高中物理人教版 (2019)必修 第二册第八章 机械能守恒定律5 实验：验证机械能守恒定律随堂练习题

8.5实验：验证机械能守恒定律同步练习2021—2022学年高中物理人教版（2019）必修第二册

一、选择题（共15题）

1．如图所示是用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置．关于这一实验，下列说法中正确的是

A．重物应选用密度小的物体

B．纸带释放前，应使其竖直

C．应先释放纸带，后接通电源

D．重物减少的重力势能略小于增加的动能

2．利用打点计时器验证自由落体机械能守恒时，下列器材中不必要的是（     ）

A．重物 B．纸带 C．天平 D．低压电源

3．在“探究用电火花打点计时器验证机械能守恒定律”实验中，需要下列器材中的是（　　）

①．天平                 ②．纸带               ③．秒表               ④．刻度尺

A．①② B．②③ C．①③ D．②④

4．如图所示，楔形木块abc固定在水平面上，粗糙斜面ab和光滑斜面bc与水平面的夹角相同，顶角b处安装一定滑轮。质量分别为M、m（M>m）的滑块A、B，通过跨过定滑轮的不可伸长的轻绳连接，轻绳与斜面平行。两滑块由静止释放后，沿斜面做匀加速运动。若不计滑轮的质量和摩擦，在两滑块沿斜面运动的过程中（　　）

A．两滑块组成的系统机械能守恒

B．重力对A做的功等于A动能的增加量

C．轻绳对B做的功等于B势能的增加量

D．两滑块组成系统的机械能损失量等于A克服摩擦力做的功

5．在做“验证机械能守恒定律”实验时，下列实验操作中正确合理的一项是

A．先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源

B．必须用秒表测出重锤下落的时间

C．先取下固定在重物上的打好点的纸带，再切断打点计时器的电源

D．选取重物时，其质量适当大点，可以减小因阻力而产生的误差

6．在做“用落体法验证机械能守恒定律”的实验中，除了铁架台、低压交流电源、纸带等实验器材外，还必需的器材应包括（ ）

A．秒表 B．多用电表 C．打点计时器 D．弹簧秤

7．在《验证机械能守恒定律》的实验中，下列说法正确的是（　　）

A．先释放纸带，后接通电源

B．用天平测量重物质量，用秒表测量重物下落时间

C．重物动能的增加量一定大于重力势能的减小量

D．打点计时器必须竖直安装，使两限位孔在同一竖直线上

8．如图所示为“验证机械能守恒定律”的实验装置，利用该装置进行实验，下列说法正确的是（　　）

A．需要用秒表测出重物下落的时间

B．需要测出重物的质量

C．打点计时器应接直流电源

D．应先接通电源，后释放纸带

9．在“用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是( )

A．实验中必需用天平测量重物的质量

B．打点计时器的两个限位孔应在同一竖直线上

C．需使用秒表测出重物下落的时间

D．打点结束应先检查纸带点迹是否清晰，再关闭电源

10．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两点时重物的速度分别是、，测得 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． B．

C． D．

11．小华同学利用如图所示的装置“验证机械能守恒定律”。下列说法正确的是（　　）

A．电火花计时器工作电压约为8V

B．实验中应先释放纸带，再启动电火花计时器

C．实验中所测重物动能的增加量通常比其重力势能的减少量稍大

D．若打出的纸带前面一小段被损毁，利用纸带剩余部分也能验证机械能守恒

12．如图所示，将一表面光滑的半圆柱体固定于水平桌面上，一跨过圆柱表面不可伸长的轻绳分别与甲、乙两个质量不同的小球相连，乙球的质量大于甲球的质量。开始时用手按住甲球位于水平桌面且靠住圆柱侧面。现静止释放甲球，为使小球甲能恰好通过圆柱的最高点，球可看成质点，则下列说法正确的是（     ）

A．甲球在运动到圆柱顶前两球速度相同

B．乙球下落过程中机械能守恒

C．当两球质量比满足时，甲球能恰好通过圆柱顶端

D．当两球质量比满足时，甲球能恰好通过圆柱顶端

13．在倾角为30°的斜面上，某人用平行于斜面的力把原来静止于斜面上的质量为2kg的物体沿斜面向上推了2m的距离，并使物体获得1m/s的速度，已知物体与斜面间的动摩擦因数为，g取10m/s2，则在这个过程中（　　）

A．物体机械能增加41J B．摩擦力对物体做功20J

C．合外力对物体做功1J D．物体重力势能增加40J

14．用图所示装置做“验证机械能守恒定律”实验时，有以下操作，其中不正确的是        （填字母）

A．将打点计时器的两个限位孔调节到同一竖直线上

B．先放手让纸带和重物下落，再接通电源开关

C．使重物靠近打点计时器

D．所选择的纸带最开始两点间的距离应接近2mm

15．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是（　　）

A．必须用秒表测重物下落的时间

B．选用质量小的重物可减小实验误差

C．实验时必须先用天平测出重物的质量

D．实验中不得用公式v＝ 求下落高度h时的速度

二、填空题（共4题）

16．利用落体法验证机械能守恒定律实验，由于重物及纸带受空气及打点计时器阻力的作用，系统误差的情况总是：重物减少的重力势能比增加的动能________（填“大些”或“小些”）。

17．在《用自由落体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，测得当地的重力加速度g=9.8m/s2，测得所用重物的质量为1.00kg，实验中得到一点迹清晰的纸带（如图），把第一点记作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到O点的距离分别为62.99cm，70.18 cm，77.76 cm，85.73 cm，根据以上的数据，可知重物由O运动到C点，重力势能的减小量等于_______J，动能的增加量等于_______J，（取三位有效数字）你得出的结论是 ______。

18．如图所示，用光电门等器材验证机械能守恒定律。直径为d、质量为m的金属小球从A点由静止释放，下落过程中经过A点正下方的位置B，B处固定有光电门，测得AB间的距离为H（），光电门测出小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g，则

(1)小球通过光电门B时的速度表达式_____；

(2)多次改变高度H，重复上述实验，描点作出随H的变化图象如图所示，若作出的图线为通过坐标原点的直线，且斜率为______（表达式用已给的物理量表达），可判断小球下落过程中机械能守恒；

(3)实验中发现动能增加量总是_______（填“大于”、“小于”或“等于”）重力势能减少量，增加下落高度后，则（）_______将（填“增加”、“减小”或“不变”）；

(4)小明用AB段的运动来验证机械能守恒时，他用，计算与B点对应的小球的瞬时速度，得到动能的增加量，你认为这种做法正确还是错误？答：_________。

19．用如图2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．图1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，已知电源频率为50Hz，m1＝50g、m2＝150g，g取10m/s2，则

（1）在打点0～5过程中系统动能的增加量ΔEk＝______J，系统势能的减少量ΔEp＝______J，由此得出的结论是______；

（2）实验结果显示ΔEp略大于ΔEk，那么造成这一现象的主要原因是______；

（3）若某同学作出v2­-h图象如图3所示，则当地的实际重力加速度g＝______m/s2。

三、综合题（共4题）

20．如图所示，质量的物体B通过一轻弹簧固连在地面上，弹簧的劲度系数k=100 N/m。一轻绳一端与物体B连接，另一端绕过两个光滑的轻质小定滑轮O2、O1后与套在光滑直杆顶端的、质量的小球A连接。已知直杆固定，杆长L为0.8 m，且与水平面的夹角θ=37°，初始时使小球A静止不动，与A相连的绳子保持水平，此时绳子中的张力F为45 N。已知AO1=0.5 m，重力加速度g取10 m/s2，sin 37°=0.6，cos37°=0.8，轻绳不可伸长。现将小球A由静止释放。

（1）求释放小球A之前弹簧的形变量；

（2）若直线CO1与杆垂直，求小球A运动到C点的过程中绳子拉力对小球A所做的功；

（3）求小球A运动到直杆底端D点时的速度大小。

21．如图，利用气垫导轨装置做“验证机械能守恒定律”实验时，先仔细地把导轨调水平，然后用垫块把导轨一端垫高H，质量为m的滑块上面装l=3cm的挡光框，使它由轨道上端某处滑下，测出它通过光电门G1和G2时的速度v1和v2，就可以算出它由G1到G2这段过程中动能的增加量ΔEk=m（-）；再算出重力势能的减少量ΔEp=mgh；比较ΔEk和ΔEp的大小，便可验证机械能是否守恒。

（1）已知两光电门间的距离为x，滑块的速度v1、v2如何求出?滑块由G1到G2下降的高度h如何求出?

（2）若测得图中L=1m，x=0.5m，H=20cm，m=500g，滑块通过G1和G2的挡光时间分别为5.0×10-2 s和2.0×10-2 s，当地重力加速度g=9.80m/s2，试判断滑块机械能是否守恒。

22．儿童乐园里的弹珠游戏不仅具有娱乐性还可以锻炼儿童的眼手合一能力．某弹珠游戏可简化成如图所示的竖直平面内OABCD透明玻璃管道，管道的半径较小．为研究方便建立平面直角坐标系，O点为抛物口，下方接一满足方程yx2的光滑抛物线形状管道OA；AB、BC是半径相同的光滑圆弧管道，CD是动摩擦因数μ＝0.8的粗糙直管道；各部分管道在连接处均相切．A、B、C、D的横坐标分别为xA＝1.20m、xB＝2.00m、xC＝2.65m、xD＝3.40m．已知，弹珠质量m＝100g，直径略小于管道内径．E为BC管道的最高点，在D处有一反弹膜能无能量损失的反弹弹珠，sin37°＝0.6，sin53°＝0.8，g＝10m/s2，求：

（1）若要使弹珠不与管道OA触碰，在O点抛射速度ν0应该多大；

（2）若要使弹珠第一次到达E点时对轨道压力等于弹珠重力的3倍，在O点抛射速度v0应该多大；

（3）游戏设置3次通过E点获得最高分，若要获得最高分在O点抛射速度ν0的范围．

23．如图所示，倾角为30°的光滑斜面的下端有一足够长的水平传送带，传送带正以4m/s的速度顺时针运动，一个质量为2kg的物体（可视为质点），从h=3.2m高处由静止沿斜面下滑，物体经过A点，不管是从斜面到传送带还是从传送带到斜面，其速率都不发生变化。已知物体与传送带间的动摩擦力因数为0.5，取g=10m/s2，求：

（1）物体从第一次滑上传送带到第一次离开传送带所用的时间；

（2）物体从第一次滑上传送带到第一次离开传送带摩擦产生的热量。

参考答案：

1．B

2．C

3．D

4．D

5．D

6．C

7．D

8．D

9．B

10．B

11．D

12．C

13．C

14．B

15．D

16．大些

17．     7.62     7.57     在误差允许范围内，物体在自由落体的过程中机械能守恒

18．               小于     增加     错误

19．     0.576     0.600     在误差允许的范围内，系统机械能守恒     摩擦阻力造成的机械能损失     9.7

20．（1）伸长0.1 m；（2）7 J；（3）2 m/s

21．

（1）因为挡光框宽度很小，滑块通过光电门的时间极短，可认为挡光框通过光电门时的平均速度等于滑块通过光电门的瞬时速度，所以

v=

其中Δt为挡光框通过光电门时的挡光时间。由几何关系可知

=

便可求得

h=x

H、L、x都是实验时设定的。

（2）由题中所给数据可得

v1==0.6 m/s，v2==1.5 m/s

动能的增加量

ΔEk=m（）=0.473 J，h=x=0.1m

重力势能的减少量

ΔEp=mgh=0.490J

在误差允许的范围内可认为滑块的机械能守恒。

22．（1）3m/s（2）2m/s（3）2m/s＜ν0＜2m/s

23．（1）3.6s；（2）144J