点计时器所打的第一个点，重物的速度应为零，A对；hn与vn分别表示打第n个点时重物下落的高度和对应的瞬时速度，B对；本实验中，不需要测量重物的质量，因为公式mgh＝mv2的两边都有m，故只要gh＝v2成立，mgh＝mv2就成立，机械能守恒定律也就被验证了，所以C错；不能用vn＝gtn计算vn，因为实际实验中有阻力，实际的加速度a≠g，故D错．
三、非选择题
9．某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中，提出了如图所示的甲、乙两种方案：甲方案为用自由落体运动进行实验，乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验．
(1)组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析，最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案，你认为该小组选择的方案是图甲，理由是理由见解析．
(2)若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图丙所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02 s，请根据纸带计算出B点的速度大小为1.37 m/s.(结果保留三位有效数字)
(3)该小组内同学根据纸带算出了相应点的速度，作出v2－h图线如图丁所示，请根据图线计算出当地的重力加速度g＝9.8 m/s2.(结果保留两位有效数字)
解析：(1)图甲；采用图乙实验时，由于小车与斜面间存在摩擦力的作用，且不能忽略，所以小车在下滑的过程中机械能不守恒，故图乙不能用于验证机械能守恒．
(2)vB＝ m/s≈1.37 m/s.
(3)因为mgh＝mv2，所以g＝＝k，k为图线的斜率，求得g＝9.75 m/s2，约为9.8 m/s2.
10．某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律．频闪仪每隔0.05 s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取9.8 m/s2，小球质量m＝0.2 kg，计算结果保留三位有效数字)：
时刻 t2 t3 t4 t5
速度(m·s－1) 4.99 4.48 3.98
(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝3.48 m/s.
(2)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝1.24 J，动能减少量ΔEk＝1.28 J；
(3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，从而验证了机械能守恒定律．由上述计算得 ΔEp<(选填“>”
“<”或“＝”)ΔEk，造成这种结果的主要原因是存在空气阻力．
解析：(1)t5时刻小球的速度v5＝×10－2 m/s＝3.48 m/s；(2)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝mgh25＝0.2×9.8×(23.68＋21.16＋18.66)×10－2 J≈1.24 J，动能减少量ΔEk＝mv－mv≈1.28 J；(3)ΔEp<ΔEk，造成这种结果的主要原因是存在空气阻力．
11．某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．弧形轨道末端水平，离地面的高度为H.将钢球从轨道的不同高度h处静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为s.
(1)若轨道完全光滑，s2与h的理论关系应满足s2＝4Hh.(用H、h表示)
(2)该同学经实验测量得到一组数据，如下表所示：
h/×10－1 m 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
s2/×10－1m2 2.62 3.89 5.20 6.53 7.78
请在坐标纸上(如图)作出s2－h关系图．
答案：如图所示
(3)对比实验结果与理论计算得到的s2－h关系图线(图中已画出)，自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率小于(选填“小于”或“大于”)理论值．
(4)从s2－h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著，你认为造成上述偏差的可能原因是小球与轨道间有摩擦、小球转动、空气阻力等．
解析：小球沿光滑轨道滑至桌面时的速度为v，由机械能守恒得：mgh＝mv2，故有v＝，小球从桌面飞出后做平抛运动，设时间为t，则有：H＝gt2，s＝vt.综合以上几式可得s＝2，即有s2＝4Hh.
一、单项选择题
1．在“验证机械能守恒定律”的实验中有关重锤的质量，下列说法中正确的是( B )
①应选用质量较大的重锤，使重锤和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力；②应选用质量较小的重锤，使重锤的惯性小一些，下落时更接近于自由落体运动；③不需要称量重锤的质量；④必须称量重锤的质量，而且要读到0.01 g.
A．②④ B．①③ C．①④ D．②③
解析：根据实验原理mgh＝mv2，只需验证gh＝v2，故不必测量重锤的质量．由于纸带下落过程中有系统误差，为了减小这种误差对实验结果的影响，要让重锤质量大一些，这样阻力的影响就会减小，B选项正确．
2．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v，测量出下落距离h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图象应是下图中的( C )
解析：由机械能守恒定律得：mgh＝mv2，得：＝gh，可以看出与h成正比例关系，图线是过原点的直线，C正确．数据处理可以用不同的方法，得到相同的结论．
3．在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于打点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，这样的结果会有( A )
A．mgh＞mv2 B．mgh＜mv2
C．mgh＝mv2 D．以上都有可能
解析：纸带受较大阻力，重物克服阻力做功，根据动能定理得：mgh－Wf＝mv2，所以mgh＞mv2.通过此题也提醒我们在做实验时，要认真调整仪器，使两限位孔在同一直线上，以减小误差．
4．有4条用打点计时器(所用交变电流频率均为50 Hz)打出的纸带A、B、C、D，其中一条是做“验证机械能守恒定律”实验时打出的．为找出该纸带，某同学在每条纸带上选取了点迹清晰的、连续的4个点，用刻度尺测出相邻两个点间的距离依次为s1、s2、s3.请你根据下列s1、s2、s3的测量结果确定该纸带为(已知当地的重力加速度为9.791 m/s2)( C )
A．61.0 mm 65.8 mm 70.7 mm
B．41.2 mm 45.1 mm 53.0 mm
C．49.6 mm 53.5 mm 57.3 mm
D．60.5 mm 61.0 mm 60.6 mm
解析：验证机械能守恒采用重锤的自由落体运动实现，所以相邻的0.02 s内的位移增加量为Δs＝gT2＝9.791×0.022 m≈3.9 mm，答案为C.
5．在研究重物自由下落过程中机械能是否守恒的实验中，得到如图所示的一条纸带，该纸带上最初打出的几个点不清楚，纸带上留下的是后面的一些点，算出打下B，C两点时，重物速度分别是vB、vC，量得B、C两点间的距离为h，那么验证机械能守恒的表达式可写为( B )
A．gh＝v－v B．gh＝v－v
C．vC＝vB＋aT D．v＋v＝2gh
解析：从B→C的过程ΔEp减＝mgh，ΔEk增＝mv－mv，所以需验证的表达式为mgh＝mv－mv，即gh＝v－v.
二、多项选择题
6．下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中，正确的是( BD )
A．重物质量的称量不准会造成较大误差
B．重物质量选用得较大些，有利于减小误差
C．重物质量选用得较小些，有利于减小误差
D．先释放纸带后接通电源会造成较大误差
解析：在“验证机械能守恒定律”实验中，我们只需比较ghn与的值即可验证机械能守恒定律是否成立，与重物质量无关，因此选项A错误；若将重物质量选得大些，则在重物下落过程中，空气阻力可忽略不计，有利于减小误差，所以选项B正确，选项C错误；纸带下落与打点不同步，纸带先下落而后打点，此时，纸带上最初两点的点迹间隔较正常时略大，用此纸带进行数据处理，其结果是：重物在打第一个点时就有了初动能，而我们计算动能增加量时认为初动能为0，因此重物动能的增加量比重物重力势能的减少量大，故选项D正确．
7．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要测量的有( CD )
A．重物的质量
B．重力加速度
C．重物下落的高度
D．与重物下落高度对应的重物的瞬时速度
解析：根据实验原理，需要验证mgh＝mv2，质量可以消去，无需测量，而高度和速度是必须测量的．
8．用自由落体验证机械能守恒定律，就是看mv是否近似等于mghn(n为计时点的编号0、1、2、…)．下列说法中正确的是( AB )
A．打点计时器打第一个点0时，重物的速度为零
B．hn为计时点n到计时点0的距离
C．m为重物的质量，需用天平称量
D．用vn＝gtn计算vn时，tn＝(n－1)T(T为打点周期)
解析：本实验的原理就是利用重物的自由落体运动来验证机械能守恒定律，因此打点计时器所打的第一个点，重物的速度应为零，A对；hn与vn分别表示打第n个点时重物下落的高度和对应的瞬时速度，B对；本实验中，不需要测量重物的质量，因为公式mgh＝mv2的两边都有m，故只要gh＝v2成立，mgh＝mv2就成立，机械能守恒定律也就被验证了，所以C错；不能用vn＝gtn计算vn，因为实际实验中有阻力，实际的加速度a≠g，故D错．
三、非选择题
9．某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中，提出了如图所示的甲、乙两种方案：甲方案为用自由落体运动进行实验，乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验．
(1)组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析，最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案，你认为该小组选择的方案是图甲，理由是理由见解析．
(2)若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图丙所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02 s，请根据纸带计算出B点的速度大小为1.37 m/s.(结果保留三位有效数字)
(3)该小组内同学根据纸带算出了相应点的速度，作出v2－h图线如图丁所示，请根据图线计算出当地的重力加速度g＝9.8 m/s2.(结果保留两位有效数字)
解析：(1)图甲；采用图乙实验时，由于小车与斜面间存在摩擦力的作用，且不能忽略，所以小车在下滑的过程中机械能不守恒，故图乙不能用于验证机械能守恒．
(2)vB＝ m/s≈1.37 m/s.
(3)因为mgh＝mv2，所以g＝＝k，k为图线的斜率，求得g＝9.75 m/s2，约为9.8 m/s2.
10．某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律．频闪仪每隔0.05 s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取9.8 m/s2，小球质量m＝0.2 kg，计算结果保留三位有效数字)：
时刻 t2 t3 t4 t5
速度(m·s－1) 4.99 4.48 3.98
(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝3.48 m/s.
(2)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝1.24 J，动能减少量ΔEk＝1.28 J；
(3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，从而验证了机械能守恒定律．由上述计算得 ΔEp<(选填“>”
“<”或“＝”)ΔEk，造成这种结果的主要原因是存在空气阻力．
解析：(1)t5时刻小球的速度v5＝×10－2 m/s＝3.48 m/s；(2)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝mgh25＝0.2×9.8×(23.68＋21.16＋18.66)×10－2 J≈1.24 J，动能减少量ΔEk＝mv－mv≈1.28 J；(3)ΔEp<ΔEk，造成这种结果的主要原因是存在空气阻力．
11．某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．弧形轨道末端水平，离地面的高度为H.将钢球从轨道的不同高度h处静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为s.
(1)若轨道完全光滑，s2与h的理论关系应满足s2＝4Hh.(用H、h表示)
(2)该同学经实验测量得到一组数据，如下表所示：
h/×10－1 m 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
s2/×10－1m2 2.62 3.89 5.20 6.53 7.78
请在坐标纸上(如图)作出s2－h关系图．
答案：如图所示
(3)对比实验结果与理论计算得到的s2－h关系图线(图中已画出)，自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率小于(选填“小于”或“大于”)理论值．
(4)从s2－h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著，你认为造成上述偏差的可能原因是小球与轨道间有摩擦、小球转动、空气阻力等．
解析：小球沿光滑轨道滑至桌面时的速度为v，由机械能守恒得：mgh＝mv2，故有v＝，小球从桌面飞出后做平抛运动，设时间为t，则有：H＝gt2，s＝vt.综合以上几式可得s＝2，即有s2＝4Hh.