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2018_2019学年高中物理第七章机械能守恒定律9实验验证机械能守恒定律习题新人教版必修2

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                         9 实验验证机械能守恒定律

                       


    1.在做“用落体法验证机械能守恒定律”的实验时,除了铁架台、低压交流电源、刻
度尺、纸带等实验器材外,还必需的器材应包括(  )
    A.秒表   B.天平
    C.打点计时器      D.弹簧测力计
    2.(多选)某位同学做“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.把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,处理数据
                                                  1

    3.(多选)用自由落体运动验证机械能守恒定律就是看2mvn2是否等于                        mghn(n 对应打下
的第   n 个点).关于该实验的下列说法中正确的是(  )
    A.打点计时器打第一个点           O 时,重物的速度为       0

    B.hn 是计时点    n 到第一个点     O 的距离
    C.m 为重物的质量,需用天平称量

    D.可以用    vn=gtn 计算  vn,其中   tn=(n-1)T(T  为打点周期)
    4.在“利用重锤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.重锤下落的实际高度大于测量值
    B.重锤下落的实际高度小于测量值
    C.重锤实际末速度大于          gt(g 为重力加速度,t      为下落时间)
    D.重锤实际末速度小于          gt
    5.在“验证机械能守恒定律”的实验中,纸带上打出的点如图                          L7-9-1  所示,若重
物的质量为     1kg,图中点     P 为打点计时器打出的第一个点,则从起点                 P 到打下点   B 的过程

中,重物的重力势能的减少量             ΔEp=________J,重物的动能的增加量           ΔEk=
________J.(打点计时器的打点周期为            0.02s,g 取 9.8m/s2,小数点后均保留两位)


                                   图  L7-9-1
    6.在“验证机械能守恒定律”的实验中,有如下可供选择的实验器材:铁架台、电磁
打点计时器、复写纸、纸带、低压直流电源、天平、停表、导线、开关.其中不必要的器
材是________,缺少的器材是__________________________.
    7.“验证机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法.已知所用的电磁打点计
时器所接电源的频率为          50Hz,查得当地的重力加速度为            g=9.80m/s2,重物质量为      1kg.某
同学选择了一条较理想的纸带,用刻度尺测量时各计时点到                         O 点的距离如图      L7-9-2  所示,
图中   O 点是打点计时器打出的第一个点,A、B、C、D                分别是连续打出的计时点,各点到

O 点的距离如图所示.从打下           O 点到打下    B 点,重物的重力势能的减少量            ΔEp=

________J,动能的增加量       ΔEk=________J.(均保留三位有效数字)
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                                   图  L7-9-2
    8.学校实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验时,提出了如图                            L7-9-3  甲、乙
所示的两种方案:甲方案为用自由落体运动进行实验;乙方案为用小车在木板斜面上下滑
进行实验.
    (1)组内同学对两种方案进行了讨论分析,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很可能是________(选填“甲”或“乙”).


                                        

                                   图  L7-9-3
    (2)若该小组采用图甲的装置打出一条纸带,如图                   L7-9-4   所示,相邻两点之间的时
间间隔为    0.02s,请根据纸带计算出打下           D 点时纸带的速度大小为________m/s(结果保留
三位有效数字).


                                   图  L7-9-4
    (3)该小组内同学们根据纸带算出了打下各点时纸带的速度,作出                          v2-h 图线,则图线
斜率的物理意义是
________________________________________________________________________.


    9.小刚同学用如图        L7-9-5  所示的实验装置验证“机械能守恒定律”,他进行如下
操作:
    ①用天平测出小球的质量为            0.50kg;
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                                   图  L7-9-5
    ②用游标卡尺测出小球的直径为              10.0mm;
    ③用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为                   82.05cm;
    ④电磁铁先通电,让小球吸在其下端;
    ⑤电磁铁断电时,小球自由下落;
    ⑥在小球通过光电门时,计时装置记下小球通过光电门所用的时间为                             2.50×10-3s,
由此可算出小球通过光电门的速度.

    (1)由以上测量数据可计算出小球重力势能的减少量                    ΔEp=________J,小球动能的变
                               2
化量   ΔEk=________J.(g  取  9.8m/s ,结果均保留三位有效数字)

    (2)从实验结果中发现        ΔEp________(选填“稍大于”“稍小于”或“等于”)ΔEk,试
分析可能的原因:
________________________________________________________________________.
    10.现利用如图      L7-9-6  所示装置验证机械能守恒定律.图中                AB 是固定的光滑斜面,
斜面的倾角为      30°,1   和 2 是固定在斜面上适当位置的两个光电门,与它们连接的光电计
时器都没有画出.让滑块从斜面的顶端滑下,光电门                      1、2  各自连接的光电计时器显示的挡
光时间分别为      5.00×10-2s、2.00×10-2s.已知滑块质量为           2.00kg,滑块沿斜面方向的长
度为   5.00cm,光电门    1 和 2 之间的距离为     0.54m,g 取  9.80m/s2,取滑块经过光电门时纸
带的速度为其平均速度.则:


                                   图  L7-9-6

    (1)滑块经过光电门       1 时的速度    v1=________m/s,通过光电门      2 时的速度    v2=
________m/s.
    (2)滑块通过光电门       1、2 之间的动能增加量为________J,重力势能的减少量为
________J.
    11.某同学利用如图        L7-9-7  所示的实验装置验证机械能守恒定律.该同学经正确操
作得到打点纸带,在纸带后段每两个计时间隔取一个计数点,依次为                             1、2、3、4、5、6、
7,测量各计数点到第一个点的距离               h,并正确求出打相应点时纸带的速度               v.各计数点对应
的数据见下表:

        计数点           1       2       3       4       5       6       7
         h/m        0.124   0.194   0.279   0.380   0.497   0.630   0.777
      v/(m·s-1)              1.94    2.33    2.73    3.13    3.50
     v2/(m2·s-2)             3.76    5.43    7.45    9.80   12.30
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                                   图  L7-9-7
    请在图   L7-9-8   坐标系中,描点作出         v2-h 图线;由图线可知,重锤下落的加速度
g′=________(保留三位有效数字)m/s2;若当地的重力加速度                   g=9.80m/s2,根据作出的
图线,能粗略验证自由下落的重锤机械能守恒的依据是
________________________________________________________________________.


                                   图  L7-9-8


                                   图  L7-9-9

    12.如图   L7-9-9   所示,质量分别为        m1 和 m2 的两个小物块    A 和 B 分别系在一条跨过

定滑轮的软绳两端,已知           m1>m2.现要利用此装置验证机械能守恒定律.
    (1)若选定物块     A 从静止开始下落的过程进行测量,则需要测量的物理量有
________(填选项前的字母).

    A.物块的质量      m1、m2
    B.物块   A 下落的距离及下落这段距离所用的时间
    C.物块   B 上升的距离及上升这段距离所用的时间
    D.绳子的长度
    (2)为提高实验结果的准确程度,某小组同学对此实验提出了以下建议,其中确定对提
高实验结果的准确程度有用的是________(填选项前的字母).
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    A.绳的质量要轻
    B.在“轻质绳”的前提下,绳子越长越好
    C.尽量保证物块只沿竖直方向运动,不要摇晃
    D.两个物块的质量之差要尽可能小
    (3)写出一条上面没有提到的对提高实验结果的准确程度有益的建议:
____________________.

    1.C [解析]本实验需要测量物体下落的高度来计算重力势能,测定速度来计算物体
动能增加量,故还需要用打点计时器.
    2.ABD [解析]在做“验证机械能守恒定律”的实验时,应先接通电源,后释放纸带,
以保证打第一个点时纸带的速度为               0,故选项    C 错误,A、B、D     均正确.
    3.AB [解析]实验的原理就是利用重物的自由落体运动来验证机械能守恒定律,因此

打点计时器打第一个点时,重物运动的速度应为零.hn                      与 vn 分别表示打第     n 个点时重物下

落的高度和对应的瞬时速度,vn            应利用纸带上的数据求出,若用              vn=gtn 求 vn 则已默认机
械能守恒了,验证实验也就变得无意义了.本实验中,不需要测量重物的质量,因为公式
      1                          1                1

mghn=2mvn2的两边都有     m,故只要    ghn=2vn2成立,则    mghn=2mvn2就成立,机械能守恒定律
也就被验证了.
    4.D
    5.0.49 0.48
    6.低压直流电源、天平、停表 低压交流电源、重锤、刻度尺
                              1
    [解析] 因为此实验是通过比较2v2           和  gh 是否相等来验证机械能是否守恒,故不需要测
量重锤质量,打点计时器本身就测时间,所以不需要用停表测时间.
    7.2.74 2.70
    8.(1)甲 (2)1.75 (3)当地重力加速度的两倍
    [解析]    (1)一般情况下,甲方案中,重物带动纸带下降,摩擦阻力相对重物的重力较
小,因此误差较小.乙方案中,摩擦阻力相对重力沿斜面方向的分力较大,因此误差较
大.
           CE  OE-OC

    (2)vD=2T=    2T   =1.75m/s.
              1
    (3)由 mgh=2mv2,整理得     v2=2gh,图线斜率为       2g,即为当地重力加速度的           2 倍.
    9.(1)4.02 4.00 (2)稍大于 空气阻力的影响或高度测量中忽略了小球的尺度等

    [解析]     (1)小球重力势能减小量         ΔEp=mgh=0.5×9.8×0.8205J=4.02J;小球通过
                     d     0.01                                  1
                                                                    2
光电门的平均速度为         v=t=2.5  × 10-3m/s=4m/s,小球的动能变化量          ΔEk=2mv  =

4.00J.(2)从实验结果中发现         ΔEp 稍大于   ΔEk,原因是空气阻力的影响或高度测量中忽略
了小球的尺度等.
    10.(1)1.00 2.50 (2)5.25 5.29
                 L   5.00 × 10-2                L  5.00 × 10-2

    [解析] (1)v1=t1=5.00  × 10-2m/s=1.00m/s,v2=t2=2.00   × 10-2m/s=2.50m/s.
                       1          1
                                                2     2
    (2)动能增加量     ΔEk=2m(v2-v12)=2×2.00×(2.50    -1.00  )  J=5.25J,重力势能的
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减少量   ΔEp=mgxsinθ=2.00×9.80×0.54×sin30°J=5.29J.
    11.如图所示 9.75(9.69~9.79       均可) 图线为过原点的直线,所求              g′与   g 基本相
等


    [解析]若机械能守恒,则满足            v2=2gh,即   v2-h 图线的斜率表示当地的重力加速度的
2 倍,由所作的图线可求出斜率为             19.5m/s2,故  g′=9.75m/s2,误差允许的范围内          g′=
g,故机械能守恒.
    图线为过坐标原点的一条直线,所求                g′与  g 基本相等,即能粗略验证自由下落的重
锤机械能守恒.
    12.(1)AB(或  AC) (2)AC (3)对同一高度进行多次测量取平均值(或选取受力后伸长
最小的绳子等)
                                                             1
                                                                      2
    [解析]      (1)A、B 组成的系统机械能守恒的表达式为(m1-m2)gl=2(m1+m2)v                ,其中
   v
l=2t(l 表示   A 下降或   B 上升的距离,t     为  A 下降或  B 上升的时间),故验证机械能守恒定
                         1       (2l)
律的表达式为(m1-m2)·gl=2(m1+m2)         t 2,测量的物理量为       m1、m2、l、t,故应选       A、
B 或 A、C.
    (2)由上述分析可见,没有考虑软绳机械能的变化,故采用轻绳以忽略绳的机械能,计
算  A、B 速度时考虑的是二者沿绳方向的速度,故应保持两物块只沿竖直方向运动,不要摇
晃.
    (3)可从实验条件和测量的量出发考虑问题:如对同一高度进行多次测量取平均值以减
小偶然误差;选取受力后相对伸长量小的绳子以忽略绳势能的变化,且使                               A、B 运动的距离
相同.
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