2024-2025學年高中物理第七章機械能守恒定律9實驗：驗證機械能守恒定律課時作業(yè)含解析新人教版必修2

PAGEPAGE7試驗：驗證機械能守恒定律時間：45分鐘一、單項選擇題1．在“驗證機械能守恒定律”的試驗中有關重錘的質量，下列說法中正確的是(B)①應選用質量較大的重錘，使重錘和紙帶所受的重力遠大于它們所受的阻力；②應選用質量較小的重錘，使重錘的慣性小一些，下落時更接近于自由落體運動；③不須要稱量重錘的質量；④必需稱量重錘的質量，而且要讀到0.01g.A．②④B．①③C．①④D．②③解析：依據(jù)試驗原理mgh＝eq\f(1,2)mv2，只需驗證gh＝eq\f(1,2)v2，故不必測量重錘的質量．由于紙帶下落過程中有系統(tǒng)誤差，為了減小這種誤差對試驗結果的影響，要讓重錘質量大一些，這樣阻力的影響就會減小，B選項正確．2．用落體法驗證機械能守恒定律的試驗中得到如圖所示紙帶．依據(jù)紙帶算出相關各點的速度v，測量出下落距離h，則以eq\f(v2,2)為縱軸，以h為橫軸畫出的圖象應是下圖中的(C)解析：由機械能守恒定律得：mgh＝eq\f(1,2)mv2，得：eq\f(v2,2)＝gh，可以看出eq\f(v2,2)與h成正比例關系，圖線是過原點的直線，C正確．數(shù)據(jù)處理可以用不同的方法，得到相同的結論．3．在“驗證機械能守恒定律”的試驗中，由于打點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，這樣的結果會有(A)A．mgh＞eq\f(1,2)mv2 B．mgh＜eq\f(1,2)mv2C．mgh＝eq\f(1,2)mv2 D．以上都有可能解析：紙帶受較大阻力，重物克服阻力做功，依據(jù)動能定理得：mgh－Wf＝eq\f(1,2)mv2，所以mgh＞eq\f(1,2)mv2.通過此題也提示我們在做試驗時，要仔細調整儀器，使兩限位孔在同始終線上，以減小誤差．4．有4條用打點計時器(所用交變電流頻率均為50Hz)打出的紙帶A、B、C、D，其中一條是做“驗證機械能守恒定律”試驗時打出的．為找出該紙帶，某同學在每條紙帶上選取了點跡清晰的、連續(xù)的4個點，用刻度尺測出相鄰兩個點間的距離依次為s1、s2、s3.請你依據(jù)下列s1、s2、s3的測量結果確定該紙帶為(已知當?shù)氐闹亓铀俣葹?.791m/s2)(C)A．61.0mm65.8mm70.7mmB．41.2mm45.1mm53.0mmC．49.6mm53.5mm57.3mmD．60.5mm61.0mm60.6mm解析：驗證機械能守恒采納重錘的自由落體運動實現(xiàn)，所以相鄰的0.02s內的位移增加量為Δs＝gT2＝9.791×0.022m≈3.9mm，答案為C.5．在探討重物自由下落過程中機械能是否守恒的試驗中，得到如圖所示的一條紙帶，該紙帶上最初打出的幾個點不清晰，紙帶上留下的是后面的一些點，算出打下B，C兩點時，重物速度分別是vB、vC，量得B、C兩點間的距離為h，那么驗證機械能守恒的表達式可寫為(B)A．gh＝veq\o\al(2,C)－veq\o\al(2,B) B．gh＝eq\f(1,2)veq\o\al(2,C)－eq\f(1,2)veq\o\al(2,B)C．vC＝vB＋aT D．veq\o\al(2,B)＋veq\o\al(2,C)＝2gh解析：從B→C的過程ΔEp減＝mgh，ΔEk增＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)，所以需驗證的表達式為mgh＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)，即gh＝eq\f(1,2)veq\o\al(2,C)－eq\f(1,2)veq\o\al(2,B).二、多項選擇題6．下列關于“驗證機械能守恒定律”試驗的試驗誤差的說法中，正確的是(BD)A．重物質量的稱量不準會造成較大誤差B．重物質量選用得較大些，有利于減小誤差C．重物質量選用得較小些，有利于減小誤差D．先釋放紙帶后接通電源會造成較大誤差解析：在“驗證機械能守恒定律”試驗中，我們只需比較ghn與eq\f(v\o\al(2,n),2)的值即可驗證機械能守恒定律是否成立，與重物質量無關，因此選項A錯誤；若將重物質量選得大些，則在重物下落過程中，空氣阻力可忽視不計，有利于減小誤差，所以選項B正確，選項C錯誤；紙帶下落與打點不同步，紙帶先下落而后打點，此時，紙帶上最初兩點的點跡間隔較正常時略大，用此紙帶進行數(shù)據(jù)處理，其結果是：重物在打第一個點時就有了初動能，而我們計算動能增加量時認為初動能為0，因此重物動能的增加量比重物重力勢能的削減量大，故選項D正確．7．在“驗證機械能守恒定律”的試驗中，下列物理量中須要測量的有(CD)A．重物的質量B．重力加速度C．重物下落的高度D．與重物下落高度對應的重物的瞬時速度解析：依據(jù)試驗原理，須要驗證mgh＝eq\f(1,2)mv2，質量可以消去，無需測量，而高度和速度是必需測量的．8．用自由落體驗證機械能守恒定律，就是看eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)是否近似等于mghn(n為計時點的編號0、1、2、…)．下列說法中正確的是(AB)A．打點計時器打第一個點0時，重物的速度為零B．hn為計時點n到計時點0的距離C．m為重物的質量，需用天平稱量D．用vn＝gtn計算vn時，tn＝(n－1)T(T為打點周期)解析：本試驗的原理就是利用重物的自由落體運動來驗證機械能守恒定律，因此打點計時器所打的第一個點，重物的速度應為零，A對；hn與vn分別表示打第n個點時重物下落的高度和對應的瞬時速度，B對；本試驗中，不須要測量重物的質量，因為公式mgh＝eq\f(1,2)mv2的兩邊都有m，故只要gh＝eq\f(1,2)v2成立，mgh＝eq\f(1,2)mv2就成立，機械能守恒定律也就被驗證了，所以C錯；不能用vn＝gtn計算vn，因為實際試驗中有阻力，實際的加速度a≠g，故D錯．三、非選擇題9．某試驗小組在做“驗證機械能守恒定律”試驗中，提出了如圖所示的甲、乙兩種方案：甲方案為用自由落體運動進行試驗，乙方案為用小車在斜面上下滑進行試驗．(1)組內同學對兩種方案進行了深化的探討分析，最終確定了一個大家認為誤差相對較小的方案，你認為該小組選擇的方案是圖甲，理由是理由見解析．(2)若該小組采納圖甲的裝置打出了一條紙帶如圖丙所示，相鄰兩點之間的時間間隔為0.02s，請依據(jù)紙帶計算出B點的速度大小為1.37m/s.(結果保留三位有效數(shù)字)(3)該小組內同學依據(jù)紙帶算出了相應點的速度，作出v2－h(huán)圖線如圖丁所示，請依據(jù)圖線計算出當?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.8m/s2.(結果保留兩位有效數(shù)字)解析：(1)圖甲；采納圖乙試驗時，由于小車與斜面間存在摩擦力的作用，且不能忽視，所以小車在下滑的過程中機械能不守恒，故圖乙不能用于驗證機械能守恒．(2)vB＝eq\f(12.40－6.93×10－2,0.04)m/s≈1.37m/s.(3)因為mgh＝eq\f(1,2)mv2，所以g＝eq\f(\f(1,2)v2,h)＝eq\f(1,2)k，k為圖線的斜率，求得g＝9.75m/s2，約為9.8m/s2.10．某同學利用豎直上拋小球的頻閃照片驗證機械能守恒定律．頻閃儀每隔0.05s閃光一次，圖中所標數(shù)據(jù)為實際距離，該同學通過計算得到不同時刻的速度如下表(當?shù)刂亓铀俣热?.8m/s2，小球質量m＝0.2kg，計算結果保留三位有效數(shù)字)：時刻t2t3t4t5速度(m·s－1)4.994.483.98(1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計算t5時刻小球的速度v5＝3.48m/s.(2)從t2到t5時間內，重力勢能增量ΔEp＝1.24J，動能削減量ΔEk＝1.28J；(3)在誤差允許的范圍內，若ΔEp與ΔEk近似相等，從而驗證了機械能守恒定律．由上述計算得ΔEp<(選填“>”“<”或“＝”)ΔEk，造成這種結果的主要緣由是存在空氣阻力．解析：(1)t5時刻小球的速度v5＝eq\f(16.14＋18.66,2×0.05)×10－2m/s＝3.48m/s；(2)從t2到t5時間內，重力勢能增量ΔEp＝mgh25＝0.2×9.8×(23.68＋21.16＋18.66)×10－2J≈1.24J，動能削減量ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,5)≈1.28J；(3)ΔEp<ΔEk，造成這種結果的主要緣由是存在空氣阻力．11．某同學利用如圖所示的試驗裝置驗證機械能守恒定律．弧形軌道末端水平，離地面的高度為H.將鋼球從軌道的不同高度h處靜止釋放，鋼球的落點距軌道末端的水平距離為s.(1)若軌道完全光滑，s2與h的理論關系應滿意s2＝4Hh.(用H、h表示)(2)該同學經(jīng)試驗測量得到一組數(shù)據(jù)，如下表所示：h/×10－1m2.003.004.005.006.00s2/×10－1m22.623.895.206.537.78請在坐標紙上(如圖)作出s2－h(huán)關系圖．答案：如圖所示(3)對比試驗結果與理論計算得到的s2－h(huán)關系圖線(圖中已畫出)，自同一高度靜止釋放的鋼球，水平拋出的速率小于(選填“小于”或“大于”)理論值．