高中物理人教版 (新课标)必修29.实验：验证机械能守恒定律一课一练

一、选择题(本题共2小题，每小题5分，共10分)

1．在验证机械能守恒定律的实验中关于重锤的质量，下列说法中正确的是(   )

A．应选用密度和质量较大的重锤，使重锤和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力

B．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

C．不需要称量重锤的质量

D．必须称量重锤的质量，而且要估读到0.01 g

2.如图所示，是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带.我们选中N点，下面举出一些计算N点速度的方法，其中正确的是(相邻计数点时间间隔为T)(   )

A.若N点是第n个点，则vn=gnT

B.若N点是第n个点，则vn=g(n-1)T

C.

D.

二、非选择题(本大题共4小题，共40分，要有必要的文字叙述)

3．(2011·烟台高一检测)(9分)用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中：

(1)运用公式对实验条件的要求是__________________________；

(2)若实验中所用重物的质量m＝1 kg.打点纸带如图所示，打点时间间隔为

0.02 s，则记录B点时，重物速度vB＝_____，重物动能Ek＝_____，从开始下落起至B点时重物的重力势能减少量是_____，由此可得出的结论是_____；(g取9.8 m/s2)

(3)根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以为纵轴、以h为横轴画出的图象应是(   )

4．(9分)在利用电磁打点计时器(电磁打点计时器所用电源频率为50 Hz)“验证机械能守恒定律”的实验中：

(1)某同学用如图所示装置进行实验，得到如图所示的纸带，把第一个点(初速度为零)记作O点，测出点O、A间的距离为68.97 cm，点A、C间的距离为

15.24 cm，点C、E间的距离为16.76 cm，已知当地重力加速度为9.8 m/s2，重锤的质量为m＝1.0 kg，则打点计时器在打O点到C点的这段时间内，重锤动能的增加量为_____J，重力势能的减少量为_____J.

(2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a＝_____m/s2.

(3)在实验中发现，重锤减少的重力势能总大于重锤增加的动能，其原因主要是在重锤带着纸带下落的过程中存在着阻力的作用，用题目中给出的已知量求重锤下落过程中受到的平均阻力大小为_____N.

5.(2011·南通高一检测)(10分)某同学做“验证机械能守恒定律”实验时，不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏，剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出，如图所示.已知接打点计时器的交流电源频率为50 Hz，取重力加速度g=9.8 m/s2，利用这段纸带能否验证机械能守恒定律?如能验证，说明验证方法.

6.(12分)在“验证机械能守恒定律”的实验中，重物质量m=1 kg，纸带上打的点如图所示，打点计时器外接50 Hz的低压交流电源.

(1)纸带的哪一端与重物相连?

(2)打点计时器打下B点时重物的速度是多少?

(3)若取g=9.8 m/s2，则从起点O到打B点的过程中机械能是否守恒?通过计算验证.

答案解析

1．【解析】选A、C.本实验依据的原理是由重锤自由下落来验证机械能守恒定律，因此重锤的密度和质量应取得大一些，以使系统所受的阻力和重锤的重力相比可以忽略不计，以保证重锤做自由落体运动．本实验不需要测出重锤的质量，实验只需要验证就行了．

2.【解析】选C.本题考查在验证机械能守恒定律的实验中速度的计算问题.计算速度时应根据中间时刻的瞬时速度等于那一段时间的平均速度，在本题中，可以这样表示：，正确选项为C.

3．【解析】(1)重物自由下落时，对实验条件的要求是打第一个点时重物的初速度为零．

(2)

此时重物的动能为

重物的重力势能减小量为

故机械能守恒．

(3)由机械能守恒定律可知，，即验证机械能守恒定律成立，只需验证即可．如果纵坐标为，横坐标为h，则图象应为过原点且斜率为g的直线，故C图正确．

答案：(1)打第一个点时重物的初速度为零

(2)0.59 m/s   0.17 J   0.17 J   机械能守恒

(3)C

4．【解析】本题主要考查“验证机械能守恒定律”这个实验的基本原理和应用，并且综合了牛顿第二定律．

(1)C点速度

该过程动能的增加量

该过程重力势能的减少量为

＝1.0×9.8×(68.97＋15.24)×10－2 J

＝8.25 J.

(2)加速度

.

(3)由牛顿第二定律得

mg－Ff＝ma

即Ff＝mg－ma＝0.30 N.

答案：(1)8.00   8.25   (2)9.50   (3)0.30

5.【解析】能验证机械能守恒定律：选重物从第2点运动到第5点的过程来研究，重力势能的减少量ΔEp=mgh25=m×9.8×(3.2+3.6+4.0)×10-2 J=1.06m J

打第2点和第5点时重物的瞬时速度

动能的增量

在误差允许范围内，可认为ΔEp=ΔEk，机械能守恒.此题告诉我们验证机械能守恒定律的另一种方法，在纸带前面部分损坏或前面部分点迹不清晰时，只要后面部分点迹清晰，就可以采用此种方法.

答案：能   验证方法见解析

6.【解析】(1)左端，因为重物与第一个点最近.

(2)

(3)重锤重力势能的减少量为：ΔEp=mgh=1×9.8×5.01×10-2 J=0.49 J

重锤动能的增加量为：

在实验误差允许的范围内，可认为ΔEp=ΔEk，机械能守恒.

答案：(1)左端   (2)0.98 m/s   (3)见解析

独具【规律方法】  本实验中打点计时器的使用规则

(1)计时器要竖直地架稳、放正.架稳就是要牢固、稳定.重物下落时它不振动；放正就是使上下两个限位孔在同一竖直平面内一条竖直线上与纸带运动方向相同，以减小纸带运动时与限位孔的摩擦(可用手提住固定好重物的纸带上端，上下拉动纸带，寻找一个手感阻力最小的位置).

(2)打点前的纸带必须平直，不要卷曲，否则纸带在下落时会卷到计时器的上边缘上，从而增大了阻力，导致实验误差过大.

(3)接通电源前，提纸带的手必须拿稳纸带，并使纸带保持竖直，然后接通电源，待计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落，以保证第一个点迹是一个清晰的小点.