人教版 高一 第七章 机械能守恒定律 - 第9节 实验：验证机械能守恒定律 提升练习

一、实验题

1. 难度：中等

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

2. 难度：简单

用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，若按正确的实验步骤进行，并选出如图乙所示的纸带，回答下列问题：

(1)纸带的__________（选填“左”或“右”）端与重物相连。

(2)下面列举了该实验的几个操作步骤（示意图如图甲所示）：

A．按照图示的装置安装器件；

B．将打点计时器接到电源的交流输出端上；

C．用天平测量出重物的质量；

D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；

E．测量纸带上打出的某些点之间的距离；

F．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。

指出其中没有必要进行的和操作不恰当的步骤，将其选项对应的字母填在下面的横线上，并改正不恰当的步骤：没有必要进行的步骤是_______，理由是_________，操作不恰当的步骤是______，改正为__________。

3. 难度：简单

在用落体法验证机械能守恒定律的实验中：

（1）所用重物质量m＝1．0 kg，打点计时器所用电源频率为50 Hz，打下的纸带如图所示（图中的数据为从起始点O到该点的距离），则在打B点时，重物的速度v_B＝________ m/s，重物的动能E_kB＝________ J，从开始下落到打B点时，重物的重力势能减少量是________ J（g取9．8 m/s²,结果保留两位有效数字）．

（2）根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，则以v²为纵轴，以h为横轴，画出的图线应是下图中的（___）

4. 难度：中等

如图所示，用倾斜放置的气垫导轨验证机械能守恒定律。已知滑块和遮光条的总质量为m，遮光条的宽度为d，重力加速度为g。现将滑块由静止释放，两个光电门G₁和G₂分别记录了遮光条通过光电门的时间t₁和t₂，则滑块通过两个光电门过程中动能的增加量______，通过两个光电门过程中重力势能的减少量______（用图中所标符号表示）。若两者在实验误差允许范围内相等，则滑块在下滑过程中机械能守恒。若实验中滑块以初速度v₀下滑，则上述方法______（选填“能”或“不能”）验证机械能守恒。

5. 难度：中等

如图所示的装置可用来验证机械能守恒定律，摆锤A拴在长为L的轻绳一端，轻绳另一端固定在O点，在A上放一个质量很小的小铁块，现将摆锤拉起，使绳与竖直方向成θ角，由静止开始释放摆锤，当其到达最低位置时，受到竖直挡板P的阻挡而停止运动，之后铁块将飞离摆锤做平抛运动．

(1)为了验证摆锤在运动过程中机械能守恒，必须求出摆锤在最低点的速度．为了求出这一速度，还应测量的物理量有__________．

(2)用测得的物理量表示摆锤在最低点的速度v＝__________．

(3)用已知的和测得的物理量表示摆锤在运动过程中机械能守恒的关系式为______．

6. 难度：简单

在“验证机械能守恒定律”的实验中，要验证的是重物重力势能的减少量等于动能的增加量。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.用天平称出重物的质量

B.把打点计时器固定到铁架台上，并用导线把它和交流电源连接起来

C.把纸带的一端固定到重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，把重物提升到一定高度

D.用停表测出重物下落的时间

7. 难度：中等

利用如图所示装置进行“验证机械能守恒定律”的实验时，需要测量重物由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度ν和下落高度h，某班同学利用实验得到的纸带设计了以下四种测量方案。

A．用刻度尺测出重物下落高度h，并测出下落时间t，通过计算出瞬时速度ν。

B．用刻度尺测出重物下落的高度h，并通过计算出瞬时速度v。

C．根据做匀变速直线运动时纸带时器纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过计算出高度h。

D．用刻度尺测出重物下落的高度图h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度ν。

(1)以上方案中只有一种最合理，最合理的是_________。（填入上述方案相应的字母）

(2)要使该实验误差尽量小，下列注意点正确的是_________。（填入相应的字母）

A．使重物的质量越大越好，但悬挂时不能拉断纸带

B．选用电火花计时器比电磁打点计时器更好，可减小阻力的影响

C．测长度时保持纸带悬挂状态，刻度尺的读数更准确

D．纸带越长越好

8. 难度：简单

某同学利用下图装置来做“验证机械能守恒定律”实验

(1)现有器材：打点计时器、学生电源、铁架台（包括铁夹）、纸带、附夹子的重锤、刻度尺、秒表、导线若干和开关，其中此实验不需要使用的器材是__________.

(2)打点计时器使用_________电源（填“交流”，“直流”）.

(3)使用打点计时器方法正确的是_________.

A．同时接通打点计时器的电源和释放重物

B．先接通打点计时器的电源再释放重物

C．先释放重物再接通打点计时器的电源

(4)若实验中所用重锤的质量m=0.3kg，打点计时器所用电源的频率为50Hz，正确操作得到的纸带如图乙所示，O点对应重锤开始下落的时刻，另选连续的三个计时点A、B、C作为测量的点，图中的数据分别为计数点A、B、C到起始点O的距离，取重力加速度g=9.8m/s²，则打点计时器在打B点时，重锤的速度大小是_______m/s，从初始位置O到打下计数点B的过程中，重锤的重力势能的减少量为____________J（结果都保留两位有效数字）

(5)在数据处理中，该同学发现物体重力势能的减少量ΔE_p总是_________（选填“大于”“等于”或“小于”）物体动能的增加量ΔE_k，主要原因是 _________(填选项前的字母)

A．选用的重锤质量过大

B．没用天平称重物质量

C．空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力

9. 难度：中等

为了探究机械能守恒定律，某同学设计了如图甲所示的实验装置，并提供了如下的实验器材：

A．小车    B．钩码    C．一端带滑轮的木板

D．细线    E．电火花计时器    F．纸带

G．毫米刻度尺    H．4~6V的交流电源    I．220V的交流电源

J．天平    K．停表

(1)根据实验装置，你认为实验中不需要的器材是__________、__________。（填写器材序号）

(2)实验中得到了一条纸带如图乙所示，选择点迹清晰且便于测量的连续7个点（标号0~6），测出1、2、3、4、5、6到0点的距离分别为、、、、、，打点周期为T。则打点2时小车的速度____________。

(3)若测得小车质量为M。钩码质量为m，打点1和点5时小车的速度分别用、表示，已知重力加速度为g，则验证点1与点5间系统的机械能守恒的关系式可表示为_____________。

(4)在处理实验数据时，如果以为纵轴，以d为横轴，根据实验数据绘出图象，其图线斜率的表达式为__________________。

10. 难度：中等

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，重力势能的增量ΔE_p＝________ J，动能的减少量ΔE_k＝________ J；

（3）在误差允许的范围内，若ΔE_p与ΔE_k近似相等，即验证了机械能守恒定律.，造成ΔE_p和ΔE_k不等的主要原因是_______________________.

11. 难度：中等

利用如图装置做“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.速度变化量与势能变化量     C.速度变化量与高度变化量

(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，得到如图所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点、、，测得它们到起始点的距离分别为、、。已知当地重力加速度为，打点计时器打点的周期为。设重物的质量为。从打点到打点的过程中，重物的重力势能变化量_________，动能变化量_________。

(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.利用公式计算重物速度                B.利用公式计算重物速度

C.空气阻力和摩擦力的影响                    D.没有采用多次实验取平均值的方法

(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒，在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点的距离，计算对应计数点的重物速度，描绘图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，请你分析论证该同学的判断是否正确_____。

12. 难度：简单

用如图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处由静止释放，钢球的落地点距上轨道末端的水平距离为x。

(1)若轨道光滑，与h的理论关系应满足__________（用H、h表示）。

(2)该同学经实验测量得到一组数据，如下表。

	2.00	3.00	4.00	5.00	6.00
	2.62	3.89	5.20	6.53	7.78

请在坐标纸上作出关系图线。

（______）

(3)对比实验结果与理论计算得到的关系图线（图中已画出），自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率___________（选填“小于”或“大于”）理论值。

(4)从关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著，你认为造成上述偏差的可能原因是________________。

13. 难度：中等

某同学设计出如图所示的实验装置来“验证机械能守恒定律”，让小球从A点自由下落，下落过程中经过A点正下方的光电门B时，光电计时器记录下小球通过光电门时间t，当地的重力加速度为 g。

（1）为了验证机械能守恒定律，该实验还需要测量下列哪些物理量_________。

A．小球的质量m                  

B．AB之间的距离H

C．小球从A到B的下落时间t_AB       

D．小球的直径d

（2）小球通过光电门时的瞬时速度v =_________(用题中所给的物理量表示)。

（3）调整AB之间距离H，多次重复上述过程，作出随H的变化图象如图所示，当小球下落过程中机械能守恒时，该直线斜率k₀=__________。

（4）在实验中根据数据实际绘出—H图象的直线斜率为k（k＜k₀），则实验过程中所受的平均阻力f与小球重力mg的比值=　_______________（用k、k₀表示）。