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同步测试题

这是一份人教版 (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同步测试题，共7页。试卷主要包含了实验题等内容，欢迎下载使用。

一、实验题
1．为了测定一根轻弹簧压缩至最短时能储存的弹性势能的大小，可将弹簧固定在带有光滑凹槽的轨道一端，并将轨道固定在水平桌面的边缘上。如图所示，用钢球将弹簧压缩至最短，然后突然释放，钢球将沿轨道飞出桌面，实验时：
(1)需要测定的物理量是 (填写名称及符号)；
(2)计算弹簧压缩至最短时弹性势能的表达式是Ep= (用上问所填的符号表示，重力加速度为g)。
2．某同学设计如图所示装置测量小木块与水平桌面之间的动摩擦因数μ。取两个质量相同的木块A、B，将木块B放在粗糙的水平桌面上，右侧拴有一细线，跨过固定在桌面边缘的定滑轮与木块A相连；实验时，使木块从距离地面一定高度由静止释放，A落地后，木块B继续向右滑，最终未碰到滑轮。
（1）现测得木块A释放时距地面的高度为h，还需要测量的物理量是 ；
A．木块B在桌面上滑行的总时间t
B．木块B在桌面上滑行的总距离x
C．木块A、B的质量m
（2）利用上述测量的物理量，动摩擦因数可以表示为= ；
（3）实验中，滑轮轴的摩擦会导致的测量结果 （选填“偏大”或“偏小”）。
3．如图甲所示的装置叫阿特伍德机，是英国数学家、物理学家阿特伍德创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律。某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示。实验时，该同学进行了如下步骤：
a、将质量均为M的重物A（含挡光片）、B用轻质细绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出A上挡光片中心到光电门中心的竖直距离h。
b、在B的下端挂上质量为m的物块C，让系统（重物A、B以及物块C）中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间Δt。
c、测出挡光片的宽度d，计算重物A运动的速度大小v。
d、利用实验数据验证机械能守恒定律。
（1）步骤c中，计算重物A的速度v= （用实验中字母表示）。
（2）为使v的测量值更加接近真实值，请写出一条可采用的合理的方法： 。
（3）步骤d中，如果系统（重物A、B以及物块C）的机械能守恒，应满足的关系式为 （已知当地重力加速度大小为g，用实验中字母表示）。
（4）某次实验分析数据发现，系统重力势能减少量小于系统动能增加量，造成这个结果的原因可能是 。
A．细绳、滑轮并非轻质而有一定质量 B．滑轮与细绳之间产生滑动摩擦
C．计算重力势能时g的取值比实际值大 D．挂物块C时不慎使B具有向下的初速度
4．某同学用如图1所示的装置验证轻弹簧和小物块（带有遮光条）组成的系统机械能守恒。图中光电门安装在铁架台上且位置可调。物块释放前，细线与弹簧和物块的栓接点（A、B）在同一水平线上，且弹簧处于原长。滑轮质量不计且滑轮凹槽中涂有润滑油，以保证细线与滑轮之间的摩擦可以忽略不计，细线始终伸直。小物块连同遮光条的总质量为m，弹簧的劲度系数为k，重力加速度为g，遮光条的宽度为d，小物块释放点与光电门之间的距离为l（d远远小于l）。现将小球由静止释放，记录物块通过光电门的时间t：

（1）改变光电门的位置，重复实验，每次滑块均从B点静止释放，记录多组l和对应的时间t，做出图像如图2所示，若在误差允许的范围内，满足关系 时，可验证轻弹簧和小物块组成的系统机械能守恒？
（2）在（1）中条件下，l取某个值时，可以使物块通过光电门时的速度最大，速度最大值为 （l2、g表示），此时物块的加速度大小为 。
（3）在（1）中条件下，和时，物块通过光电门时弹簧具有的两弹性势能分别为、，则 （用l1、l2、l3、k表示）
参考答案：
1． 桌面距地面的高度h、钢球做平抛运动的水平位移x、钢球的质量m
【详解】(1)[1]需要测定的物理量有桌面距地面的高度h、钢球做平抛运动的水平位移x、钢球的质量m。
(2)[2]小球以v水平抛出，水平、竖直方向满足
由机械能守恒定律可得
联立可得
2． B 偏大
【详解】(1)[1]设木块在桌面上滑行的总距离x，且已知木块的质量为m；从开始释放让它们运动，到木块A着地过程中，根据系统能量守恒得
从木块A着地到木块B停在桌面上这个过程，根据能量守恒得
解得
从该式子可知本实验还需直接测量的物理量有木块B在桌面上滑行的总距离x，故B正确，AC错误。
故选B。
(2)[2]由上述可知滑动摩擦因数
(3)[3]在计算过程中，认为滑轮与绳子间没有摩擦力，重物重力势能的减少量全部转化为重物落地的动能和木块克服摩擦力做功，而实际滑轮与轴间存在摩擦，计算过程中没有减去克服滑轮与轴间摩擦力做功这部分，因此导致测量的动摩擦因数与实际动摩擦因数偏大。
3． 减小挡光片的宽度d D
【详解】（1）[1]重物A的速度为
（2）[2]为使v的测量值更加接近真实值，减小挡光片的宽度d；
（3）[3]根据机械能守恒定律得
解得
（4）[4] AB．细绳、滑轮并非轻质而有一定质量，系统重力势能减少量等于重物A、B、物块C、细绳、滑轮组成的系统动能的增加量与滑轮与细绳之间产生滑动摩擦生成的热量之和，则系统重力势能减少量大于重物A、B、物块C动能的增加量，AB不符合题意；
C．若计算重力势能时g的取值比实际值大，则则系统重力势能减少量大于重物A、B、物块C动能的增加量，C不符合题意；
D．挂物块C时不慎使B具有向下的初速度，重物A运动到光电门时挡光片挡光时间变小，则
D符合题意。
故选D。
4． 0
【详解】（1）[1]若系统机械能守恒，则有
变式为
所以图像若能在误差允许的范围内满足
即可验证弹簧和小物块组成的系统机械能守恒；
（2）[2][3]时，可知遮光板挡光时间最短，此时物块通过光电门时的速度最大，可得
联立可得
此时细线的拉力与物块的重力大小相等，故而加速度为0；
（3）[4]和时，物块的动能相等，可得
联立可得
【点睛】本题考查利用滑轮、光电门验证系统机械能守恒的创新型实验。