人教版 (2019)必修 第二册5 实验：验证机械能守恒定律一课一练

第八章  机械能守恒定律

8.5   实验：验证机械能守恒定律

1．某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分．剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图中，单位是cm.打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2，(重物质量为mkg)．

(1)重物在2点时的速度v2＝________，在5点时的速度v5＝________，此过程中动能增加量ΔEk＝________，重力势能减少量ΔEp＝________.由以上可得出实验结论：

________________________________________________________________________.

(2)根据实验判断下列图象正确的是(其中ΔEk表示重物动能的变化量，Δh表示重物下落的高度)（____）

A．       B．     C．       D．

2．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＝0.4 kg，结果保留3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，重力势能增量ΔEp＝______ J，动能减少量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_____．

3．利用自由落体运动可测量重力加速度．有两组同学分别利用下面甲，乙两种实验装置进行了实验，其中乙图中的M为可恢复簧片，M与触头接触，开始实验时需要手动敲击M断开电路，使电磁铁失去磁性释放第一个小球，当前一个小球撞击M时后一个小球被释放．

①下列说法正确的有__________

A．两种实验都必须使用交流电源

B．甲实验利用的是公式△x=gT2；乙实验利用的是公式h= gt2，所以都需要用秒表测量时间，用直尺测量距离

C．甲实验要先接通电源，后释放纸带；乙实验应在手动敲击M的同时按下秒表开始计时

D．这两个实验装置均可以用来验证机械能守恒定律

②图是用甲实验装置进行实验后选取的一条符合实验要求的纸带，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(其他点未画出)．已知打点计时器每隔0.02 s打一次点，可以计算出重力加速度g=__________m/s2（结果保留两位有效数字）．

③用乙实验装置做实验，测得小球下落的高度H=1.200m，10个小球下落的总时间t=5.0s． 可求出重力加速度g=_______m/s2（结果保留两位有效数字）．

4．用如图实验装置验证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，即可验证系统机械能守恒定律。下图给出的是实验中获取的一条纸带：两物体从静止释放，0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。已知m1= 50g、m2=150g ，交流电的频率为50Hz，g取9.8m/s2则：（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=_________m/s；

（2）在计数点0到计数点5过程中系统动能的增量△EK=_________J，系统势能的减少量△EP=_________J；

（3）实验结论：______________。

5．某同学用如图甲所示的装置通过研究重锤的落体运动来验证机械能守恒定律，已知重力加速度为g。

(1)在该实验中所需要的物理量是________（填写代号）

A．重锤的质量        B．重锤底部距水平地面的高度

C．重锤下落的高度        D．与下落高度对应的重锤的瞬时速度

(2)在实验得到的纸带中，我们选用如图乙所示的起点0（与相邻点之间距离约为2mm）的纸带来验证机械能守恒定律。图中A、B、C、D、E、F、G为七个相邻的原始点，F点是第n个点。设相邻点间的时闻间隔为T，下列表达式可以用在本实验中计算F点速度vF的是_____

A．    B．    C．    D．

(3)实验中在操作、测量及计算无误的前提下所求总要略小于gh，产生这一结果的系统误差的原因有________________（写出一个）。

6．利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图所示．

(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l＝9.30 mm.

③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x＝________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m0，再称出托盘和砝码的总质量m.

(2)用表示直接测量量的字母写出下列所求物理量的表达式：

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＝________(重力加速度为g)．

(3)如果ΔEp＝________，则可认为验证了机械能守恒定律．

7．如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。

对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是______。

A.重物选用质量和密度较大的金属锤

B.两限位孔在同一竖直面内上下对正

C.精确测量出重物的质量

D.用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物

某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有______。

A.OA、AD和EG的长度          

B、OC、BC和CD的长度

C.BD、CF和EG的长度           

D、AC、BD和EG的长度

8．利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度，实验时滑块在A点处由静止开始运动｡

(1)滑块通过B点的瞬时速度可表示为__________；

(2)某次实验测得倾角，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时，小球和带遮光片的滑块组成的系统动能增加量可表示为__________，系统的重力势能减少量可表示为__________，在误差允许的范围内，若则可认为系统的机械能守恒。

9．利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验。

（1）为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的________。

A．动能变化量与势能变化量      B．速度变化量和势能变化量

C．速度变化量和高度变化量

（2）除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是________。

A．交流电源   B．刻度尺   C．天平(含砝码)

（3）实验中，先接通电源，再释放重物，得到图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。

已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量ΔEp＝____________，动能变化量ΔEk＝__________。

（4）大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是________。

A．利用公式v＝gt计算重物速度    B．利用公式v＝计算重物速度

C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响    D．没有采用多次实验取平均值的方法

10．用如图所示装置可验证机械能守恒定律，轻绳两端系着质量相等的物体A、B，物体B上放一金属片C，铁架台上固定一金属圆环，圆环处在物体B的正下方。系统静止时，金属片C与圆环间的高度为，将B由静止释放，系统开始运动。当物体穿过圆环时，金属片C被搁置在圆环上，两光电门固定在铁架台、处，通过数字计时器可测出物体B通过、这段距离的时间。

(1)若测得、之间的距离为，物体B通过这段距离的时间为，则物体B刚穿过圆环后的速度____________；

(2)若物体A、B的质量均用表示，金属片C的质量用表示，该实验中验证了下面哪个等式成立，即可验证机械能守恒定律，正确的选项为____________；

A．                         

B．

C．                   

D．

(3)本实验中的测量仪器除了刻度尺、光电门、数字计时器外，还需要____________；

(4)改变物体B的初始位置，使物体B由不同的高度落下穿过圆环，记录各次的高度，以及物体B通过、这段距离的时间，以为纵轴，以____________（填“”或“”）为横轴，通过描点作出的图线是一条过原点的直线，该直线的斜率____________。（用、、表示）

11．在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为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，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连续点中的三个点。已知打点计时器每隔0.02s打一个点，当地的重力加速度为g＝9.80m/s2，那么：

(1)根据图所得的数据，应取图中O点到_____点来验证机械能守恒定律；

(2)从O点到(1)问中所取的点，重物重力势能的减少量△Ep＝_____J，动能增加量△Ek＝_____J（结果取三位有效数字）；

(3)若测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及物体下落的高度h，则以v2为纵轴，以h为横轴画出的图象是如图中的_____。

A． B. C. D.

12．某同学利用如图甲所示的实验装置，通过研究纸带上第一个点到某一个点之间的运动来验证机械能守恒定律。通过实验数据分析，发现本实验存在较大的误差，为此改用如图乙所示的实验装置：通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中球心正好经过光电门B时，通过与光电门B相连的毫秒计时器（图中未画出）记录挡光时间t，用毫米刻度尺测出A、B之间的距离h，用游标卡尺测得小铁球的直径，重力加速度为g。请回答下列问题：

(1)小铁球经过光电门时的瞬时速度v=______（用题中所给字母表示）。

(2)如果d、t、h、g满足关系式______，就可验证机械能守恒定律。

(3)比较两个方案，改进后的方案相比原方案主要的两个优点是______。

A．不需要测出小铁球的质量

B．电磁铁控制小铁球，更易保证小铁球的初速度为0

C．消除了纸带与打点计时器之间的摩擦力影响

D．数据处理大大简化