物理必修 第二册第5节 科学验证:机械能守恒定律同步训练题

这是一份物理必修 第二册第5节 科学验证:机械能守恒定律同步训练题，共8页。

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
2．“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
3．用落体法验证机械能守恒定律的实验中得到如图所示纸带。
根据纸带算出相关各点的速度v，测量出下落距离h，则以eq \f(v2,2)为纵轴，以h为横轴画出的图像应是( )
4．(多选)为验证在自由落体过程中物体的机械能是守恒的，某同学设计了一个实验，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eq \f(1,2)mveq \\al(2,2)－eq \f(1,2)mveq \\al(2,1)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veq \\al(2,2)－veq \\al(2,1)与2gh是否相等
5．在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知电火花打点计时器所用的电源频率为50 Hz，查得当地的重力加速度为9.8 m/s2，测得所用的重物的质量为1.00 kg。实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点。经测量知道A、B、C、D到O点的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm。根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于________ J，动能增加量等于________ J。(取三位有效数字)。
6．现利用如图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5.00×10－2 s、2.00×10－2 s。已知滑块质量为2.00 kg，滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm，光电门1和2之间的距离为0.54 m，g取9.80 m/s2，取滑块经过光电门时的速度为其平均速度(计算结果保留三位有效数字)。
(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。
7．某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律，频闪仪每隔0.05 s闪光一次，如图所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表。(当地重力加速度取9.8 m/s2，小球质量m＝0.2 kg，结果保留三位有效数字)
(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝________ m/s。
(2)从t2到t5时间内，重力势能的增加量ΔEp＝________ J，动能的减少量ΔEk＝________ J。
(3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，即可验证了机械能守恒定律。由上述计算得ΔEp________ΔEk(选填“>”“<”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是________________。
8．某同学利用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。弧形轨道末端水平，离地面的高度为H。将钢球从轨道的不同高度h处静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为s。
(1)若轨道完全光滑，s2与h的理论关系应满足s2＝________(用H、h表示)。
(2)该同学经实验测量得到一组数据，如下表所示：
请在图2坐标纸上作出s2­h关系图。
(3)对比实验结果与理论计算得到的s2­h关系图线(图2中已画出)，自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率________(填“小于”或“大于”)理论值。
(4)从s2­h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率偏差十分显著，你认为造成上述偏差的可能原因是
__________________________________________________________。
9．利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图所示。
(1)实验步骤：
①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平；
②用游标卡尺测量挡光条的宽度为l＝9.30 mm；
③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s＝________ cm；
④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；
⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2；
⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m。
(2)用表示直接测量的字母写出下列所示物理量的表达式：
①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1＝________和v2＝________。
②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1＝________和Ek2＝________。
③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔEp减＝________(重力加速度为g)。
(3)如果ΔEp减＝________，则可认为验证了机械能守恒定律。
参考答案
1．C
解析：“在验证机械能守恒定律”的实验中，应先接通打点计时器的电源，打点计时器稳定工作后再释放纸带，故C错误。
2．D
解析：本实验中重物增加的动能略小于减少的重力势能的原因是重物及纸带在下落时受到阻力，D正确。
3．C
解析：由机械能守恒定律得：mgh＝eq \f(1,2)mv2，得：eq \f(v2,2)＝gh，可以看出eq \f(v2,2)与h成正比例关系，图线是过原点的直线，C正确。
4．AC
解析：物体重力势能的减少量为mgh，动能的增加量为eq \f(1,2)mveq \\al(2,2)－eq \f(1,2)mveq \\al(2,1)，计算gh和eq \f(1,2)veq \\al(2,2)－eq \f(1,2)veq \\al(2,1)，如果在实验误差允许的范围内gh＝eq \f(1,2)veq \\al(2,2)－eq \f(1,2)veq \\al(2,1)或2gh＝veq \\al(2,2)－veq \\al(2,1)，即可证明物体经过A、B两点时的机械能相等，故选A、C。
5．7.62 7.57
解析：C点到O点的距离hC＝77.76 cm，由此可知重力势能的减少量为mghC＝1.00×9.8×77.76×10－2 J≈7.62 J，C点的速度vC＝eq \f(hBD,2T)，代入数值解得vC≈3.89 m/s，所以重物动能的增加量为eq \f(1,2)mvC≈7.57 J，在误差允许的范围内重力势能的减少量等于动能的增加量，即机械能守恒。
6．(1)1.00 2.50 (2)5.25 5.29
7．(1)3.48 (2)1.24 1.28
(3)< 存在空气阻力
解析：(1)v5＝eq \f(16.14＋18.66,2×0.05)×10－2 m/s＝3.48 m/s。
(2)重力势能的增加量ΔEp＝mgΔh，代入数据可得ΔEp≈1.24 J，动能的减少量ΔEk＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,2)－eq \f(1,2)mveq \\al(2,5)，代入数据可得ΔEk≈1.28 J。
(3)由计算可得ΔEp<ΔEk，主要是由于存在空气阻力。
8．(1)4Hh (2)如图所示
(3)小于 (4)存在摩擦，小球在下落时可能具有转动动能(回答任一点即可)
解析：(1)根据机械能守恒定律及平抛运动知识可得：
mgh＝eq \f(1,2)mv2①
H＝eq \f(1,2)gt2，s＝vt②
联立①②得s2＝4Hh。
(2)利用描点法作图。
(3)由图像可知，测量值小于理论值。
(4)摩擦等因素都可导致结果偏差。另外小球的转动也需要能量维持，而机械能守恒中没有考虑重力势能转化成转动动能这一部分，也会导致实际速率明显小于理论速率。
9．(1)③60.00(59.96～60.04) (2)①eq \f(l,Δt1) eq \f(l,Δt2) ②eq \f(1,2)(M＋m)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(l,Δt1)))2 eq \f(1,2)(M＋m)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(l,Δt2)))2 ③mgs
(3)Ek2－Ek1
解析：由于挡光条宽度很小，因此可以将挡光条通过光电门时的平均速度当作滑块通过光电门的瞬时速度，因此，滑块通过光电门的瞬时速度为eq \f(l,Δt)，由于质量已用天平测出，则可以得到滑块的动能。测出动能的增加量，测出重力势能的减少量，如果两者在误差允许的范围内相等，就验证了机械能守恒定律。
时刻
t2
t3
t4
t5
速度(m/s)
4.99
4.48
3.98
h(10－1 m)
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
s2(10－1 m2)
2.62
3.89
5.20
6.53
7.78