【創(chuàng)新設計】2020-2021學年高中物理題組訓練：7.9-實驗：驗證機械能守恒定律(人教版必修2)

9試驗：驗證機械能守恒定律(時間：60分鐘)1．關于“驗證機械能守恒定律”的試驗中，以下說法正確的是 ()A．試驗中摩擦是不行避開的，因此紙帶越短越好，由于紙帶越短，克服摩擦力做的功就越小，誤差就越小B．稱出重錘的質量C．紙帶上第1、2兩點間距若不接近2mm，則無論怎樣處理試驗數(shù)據(jù)，試驗誤差肯定較大D．處理打完點的紙帶時，可以直接利用打點計時器打出的實際點跡，而不必接受“計數(shù)點”的方法答案D解析在打紙帶時，紙帶太短了，不易打出符合試驗要求的紙帶，選項A錯誤；由于mgh＝eq\f(1,2)mv2，故稱出重錘的質量是多余的，選項B錯誤；紙帶上第1、2兩點的間距不接近2mm，是由于通電后釋放重錘時操作不同步造成的，不會影響驗證結果，選項C錯誤；處理紙帶時，由于自由落體加速度較大，紙帶上點跡距離較大，故可直接用實際點跡測量爭辯．2.圖7－9－6用圖7－9－6所示裝置驗證機械能守恒定律，由于電火花計時器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時受到較大的阻力，這樣試驗造成的結果是圖7－9－6()A．重力勢能的削減量明顯大于動能的增加量B．重力勢能的削減量明顯小于動能的增加量C．重力勢能的削減量等于動能的增加量D．以上幾種狀況都有可能答案A解析由于重物下落時要克服阻力做功，重物削減的重力勢能轉化為重物的動能和系統(tǒng)的內能，故重力勢能的減小量大于動能的增加量，A正確．3．如圖7－9－7是用自由落體法驗證機械能守恒定律時得到的一條紙帶．有關尺寸在圖中已注明．我們選中n點來驗證機械能守恒定律．下面舉一些計算n點速度的方法，其中正確的是 ()圖7－9－7A．n點是第n個點，則vn＝gnTB．n點是第n個點，則vn＝g(n－1)TC．vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)D．vn＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T)答案CD解析vn應表示從(n－1)到(n＋1)間的平均速度．C、D對，A、B錯．4.用如圖7－9－8所示的試驗裝置驗證機械能守恒定律，試驗所用的電源為同學電源，輸出電壓為6V的溝通電和直流電兩種．重物從高處由靜止開頭下落，重物上拖著的紙帶通過打點計時器打出一系列的點，對紙帶上的點的痕跡進行測量，即能驗證機械能守恒定律．下面列舉了該試驗的幾個操作步驟：圖7－9－8A．依據(jù)圖示的裝置安裝器材；圖7－9－8B．將打點計時器接到電源的直流輸出端上；C．用天平測量出重物的質量；D．釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關打出一條紙帶；E．測量打出的紙帶上某些點之間的距離；F．依據(jù)測量的結果計算分析重物下落過程中削減的重力勢能是否等于增加的動能．指出其中沒有必要進行的或者操作不恰當?shù)牟襟E，將其選項對應的字母填在下面的橫線上，并說明其緣由：___________________________________________________________________________________________________________________________________.答案BCD，緣由見解析解析步驟B是錯誤的，應當接到電源的溝通輸出端；步驟D是錯誤的，應當先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放紙帶；步驟C不必要，由于依據(jù)測量原理，重物的動能和勢能中都包含了質量m，可以約去．5．在用落體法驗證機械能守恒定律時，某小組依據(jù)正確的操作選得紙帶如圖7－9－9.其中O是起始點，A、B、C是打點計時器連續(xù)打下的3個點．用毫米刻度尺測量O到A、B、C各點的距離，并記錄在圖中．(已知當?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80m/s2，重錘質量為m＝1kg，計算結果均保留3位有效數(shù)字)圖7－9－9①圖中的三個測量數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是________段的讀數(shù)，應記作________cm；②甲同學用重錘在OB段的運動來驗證機械能守恒，他用AC段的平均速度作為B點對應的瞬時速度vB，則求得該過程中重錘的動能增加量ΔEk＝________J，重力勢能的削減量ΔEp＝________J．這樣驗證的系統(tǒng)誤差總是使ΔEk________ΔEp(選填“>”、“<”或“＝”)；③乙同學依據(jù)同一條紙帶，同一組數(shù)據(jù)，也用重錘在OB段的運動來驗證機械能守恒，將打點計時器打下的第一個點O記為第1個點，圖中的B是打點計時器打下的第9個點．因此他用v＝gt計算與B點對應的瞬時速度vB，求得動能的增加量ΔEk＝________J．這樣驗證的系統(tǒng)誤差總是使ΔEk________ΔEp(選填“>”、“<”或“＝”)．④上述兩種處理方法中，你認為合理的是________同學所接受的方法．(選填“甲”或“乙”)答案①OC15.70②1.201.22<③1.23>④甲解析①毫米刻度尺讀數(shù)要估讀到毫米下一位，OC長度讀數(shù)到1毫米，不符合讀數(shù)要求．應記作15.70cm.②AC段的平均速度即B點瞬時速度vB＝eq\f(AC,2T)＝eq\f(（15.70－9.51）×10－2m,2×0.02s)＝1.55m/s，則系統(tǒng)增加的動能ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)≈1.20J，重力勢能削減了ΔEp＝mgeq\o(OB,\s\up6(－))≈1.22J，由于摩擦力的作用，部分重力勢能轉化為內能，所以ΔEk<ΔEp.③B是打點計時器打下的第9個點，所以B點的速度vB＝gt＝g×8×0.02s＝1.57m/s，動能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)≈1.23J，這樣做把加速度依據(jù)自由落體計算，沒有考慮摩擦力的作用，而實際上，由于摩擦力的作用，加速度a<g，所以vB＝gt應大于實際對應h的速度大小，所以會使得ΔEk>ΔEp.④乙方案中直接把加速度依據(jù)重力加速度計算，不符合事實，而且誤差大，所以合理的是甲方案．6．“驗證機械能守恒定律”的試驗中．圖7－9－10(甲)是打點計時器打出的一條紙帶，選取其中連續(xù)的計時點標為A、B、C……G、H、I，對BH段進行爭辯．①已知打點計時器電源頻率為50Hz，則紙帶上打相鄰兩點的時間間隔為________．②用刻度尺測量距離時如圖(乙)，讀出A、C兩點間距為________cm，B點對應的速度vB＝________m/s(保留三位有效數(shù)字)．③若H點對應的速度為vH，重物下落的高度為hBH，當?shù)刂亓铀俣葹間，為完成試驗，要比較eq\f(1,2)veq\o\al(2,B)與________的大小(用字母表示)．圖7－9－10答案①0.02s②5.401.35③eq\f(1,2)veq\o\al(2,H)－ghBH解析①打點計時器電源頻率為50Hz，則每隔0.02s打一點．②sAC＝(5.90－0.50)cm＝5.40cm，vB＝eq\f(sAC,2T)＝eq\f(5.40×10－2,2×0.02)m/s＝1.35m/s.③由動能定理有mghBH＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,H)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)，得eq\f(veq\o\al(2,B),2)＝eq\f(veq\o\al(2,H),2)－ghBH.7．利用圖7－9－11裝置做“驗證機械能守恒定律”的試驗．圖7－9－11①除打點計時器(含紙帶、復寫紙)、溝通電源、鐵架臺、導線及開關外，在下面的器材中，必需使用的還有________．(選填器材前的字母)A．大小合適的鐵質重錘B．體積較大的木質重錘C．刻度尺D．游標卡尺E．秒表②圖7－9－12是試驗中得到的一條紙帶．在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為hA、hB、hC.重錘質量用m表示，已知當?shù)刂亓铀俣葹間，打點計時器打點的周期為T.從打下O點到打下B點的過程中，重錘重力勢能的削減量|ΔEp|＝________，動能的增加量ΔEk＝________．圖7－9－12③在試驗過程中，下列試驗操作和數(shù)據(jù)處理正確的是________．A．釋放重錘前，使紙帶保持豎直B．做試驗時，先接通打點計時器的電源，再釋放重錘C．為測量打點計時器打下某點時重錘的速度v，可測量該點到O點的距離h，再依據(jù)公式v＝eq\r(2gh)計算，其中g應取當?shù)氐闹亓铀俣菵．用刻度尺測量某點到O點的距離h，利用公式mgh計算重力勢能的削減量，其中g應取當?shù)氐闹亓铀俣娶苣惩瑢W在紙帶上選取計數(shù)點后，測量它們到起始點O的距離h，并計算出打相應計數(shù)點時重錘的速度v，通過描繪v2－h(huán)圖象去爭辯機械能是否守恒．若試驗中重錘所受阻力不行忽視，且阻力大小保持不變，從理論上分析，合理的v2－h(huán)圖象是圖7－9－13中的________．圖7－9－13答案①AC②mghBeq\f(m（hC－h(huán)A）2,8T2)③ABD④A解析①驗證機械能守恒定律試驗，需要盡量減小阻力，以使得削減的重力勢能接近增加的動能，所以選擇鐵質重錘而不是木質，這樣可以盡量削減阻力影響，即選項A對B錯；在計算速度時需要刻度尺測量點跡之間的距離以及下落的高度，所以選項C是必需的；而秒表不需要，只要查相鄰點的間隔即可得時間間隔，由于打點計時器每隔0.02秒打一個點，所以E錯誤；有刻度尺測量點間距，而不需要游標卡尺，選項D錯．②O點到B點下落的高度為hB，所以削減的重力勢能為mghB，增加的動能要計算B點的瞬時速度，B為AC的中間時刻即等于AC的平均速度，所以vB＝eq\f(hC－h(huán)A,2T)，增加的動能ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(m（hC－h(huán)A）2,8T2).③為保證只有重力做功，釋放前紙帶豎直可削減紙帶與打點計時器限位孔之間的摩擦，選項A對；試驗過程先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放紙帶，選項B對；速度的計算必需從紙帶數(shù)據(jù)來求，而不能依據(jù)自由落體運動求速度，假如依據(jù)自由落體運動的速度來求解則削減的重力勢能肯定等于增加的動能，驗證就沒有意義了，選項C錯；計算削減的重力勢能mgh肯定要依據(jù)當?shù)氐闹亓铀俣葋碛嬎?，選項D對．④若有恒定的阻力存在，則依據(jù)動能定理可得(mg－f)h＝eq\f(1,2)mv2，即eq\f(v2,h)＝2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(g－\f(f,m)))，所以圖象斜率為定值，而且過原點，對比選項A對．8．為了探究機械能守恒定律，岳口高中的金金設計了如圖7－9－14甲所示的試驗裝置，并供應了如下的試驗器材：A．小車B．鉤碼C．一端帶滑輪的木板D．細線E．電火花計時器F．紙帶G．毫米刻度尺H．低壓溝通電源I．220V的溝通電源圖7－9－14(1)依據(jù)上述試驗裝置和供應的試驗器材，你認為試驗中不需要的器材是________(填寫器材序號)，還應補充的器材是________．(2)試驗中得到了一條紙帶如圖乙所示，選擇點跡清楚且便于測量的連續(xù)7個點(標號0～6)，測出0到1、2、3、4、5、6點的距離分別為d1、d2、d3、d4、d5、d6，打點周期為T.則打點2時小車的速度v2＝________；若測得小車質量為M、鉤碼質量為m，打點1和點5時小車的速度分別用v1、v5表示，已知重力加速度為g，則驗證點1與點5間系統(tǒng)的機械能守恒的關系式可表示為________．(3)在試驗數(shù)據(jù)處理時，假如以eq\f(v2,2)為縱軸，以d為橫軸，依據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪出eq\f(v2,2)－d圖象，其圖線的斜率表示的物理量的表達式為________________．答案(1)H天平(2)eq\f(d3－d1,2T)或eq\f(d4,4T)mg(d5－d1)＝eq\f(1,2)(M＋m)(veq\o\al(2,5)－veq\o\al(2,1))(3)eq\f(m,M＋m)g解析(1)電火花計時器使用的是220V溝通電源，因此低壓溝通電源用