高考物理一轮复习阶段测试：实验：验证机械能守恒定律 (含解析)

备考2020年高考物理一轮复习测试：实验：验证机械能守恒定律

一、实验探究题

1.用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量、分析，即可验证机械能守恒定律． 

（1）下面列举了该实验的几个操作步骤：           

A. 按照图示的装置安装器件；                                B. 将打点计时器接到电源的“直流”上；
C. 先释放纸带，再接通电源打出一条纸带；           D. 测量纸带上某些点间的距离；
E. 根据测量的结果，分别计算重锤下落过程中减少的重力势能和增加的动能．  其中操作不当的步骤是：_______（填选项对应的字母）．

（2）正确操作后打出的纸带如图所示，根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出AC的距离为s1  ， CE的距离为s2  ， 打点的频率为f，根据这些条件，计算打C点时重锤下落的速率vc＝________． 

（3）实验中发现，重锤减小的重力势能大于重锤动能的增量，其主要原因是在重锤下落的过程中存在阻力作用（设阻力恒定），可以通过该实验装置测阻力的大小．若已知当地重力加速度为g，重锤的质量为m．试用这些物理量和上图纸带上的数据符号表示出重锤在下落过程中受到的阻力大小F＝ ________．   

2.如图所示，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可验证机械能守恒定律. 

（1）供实验选择的重物有以下四个，应选择___________           

A. 质量为10g的砝码       B. 质量为50g的塑料球       C. 质量为200g的木球       D. 质量为200g的铁球

（2）安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如下图所示，纸带的________端(选填“左”或“右’)与重物相连。 

（3）上图中O点为打点起始点，且速度为零。选取纸带上连续打出的点A、B、C、D、E、F、G作为计数点，为验证重物对应O点和F点机械能是否相等，并使数据处理简便，应测量O、F两点间的距离h1和E、G两点间的距离h2。已知重物质量为m，打点计时器打点周期为T，从O点到F点的过程中重物动能的增加量△E=________(用本题所给字母表示)   

（4）某同学在实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，于是深入研究阻力对本实验的影响。他测出各计数点到起始点O的距离h，并计算出各计数点的速度v，用实验测得的数据绘制出v2-h图线，如图所示。已知当地的重力加速度g=9.8m/s2  ， 由图线求得重物下落时受到阻力与所受重力的百分比为________%(保留两位有效数字)。 

3.王同学做“验证机械能守恒定律”的实验。   

（1）实验中需要一个合适的“重物”，如图重物中最合适的为________（选填“A”、“B”或“C”） 

（2）图中纸带为王同学做本实验所得纸带的一部分，重物的质量m=0.20kg，查得当地的重力加速度值 ，则打下点“5”时重物的速度大小为________m/s；从打下“2”点到打下“5”点过程中，重物重力势能的减少量为________J。（结果均保留两位有效数字） 

4.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一项是____（只需填字母代号）．           

A. 重物                     B. 纸带                     C. 天平                     D. 50Hz低压交流电源                     E. 毫米刻度尺

（2）关于本实验的误差，下列说法正确的是____           

A. 必须选择质量较小的重物，以便减小误差
B. 必须选择点迹清晰且第1、2两点间距约为2mm的纸带，以便减小误差
C. 必须先松开纸带后接通电源，以便减小误差
D. 本实验应选用密度大体积小的重物，以便减小误差

（3）在该实验中，质量m=1kg的重锤自由下落，在纸带上打出了一系列的点，如图所示．O是重锤刚下落时打下的点，相邻记数点时间间隔为0.02s，长度单位是cm，g=9.8m/s2 ． 则从点O到打下记数点B的过程中，物体重力势能的减小量△EP=________J，动能的增加量△EK=________J（两空均保留3位有效数字）．由此你得到的结论是________。 

5.                           

（1）如图所示为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. 需使用天平测出重物的质量
B. 应先释放纸带，后接通电源打点
C. 需使用秒表测出重物下落的时间
D. 测出纸带上两点迹间的距离，可知重物相应的下落高度

（2）实验时，应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上．这样做可以________（选填“消除”、“减小”或“增大”）纸带与限位孔之间的摩擦．   

（3）在实际测量中，重物减少的重力势能通常会________（选填“略大于”、“等于”或“略小于”）增加的动能．   

6.某兴趣小组用如图甲所示的实验装置来验证机械能守恒定律。PQ为一块倾斜放置的玻璃板，在斜面底端Q处固定有一个光电门，光电门与数字计时器相连（图中未画，记录小车通过时的遮光时间t）。实验时将一小车（其上固定有宽度为d的遮光条）从高度h处由静止释放，重力加速度为g。 

（1）用20分度游标卡尺测得物体上的遮光条宽度d如乙图所示，则d=________mm；若某次数字计时器记录的遮光时间为t=0. 005s，则小车的速度v=________m/s。   

（2）该小组验证机械能守恒定律的原理表达式为________（用题干所给的字母符号表示）。   

7.在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为 的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示。 为第一个点， 为从合适位置开始选取连续点中的三个点。已知打点计时器每隔 打一个点，当地的重力加速度为 ，那么： 

（1）根据图上所得的数据，应取图中 点到________点来验证机械能守恒定律。   

（2）从 点到（1）问中所取的点，重物重力势能的减少量 ________ ，动能增加量 ________ ；请简述两者不完全相等的原因________。（结果取三位有效数字）   

（3）若测出纸带上所有点到 点之间的距离，根据纸带算出各点的速度 及物体下落的高度 ，则以 为纵轴，以 为横轴画出的图像是图中的__________。           

A.                    B.                    C.                    D. 

8.利用如图所示图装置做“验证机械能守恒定律”实验。 

（1）除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是________。           

A. 交流电源                                B. 刻度尺                                C. 天平（含砝码）

（2）实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量 ＝________，动能变化量 ＝________。（用已知或测量的物理量表示）   

（3）大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是___________。           

A. 利用公式 计算重物速度
B. 利用公式 计算重物速度
C. 存在空气阻力和摩擦阻力的影响
D. 没有采用多次实验取平均值的方法

（4）某同学想用下述方法研究机械能是否守恒，在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2-h图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒。请你分析论证该同学的判断依据是否正确________（选“正确”或“不正确”填入）。   

9.在“验证机械能守恒定律”实验中得到如图所示的一条纸带，在纸带上选取个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为 ，已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。 

（1）纸带的________（填“左”或“右”）端与重物相连；   

（2）设重物质量为m，在打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量大小为________，动能变化量大小为________。   

（3）实验中，发现重物减少的重力势能总是大于重物增加的动能，造成这种现象的主要原因是________。   

10.用图甲所示的装置验证机械能守恒定律，已知当地的重力加速度 

（1）下列物理量需要测量的是________，通过计算得到的是________。（填写代号） 

A.重锤质量                 B.与下落高度对应的重锤的运动时间

C.重锤下落的高度           D.与下落高度对应的重锤的瞬时速度

（2）设重锤质量为m、打点计时器的打点周期为T、重力加速度为g.图乙是实验得到的一条纸带，A、B、C、D、E为相邻的连续点.根据測得的s1、s2、s3、s4写出重锤由B点到D点重力势能减少量的表达式________，动能増加量的表达式________。   

11.在利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中：   

（1）实验中动能的增加量略小于重力势能的减少量，其主要原因是_____           

A. 重物下落的实际距离大于测量值
B. 重物下落的实际距离小于测量值
C. 重物下落受到阻力
D. 重物的实际末速度大于计算值

（2）如图所示，有一条纸带，各点距A点的距离分别为d1  ， d2  ， d3  ， ，各相邻点间的时间间隔为T，当地重力加速度为g，要用它来验证物体从B到G处的机械能是否守恒，则B点的速度表达式为vB＝________，G点的速度表达式为vG＝________， 

（3）若B点和G点的速度vB、vG以及BG间的距离h均为已知量，则当满足________时，物体的机械能守恒．   

12.在“利用自由落体运动”来验证机械能守恒定律的实验中，   

（1）从下列器材中选出实验所必需的，其编号为_________           

A. 打点计时器(包括纸带)             B. 重物             C. 天平             D. 毫米刻度尺             E. 秒表         F. 运动小车

（2）实验中由于系统误差的原因,会使重物获得的动能往往________它所减少的重力势能。( 填“大于”、“等于”或“小于”)   

（3）如果以 为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出的 图线是________,该线的斜率等于________。   

参考答案

一、实验探究题

1.（1）B,C（2）（3）

2.（1）D（2）左（3）（4）1.0  

3.（1）C（2）2.4~2.6m/s；0.25~0.27J  

4.（1）C（2）B,D（3）0.476；0.473；在误差允许的范围内，物体机械能守恒（或者说：在误差允许的范围内，物体减少的势能等于增加的动能）  

5.（1）D（2）减小（3）略大于  

6.（1）2. 25；0.45（2）

7.（1）B（2）1.88；1.84；重物下落时受到空气阻力和纸带与打点计时器间的阻力作用（3）A  

8.（1）A,B（2）mghB；（3）C（4）不正确（还需要近一步判断图像的斜率是否接近2g）  

9.（1）左（2）；
（3）纸带和重物运动过程中受纸带与打点计时器之间的摩擦以及空气阻力等作用  

10.（1）C；D（2）；

11.（1）C（2）；（3）VG2−VB2＝2gh  

12.（1）A,B,D（2）小于（3）一条通过坐标原点的倾斜直线；2g