高中教科版 (2019)6 实验:验证机械能守恒定律课后测评

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4.6实验：验证机械能守恒定律同步练习教科版（   2019）高中物理必修第二册

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

注意：本试卷包含Ⅰ、Ⅱ两卷。第Ⅰ卷为选择题，所有答案必须用2B铅笔涂在答题卡中相应的位置。第Ⅱ卷为非选择题，所有答案必须填在答题卷的相应位置。答案写在试卷上均无效，不予记分。

第I卷（选择题）

一、单选题（本大题共10小题，共40.0分）

1. 某同学利用图示装置完成探究机械能守恒定律的实验．实验后发现重物重力势能的减少量小于动能的增加量你认为造成这一结果的可能原因是

A. 纸带与振针之间有摩擦阻力
B. 重物下落过程中受到空气阻力
C. 释放重物前纸带不处于竖直位置
D. 先释放重物，后接通电源打出纸带
 

2. 利用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验．下列说法中正确的是

A. 实验中必须用天平测出重物的质量
B. 必须用秒表测出重物下落的时间
C. 应先释放纸带，后打开打点计时器电源
D. 释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直方向

3. 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，只需橡皮筋伸长量相同
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“探究功与速度变化的关系”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

4. “验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示，实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，其主要原因是

A. 重物的质量过大
B. 重物的体积过小
C. 电源的电压偏低
D. 重物及纸带在下落时受到阻力
 

5. 在利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验中，产生误差的主要原因是

A. 重物下落的实际高度大于测量值
B. 重物下落的实际高度小于测量值
C. 重物实际末速度大于为重力加速度，为下落时间
D. 重物实际末速度小于

6. “验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示，实验中发现重物减小的重力势能略大于增加的动能，其主要原因是

A. 未测量重物的质量
B. 先接通电源，后释放纸带
C. 使用的重物质量大，体积小
D. 重物和纸带在下落时受到阻力
 

7. 某位同学做利用自由落体运动“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中错误的是

A. 把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压交流电源
B. 将连有重锤的纸带穿过限位孔，将纸带和重锤提升到一定高度
C. 先释放纸带，再接通电源
D. 更换纸带，重复实验，根据记录处理数据

8. 图示为“验证机械能守恒定律”的实验装置．关于该实验，下列说法中正确的是

A. 固定打点计时器时，其限位孔必须在同一竖直面内
B. 手抓纸带的位置越靠近打点计时器越好
C. 实验中必须测出重锤的质量
D. 实验中必须用秒表测出重锤下落的时间
 

9. 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

天平          纸带         秒表         刻度尺

A.  B.  C.  D.

10. 在做“验证机械能守恒定律”的实验时，发现重物减少的重力势能总是略大于重物增加的动能，造成这种现象的原因是

A. 选用的重物质量过大
B. 选用的重物质量过小
C. 空气对重物的阻力和打点计时器对纸带的阻力
D. 实验时操作不规范，实验数据测量不准确

二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）

11. 为验证在自由落体过程中物体的机械能是守恒的，某同学利用数字实验系统设计了一个实验，实验装置如图，图中、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点时的速度是，经过点时的速度是，为了证明物体经过、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是      

A. 用天平测出物体的质量
B. 测出、两点间的竖直距离
C. 利用算出物体从点运动到点的过程中重力势能的变化量
D. 验证与是否相等

12. 利用重锤拖着纸带自由下落验证机械能守恒定律，关于实验的说法正确的是

A. 实验时应先放开纸带，再开启打点计时器
B. 实验纸带选取点迹清晰且第一、二两点距离接近的较好
C. 重锤的质量在本实验中必须测出来
D. 重锤从静止开始下落一段距离时速度为，在实验误差允许的范围内，只要满足，就可以说明重锤下落过程中机械能守恒

13. 在做“验证机械能守恒”实验中，如图仪器需要用到的是

A.  B.  C.  D.

14. 某同学做用落体法“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中正确的是

A. 把电磁打点计时器固定在铁架台上，并用导线连接到低压交流电源上
B. 将连有重锤的纸带穿过限位孔，将纸带和重锤提升到一定高度
C. 先释放纸带，再接通电源
D. 更换纸带，重复实验，根据记录处理数据

第II卷（非选择题）

三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）

15. 某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律，一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于点，光电门固定在的正下方，在钢球底部竖直地粘住一片宽度为的遮光条质量不计。将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间由计时器测出，取作为钢球经过点时的速度，记录钢球每次下落的高度和计时器示数，计算并比较钢球从释放点摆至点过程中重力势能减少量与动能增加量，就能验证机械能是否守恒。
    

    用计算钢球重力势能的减少量，式中钢球下落高度应测量释放时的钢球球心到___________之间的竖直距离。

    钢球在点时的顶端    钢球在点时的球心    钢球在点时的底端

    用计算钢球动能增加量，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图所示，其读数为______，某次测量中，计时器的示数为秒，则钢球的速度为_______

    下表为该同学的实验结果：

    他发现表中的与之间存在差异，他认为这是由于空气阻力造成的，你是否同意他的观点请说明理由_____________________________

16. 某同学利用如图所示的实验装置验证“系统机械能守恒”。两小球、分别固定在一长轻杆的两端，为穿过轻杆的固定转轴，为固定在支架上的光电门，初始时使轻杆处于水平状态，重力加速度为。实验步骤如下：

测量小球的直径，测量球的质量、球的质量；

由静止释放两小球，当球通过光电门时，光电门记录光线被球挡住的时间为；

该同学取球、球和轻杆为一个系统，得出在轻杆由水平转至竖直的过程中，系统动能的增加量和系统重力势能的减少量；

多次重复步骤、，记录下数据；

若在误差允许的范围内，系统机械能守恒。

实验中还需要测量的物理量是________。

A.小球的直径

B.球到点的距离

C.球到点的距离

在轻杆由水平转至竖直的过程中，系统增加的动能________，系统减少的重力势能________用已测量的物理量符号和中测出的物理量符号表示。

四、计算题（本大题共3小题，共30.0分）

17. 如图所示是验证机械能守恒定律的实验装置。小圆柱用一根不可伸长的轻绳拴住，轻绳的另一端固定在点。将轻绳拉至水平后由静止释放，在最低点附近放置一组光电门，测出小圆柱运动到最低点的挡光时间，再用游标卡尺测出小圆柱的直径，重力加速度为。
    

测出悬点到圆柱重心的距离为，若等式________用题给字母表示成立，说明小圆柱下摆过程中机械能守恒。

若在悬点安装一个拉力传感器，测出绳子上的拉力，则验证小圆柱做圆周运动在最低点的向心力公式还需要测量的物理量是________用文字和字母表示，若等式________用已知量和测量量的字母表示成立，则可验证小圆柱做圆周运动在最低点的向心力公式。






 

18. 用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验时接通电源，质量为的重物从高处由静止释放，质量为的重物拖着纸带打出一系列的点，图乙是实验中打出的一条纸带，是打下的第个点，量出计数点、、到点距离分别为、、，每相邻两计数点的计时间隔为，当地重力加速度为以下所求物理量均用已知符号表达
    在打点的过程中，系统动能的增加量______，系统重力势能的减少量______，比较、大小即可验证机械能守恒定律。
    某同学根据纸带算出各计数点速度，并作出图象如图丙所示，若图线的斜率______，即可验证机械能守恒定律。

19. 实验小组利用图甲所示装置进行验证机械能守恒定律实验，某同学选择一条较为满意的纸带，如图乙所示，他舍弃前面密集的点，以为起点，从点开始选取纸带上连续点、、，测出到，、的距高分别为，，电源效率为重力的频率为
    减少阻力对实验的影响，下列操作可行的有______
    A.选用铁质重锤
    B.安装打点计时器时使两限位孔在同一竖直线上
    C.释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直
    D.重锤下落中手始终提住纸带上端，保持纸带竖直
    
    打点时，里锤的速度为______该实验过程没有考虑各种阻力的影响，这属于本实验的______误差选填“偶然”或“系统”
    用实验测得的数据作出图象如图丙，图线不过坐标原点的原因是______图线斜率接近______可验证重锤下落过程机械能守恒
    
    
    
    
    
    
    
    

答案和解析

1.【答案】
 

【解析】

【分析】
由产生实验误差的原因分析即可。
掌握实验过程中误差来源是求解的关键。
【解答】
在实验过程中如果操作步骤正确，则因为纸带与振针之间有摩擦阻力、重物下落过程中受到空气阻力、释放重物前纸带不处于竖直位置会使得重物的机械能造成损失，即重物重力势能的减少量大于动能的增加量，而产生重物重力势能的减少量小于动能的增加量的原因是在实验过程中先释放重物，使重物产生一定的动能后再接通电源打出纸带，故ABC错误，D正确。
故选D。  

2.【答案】
 

【解析】

【分析】
因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量，而只需验证就行了；
打点计时器可以测量重锤下落的时间。
为了高效的利用纸带应先接通电源，再释放纸带；
释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直，从而减小纸带与限位孔之间的摩擦。

【解答】
A.实验中验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，式子两边都有质量，可以约去，实验不需要测量重物的质量，故A错误；
B.打点计时器可以测量重锤下落的时间，不需要用秒表测量，故B错误；
C.应先接通电源，再释放纸带，故C错误；
D.释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直，故D正确。
故选D。

3.【答案】
 

【解析】

【分析】
  本题的关键是弄清实验原理，特别是在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于重锤下落过程中受到阻力作用导致加速度小于重力加速度的值，故不能由求出打某点时纸带的速度。 
  本题考查了高中阶段中一些基础实验的操作，只要明确实验原理，了解各个实验的操作细节和注意事项即可正确解答，通过本题让学生掌握各种实验关键的步骤，重要的方法，及实验原理。
【解答】
A.在本实验中，为了使合力与两个分力达到相同效果，橡皮筋不仅伸长量要相同，方向也要相同，故A错误；    
B、在本实验中，作出弹力和弹簧长度的图象，其斜率等于弹簧的劲度系数，故B正确；    
C、在本实验中，长木板应略倾斜，使重力的分力平衡摩擦力，故C错误；    
D、若由求出打某点时纸带的速度，所要验证的式子，是恒等式，无需验证，故D错误。 
故选B。  

4.【答案】
 

【解析】【试题解析】

解：、重物的质量过大，重物和纸带受到的阻力相对较小，所以有利于减小误差，故A错误。
B、重物的体积过小，有利于较小阻力，所以有利于减小误差，故B错误。
C、电源的电压偏低，电磁铁产生的吸力就会减小，吸力不够，打出的点也就不清晰了，与误差的产生没有关系，故C错误。
D、重物及纸带在下落时受到阻力，从能量转化的角度，由于阻力做功，重力势能减小除了转化给了动能还有一部分转化给摩擦产生的内能，所以重物增加的动能略小于减少的重力势能，故D正确。
故选：。
书本上的实验，我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚．
重物带动纸带下落过程中，除了重力还受到阻力，从能量转化的角度，由于阻力做功，重力势能减小除了转化给了动能还有一部分转化给摩擦产生的内能．
对于实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，我们应该从功能角度研究．

5.【答案】
 

【解析】略
 

6.【答案】
 

【解析】

【分析】
重物带动纸带下落过程中，除了重力还受到阻力，从能量转化的角度，由于阻力做功，重力势能减小除了转化为动能还有一部分转化为摩擦产生的内能。
【解答】
在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是略大于重锤动能的增加，其主要原因是纸带要受到打点计时器的摩擦，重物受到空气阻力。故D正确，ABC错误。
故选D。  

7.【答案】
 

【解析】

【分析】
解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项，熟练掌握打点计时器的应用．
【解答】
操作时应先接通电源、再松开纸带，故选项C错误。
A、打点计时器使用低压交流电源，所以实验时把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接低压交流电源，故A正确；
B、固定好打点计时器，将连有重物的纸带穿过限位孔，用手提住，将纸带和重锤提升到一定高度，尽量靠近打点计时器，故B正确；
C、应先接通电源，然后释放重物，否则纸带开始阶段是空白，可能所采集的数据不够，而且浪费纸带，故C错误；
D、重复几次，取得几条打点纸带，挑选一条清楚的纸带进行数据处理，故D正确；
本题选错误的，故选C．  

8.【答案】
 

【解析】

【分析】

理解该实验的实验原理，需要测量的数据等；理解实验中的注意事项以及如何进行数据处理；对于任何实验注意从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚。

对于基础实验要从实验原理出发去理解，要亲自动手实验，深刻体会实验的具体操作，不能单凭记忆去理解实验．在实验中注意体会实验的误差来源，并能找到合适的方向去减小误差。

【解答】

A.固定打点计时器时，其限位孔必须在同一竖直面内，以减小摩擦，故A正确；

B.手抓纸带的位置要远离打点计时器，以便更好的利用纸带，故B错误；

C.实验中，列方程时，质量等式两边都有可消掉，不用测出重锤的质量，故C错误；

D.实验中重锤下落的时间通过公式计算，不需要测量，故D错误；

故选A。

9.【答案】
 

【解析】解：打点计时器的工作电源是交流电源，在实验中需要刻度尺测量纸带上点与点间的距离从而可知道重锤下降的距离，以及通过纸带上两点的距离，求出平均速度，从而可知瞬时速度．纸带上相邻两计时点的时间间隔已知，所以不需要秒表．重锤的质量可以不测，故需要用到纸带和刻度尺，不需要天平和秒表；故 D正确．
故选：．
在验证机械能守恒的实验中，验证动能的增加量与重力势能的减小量是否相等，所以要测重锤下降的距离和瞬时速度，测量瞬时速度和下降的距离均需要刻度尺，不需要秒表，重锤的质量可以不测．
解决本题的关键掌握验证机械能守恒定律的实验的原理，知道需要测量哪些量，需要哪些器材．
 

10.【答案】
 

【解析】【解析】造成题中所述误差的主要原因是来自于各方面的阻力。故选 C。
 

11.【答案】
 

【解析】

【分析】
根据机械能守恒定律，物体减小的重力势能转化为动能，列出机械能守恒定律方程可知需要测得的物理量为物体下落的高度即初末速度。
对验证机械能守恒定律实验的熟练理解和掌握是解题关键。
【解答】
物体重力势能减少量为，动能增加量为：，如果在实验误差允许范围内，则机械能守恒定律得到验证。故物体的质量不需测出，重力势能的变化量通过测量竖直的距离来计算，不能直接用机械能守恒的结论，AC错误，BD正确。  

12.【答案】
 

【解析】解：、实验时应先开启电源，再释放纸带，故A错误；
B、物体做自由落体运动时，前两点间的距离约为，故实验纸带选取点迹清晰且第一、二两点距离接近的较好；故B正确；
C、因为我们是比较、的大小关系，故可约去比较，不需要用天平，故C错误；
D、重锤从静止开始下落一段距离时速度为，在实验误差允许的范围内，只要满足，就可以说明重锤下落过程中机械能守恒，故D正确。
故选：。
解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项。
本题考查了验证机械能守恒定律中的数据处理方法，注意物理基本规律尤其是匀变速直线运动规律在实验中的应用。
 

13.【答案】
 

【解析】

【分析】
本题考查对实验原理的掌握，对于实验问题，只要掌握好了实验原理即可以很容易找出实验器材、方法等。
【解答】
根据实验原理：：即，要用打点计时器测量瞬时速度和下落高度，所以需要打点计时器和重锤，不需要秒表记录时间不需要小车，故B、D正确，、C错误．  

14.【答案】
 

【解析】

【分析】
本题考查了“验证机械能守恒定律”的实验；解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项，熟练掌握打点计时器的应用。
【解答】
A.打点计时器使用低压交流电源，所以实验时把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接低压交流电源，故A正确；
B.固定好打点计时器，将连有重物的纸带穿过限位孔，用手提住，将纸带和重锤提升到一定高度，尽量靠近打点计时器，故B正确；
C.应先接通电源，然后释放重物，否则纸带开始阶段是空白，可能所采集的数据不够，而且浪费纸带，故C错误；
D.重复几次，取得几条打点纸带，挑选一条清楚的纸带进行数据处理，故D正确。
故选ABD。  

15.【答案】 ；    ；    不同意，如果差异是由于空气阻力造成的，则应小于
 

【解析】

【分析】本题考查了验证机械能守恒定律；对于基本测量仪器如游标卡尺、螺旋测微器等要了解其原理，要能正确使用这些基本仪器进行有关测量；知道极短时间内的平均速度等于瞬时速度的大小。
掌握刻度尺读数的方法，需估读一位；根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出最低点小球的速度；根据动能表达式，从而得出动能的量增加，再结合下降的高度求出重力势能的减小量；结合实验的装置与实验的原理，分析误差产生的原因，从而提出建议。 
【解答】
小球下落的高度是初末位置球心之间的高度差；故AC错误，B正确；故选B；
刻度尺读数的方法，需估读一位，所以读数为；某次测量中，计时器的示数为，则钢球的速度为：；
不同意；如果差异是由于空气阻力造成的，则应小于
故答案为： ；    ；    不同意，如果差异是由于空气阻力造成的，则应小于  

16.【答案】

 ， ．

【解析】

【分析】
本题主要考查验证“系统机械能守恒”，解决本题的关键在于对实验步骤及实验原理的正确掌握。
根据实验原理分析；
两球角速度相同，从而求解速度，从而求解。
【解答】
根据光电门可求出求通过光电门时的瞬时速度时间极短，用平均速度代替瞬时速度，两球角速度相同，可通过半径求出球的速度，故无须测量球的直径，需要测量球到点的距离球到点的距离故A错误，BC正确；
求通过光电门的瞬时速度，两球同轴转动，角速度相等，即，可得，故在轻杆由水平转至竖直的过程中，系统增加的动能，
根据重力做的正功等于重力势能的减小量，即系统减少的重力势能．
故答案为：

 ， ．

17.【答案】；
小圆柱的质量；。
 

【解析】

【分析】
解决本题的关键是明确实验原理，根据物理规律列出相应方程，然后求解讨论即可；根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度求出小圆柱通过光电门的瞬时速度，抓住重力势能的减小量和动能的增加量相等列出表达式；
根据牛顿第二定律得出拉力的表达式，从而确定所需测量的物理量。
【解答】

小圆柱通过光电门的瞬时速度为：，根据动能的增加量和重力势能的减小量相等，有：；则有：。

根据牛顿第二定律得：，解得：；可知要验证小圆柱作圆周运动在最低点向心力的公式还需要测量的物理量是小圆柱的质量。
若等式成立，可验证小圆柱作圆周运动在最低点向心力的公式。
故答案为：；小圆柱的质量，。

18.【答案】   
 

【解析】解：由于每相邻两计数点的计时间隔为，
根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出点的瞬时速度：。
在过程中系统动能的增量。
系统重力势能的减小量为。
本题中根据机械能守恒可知，，
即有：，所以图象中图象的斜率表示重力加速度，
那么斜率，
故答案为：；  ；。
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，可以求出打下记数点时的速度大小；
根据物体的初末动能大小可以求出动能的增加量，根据物体重力做功和重力势能之间的关系可以求出系统重力势能的减小量。
本题验证系统机械能守恒，关键得出系统动能的增加量和系统重力势能的减小量，要掌握求瞬时速度的方法。
 

19.【答案】   系统  打下点时重锤速度不为零， 
 

【解析】解：、为了减小阻力的影响，实验时重锤选择质量大一些的，体积小一些的，故A正确。
B、安装打点计时器使两限位孔在同一竖直线上，从而减小阻力的影响，故B正确。
C、释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直，可以减小阻力，故C正确。
D、重锤下落过程中，手不能拉着纸带，故D错误。
故选：。
点的瞬时速度等于段的平均速度，则，实验中的各种阻力的影响不可避免，属于系统误差；
小明用实验测得数据画出图象图线不过坐标原点，即时，速度不为零，可知打下点时重锤速度不为零。
若机械能守恒，有：，即，图线的斜率在误差允许的范围内，则机械能守恒。
故答案为：
；，系统；打下点时重锤速度不为零，；
根据实验的原理以及操作中的注意事项确定正确的操作步骤；
根据平均速度等于中时刻的瞬时速度，结合周期等于频率的倒数，即可求解；
根据机械能守恒定律，结合图象的斜率含义，即可求解。
解决本题的关键知道实验的原理，以及操作中的注意事项，会通过图线特点分析图线不过原点的原因；
利用图象问题结合数学知识处理物理数据是实验研究常用的方法。我们更多的研究直线图形，找出其直线的斜率和截距。