高中物理人教版 (2019)必修 第二册5 实验：验证机械能守恒定律综合训练题

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册5 实验：验证机械能守恒定律综合训练题，共13页。试卷主要包含了单选题，多选题，填空题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。

一、单选题
1．利用如图装置做“验证机械能守恒定律”实验，不需要使用的器材是（ ）

A．交流电源B．刻度尺C．天平（含砝码）D．复写纸（或墨粉盒）
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．如图所示，某实验小组在实验室中利用水平气垫导轨和两个光电门计时器A和B验证质量为M的滑块（含遮光条）和质量为m的钩码组成的系统机械能守恒。已知遮光条的宽度为d，先后通过A、B光电门的时间分别为、，光电门A、B之间的距离为s。滑块运动通过光电门B时，钩码未落地。（重力加速度为g）
实验中需要用到的器材有___________（填选项前的字母）。
A．天平B．弹簧测力计C．打点计时器D．秒表
4．用电磁打点计时器“研究自由下落物体的机械能”的实验装置如图所示，为减少阻力对实验的影响，下列操作可行的是（ ）

A．选用塑料材质的重物
B．将纸带安装在振针和复写纸之间
C．释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直
D．重锤下落时手始终提住纸带上端，以保持纸带竖直
5．利用图示装置可以做力学中的许多实验。以下说法正确的一项是（ ）
A．利用此装置可做“研究匀变速直线运动”的实验，但必须设法消除小车和木板间的摩擦阻力的影响
B．利用此装置可做“验证机械能守恒定律”的实验，在平衡小车受到的摩擦力后，小车机械能就守恒了
C．利用此装置可“探究加速度a与质量m的关系”，在用图像法处理数据时，如果画出的a—m关系图像不是直线，就可确定加速度与质量成反比
D．利用此装置做“探究动能定理”实验时，应将木板带打点计时器的一端适当垫高，这样做的目的是利用小车重力沿斜面的分力补偿小车运动中所受阻力的影响
6．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是（ ）
A．实验时需用秒表测出重物下落的时间
B．重物在下落过程中，只受到重力作用
C．重物减少的重力势能略小于增加的动能
D．实验时，也可以不测量重物的质量
7．用落体法验证机械能守恒定律的实验，下面测量工具中属于必需的是（ ）
A．天平B．弹簧秤C．刻度尺D．秒表
8．用如图所示装置做“验证机械能守恒定律”的实验，下列说法正确的是（ ）

A．打点计时器应接直流电源B．还必须配备的器材有秒表和刻度尺
C．应选择质量大体积小的物体作为重物D．重物应远离打点计时器由静止释放重物
9．在“验证机械能守恒定律”实验中，纸带将被释放瞬间的四种情景如照片所示，其中最合适的是（ ）
A．B．
C．D．
10．为验证在自由落体过程中物体的机械能是守恒的，某同学利用实验系统设计了一个实验，实验装置如图所示，图中A、B两点分别固定了两个速度传感器，速度传感器可以测出运动物体的瞬时速度。在实验中测得一物体自由下落经过A点时的速度是v1，经过B点时的速度是v2，为了证明物体经过A、B两点时的机械能相等，这位同学又设计了以下几个步骤，你认为其中不必要或者错误的是( )
A．用天平测出物体的质量
B．测出A、B两点间的竖直距离
C．利用mv－mv算出物体从A点运动到B点的过程中动能的变化量
D．验证v－v与2gh是否相等
二、多选题
11．利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，要使该实验误差尽量小，下述注意点正确的是________（填入相应的字母）。
A．使重物的质量尽量大些，但悬挂时不能拉断纸带
B．选用电火花计时器比电磁打点计时器更好，可减小阻力影响
C．测长度时保持纸带悬挂状态，刻度尺的读数更准确
D．纸带上留下的点越大越好
12．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．安装打点计时器时，应使限位孔处于竖直方向
B．重物应选用密度大的物体
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
13．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法或做法正确的是（ ）
A．应该选用质量大、密度大的重物
B．验证机械能是否守恒必须先确定重力势能的参考平面
C．须用天平称重物的质量
D．物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v，不可以通过计算
14．用图所示装置做“验证机械能守恒定律”实验时，释放重物前有以下操作，其中正确的是（ ）
A．将打点计时器的两个限位孔调节到同一竖直线上
B．手提纸带任意位置
C．使重物靠近打点计时器
15．频闪照相是每隔相等时间曝光一次的照相方法，在同一张相片上记录运动物体在不同时刻的位置，如图所示是小球在竖直方向运动过程中拍摄的频闪照片，相机的频闪周期为T，利用刻度尺测量相片上2、3、4、5与1位置之间的距离分别为x1、x2、x3、x4，以下说法正确的是（ ）
A．小球在位置1时的速度一定为零
B．小球在2位置的速度大小为
C．小球的加速度大小为
D．频闪照相法可用于验证机械能守恒定律
三、填空题
16．在验证机械能守恒定律的实验中，若以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出—h图线是 ，才能验证机械能守恒定律；—h图线的斜率等于 的数值。
17．利用图甲装置做“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，得到图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点、、，测得它们到起始点的距离分别为、、。已知当地重力加速度为，打点计时器打点的周期为。设重物的质量为。从打点到打点的过程中，重物的重力势能变化量 ，动能变化量 。
(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且斜率为 （用题中字母表示）的直线，则重物下落过程中机械能守恒。
18．如图所示，某实验小组在实验室中利用水平气垫导轨和两个光电门计时器A和B验证质量为的滑块（含遮光条）和质量为的钩码组成的系统机械能守恒。已知遮光条的宽度为，先后通过、B光电门的时间分别为、，光电门、B之间的距离为。滑块运动通过光电门B时，钩码未落地。（重力加速度为）
验证本系统机械能守恒的表达式为 （用已知量和能直接测量的量表示）。
19．下列有关实验的描述中，正确的是
A．在“验证力的平行四边形定则”实验中，用两弹簧秤同时拉细绳时，细绳之间的夹角应为90°
B．在“探究弹簧弹力与其伸长量”关系的实验中，作出弹力和弹簧长度的图象也能求出弹簧的劲度系数
C．在“恒力做功与动能改变的关系”的实验中，放小车的长木板应该尽量使其水平
D．在“验证机械能守恒定律”的实验中，必须由求出打某点时纸带的速度
20．一、实验思路
机械能守恒的前提是“只有 做功”，因此研究过程一定要满足这一条件。本节实验我们以只有重力做功的过程进行研究。
二、物理量的测量及数据分析
只有重力做功时，只发生重力势能和动能的转化。
（1）要验证的表达式：或＝ 。
（2）所需测量的物理量：物体所处两位置之间的 ，及物体的 。
三、参考案例
案例1 研究自由下落物体的机械能
实验器材
铁架台（带铁夹）、 、重物（带夹子）、 、复写纸（或墨粉盘）、导线、毫米刻度尺、交流电源。
2.实验步骤
（1）安装装置：按图1甲所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好。
（2）打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近。先接通电源后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落。重复几次，得到3~5条打好点的纸带。
（3）选纸带并测量：选择一条点迹清晰的纸带，确定要研究的开始和结束的位置，测量并计算出两位置之间的距离Δh及两位置时纸带的速度，代入表达式进行验证。
3.数据处理
（1）计算各点对应的瞬时速度：如图乙所示，根据公式，计算出某一点的瞬时速度vn。
（2）验证方法
方法一：利用起始点和第n点。
选择开始的两点间距接近2 mm的一条纸带，打的第一个点为起始点，如果在实验误差允许范围内mghn＝，则机械能守恒定律得到验证。
方法二：任取两点A、B。
如果在实验误差允许范围内，则机械守恒定律得到验证。
方法三：图像法（如所示）。
若在实验误差允许范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则机械能守恒定律得到验证。
4.误差分析
本实验的误差主要是纸带测量产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差。
5.注意事项
（1）安装打点计时器时，要使两限位孔的中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。
（2）应选用质量和密度较大的重物。
（3）实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落。
（4）本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量m。
（5）速度不能用v＝gt或v＝计算，应根据纸带上测得的数据，利用计算瞬时速度。
案例2 研究沿斜面下滑物体的机械能
1.实验器材
气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块。
2.实验步骤
如图3所示，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，忽略空气阻力，重力势能减小，动能增大。
测量两光电门之间高度差Δh和滑块通过两个光电门时的速度v1、v2，代入表达式验证。
3.物理量的测量及数据处理
（1）测量两光电门之间的高度差Δh；
（2）根据滑块经过两光电门时遮光条的遮光时间Δt1和Δt2，计算滑块经过两光电门时的瞬时速度。
若遮光条的宽度为ΔL，则滑块经过两光电门时的速度分别为v1＝，v2＝；
（3）若在实验误差允许范围内满足mgΔh＝－，则验证了机械能守恒定律。
4.误差分析
两光电门之间的距离稍大一些，可以减小误差；遮光条的宽度越小，误差越小。
四、实验题
21．某同学利用如图所示实验装置探究系统机械能守恒，甲、乙两个体积相同的小球用跨过光滑定滑轮的轻绳连接，实验步骤如下：
①测量甲、乙两小球的质量分别为、；
②用游标卡尺测出小球乙的直径；
③将光电门固定在铁架台上某一位置，测出铁架台底端到光电门的距离；
④将小球乙放在铁架台的底端，将小球甲由图示位置静止释放，记录小球乙通过光电门的时间；
⑤改变光电门到铁架台底端的高度，重复步骤④，记录多组数据。
回答下列问题：
（1）小球乙通过光电门的瞬时速度大小为 。
（2）利用测量数据可得，系统减少的重力势能为 ，系统增加的动能为 ，计算结果保留两位有效数字）。
（3）受阻力的影响，系统减少的重力势能与增加的动能会存在差值。当增加时，两者的差值会 （填“增大”“不变”或“减小” 。
五、解答题
22．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。
23．如图，用光滑细杆弯成半径为R的四分之三圆弧，固定在竖直面内，C、E与圆心O在同一水平线上，D为最低点。质量为m的小环P（可视为质点）穿在圆弧细杆上，通过轻质细绳与相同的小环Q相连，细绳绕过固定在E处的轻小光滑定滑轮。开始小环P处于圆弧细杆上B点，小环Q与D点等高，两环均处于静止状态。给小环微小扰动，使P沿圆弧向下运动。已知重力加速度为g。求：
（1）小环P在B点静止时对细杆的压力大小；
（2）小环P下滑到C点时，小环P的速度；
（3）小环P经过D点时，小环Q重力的瞬时功率。
24．如图所示，质量为M＝8kg的长木板放在光滑水平面上，在木板左端施加F＝12 N的水平推力，当木板向右运动的速度达到v0＝1.5 m/s时，在其右端轻轻放上一个大小不计、质量为m＝2 kg的铁块，铁块与木板间的动摩擦因数μ＝0.2，木板足够长，g取10 m/s2.求：
（1）当二者达到共同速度时，木板对铁块以及铁块对木板所做的功；
（2）当二者达到共同速度时，木板和铁块之间因摩擦所产生的热量。
25．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，cs37°=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。
26．如图，与水平面夹角的斜面和半径的光滑圆轨道相切于B点，且固定于竖直平面内。滑块从斜面上的A点由静止释放，经B点后沿圆轨道运动，恰好通过最高点轨道C。已知滑块与斜面间动摩擦因数。（g取10m/s2，=0.6，求：
（1）滑块在C点的速度大小；
（2）滑块在B点的速度大小；
（3）A、B两点间的高度差h。
参考答案：
1．C
2．C
3．A
4．C
5．D
6．D
7．C
8．C
9．D
10．A
11．AB
12．AB
13．AD
14．AC
15．BCD
16． 过原点的直线 重力加速度
17． AB mghB C 2g
18．
19．B
20． 重力、系统内弹力 高度差 运动速度 打点计时器 纸带
21． 2.20 0.98 0.97 增大
22．（1）3.6s；（2）144J
23．(1)；(2)；(3)
24．（1）9J，－13.5 J；（2）4.5 J
25．（1）伸长0.1 m；（2）7 J；（3）2 m/s
26．（1）2m/s；（2）4.29m/s；（3）1.38m