高中物理鲁科版 (2019)必修 第二册第5节 科学验证:机械能守恒定律课后练习题

这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第二册第5节 科学验证:机械能守恒定律课后练习题，共18页。试卷主要包含了实验题等内容，欢迎下载使用。
验证机械能守恒练习一、实验题1．某同学用图（a）所示的实验装置完成“验证机械能守恒定律”的实验，图（b）是用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，O点为重锤下落的起点，选取的计数A、B、C、D到O点的距离在图中已标出，重力加速度g取10m/s2，若重锤的质量为1kg（计算结果保留两位有效数字）。(1)打点计时器打出B点时，重锤下落的速度=________m/s，重锤的动能EkB=_______J。(2)从起点O到打下B点过程中，重锤的重力势能的减小量为_________J。(3)根据(1)、(2)计算，在误差允许范围内，从起点O到打下B点过程中，你得到的结论是________。(4)图（c）是根据某次实验数据绘出的图象，图线不过坐标原点的原因是____________。2．如图所示，某同学用自由落体法“验证机械能守恒定律”，从图示位置静止释放纸带连接的重物。①图中操作不合理的地方是_____________②除了图中器材外，下列器材中还必须选取的实验器材有____________A．秒表   B．刻度尺   C．干电池③本实验所取的重力加速度g的值，应该____________A．取当地的实际g值B．根据打出的纸带，用求出C．近似取10m/s23．某同学用如图甲所示的实验装置做《验证机械能守恒定律》的实验。实验时让质量为m的重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点。测出C点距起始点O的距离OC=50.00cm，点A、E间的距离为AE=24.00cm。已知打点计时器使用的交流电周期为0.02秒，重锤的质量m=0.20kg，当地的重力加速度g=9.80 m/s2。由这些数据可以计算出：重锤下落到C点时的动能为______J，从开始下落到C点的过程中，重锤的重力势能减少了______J 。4．如图所示，是利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”的实验装置。主要实验步骤如下：a．将气垫导轨放在水平桌面上，调节旋钮P和Q，将导轨调至水平；b．测出遮光条宽度d；c．将钩码用细线绕过定滑轮与滑块连接；d．测量滑块（包括遮光条）的质量M和钩码质量m；e．释放滑块，分别读出遮光条通过光电门1、2的遮光时间t1、t2；(1)为了验证机械能守恒，还需要测量的物理量是____________；A． 两光电门间距离x        B． 滑块通过两光电门的时间间隔t(2)若要符合机械能守恒定律的结论，以上测得的物理量应满足的关系式为：______；(3)实验测得，系统重力势能的减小略大于动能的增加，原因可能是_______（说出一种情况即可）。5．为了探究机械能守恒定律，某同学设计了如图甲所示的实验装置，并提供了如下的实验器材：A．小车    B．钩码    C．一端带滑轮的木板D．细线    E．电火花计时器    F．纸带G．毫米刻度尺    H．4~6V的交流电源    I．220V的交流电源J．天平    K．停表(1)根据实验装置，你认为实验中不需要的器材是__________、__________。（填写器材序号）(2)实验中得到了一条纸带如图乙所示，选择点迹清晰且便于测量的连续7个点（标号0~6），测出1、2、3、4、5、6到0点的距离分别为、、、、、，打点周期为T。则打点2时小车的速度____________。(3)若测得小车质量为M。钩码质量为m，打点1和点5时小车的速度分别用、表示，已知重力加速度为g，则验证点1与点5间系统的机械能守恒的关系式可表示为_____________。(4)在处理实验数据时，如果以为纵轴，以d为横轴，根据实验数据绘出图象，其图线斜率的表达式为__________________。6．某实验小组利用图所示装置验证机械能守恒定律. 实验中先接通电磁打点计时器的低压交流电源，然后释放纸带. 打出的纸带如图所示，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为x0，点A、C间的距离为x1，点C、E间的距离为x2. 已知重物的质量为m，交流电的频率为f，从释放纸带到打出点C：    重物减少的重力势能ΔEp＝________，增加的动能为ΔEk＝________. 若算得的ΔEp和ΔEk值很接近，则说明：________.7．在用重物下落来验证机械能守恒时，某同学按照正确的操作选得纸带如图所示．其中O是起始点，A、B、C、D、E是打点计时器连续打下的5个点，打点频率为50 Hz.该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C、D、E各点的距离，并记录在图中．(单位：cm)（1）这五个数据中不符合有效数字读数要求的是______(填A、B、C、D或E)点读数．（2）该同学用重物在OC段的运动来验证机械能守恒，OC距离用h来表示，他用计算与C点对应的物体的瞬时速度，得到动能的增加量，这种做法________．(填“对”或“不对”)（3）如O点到某计数点的距离用h表示，重力加速度为g，该点对应重物的瞬时速度为v，则实验中要验证的等式为________．（4）若重物质量m=2.00×10－1 kg，重力加速度g=9.80 m/s2，由图中给出的数据，可得出从O到打下D点，重物重力势能的减少量为________J，而动能的增加量为________J.8．某兴趣小组利用自由落体运动来验证机械能守恒定律。(1)在本实验中需要直接测量的物理量有__________A．重物的质量B．重物下落的高度C．重力加速度D．与重物下落高度所对应的瞬时速度(2)下列器材中，实验必须用到的有__________A．打点计时器B．重物C．天平D．毫米刻度尺E.秒表(3)打出了一条如图所示的纸带，O点为纸带上打下的第一点，A、B、C、D、E为连续打下的点。若重物的质量为0.5kg，从开始下落到打D点的过程中重物的重力势能减少量__________为J，动能增加量为__________J（重力加速度，结果保留三位有效数）(4)该同学继续根据纸带算出各点的速度v，以为纵轴、h为横轴画出图像，应是下图中的__________A．B．C．D．9．（Ⅰ）小李同学利用图①装置验证机械能守恒定律时，打出如图②所示的纸带，已知打点计时器频率为50Hz。（1）下列关于该实验说法正确的是__________。A．纸带必须尽量保持竖直方向以减小摩擦阻力作用B．为了验证机械能守恒，必须选择纸带上打出的第一个点作为起点C．将电磁打点计时器改成电火花计时器可以减少纸带和打点计时器间的摩擦D．可以选择较轻的物体作为重物以延长下落的时间，实验效果更好（2）根据图②中纸带的数据，打下C点时重物的速度为______m/s（结果保留2位小数）。（3）小明同学用两个形状完全相同，但质量不同的重物P和Q分别进行实验，测得几组数据，并作出v2—h图象，如图③所示，由图象可判断P的质量______Q的质量（选填“大于”或“小于”）。（Ⅱ）如图所示，在利用力传感器做“探究作用力与反作用力的关系”的实验中，下列相关叙述正确的是__________。A．左手向左拉动传感器时，右边的传感器显示拉力为0B．两个传感器相互拉动，一起向右做加速运动时，右边传感器显示的拉力更大C．实验时，当A传感器的示数增大，发现B传感器的示数过一会儿才增大D．两个传感器显示的力的大小总是一样的10．在验证机械能守恒定律的实验中，手中有如下的器材：打点计时器、学生电源、导线若干、铁架台、 纸带和复写纸、毫米刻度尺、天平、重锤等。（1）其中在本次实验中不需要的器材是_____________。（2）在某次实验中得到如图所示的清晰的纸带，用毫米刻度尺测出各计数点间的距离如图中数据所示，所用交流电源的频率f=50 Hz，设重锤质量为m，重力加速度g= 9. 8m/s2。打下B点时，重锤下落的速度vB=_____________m/s；打点计时器自打下B点开始到打出E点时，重锤的重力势能减少量△Ep=___________J，重锤的动能增加量△Ek=_____________J。（计算结果均保留三位小数）（3）在误差允许的范围内，满足____________关系，打点计时器自打下B点开始到打出E点的过程中，重锤的机械能守恒。11．某同学利用频闪照片验证小铁球竖直上抛过程中机械能守恒．已知频闪仪每隔0.05s闪光一次，通过对频闪照片的测量与分析已得到照片中小铁球各位置间实际距离并已标出．已知小铁球质量为0.1kg，当地重力加速度为9.8m/s2。（计算结果均保留三位有效数字）（1）由频闪照片上的数据，可计算出t2时刻小球的速度v2=______m/s；t6时刻小球的速度v6=______m/s。（2）从t2到t6时间内，小铁球重力势能的增加量△Ep=_______J,动能的减少量△Ek=_____J。（3）在误差允许的范围内，若△Ep与△Ek近似相等，则可验证机械能守恒定律．由上述数据可得△Ep______（填“＞”：＜或“=”）△Ek，造成这种结果的主要原因是________。12．用如图实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。下图给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。已知交流电频率f=50Hz，m1= 50g、m2=150g，则（g取10m/s2，计算结果保留两位有效数字）(1)由纸带的数据求得在打点0~5的过程中，系统动能的增量=_____J，系统势能的减少量=______J；(2)忽略一切阻力的情况下，若某同学作出图像如图，则当地的实际重力加速度g=___m/s2。          参考答案1．1.2m/s    0.70（0.67-0.72均可）J    0.74J    机械能守恒    开始打点时重锤有一定的速度    【详解】（1）[1][2]每两个点之间有一个计时点，则相邻两个计数点之间的时间间隔为T=0.04s，利用匀变速直线运动的推论得，打点计时器打出B点时，重锤下落的速度重锤的动能（2）[3]重力势能减小量（3）[4]在误差范围内，由于重力势能减小量等于动能的增加量，重物下落的机械能守恒；（4）[5]由机械能守恒可知图线不过坐标原点的原因是开始打点时重锤有一定的速度。2．重物释放时离打点计时器太远    B    A    【详解】(1)[1]图中操作不合理的地方是重物释放时离打点计时器太远，这样不能充分利用纸带(2)[2]打点计时器可以直接记录时间，不需要秒表，打点计时器使用交流电源，不需要干电池；由于实验中要测量点迹间的距离，所以需要刻度尺，故AC错误，B正确。故选B。(3)[3]本实验所取的重力加速度g的值，应该取当地的实际g值，故A正确，BC错误。故选A。3．0.90    0.98    【详解】［1］根据匀变速直线运动的推论得重锤下落到C点时的动能为［2］重力势能减小量△Ep=mgh=0.2×9.8×0.5J=0.98J4．A        绳子和滑轮的摩擦引起    【详解】（1）[1]因为要测量钩码重力势能的减小量，则需要测量两光电门间距离x，滑块通过两光电门的时间间隔可以读出，故选A。（2）[2] 极短时间内的平均速度等于瞬时速度，则通过第一个光电门的速度 通过第二个光电门的速度则动能的改变量为重力势能的减小量为如果即可认为验证了机械能守恒定律。（3）[3] 由于绳子和滑轮的摩擦引起系统重力势能的减小略大于动能的增加。5．H    K                【详解】(1)[1][2]实验中，打点计时器可以直接记录时间，所以不需要停表，电火花计时器需要220V的交流电源，不需要4~6V的交流电源，所以不需要的器材为H，K．(2)[3]根据匀变速直线运动平均速度等于中间时刻的瞬速度，得点2的瞬时速度为(3)[4]从点1到点5，动能的增加量为则需要验证的系统的机械能守恒的关系式为(4)[5]根据机械能守恒定律得解得则图线斜率的表达式为6．mg(x0＋x1)        在误差允许的范围内，重物下落过程中机械能守恒    【详解】[1]．从O点到C点过程中，重力势能的减小量为：△EP=mg（x0+x1）[2]．根据某段时间内平均速度等于中间时刻的瞬时速度得C点的瞬时速度：则动能增量[3]．若算得的△Ep和△Ek值很接近，则说明在误差允许的范围内，重物下落过程中机械能守恒；7．B    不对        0.380    0.376    【详解】（1）[1]有效数字代表了用最小刻度是多少的刻度尺，只有12.4有效数字不一样,故B不符合。
 （2）[2]本来就是验证机械能守恒，如果用计算与C点对应的重锤的瞬时速度，肯定机械能守恒（3）[3]可得=gh（4）[4][5]重力势能减小量mgh=0.380J，动能增加量为
 8．B    ABD    0.951    0.934    C    【详解】(1)[1]本实验需要验证的方程是，即。A．由上式可知，重物的质量可以约去，所以不需要测量重物的质量，故A错误；C．根据表达式可知，需要知道当地的重力加速度g，可查表得到，不需要测量，故C错误；B．重物下落的高度需要测量，故B正确；D．不能直接测量重物下落高度所对应的瞬时速度，可以用公式去间接计算出来，故D错误。故选B。(2)[2]根据实验原理及需要验证的方程，该实验必须用到的有：打点计时器、重物、毫米刻度尺，不需要天平、秒表，故选ABD。(3)[3][4]从开始下落到打D点的过程中重物的重力势能减少量打D点时重物的瞬时速度为动能的增加量(4)[5]根据可得根据数学知识可知，图像是过原点的直线，故选C。9．AC    2.25m/s    大于    D    【详解】Ⅰ．（1）[1] A．重锤下落时，纸带必须尽量保持竖直以减小摩擦阻力作用，A正确；B．数据处理时，可以选择第一个点作为起点，也可以选择后面的点作为起点，B错误；C．电磁打点计时器探针与纸带的摩擦较大，改成电火花计时器可以减少纸带和打点计时器间的摩擦，C正确；D．如果选择较轻的物体，会增大空气阻力，给实验带来的误差更大，D错误。故选AC。（2）[2] C点时重物的速度为（3）[3] 设空气阻力是f，根据动能定理有整理得由图像可知由于P的斜率大于Q的斜率，空气阻力相同，所以P的质量大于Q的质量；Ⅱ．[4] A．相互作用力大小相等，所以右边的传感器示数等于左边传感器的示数，A错误；B．两个传感器相互拉动，由于向右做加速运动加速度相同，所以两个传感器显示的拉力示数相同，B错误；C．力的变化具有瞬时性，所以两个传感器的示数同时增大，C错误；D．相互作用力大小相等，所以两个传感器显示的力的大小总是一样的，D正确。故选D。10．天平    1.258    0.921m    0.898m    △Ep= △Ek    【详解】（1）[1]．在验证机械能守恒定律的实验过程中，不需要测量物体的质量，所以不需要使用天平这一测量工具。（2）[2]．m/s=1.258m/s，[3]．从打下B点开始到打出E点的过程中，重锤重力势能的减少量△Ep=mghBE=0. 921m，[4]．又vE=m/s=1.838m/s，则重锤动能的增加量△Ek==0.898m。（3）[5]．由于重锤在下降的过程中，有空气阻力、纸带和打点计时器之间的摩擦，所以在误差允许的范围内，可以认为△Ep=△Ek时，重锤的机械能守恒。11．5.30    3.30    0.843    0.860    ＜    空气阻力做负功，机械能向内能转化    【详解】(1)[1]在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，所以时刻小球的速度为[2]时刻小球的速度为(2)[3]小铁球重力势能的增加量为[4]小铁球动能的减少量为(3)[5]由以上计算可知[6]主要原因是上升过程中存在空气阻力做负功，使得重力势能增加量小于动能的减少量，机械能向内能转化。12．0.58    0.60    9.67    【详解】(1)[1]根据在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度，可知打5点时的速度为物体的初速度为零，所以动能的增加量为；[2]重力势能的减小量等于物体重力做功，故；(2)[3]本题中根据机械能守恒可知即有所以图像中图像的斜率表示重力加速度的一半，由图可知，斜率故当地的实际重力加速度为。