【物理】2020届一轮复习人教新课标实验验证机械能守恒定律课时练（解析版) 13页

‎2020届一轮复习人教新课标 实验 验证机械能守恒定律 课时练（解析版)‎ ‎1．小黄用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”实脸．关于该实验，下列说法正确的是（　　）‎ A．重锤的质量一定是越大越好 B．必须用秒表测出重锤下落的时间 C．把秒表测得的时间代入，计算重锤的速度 D．释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直 ‎2．用如图甲实验装置验证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定律．下图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（图甲中未标出），计数点间的距离如图乙所示．已知m1=50g、m2=150g则（g取9.8m/s2，结果保留两位有效数字）‎ ‎（1）在纸带上打下记数点5时的速度v=_______；‎ ‎（2）在打点0～5过程中系统动能的增量△EK=________，系统势能的减少量△EP=________，由此得出的结论是_____________________________‎ ‎（3）若某同学作出-h图象如图丙，则当地的实际重力加速度g=___________．‎ ‎3．在验证机械能守恒定律的实验中： ‎ ‎（1）下列器材中不必要的是_______（只需填字母代号）   ‎ A. 重物                                    B. 纸带                                    C. 天平                                    D. 刻度尺 ‎（2）由于阻力作用，这样会导致重力势能的减小量________动能的增加量（选填“＜”或“＞”）‎ ‎4．用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，质量为m=1.00kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点．现选取一条符合实验要求的纸带，如图所示，O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取的三个连续点（其它点未画出）．已知打点计时器每隔0.02s打一个点，重力加速度g=9.8m/s2 ． 那么：‎ ‎①根据图所得数据，应该选取图中O点和________点来验证机械能守恒定律；‎ ‎②所选取的点的瞬时速度为________ m/s．（结果取三位有效数字）‎ ‎③从O点到所选取的点，重物的动能增加量△Ek=________J．（结果取三位有效数字）‎ ‎5．如图甲所示的装置叫做阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德 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和动量守恒定律，如图乙所示 己知当地的重力加速度为 ‎ ‎ ‎ 该同学用游标卡尺测量遮光片的宽度如图丙所示，则 ______ mm；然后将质量均为的含挡光片和挂钩、B的含挂钩的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，A置于桌面上处于静止状态，测量出挡光片中心到固定光电门中心的竖直距离h．‎ 验证机械能守恒定律实验时，该同学在B的下端挂上质量也为m的物块含挂钩，让系统重物A、B以及物块中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为如果系统重物A、B以及物块的机械能守恒，应满足的关系式为______ ，引起该实验系统误差的主要原因有______写一条即可．‎ 为了验证动量守恒定律，该同学让A在桌面上处于静止状态，将B从静止位置竖直上升s后由自由下落，直到光电门记录下挡光片挡光的时间为未接触桌面，则验证绳绷紧过程中系统沿绳方向动量守恒定律的表达式为______ ；如果该同学忘记将B下方的C取下，完成测量后，验证动量守恒定律的表达式为______ ．‎ ‎6．如图所示是利用自由落体运动进行“验证机械能守恒定律”的实验装置，所用的打点计时器通以50Hz的交流电。‎ ‎（1）甲同学按照正确的实验步骤操作后，选出一条纸带如图所示，其中O点为重物刚要下落时打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，用刻度尺测得OA=12.41cm，OB=18.60cm，OC=27.21cm，在计数点A和B、B和C之间还各有一个点。已知重物的质量为1.00kg，取g =9.80m/s2。在OB段运动过程中，重物重力势能的减少量ΔEp= J；重物的动能增加量ΔEk= J（结果均保留三位有效数字）。‎ ‎（2）该实验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”）。由此看，甲同学数据处理的结果比较合理的应当是ΔEp ΔEk（选填“大于”、“等于”或“小于”）。‎ ‎（3）乙同学想利用该实验装置测定当地的重力加速度。他打出了一条纸带后，利用纸带测量出了各计数点到打点计时器打下的速度为零的点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，以h为横轴，以为纵轴画出了如图所示的图线。由于图线没有过原点，他又检查了几遍，发现测量和计算都没有出现问题，其原因可能是： 。‎ 乙同学测出该图线的斜率为k，如果不计一切阻力，则当地的重力加速度g k（选填“大于”、“等于”或“小于”）。‎ ‎（4）丙同学利用该实验装置又做了其它探究实验，分别打出了标号为①、②、③、④的4条纸带，其中只有一条是做“验证机械能守恒定律”的实验时打出的。为了找出该纸带，丙同学在每条纸带上取了点迹清晰的、连续的4个点，用刻度尺测出相邻两个点间的距离依次为x1、x2、x3。请你根据下列x1、x2、x3的测量结果确定该纸带为________（选填标号）。（取g =9.80m/s2）‎ ‎①6.13 cm，6.52 cm，6.91 cm ‎②6.05 cm，6.10 cm，6.15cm ‎③4.12 cm，4.51 cm，5.30 cm ‎④6.10 cm，6.58 cm，7.06 cm ‎7．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6 V的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始落下，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律，已知重力加速度为g.‎ ‎（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输出端上；‎ C．用天平测量出重锤的质量；‎ D．先释放悬挂纸带的夹子，然后接通电源开关打出一条纸带；‎ E．测量打出的纸带上某些点之间的距离；‎ F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能在误差范围内是否等于增加的动能．‎ 其中没有必要或操作不恰当的步骤是________(填写选项对应的字母)．‎ ‎（2）如图所示是实验中得到一条纸带，将起始点记为O，并在离O点较远的任意点依次选取6个连续的点，分别记为A、B、C、D、E、F，量出各点与O点的距离分别为h1、h2、h3、h4、h5、h6，使用交流电的周期为T，设重锤质量为m，则在打E点时重锤的动能为________，在打O点和E点这段时间内的重力势能的减少量为________．‎ ‎（3）在本实验中发现，重锤减少的重力势能总是______（填“大于”或“小于”）重锤增加的动能，主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用，为了测定阻力大小，可算出（2）问中纸带各点对应的速度，分别记为v1至v6, 并作vn2—hn图象，如图所示，直线斜率为k，则可测出阻力大小为________．‎ ‎8．某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中，提出了如图所示的甲、乙两种方案：甲方案为用自由落体运动进行实验，乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验．‎ ‎（1）组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析，最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案，你认为该小组选择的方案是_____，理由是________________‎ ‎（2）若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02s，请根据纸带计算出B点的速度大小为___m/s.(结果保留三位有效数字)‎ ‎（3）该小组内同学根据纸带算出了相应点的速度，作出v2－h图线如图所示，请根据图线计算出当地的重力加速度g＝____m/s2.(结果保留三位有效数字)‎ ‎9．某同学设计了以下的实验来验证机械能守恒定律：在竖直放置的光滑的塑料米尺上套一个磁性滑块m，滑块可沿米尺自由下落在米尺上还安装了一个连接了内阻很大数字电压表的多匝线框A，线框平面在水平面内，滑块可穿过线框如图所示把滑块从米尺的零刻度线处释放，记下线框所在的刻度h和滑块穿过线框时的电压U，改变h，调整线框的位置，多做几次实验，记录各次的h，U．‎ 如果采用图象法对得出的数据进行分析论证，用图线______选填“”或“”更容易得出结论．‎ 影响本实验精确程度的因素主要是 ______，______．‎ ‎10．用落体法“验证机械能守恒定律”的实验中：(g取9.8 m/s2)‎ ‎(1)运用公式mv2＝mgh时对实验条件的要求是________________．为此目的，所选择的纸带第1、2两点间的距离应接近__________．‎ ‎(2)若实验中所用重物质量m＝1 kg，打点纸带如图所示，打点时间间隔为0.02 s，则记录B点时，重物速度vB＝________，重物动能Ek＝________；从开始下落起至B点，重物的重力势能减小量是__________，由此可得出的结论是____________________________________．‎ 图实－4－10‎ ‎(3)根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图象应是图中的 ( )‎ ‎ 参考答案 ‎1．D ‎【解析】‎ 试题分析：理解该实验的实验原理，需要测量的数据等；明确打点计时器的使用；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．‎ 解：A、为了减小阻力的影响，重锤选择质量大一些、体积小一些的，不是质量越大越好．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、该实验是验证机械能守恒定律的实验．因为我们知道自由落体运动只受重力，机械能就守恒．如果把重物看成自由落体运动，再运用自由落体的规律求解速度，那么就不需要验证了，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，从而减小纸带与限位孔之间的摩擦．故D正确．‎ 故选：D．‎ ‎【点评】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．‎ ‎2．2.4m/s 0.576J 0.588J 在误差允许的范围内，m1、m2组成的系统机械能守恒 9.7m/s2 ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ 第一空.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，可知打第5个点时的速度为：。 第二空.物体的初速度为零，所以动能的增加量为：△Ek＝(m1+m2)v52−0＝0.576J；‎ 第三空.重力势能的减小量等于物体重力做功，故：△EP=W=（m2-m1）gh=0.588J； 第四空.由此可知动能的增加量和势能的减小量基本相等，因此在在误差允许的范围内，m1、m2组成的系统机械能守恒。 第五空.题中根据机械能守恒可知，（m2-m1）gh＝(m1+m2)v2，即有：v2＝gh，所以v2−h图象中图象的斜率表示g，由图可知，斜率k=g ==4.85，故当地的实际重力加速度g=9.7m/s2。‎ ‎3．（1）C（2）＞ ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎（1）根据重物下落过程中机械能守恒的表达式可知，物体的质量可以约掉，因此本实验中不需要天平，故C选项符合题意．‎ ‎（2）如果阻力较大，物体需要克服阻力做功，重力势能不能全部转化为动能，因此会出现，即重力势能的减小量大于动能的增加量．‎ ‎4．B； 1.92；1.84‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎①验证机械能守恒时，我们验证的是减少的重力势能和增加的动能之间的关系，所以我们要选择能够测h和v的数据，选B点；‎ ‎②减少的重力势能为：；B点的瞬时速度等于AC段的平均速度；由图可知，；，；则B点的瞬时速度为③，则可知，增加的动能．‎ ‎5．5.00 绳子有一定的质量、滑轮与绳子之间有摩擦、重物运动受到空气阻力等 ‎ ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ ‎（1）游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标读数，不需估读．‎ ‎（2）根据系统机械能守恒，得出系统重力势能的减小量和系统动能的增加量，根据极短时间内的平均速度表示瞬时速度求出系统末动能．‎ ‎（3）根据B下落的高度利用机械能守恒可求得绳子张紧瞬间的速度，再求出下落经过光电门的速度，从而明确张紧后的共同速度，则即可明确作用前后的动量，从而验证动量守恒．‎ ‎【详解】‎ ‎（1）游标卡尺的读数d=5mm+0.05×0mm=5.00mm；‎ ‎（2）系统动能的增加量 ‎．系统重力势能的减小量为mgh，应满足的关系式为，即．‎ 引起实验系统误差的主要原因有：绳子有一定的质量、滑轮与绳子之间有摩擦、重物运动受到空气阻力等；‎ ‎（3）根据机械能守恒定律可知，解得；则可知，作用前的动量； 此后AB一起做匀速运动，运动速度，故作用后的动量， 故只要验证即可证明动量守恒； 若没有摘去C，则三个物体速度相同后做加速运动，则根据机械能守恒定律可知；，解得；‎ 则作用后的动量，故应验证的表达式为．‎ ‎【点睛】‎ 本题利用阿特伍德机来验证机械能守恒和动量守恒，属于创新型实验，所以解决本题的关键在于知道实验的原理，明确验证机械能守恒定律和动量守恒的实验方法；同时掌握利用光电门求解速度的基本方法．‎ ‎6．（1）1.82J，1.71J；（2）系统 大于（3）先释放重物再接通打点计时器 等于 （4）①‎ ‎【解析】‎ 试题分析：（1）当打点计时器打到B点时重物的重力势能比开始下落时减少了：△Ep=mgh=1×9.8×0.186J≈1.82J．B点的瞬时速度等于AC段的平均速度为：vB=xAC/4T=m/s≈1.85m/s则重物动能的增加量为：△Ek=mvB2=×1×1.852≈1.71J。（2）该实验没有考虑各种阻力的影响，这属于本实验的系统误差；重力势能的减小量大于动能增加量的原因是纸带通过打点计时器受摩擦阻力、空气阻力。‎ ‎（3）根据mgh=mv2得：v2=gh，可知v2-h图线应该是一条过原点的直线，该图线的斜率为k=g，现在图线不过原点，下落高度为零时，动能的增量不为零，可知在操作中先释放重物，再接通电源。‎ ‎（4）纸带中打出的点符合相临相等的条件，则可知相临两位移间应保证位移之差等于gt2=9.8×（0.02）2=3.9mm；‎ ‎①中位移之差分别为3.9mm，3.9mm；②中位移之差为5mm，5mm；③中位移之差为4.1mm，7.9mm；‎ ‎④中位移之差为4.8mm，4.8mm；故符合条件的为①。‎ 考点：验证机械能守恒定律 ‎【名师点睛】解决本题的关键知道实验的原理以及知道实验误差形成的原因，掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度以及加速度的大小．（1）根据物体下落的高度求出重力势能的减小量，结合某段时间内平均速度等于中间时刻的瞬时速度得出B点的瞬时速度，从而得出动能的增加量．通过能量守恒的角度确定误差形成的原因．（2）根据图象中下落的高度为0时，动能不为零，确定图线不过原点的原因．‎ ‎7．BCD mgh5 大于 m(g－) ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎（１）A．打点计时器利用的是交流电的周期性变化来改变电路的工作状态，从而实现打点计时。因此，打点计时器要接到电源的交流输出端上；故Ａ正确。‎ B．本实验只需要验证即，并不需要测量质量，故Ｂ不需要；‎ C．试验中需要先接通电源，后释放悬挂纸带的夹子，故Ｃ错误；‎ D．本实验根据的是机械能守恒的变化式，即来验证机械能守恒，故Ｄ正确；‎ 故选ＢＣ。‎ ‎（２）根据匀变速直线运动时间中点的瞬时速度等于这段时间内的平均速度。ｖＥ＝＝。则在Ｅ点的动能为；‎ 在打Ｏ点到Ｅ点的过程中，物体下落的高度为ｈ＝ｈ５，这段时间内重力势能的减少量为：＝ｍｇｈ＝ｍｇｈ５‎ ‎（３）根据动能定理可知，物体动能的变化量等于物体所受各外力所做功的代数和。本实验中，物体下落过程中，除了重力外，还有摩擦力做功。动能增量等于重力的功和摩擦力的功的代数和。由于摩擦力做负功，故而重力势能的减少量大于动作能增加量；‎ ‎，则，解得：。‎ ‎8．甲 乙方案中的摩擦力做负功会导致实验失败 1.37 9.75（9.70－9.80） ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎（1）机械能守恒的条件是只有重力做功或系统内的弹簧弹力做功，所以实验设计就要排除重力以外的其他力做功，小组选择的方案应该是A，乙方案中的摩擦力做负功会导致实验失败。‎ ‎（2）图甲为自由落体运动，是匀变速运动，中间时刻的速度等于该段时间内的平均速度，所以B点的瞬时速度等于AC间的平均速度，vB=m/s=1.37m/s。‎ ‎（3）根据机械能守恒定律mgh=mv2，整理就是v2=2gh，所以重力加速度就等于图像斜率的一半，由图可知，当h=20cm=0.20m时，v2=3.88，所以图像的斜率k===19.4，所以当地的重力加速度g=9.7m/s。‎ ‎9．（1） U2-h （2）空气阻力（或电磁感应损失机械能）‎ ‎【解析】‎ 试题分析：（1）线框下落到A点时的速度满足：；根据法拉第电磁感应定律：,而，所以可认为电压表读数（k为常数），则，所以如果采用图象法对得出的数据进行分析论证，用图线-h”更容易得出结论．（2）空气阻力（或电磁感应损失机械能）都会影响实验的精确度。‎ 考点：验证机械能守恒定律。‎ ‎10．（1）自由下落的物体；2 mm；（2）0.59 m/s；　0.174 J；　0.175 J；　在误差允许范围内，重物下落的机械能守恒；　（3）C ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ 解：（1）用公式mv2＝mgh时，对纸带上起点的要求是重锤做自由落体运动，‎ 打点计时器的打点频率为50 Hz，打点周期为0.02 s，重物开始下落后，在第一个打点周期内重物下落的高度所以所选的纸带最初两点间的距离接近2mm，‎ h9.8×0.022 m≈2 mm．‎ ‎（2）利用匀变速直线运动的推论 ‎0.59m/s，‎ 重锤的动能EKB0.174J 从开始下落至B点，重锤的重力势能减少量△Ep＝mgh＝1×9.8×0.179J＝0.175J．‎ 得出的结论是在误差允许范围内，重物下落的机械能守恒．‎ ‎（3）利用v2﹣h图线处理数据，从理论角度物体自由下落过程中机械能守恒可以得出：‎ mghmv2，即v2＝gh 所以以v2为纵轴，以h为横轴画出的图线应是过原点的倾斜直线，也就是图中的C．‎ 故选：C