實驗驗證機械能守恒定律同步練習Word版含答案

實驗：驗證機械能守恒定律一、多選題1．如圖所示的裝置由氣墊導軌、兩個光電門、滑塊和砂桶等組成，光電門可以測出滑塊的遮光板分別通過兩個光電門的時間Δt1、Δt2，游標卡尺可以測出遮光板的寬度d，導軌標尺可以測出兩個光電門間的距離L，另用天平測出滑塊、砂桶(含砂)的質量分別為M和m，下列說法正確的是()A．用該裝置可以測出滑塊通過兩光電門的速度，并計算出滑塊運動的加速度aB．用該裝置驗證牛頓第二定律時，要保證拉力近似等于砂桶(含砂)的重力，因此必須滿足m≤MC．可以用該裝置驗證機械能守恒定律，但必須滿足m＜MD．可以用該裝置探究“功和速度變化的關系”2．用落體法“驗證機械能守恒定律”，就是看mvn2是否等于mghn（n為計數(shù)點的編號0、1、2…n）。下列說法中正確的是（）A．打點計時器打第一個點0時，重物的速度為零B．hn是計數(shù)點到起始點0的距離C．必須測量重物的質量D．可以用vn＝gtn計算vn，其中tn＝（n－1）T（T為打點周期）二、單選題3．某位同學做利用自由落體運動“驗證機械能守恒定律”的實驗，下列操作步驟中錯誤的是（）A．把打點計時器固定在鐵架臺上，用導線連接到低壓交流電源B．將連有重錘的紙帶穿過限位孔，將紙帶和重錘提升到一定高度C．先釋放紙帶，再接通電源D．更換紙帶，重復實驗，根據記錄處理數(shù)據4．利用自由落體運動驗證機械能守恒定律時，需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度和下落高度．某班同學利用實驗得到的紙帶，設計了以下四種測量方案，正確的是（）A．用刻度尺測出物體下落的高度，并測出下落時間，通過計算出瞬時速度B．用刻度尺測出物體下落的高度，并通過計算出瞬時速度C．根據勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于該段時間內的平均速度，測算出某點的瞬時速度，并通過計算出物體下落至該點的高度D．用刻度尺測出物體下落至某點的高度，根據勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于該段時間內的平均速度，測算出該點的瞬時速度5．某同學用如圖所示的裝置做“驗證機械能守恒定律"實驗。下列說法正確的是（）

A．打點計時器使用的是交流電源B．完成該實驗需要秒表C．實驗時應先釋放紙帶，再接通電源D．實驗時必需測量物體的質量三、實驗題6．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，質量為1kg的重物自由下落，在紙帶上打出一系列的點，其中O為第一個點，A、B、C為從合適位置開始選取的連續(xù)三個點，如圖所示。相鄰計數(shù)點間隔的時間為，測量點間距所用單位為cm，取重力加速度g=s2。（計算結果均保留3位有效數(shù)字）(1)打點計時器打下計數(shù)點B時，重物的速度是__________m/s；(2)從起點O到打下計數(shù)點B的過程中，重物重力勢能的減少量ΔEp=__________J，動能的增加量ΔEk=__________J；(3)通過計算可知，在數(shù)值上ΔEp__________（選填“>”“<”或“=”）ΔEk。這是因為__________。7．如圖所示，兩個質量各為m1和m2的小物塊A和B，分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端，已知m1>m2，現(xiàn)要利用此裝置驗證機械能守恒定律。(1)若選定物塊A從靜止開始下落的過程進行測量，則需要測量的物理量有___________（填選項前編號）。①物塊的質量m1、m2②物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時間③物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時間④繩子的長度(2)為提高實驗結果的準確程度，某小組同學對此實驗提出以下建議：①繩的質量要輕②在“輕質繩”的前提下，繩子越長越好③盡量保證物塊只沿豎直方向運動，不要搖晃④兩個物塊的質量之差要盡可能小以上建議中確實對提高準確程度有作用的是___________（填選項前編號）。8．如圖所示是某同學探究動能定理的實驗裝置。已知重力加速度為g，不計滑輪摩擦阻力，該同學的實驗步驟如下：A．將長木板傾斜放置，小車放在長木板上，長木板旁放置兩個光電門A和B，砂桶通過滑輪與小車相連。B．調整長木板傾角，使得小車恰好能在細繩的拉力作用下勻速下滑，測得砂和砂桶的總質量為m。C．某時刻剪斷細繩，小車由靜止開始加速運動。D．測得擋光片通過光電門A的時間為Δt1，通過光電門B的時間為Δt2，擋光片寬度為d，小車質量為M，兩個光電門A和B之間的距離為L。E．依據以上數(shù)據探究動能定理。(1)根據以上步驟，你認為以下關于實驗過程的表述正確的是___________。A．實驗時，先接通光電門，后剪斷細繩B．實驗時，小車加速運動的合外力為F=MgC．實驗過程不需要測出斜面的傾角D．實驗時，應滿足砂和砂桶的總質量m遠小于小車質量M(2)小車經過光電門A、B的瞬時速度為vA=___________，vB=___________。如果關系式___________在誤差允許范圍內成立，就驗證了動能定理。9．圖為一種利用氣墊導軌“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置。主要實驗步驟如下：A．將氣墊導軌放在水平桌面上，將導軌調至水平；B．測出擋光條的寬度d；C．將滑塊移至圖示位置，測出擋光條到光電門的距離l；D．釋放滑塊，讀出擋光條通過光電門的擋光時間t；E.用天平稱出托盤和砝碼的總質量m；F.……。回答下列問題：(1)在滑塊從靜止釋放到運動到光電門的過程中，系統(tǒng)的重力勢能減少了多少？(2)為驗證機械能守恒定律，還需要測量哪個物理量？(3)若要符合機械能守恒定律的結論，以上測得的物理量應該滿足怎樣的關系？10．根據“驗證機械能守恒定律”的實驗回答下列問題。(1)關于本實驗的敘述中，正確的有（______）A．打點計時器安裝時要使兩限位孔位于同一豎直線上并安裝穩(wěn)定，以減小紙帶下落過程中的阻力B．需用天平測出重物的質量C．打點計時器用四節(jié)干電池串聯(lián)而成的電池組作為電源D．用手托著重物，先閉合打點計時器的電源開關，然后釋放重物E．打出的紙帶中，只要點跡清晰，就可以運用公式mgΔh=mv2來驗證機械能是否守恒F．驗證機械能是否守恒必須先確定重力勢能的參考平面(2)驗證機械能是否守恒時，對于實驗中計算某一點的速度，甲同學用v=gt來計算，乙同學用vn=來計算。其中___________同學的計算方法符合實驗要求。計算重力勢能時，對于重力加速度g的數(shù)值，甲同學用s2代入，乙同學用通過對紙帶分析計算出重物下落的實際加速度代入，丙同學用當?shù)氐膶嶋H重力加速度代入，其中___________同學的做法是正確的。11．現(xiàn)利用如圖所示裝置驗證機械能守恒定律。圖中AB是固定的光滑斜面，斜面的傾角為30°，1和2是固定在斜面上適當位置的兩個光電門，與它們連接的光電計時器都沒有畫出。讓滑塊從斜面的頂端滑下，光電門1、2各自連接的光電計時器顯示的擋光時間分別為×10-2s、×10-2s。已知滑塊質量為kg，滑塊沿斜面方向的長度為cm，光電門1和2之間的距離為m，g取m/s2，取滑塊經過光電門時的速度為其平均速度（計算結果保留三位有效數(shù)字）。(1)滑塊經過光電門1時的速度v1=___________m/s，通過光電門2時的速度v2=___________m/s。(2)滑塊通過光電門1、2之間的動能增加量為___________J，重力勢能的減少量為___________J。12．某同學利用如圖所示裝置驗證機械能守恒定律：光滑圓弧軌道豎直放置，軌道邊緣標有表示圓心角的刻度，軌道最低點裝有壓力傳感器。現(xiàn)將小球置于軌道上θ刻度處由靜止釋放，當其通過最低位置時，讀出壓力傳感器的示數(shù)F，已知當?shù)刂亓铀俣葹間。(1)為驗證小球在沿軌道下滑過程中機械能守恒，實驗中還必須測量的物理量有___________。A．軌道的半徑RB．小球的質量mC．每次小球釋放點離地面的高度hD．每次小球在軌道上運動的時間t(2)根據實驗測得的物理量，寫出小球在運動過程中機械能守恒應滿足的關系式為F=___________。(3)寫出一條提高實驗精確度的建議：___________。13．某中學實驗小組的同學設計了如圖甲所示的實驗裝置，利用平拋運動驗證機械能守恒定律。其中曲面軌道與水平桌面相切，已知水平桌面距離水平地面的高度為，現(xiàn)將一質量為的小球由距離水平桌面高的位置無初速度放下，經過一段時間小球從桌面的末端沿水平方向離開，經測量可知小球的落地點距離桌面邊緣的水平距離為。則：(1)假設曲面軌道與小球間的摩擦力可忽略不計，則關于的表達式為________（用題中的物理量表示）；(2)如果該小組的同學重復多次操作后，將得到的實驗數(shù)據記錄如下：在圖乙中將表中的數(shù)據點描繪在坐標系中，并作出相應的函數(shù)圖線________；(3)將該同學作出的函數(shù)圖線與圖乙中的理論值相比較，得出小球離開水平桌面的速度大小比理論值________（選填“小”或“大”），并分析造成這一實驗結果的原因：________。參考答案1．AD【詳解】A．由于遮光板通過光電門的時間極短，可以用平均速度表示瞬時速度，求出滑塊通過兩光電門的瞬時速度，測出兩光電門的距離，根據求解加速度，故A正確；B．用該裝置驗證牛頓第二定律時，要保證拉力近似等于砂桶的重力，必須滿足，故B錯誤；C．以滑塊及沙桶為系統(tǒng)，系統(tǒng)只有沙桶重力做功，可以用該裝置驗證機械能守恒定律，但是不需要滿足m＜M，故C錯誤；D．用該裝置光電門可以測出滑塊分別通過兩個光電門的瞬時速度，滑塊和沙桶的合力就等于砂桶的重力，導軌標尺可以測出兩個光電門間的距離，這樣就可以求出拉力做功，可以驗證動能定理，故D正確。故選AD。2．AB【詳解】A．打點計時器打第一個點時，重物運動的速度應為零，故A正確；B．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，故B正確；C．本實驗中，不需要測量重物的質量，因為公式的兩邊都有m，故只要成立就成立，機械能守恒定律也就被驗證了，故C錯誤；D．實驗中應用公式來計算vn，故D錯誤。故選AB。3．C【詳解】A．打點計時器使用低壓交流電源，所以實驗時把打點計時器固定在鐵架臺上，用導線連接低壓交流電源，A正確；B．固定好打點計時器，將連有重物的紙帶穿過限位孔，用手提住，將紙帶和重錘提升到一定高度，盡量靠近打點計時器，B正確；C．應先接通電源，然后釋放重物，否則紙帶開始階段是空白，可能所采集的數(shù)據不夠，而且浪費紙帶，C錯誤；D．重復幾次，取得幾條打點紙帶，挑選一條清楚的紙帶進行數(shù)據處理，D正確。故選C。4．D【詳解】AB．由于空氣阻力和紙帶與打點計時器間的摩擦阻力的作用，使得物體由靜止開始自由下落的運動不是自由落體運動，而都是自由落體運動的公式，AB錯誤；CD．物體下落到某點時的瞬時速度，應根據勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于該段時間內的平均速度測算得到，而物體下落的高度是用刻度尺測量得到的，不是計算得到的，C錯誤，D正確。故選D。5．A【詳解】A．打點計時器應接交流電源，A正確；B．我們可以通過打點計時器計算時間，不需要秒表，B錯誤；C．開始記錄時，應先給打點計時器通電打點然后再釋放重錘，讓它帶著紙帶一同落下，如果先放開紙帶讓重物下落，再接通打點計時時器的電源，因為重物運動較快，不利于數(shù)據的采集和處理，會對實驗產生較大的誤差，C錯誤；D．根據減小的重力勢能轉化為動能的增加，則有等式兩邊的質量m可約去，D錯誤。故選A。6．>要克服摩擦及空氣阻力做功【詳解】(1)[1]重物的速度是(2)[2]重物重力勢能的減少量[3]動能的增加量(3)[4][5]因為要克服摩擦及空氣阻力做功，所以重力勢能減少量大于動能增量。7．①②或①③①③【詳解】(1)[1]通過連接在一起的A、B兩物體驗證機械能守恒定律，即驗證系統(tǒng)的勢能變化與動能變化是否相等，A、B連接在一起，A下降的距離一定等于B上升的距離；A、B的速度大小總是相等的，故不需要測量繩子的長度和B上升的距離及時間。故選①②或①③均可以。(2)[2]如果繩子較重，系統(tǒng)的重力勢能就會有一部分轉化為繩子的動能，造成實驗誤差；繩子不宜太長，長了形變對實驗的影響越大；m1、m2相差越大，整體所受阻力相對于合力對運動的影響越小。物體末速度v是根據勻變速直線運動求出的，故要保證物體在豎直方向運動。這些都是減小系統(tǒng)誤差，提高實驗準確程度的做法。故選①③。8．AC【詳解】(1)[1]A．按照操作規(guī)程，應先接通光電門后釋放小車，否則可能小車已經通過光電門，光電門還沒有工作，測不出小車通過光電門A的時間，故A正確；B．平衡時，除了繩子拉力以外的力的合力與繩子的拉力等值反向，實驗時，剪斷細繩，則小車加速運動的合外力為F=mg，故B錯誤；C．實驗過程中，傾斜木板的目的是平衡摩擦力，不需要測出斜面的傾角，故C正確；D．實驗時，剪斷細繩，砂和砂桶不隨小車運動，無需考慮砂和砂桶的總質量m是否遠小于小車質量M，故D錯誤。故選AC。(2)[2][3]由于擋光片比較小，通過光電門的時間極短，因此可以利用平均速度來代替其瞬時速度，因此小車經過光電門時的瞬時速度分別為vA=，vB=[4]小車從A到B的過程中，其合外力做功mgL，系統(tǒng)的動能增加量為因此只要比較二者是否相等，即可探究合外力做功與動能改變量之間關系是否相等。即如果關系式在誤差允許范圍內成立，就驗證了動能定理。9．(1)；(2)滑塊和擋光條的總質量M；(3)【詳解】(1)根據題意可知，系統(tǒng)減少重力勢能即為托盤和砝碼減小的重力勢能，為(2)實驗中還要測量的物理量為滑塊和擋光條的總質量M(3)令滑塊和擋光條的總質量為M，托盤和砝碼下落過程中，系統(tǒng)增加的動能為則為了驗證機械能守恒，需滿足的關系是10．AD乙丙【詳解】(1)[1]本實驗要驗證“mgh=mv2”，其中重物的質量可以消去，即不需用天平測出重物的質量，只要驗證“gh=v2”即可，選項B錯誤；打點計時器的打點周期取決于交流電源的頻率，或者說必須使用交流電，不可用干電池代替，所以選項C錯誤；對于打出的紙帶有兩種處理方法：第一，選取第1、2兩點間的距離接近2mm且點跡清晰的紙帶進行測量，利用“gh=v2”來驗證機械能是否守恒；第二，可以選擇紙帶點跡清晰的部分，測量任意兩個計數(shù)點之間的距離Δh，求出這兩點間的動能之差ΔEk，運用公式mgΔh=ΔEk而不是mgΔh=mv2來驗證機械能是否守恒，所以選項E錯誤。因為本實驗要驗證的是重物重力勢能的改變量等于其動能的增加量，而重力勢能的改變量與重力勢能的參考平面的位置無關，所以本實驗不需要先確定重力勢能的參考平面，選項F錯誤；AD正確；故選AD。(2)[2]計算瞬時速度須使用公式[3]v=gt是mv2=mgh的簡化形式，所以甲同學的方法不符合實驗要求，乙同學的計算方法符合實驗要求；重力加速度g的數(shù)值應該取當?shù)氐膶嶋H重力加速度，所以丙同學的做法是正確的。11．【詳