8.5实验：验证机械能守恒定律 同步练习—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册（word含答案）

8.5实验：验证机械能守恒定律
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12mv22?12mv12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v22?v12与2 gh是否相等
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50Hz，甲、乙两条实验纸带如图所示，应选________纸带好．
(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应满足的关系为________．
在利用自由落体“验证机械能守恒定律”的实验中，
(1)下列器材中不必要的是________(只需填字母代号)．
A.重物? ?????? ?????? B.纸带??????? ?????? C.天平??????? ?????? D.电源
(2)如图所示为实验得到的一条点迹清晰的纸带，把第一个点记做O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.78cm、70.00cm、77.58cm、85.52cm.根据以上数据，可知重物由O点运动到B点，重力势能的减少量等于________J，动能的增加量等于________J.(已知所用重物的质量为1.00kg，当地重力加速度g=9.80m/s2，取3位有效数字．)
在利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验中，产生误差的主要原因是(????)
A. 重物下落的实际高度大于测量值
B. 重物下落的实际高度小于测量值
C. 重物实际末速度v大于gt(g为重力加速度，t为下落时间)
D. 重物实际末速度v小于gt
在“验证机械能守恒定律”的实验中，关于纸带的选择和计数点的确定，下列说法正确的是(????)
A. 一定要选用第一个点迹就清晰的纸带
B. 可以取连续的几个点为计数点
C. 应该每隔4个点确定一个计数点
D. 应该选取纸带前端(先打出)的点作为计数点
如图甲所示，用包有白纸的质量为1.00kg的圆柱棒替代纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随之转动，使之替代打点计时器．当烧断悬挂圆柱棒的线后，圆柱棒竖直自由下落，毛笔就在圆柱棒表面的纸上画出记号，如图乙所示，设毛笔接触棒时不影响棒的运动．测得记号之间的距离依次为26.0mm、42.0mm、58.0mm、74.0mm、90.0mm、106.0mm，已知电动机铭牌上标有“1440r/min”的字样，由此验证机械能守恒．根据以上内容，回答下列问题：
(1)毛笔画相邻两条线的时间间隔T=________s，图乙中的圆柱棒的________端是悬挂端(填“左”或“右”)．
(2)根据乙所给的数据，可知毛笔画下记号C时，圆柱棒下落的速度vC=________m/s；画下记号D时，圆柱棒下落的速度vD=________m/s；记号C、D之间圆柱棒的动能的变化量为______J，重力势能的变化量为________J(g=9.8m/s2).由此可得出的结论是________.(结果保留两位有效数字)
在利用打点计时器验证自由下落物体机械能守恒的实验中，设物体在打O点时释放，打点计时器打A点时物体速度为v，如图所示，一同学在实验报告中填写如下：
v=2.36m/s，?=28.76cm，v22=2.785m2/s2，g?=2.718m2/s2.由以上数据说明在误差范围内相等，故机械能守恒．
老师批阅：“数据非实验所得！”
老师作此批阅的理由是什么？
在验证“机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，查得当地重力加速度g=9.8m/s2.某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺的读数如图所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D分别是每打两个点取出的计数点，则重物由O点运动到B点时，(重物质量为m)求：
(1)重力势能减少量为多少？
(2)动能增加量为多少？
(3)根据数据得出什么结论？产生误差的原因是什么？
在验证机械能守恒定律的实验中，质量为m=1.00kg的重锤拖着纸带下落，在此过程中，打点计时器在纸带上打出一系列的点．在纸带上选取五个连续的点A、B、C、D和E，如图所示．其中O为重锤开始下落时记录的点，各点到O点的距离分别是31.4mm、49.0mm、70.5mm、95.9mm、124.8mm.当地重力加速度g=9.8m/s2.本实验所用电源的频率f=50Hz.(结果保留三位有效数字)
(1)打点计时器打下点B时，重锤下落的速度vB=________m/s，打点计时器打下点D时，重锤下落的速度vD=________m/s．
(2)从打下点B到打下点D的过程中，重锤重力势能减小量ΔEp=________J，重锤动能增加量ΔEk=________J．
(3)在误差允许范围内，通过比较________就可以验证重锤下落过程中机械能守恒了．
(4)设重锤在下落过程中受到恒定不变的阻力F，则可根据本实验数据求得阻力F的表达式为________________(用题中所给字母m，g，s1，s2，f表示)．
一士兵乘飞机巡查，用一部自动照相机在空中摄影，他选好快门开启的时间间隔1s，镜头放大率为1100，将一苹果从飞机上自由落下开始到落地的拍摄照片如下图所示．
(1)该地的重力加速度为________m/s2．
(2)飞机离地面的高度________m．
(3)试根据此照片验证机械能守恒定律．
答案和解析
1. AC
2. (1)甲?(2)T2=s128gs2
3.【答案】(1)C；(2)6.86；6.85。
4.【答案】D
5.【答案】B
6.【答案】(1)0.042；左；
(2)1.2；1.6；0.53；0.57；在误差允许范围内，圆柱体的机械能是守恒的。
7.【答案】在本实验中，由于空气阻力和摩擦力不可避免，所以重力势能的减少量大于动能的增加量，或者说物体下落的实际加速度ag?．
8.【答案】(1)1.911J(2)1.89J
(3)在实验误差允许范围内，重锤重力势能减少量等于动能的增加量即机械能守恒；下落过程中克服摩擦阻力做功
9. (1)0.978；1.36
(2)0.459；0.447
(3)重力势能的减小量和动能的增加量相等；
(4)mg?m(s2?s1)f??2。
10. (1)9.8
(2)78.2
(3)ΔEk=12m2=12m[102(OD?OB)2T]2=430.7mJ
|ΔEp|=mg·OC×102=431.2mJ
在误差允许范围内ΔEk=|ΔEp|
所以在只有重力做功的条件下机械能守恒．