2018学年高中物理人教版必修2习题：第七章 机械能守恒定律 第9节

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实验：验证机械能守恒定律

（满分100分，45分钟完成） 班级_________姓名_________

第Ⅰ卷(选择题 共48分)

一、选择题：本大题共8小题，每小题6分，共48分。在每小题给出的四个选项中，至少

有一个选项正确，选对的得6分，对而不全得3分。选错或不选的得0分。 1．在《验证机械能守恒定律》的实验中，下列说法中正确的是

A．选用重物时重的比轻的好 B．选用重物时体积小的比体积大的好 C．选用重物时密度小的比密度大的好 D．选用重物后要测量其质量

（ ）

2．在《验证机械能守恒定律》的实验中，某同学重复做了四次实验，得到了四条纸带，一、二两点间的距离如下，则应选用哪一条比较恰当

A．1mm C．3mm

B．2mm D．4mm

（ ）

（ ）

3．在《验证机械能守恒定律》的实验中，关于实验误差的说法中，正确的是

A．重物质量的称量不准会造成较大的误差 B．重物质量选用得大些，有利于减小误差 C．重物质量选用得小些，有利于减小误差 D．纸带下落和打点不能同步会造成较大误差

4．在《验证机械能守恒定律》的实验中，下面叙述正确的是

A．应用天平称出重物的质量

（ ）

B．应当选用点迹清晰，第一、二两点距离约2mm的纸带进行测量 C．操作时应先放纸带，后接通电源

D．打点计时器应接在电压为4～6V的直流电源上

5．在《验证机械能守恒定律》的实验中，用重锤自由下落的过程验证机械能守恒，下列说法正确的是

（ ）

A．实验时，应先接通打点计时器，等打点稳定后再释放纸带 B．必须用天平称量所用重锤的质量

C．为了方便，应在打下的纸带上每5个点取一个计数点进行测量和计算 D．本实验的系统误差，总是使重力势能的减少量大于动能的增加量

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6．在《验证机械能守恒定律》的实验中，要验证重锤下落时重力势能的减少等于它动能的增加，以下步骤仅是实验中的一部分，在这些步骤中多余的或错误的有 ．．．．

A．用天平称出重锤的质量，用秒表测出重锤下落的时间

B．把电火花计时器固定到铁架台上，并用导线把它和低压交流电源连接起来 C．把纸带的一端固定到重锤上，另一端穿过电火花计时器的限位孔，用手提着纸带，

（ ）

手靠近电火花计时器的限位孔

D．先接通电源，后释放纸带

7．在《验证机械能守恒定律》的实验中，下列哪一个量的测量值对结果的影响最大（ ）

A．重物下落的高度h B．计时器打点的时间间隔T C．纸带上计数点的速度v D．纸带上计数点间的距离

8．在《验证机械能守恒定律》的实验中，发现重物减少的重力势能总是大于增加的动能，造成这种现象的原因是

第Ⅱ卷（非选择题，共52分）

二、填空、实验题：本大题共5小题，每小题5分，共25分。把正确答案填写在题中横线

上或按要求作答。

9．在《验证机械能守恒定律》的实验中，下列物理量中需要测量的有___________，通过计

算得到的有___________（填字母序号）

A．重锤质量

B．重力加速度

D．与下落高度对应的重锤的瞬时速度

A．选用的重物质量过大 B．选用的重物质量较小

C．空气对重物的阻力和打点计时器对纸带的阻力 D．实验数据测量不准确

（ ）

C．重锤下落的高度

10．在《验证机械能守恒定律》的实验中，有下列器材可供选择：

A．铁架台；B．打点计时器；C．复写纸；D．纸带；E．秒表；F．低压直流电源；G．导线；H．电键；I．天平。

其中不必要的器材是___________，缺少的器材是________________________________。

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11．验证机械能守恒定律的实验步骤有：

①把打点计时器安装在铁架台上，用导线将学生电源和打点计时器接好。 ②重复上一步的过程，打三到五条纸带。

③把纸带的一端和用夹子固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器附近。

④用公式vn?hn?1?hn?1，计算出各点的瞬时速度v1、v2、v3、……并记录在表格中。 2t⑤接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重锤自由下落，打点计时器应该再纸带上打出一系列的点。

⑥计算各点的重力势能的减少量mghn和动能的增加量等，将数值填入表格内。

1mvn2，并进行比较，看是否相2 ⑦选择一条点迹清晰，第1、2点间距离接近2mm的的纸带，在起始点标上O，以后各点依次为1、2、3、……用刻度尺测量对应下落的高度h1、h2、h3、……记入表格中。

上述步骤合理的顺序应该是______________________。

v212．在《验证机械能守恒定律》的实验中，若以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据给

2v2v2出的－h图象应是___________，才能验证机械能守恒定律。－h图线的斜率等

22于___________的数值。

13．如图1所示，水平桌面上有斜面体A、小铁块B。斜面体的斜面是曲面，由其截面图可

以看出曲线下端的切线是水平的。现提供的实验测量工具只有：天平、直尺。其他的实验器材可根据实验要求自选。请设计一个实验，测出小铁块B自斜面顶端由静止下滑到低端的过程中，小铁块B克服摩擦力做的功，要求：

（1）简要说明实验中需测量的物理量。 （2）简要说明实验步骤。

图1

三、计算题：本大题共2小题，计27分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算

步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。

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14．（12分）在《验证机械能守恒定律》的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，

查得当地的重力加速度g＝9.80 m/s，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量出各计数点对应刻度尺上的读数如图2所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、

2

B、C、D分别是每打两个点取出的计数点.根据以上数据，可知重物由O点运动到B点

时。

O A B 12.5 19.5 C 28.05 D 38.15 图2

15．（15分）某同学做《验证机械能守恒定律》实验，不慎将一条选择好的纸带的前面一部

分破坏了，剩下了一段纸带上的各个点间的距离，他测出的结果如图3所示，已知打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度g＝9.8 m/s，利用这段纸带说明重锤通过2、5两点时机械能守恒。

12.823.233.644.054.36cm2

（1）重力势能的减少量为多少？ （2）动能的增加量是多少？

（3）根据计算的数据可得出什么结论？产生误差的主要原因是什么？

图3 参考答案

一、选择题： 1．【答案】AB

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【点拨】因空气阻力和计时器对纸带的阻力存在，重物应选择质量较大、体积较小、密度较大的物体，这样的重物阻力对其下落的影响较小；验证机械能守恒的关系为：mgh=只要验证等式两边在实验误差范围内是否相等，即验证等式gh=不需要测量重物的质量。 2．【答案】B

【点拨】当打点计时器的频率为50Hz时，每隔0.02s打一次点，如果做的是自由落体运动，则在第一个0.02s内下落的距离大约是2mm。所以第一、二两点间的距离接近2mm，说明打点计时器打第一点量重物开始下落，符合自由下落的验证条件。 3．【答案】BD

【点拨】本实验无需测量重物的质量，A错误；重物质量选用得大些，在下落过程中空气阻力的影响就相对较小，重物的下落即可看成自由落体，B正确，C错误；纸带下落和打点不同步，就不能保证打第一点时重物的初速度为零，会造成较大误差，D正确。 4．【答案】B

【点拨】本实验无需测量重物的质量，A错误；纸带上第一、二两点距离接近2mm时表示打第一点的同时重物开始自由下落，符合自由落体验证的条件，B正确；操作时应先接通电源，待打点稳定后再放开纸带，C错误；打点计时器应接在电压为4～6V的交流电源上，直流无法让计时器工作，D错误。 5．【答案】AD

【点拨】实验时，应先接通打点计时器，等打点稳定后再释放纸带，A正确；本实验无须用天平称量所用重锤的质量，B错误；本实验重物运动的加速度较大，纸带上计数点间的距离较大，若每5个点取一个计数点，无法取多组数据，C错误；本实验中因各种阻力的存在，重力势能的减少量大于动能的增加量，D正确。 6．【答案】ABC

【点拨】本实验无需测量重锤的质量和重锤下落的时间，这种操作是多余的；电火花计时器所用的电源是220V交流电源，用低压交流电源连接是错误的；用手提着纸带，应该是重锤靠近电火花计时器的限位孔，手靠近电火花计时器的限位孔是错误的；先接通电源，后释放纸带是正确的。本题答案是ABC。 7．【答案】C

【点拨】在本实验的数据处理中，速度v有二次方，所以速度的测量值对实验结果的影响最

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12mv，212v是否成立即可，所以2

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大。 8．【答案】C

【点拨】重物减少的重力势能总是大于增加的动能，造成的原因是空气对重物的阻力和打点计时器对纸带的阻力；选用的重物质量的大小只能对减小实验误差；实验数据测量不准确，不会 是重物减少的重力势能总是大于增加的动能。 二、填空、实验题： 9．【答案】C；D

【点拨】本实验中重锤质量不需测量，当地重力加速度作为已知数值；可以通过纸带测量重锤下落的高度；利用平均速度等于中间时刻的瞬时速度计算得到与下落高度对应的重锤的瞬时速度。

10．【答案】E F I H，重锤、低压交流电源、毫米刻度尺、铁夹。

【点拨】本实验中质量可以在计算中约去，时间可以从计时器在纸带中打出的点中得到，打点计时器需要低压交流电源，低压交流电源本身有开关，不再需要电键。纸带测量需要刻度尺，重锤与纸带间的连接需要铁夹。 11．【答案】①③⑤②⑦④⑥ 【点拨】（略）

12．【答案】过坐标原点的直线；重力加速度g

【点拨】用自由下落的物体验证机械能守恒的关系为：gh=1212v，v与h成正比关系，

22所以12v－h图线应是过坐标原点的直线；斜率等于比例常数的数值，即表示当地的重力加2速度g值。

13．【答案】（1）斜面高度H，桌面到地面的高度h，O到P的距离s，小铁块B的质量m。（2）①用天平测出B的质量m；②如图所示安装实验器材，地面铺白纸、复写纸并用胶带粘牢；③用手按住斜面A，让B从斜面顶端由静止滑下，记录落地点P1；④重复③的步骤五次，找出平均落地点P；⑤用直尺测出图中的H，h，s；⑥实验结束，整理器材。（3）Wf＝mgH－mgs/4h。 【点拨】（略，其它的方法也可） 三、计算题：

14．【答案】（1）1.91m；（2）1.89m；（3）略 【解析】（1）重力势能的减少量为：

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ΔEp减＝mghOB＝m×9.8×0.195＝1.91m。

（2）B点是A、C的中间时刻点，重锤下落到B点时的瞬时速度等于A、C间的平均速度，为：

vB＝hAC0.1555＝m/s＝1.944 m/s。 2?0.042T所以重锤从开始到下落到B点增加的动能为：

1122

ΔEk增＝mvB＝m(1.944)＝1.89m。

22（3）从计算的数据得出，在实验误差允许的范围内重锤减少的重力势能等于其动能的增加，机械能守恒；重锤减少的重力势能略大于其增加的动能，原因：重锤在下落时要受到空气阻力和计时器对纸带的阻力。 15．【答案】（略）

【解析】根据匀变速直线运动某段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度可分别求得2、5点的速度：

(2.8+3.2)?10-2v2＝m/s＝1.50 m/s

2′0.02(4.0+4.3)?10-2v5＝ m/s＝2.08 m/s

2′0.022、5两点间距离对应着下落的高度，有：

h25＝（3.2＋3.6＋4.0）m＝1.08×10－1 m

所以，2、5两点间对应减少的重力势能为： ΔEp＝mgh25＝m×9.8×1.08×10 J＝m×1.06 J 2、5两点间对应增加的动能为： ΔEk＝－1

111mv52－mv22＝m(2.082－1.502)＝m×1.03 J 222比较可得，ΔEp和ΔEk近似相等，重锤减少的势能近似等于重锤增加的动能，械能守恒定律成立。

【总结】机械能守恒的物理过程，在任何时刻（状态）机械能均守恒，由此只要任取两点对应的中间过程，都可以来验证机械能守恒定律，纸带部分破坏，不影响取点，进而仍可来验证机械能守恒定律。

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