2020-2021学年9.实验：验证机械能守恒定律测试题

这是一份2020-2021学年9.实验：验证机械能守恒定律测试题，共6页。

基础夯实
1．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中要用工具测量和通过计算得到的有( )
A．重锤的质量
B．重力加速度
C．重锤下落的高度
D．与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度
答案：CD
解析：通过实验原理可知，重锤下落高度要用毫米刻度尺直接量出，下落这一高度时对应的速度用平均速度求出，故需用工具测量的是C，通过计算得到的是D.
2．在“验证机械能守恒定律”的实验中
(1)实验的研究对象是________．
(2)供选择的重物有以下四个应选择( )
A．质量为100g的钩码
B．质量为10g的砝码
C．质量为200g的木球
D．质量为10g的塑料球
(3)给打点计时器提供的电源如下，应选择( )
A．4节干电池
B．3节蓄电池
C．学生电源4V～6V，交流输出
D．学生电源4V～6V，直流输出
答案：(1)带纸带夹的重锤 (2)A (3)C
3．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________．
答案：(1)甲 (2)T2＝eq \f(s\\al(2,1),8gs2)
解析：(1)由于甲图中1、2两点间的距离(1.9mm)接近于2mm，故选甲图．
4．(哈师大附中08～09学年高一下学期期中)在当地重力加速度为9.8m/s2的实验室内进行验证机械能守恒定律的实验中，所用电源的频率为50Hz.一同学选择了一条理想纸带，用刻度尺测量时各计时点位置对应刻度尺上的读数如图所示．图中O是自由落体的初始第一点，A、B、C、D是纸带上连续的几个点，图中数值的单位为厘米．根据实验并结合纸带回答下列问题：
实验时要从几条纸带中挑选第一、二两点间的距离接近________并且点迹清晰的纸带进行测量；
若重锤质量为mkg，则重锤从开始下落到B点时，减少的重力势能为________J；(数字部分保留三位有效数字)
若重锤质量为mkg，则重锤到B点时，重锤的动能为________J．(数字部分保留三位有效数字)
答案：2mm 6.88m 6.82m
5．(辽宁实验中学08～09学年高一下学期期中)在“验证机械能守恒定律”的实验中：所用电源的频率为50Hz.某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测得各计数点到O的距离(单位：mm)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、E分别是每打两个点取出的计数点．
(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)若重锤的质量为mkg，则重锤从开始下落到打B点时，减少的重力势能是________J，从重锤下落到打B点时增加的动能是________J，得到的结论是____________________________．(取g＝9.8m/s2，结果保留三位有效数字)
答案：(1)ABD (2)1.91m 1.88m 在实验误差允许的范围内，重锤的机械能守恒
6．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.h＝28.76cm，eq \f(v2,2)＝2.785m2/s2，gh＝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？
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a＜g.所以实验所测数据的实际结果应是eq \f(1,2)v2＜gh.而不是这位同学的eq \f(1,2)v2＞gh.
能力提升
1．在研究重物自由下落过程中机械能守恒的实验中，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( )
A．gh＝veq \\al(2,C)－veq \\al(2,B)
B．gh＝eq \f(1,2)veq \\al(2,C)－eq \f(1,2)veq \\al(2,B)
C．vC＝vB＋aT
D．veq \\al(2,B)＋veq \\al(2,C)＝2gh
答案：B
解析：从B→C的过程ΔEP减＝mgh，
ΔEk增＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,C)－eq \f(1,2)mveq \\al(2,B)，
所以需验证的表达式为mgh＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,C)－eq \f(1,2)mveq \\al(2,B).
即gh＝eq \f(1,2)veq \\al(2,C)－eq \f(1,2)veq \\al(2,B).
2．(福建厦门六中08～09学年高一下学期期中)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)．
答案：(1)0.975 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)f2
3．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)
答案：(1)T＝eq \f(1,n)＝eq \f(60,1440)s＝0.042s，左端相邻笔迹间间距大，故左端是悬挂端．
(2)vC＝eq \f((58.0＋42.0)×10－3,0.042×2)m/s＝1.2m/s，
vD＝eq \f((58.0＋74.0)×10－3,0.042×2)m/s＝1.6m/s，
ΔEK＝eq \f(1,2)m(veq \\al(2,D)－veq \\al(2,C))＝0.53J，ΔEP＝mgeq \x\t(CD)＝0.57J，
在误差允许范围内，圆柱体的机械能是守恒的．
4．用落体法“验证机械能守恒定律”的实验中，根据纸带算出相关的速度v，量出下落距离h，则以eq \f(v2,2)为纵轴，以h为横轴，画出的图象应是下图中的哪一个？其斜率又表示什么？
答案：C 其斜率表示重力加速度g
解析：对于自由落体运动，由静止开始下落高度h后，重力势能减少mgh，动能增加eq \f(1,2)mv2，应满足mgh＝eq \f(1,2)mv2，即eq \f(1,2)v2＝g·h.
5．图中甲、乙两图都是利用“验证机械能守恒定律”的实验来测量当地的重力加速度g值的装置示意图．已知打点计时器的打点频率为50Hz.
(1)这两图相比较，用哪个图所示的装置实验较好？简单说明理由．
(2)上图中的丙是采用较好的装置并按正确的实验步骤进行实验打出的一条纸带，其中O点为打点的第一个点，标为1，后面依次打下的一系列点迹分别为2、3、4、5…….经测量，第15至17点间的距离为11.69cm，第1至第16点间的距离为43.83cm，则打下第16个点时，重物下落的速度大小为________m·s－1.在实验误差允许的范围内，可认为重物在下落的过程中机械能守恒，由此求得重力加速度值为g＝________m·s－2(要求保留3位有效数字)．
答案：甲图 2.92m·s－1 9.74m·s－2
解析：(1)用甲图所示的装置实验较好．因为用夹子固定，可以避免乙图由于手的抖动而造成纸带上的第1个点迹被拖长和位置不确定的现象．另外由于用夹子固定纸带，便于纸带调整到竖直方向，以避免纸带与打点计时器(限位孔)之间产生较大的摩擦，而乙图中用手握住纸带，难于做到这一点．
(2)v16＝eq \f(0.1169,0.02×2)＝2.9225(m·s－1)．
由mgh＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,16)，得：
g＝eq \f(v\\al(2,16),2h)＝eq \f(2.92252,2×0.4383)＝9.74(m·s－2)
注：本题中利用“验证机械能守恒定律”的实验来完成测量当地的重力加速度g值，这是对教材中实验方法的拓展．这种拓展，是近年来高考实验题的变化趋势．学习中需重视更新实验情景，变换实验方式，不断提高观察的思维能力．