《9 實驗：驗證機械能守恒定律》（同步訓練）高中物理必修2-蘇教版-2024-2025學年

《9實驗：驗證機械能守恒定律》同步訓練(答案在后面)一、單項選擇題（本大題有7小題，每小題4分，共28分）1、在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，以下哪個設備是用來測量小球下落過程中不同高度的？A.刻度尺B.秒表C.天平D.動態(tài)電壓表2、在驗證機械能守恒定律的實驗中，小球從一定高度自由下落，不計空氣阻力。以下哪個物理量的比值在實驗中應該保持不變？A.動能和勢能B.動能和重力勢能C.動能和勢能的增量D.動能和勢能的總量3、在驗證機械能守恒定律的實驗中，以下哪項操作是為了確保實驗結(jié)果的準確性？A.將小車放在斜面的最低點，然后釋放B.將斜面傾角調(diào)整至最大，以減小空氣阻力C.在小車運動過程中，盡量減少摩擦力的影響D.實驗結(jié)束后，重新調(diào)整斜面傾角4、在驗證機械能守恒定律的實驗中，以下哪項結(jié)果表示機械能守恒？A.小車的動能增加，勢能減少，但動能與勢能之和不變B.小車的動能減少，勢能增加，但動能與勢能之和不變C.小車的動能和勢能都增加，動能與勢能之和增加D.小車的動能和勢能都減少，動能與勢能之和減少5、在驗證機械能守恒定律的實驗中，以下哪個因素可能導致實驗數(shù)據(jù)存在誤差？（）A.測量工具的精度B.實驗器材的質(zhì)量C.重力加速度的變化D.實驗環(huán)境溫度的變化6、以下哪個實驗步驟可以用來驗證機械能守恒定律？（）A.測量物體在水平面上的運動距離B.測量物體在斜面上的運動距離C.測量物體在自由落體運動中的位移D.測量物體在彈性碰撞中的速度7、一個質(zhì)量為m的物體從高度h處自由下落到地面，不考慮空氣阻力，下落過程中機械能守恒。則物體落地前的速度v可以用以下哪個公式表示？A.v=√(2gh)B.v=√(gh/2)C.v=√(gh)D.v=√(gh^2)二、多項選擇題（本大題有3小題，每小題6分，共18分）1、在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，以下哪些因素可能導致實驗結(jié)果出現(xiàn)誤差？（）A.測量重錘下落時間時，由于空氣阻力的影響，重錘的實際速度小于理論計算值B.測量重錘下落高度時，由于接板的高度不夠準確，導致測量值與理論值存在偏差C.重錘在自由下落過程中，由于存在摩擦力，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，導致機械能減少D.實驗中使用的時間間隔過小，導致測量的速度值不夠準確2、在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，以下關于實驗步驟的描述，哪些是正確的？（）A.首先，將重錘固定在實驗裝置上，調(diào)整接板的高度，使其與重錘的下端齊平B.然后，釋放重錘，讓它自由下落，同時用秒表測量重錘下落的時間C.接下來，用卷尺測量接板的高度，以計算重錘下落的高度D.最后，根據(jù)測量的時間和高度，計算重錘下落過程中的速度，并驗證機械能守恒定律3、在“實驗：驗證機械能守恒定律”中，以下哪些條件是確保實驗結(jié)果準確的關鍵？（）A.釋放重物時應盡量減少空氣阻力的影響B(tài).測量重物下降過程中不同位置的高度和速度時，應確保測量工具的精確度C.確保實驗過程中沒有摩擦力的影響D.實驗中應盡量減少外界因素的干擾，如溫度變化三、非選擇題（前4題每題10分，最后一題14分，總分54分）第一題：實驗中，小球從高度h自由落下，經(jīng)過一段距離s后落地。已知小球的質(zhì)量為m，重力加速度為g。請回答以下問題：（1）若小球落地時速度為v，請推導出小球從高度h落下的過程中機械能守恒的公式。（2）若實驗數(shù)據(jù)如下：h=1m，s=0.5m，m=0.1kg，g=9.8m/s2，請計算小球落地時的速度v。第二題：實驗中，為了驗證機械能守恒定律，學生使用一個重物從一定高度自由下落，通過測量重物下落過程中的速度和高度來計算其動能和勢能。已知重物從高度h自由下落到地面，不計空氣阻力，測得重物下落到地面時的速度為v。請回答以下問題：（1）寫出重物下落到地面時，其動能E_k和勢能E_p的表達式。（2）根據(jù)機械能守恒定律，列出方程并推導出h與v之間的關系式。（3）如果實驗中測得h=1.2m，v=4m/s，請計算此時重物的動能E_k和勢能E_p的數(shù)值。第三題：實驗中，用重物從一定高度自由落下，撞擊底部的木塊，使木塊在水平方向上移動一段距離。已知重物的質(zhì)量為m，從高度h自由落下，撞擊木塊后，木塊獲得的水平速度為v。若不計空氣阻力，請回答以下問題：（1）求重物撞擊木塊前后的機械能變化量。（2）若實驗中測得重物撞擊木塊后，木塊在水平方向上移動了距離s，求木塊所受摩擦力的平均大小。第四題：實驗：驗證機械能守恒定律某同學在實驗中，用一輕質(zhì)彈簧秤測量某物體從某一高度自由下落至彈簧秤掛鉤時的速度。實驗數(shù)據(jù)如下表所示：下落高度（m）彈簧秤示數(shù)（N）速度（m/s）0.20.62.00.41.23.00.61.84.0（1）請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，分析物體下落過程中受到的阻力大小。（2）若不考慮阻力，根據(jù)機械能守恒定律，計算物體從0.2m高度下落至0.4m高度時的速度。（3）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，分析本實驗中可能存在的誤差來源。第五題：在一次驗證機械能守恒定律的實驗中，小明同學用斜面和滑塊進行了多次實驗，得到了以下數(shù)據(jù)：實驗次數(shù)滑塊的質(zhì)量（kg）滑塊上升的高度（h）（m）滑塊下降的高度（h’）（m）滑塊上升的速度（v）（m/s）滑塊下降的速度（v’）（m/s）10.50.20.10.40.320.50.30.20.60.530.50.40.30.80.7請根據(jù)以上數(shù)據(jù)，回答以下問題：請計算每次實驗中滑塊上升過程中重力勢能的增加量（E_p=mgh）和滑塊下降過程中動能的增加量（E_k=1/2mv^2）。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，分析驗證機械能守恒定律的實驗結(jié)果是否可靠，并說明理由。如果實驗中存在誤差，請分析可能的原因，并提出改進措施?！?實驗：驗證機械能守恒定律》同步訓練及答案解析一、單項選擇題（本大題有7小題，每小題4分，共28分）1、在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，以下哪個設備是用來測量小球下落過程中不同高度的？A.刻度尺B.秒表C.天平D.動態(tài)電壓表答案：A解析：在實驗中，通常使用刻度尺來測量小球下落過程中通過的不同高度，因為刻度尺可以提供準確的長度測量。2、在驗證機械能守恒定律的實驗中，小球從一定高度自由下落，不計空氣阻力。以下哪個物理量的比值在實驗中應該保持不變？A.動能和勢能B.動能和重力勢能C.動能和勢能的增量D.動能和勢能的總量答案：C解析：根據(jù)機械能守恒定律，在沒有非保守力（如空氣阻力）做功的情況下，系統(tǒng)的總機械能（動能加勢能）保持不變。因此，動能的增加量應該等于勢能的減少量，即動能和勢能的增量之比在實驗中應該保持不變。3、在驗證機械能守恒定律的實驗中，以下哪項操作是為了確保實驗結(jié)果的準確性？A.將小車放在斜面的最低點，然后釋放B.將斜面傾角調(diào)整至最大，以減小空氣阻力C.在小車運動過程中，盡量減少摩擦力的影響D.實驗結(jié)束后，重新調(diào)整斜面傾角答案：C解析：在驗證機械能守恒定律的實驗中，減少摩擦力的影響是確保實驗結(jié)果準確性的關鍵。因此，選擇C項。A項和B項雖然與實驗有關，但不是為了確保實驗結(jié)果的準確性。D項則是在實驗結(jié)束后進行的操作，與實驗結(jié)果的準確性關系不大。4、在驗證機械能守恒定律的實驗中，以下哪項結(jié)果表示機械能守恒？A.小車的動能增加，勢能減少，但動能與勢能之和不變B.小車的動能減少，勢能增加，但動能與勢能之和不變C.小車的動能和勢能都增加，動能與勢能之和增加D.小車的動能和勢能都減少，動能與勢能之和減少答案：A解析：機械能守恒定律指出，在沒有外力做功的情況下，系統(tǒng)的機械能保持不變。在實驗中，小車的動能增加，勢能減少，但動能與勢能之和保持不變，符合機械能守恒定律。因此，選擇A項。B項表示勢能增加，與機械能守恒相悖；C項和D項表示機械能增加或減少，均不符合機械能守恒定律。5、在驗證機械能守恒定律的實驗中，以下哪個因素可能導致實驗數(shù)據(jù)存在誤差？（）A.測量工具的精度B.實驗器材的質(zhì)量C.重力加速度的變化D.實驗環(huán)境溫度的變化答案：A解析：在驗證機械能守恒定律的實驗中，測量工具的精度是影響實驗數(shù)據(jù)準確性的關鍵因素。如果測量工具的精度不高，會導致測量結(jié)果存在誤差。實驗器材的質(zhì)量、重力加速度的變化以及實驗環(huán)境溫度的變化雖然也會對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響，但不是導致實驗數(shù)據(jù)誤差的主要原因。因此，選項A是正確答案。6、以下哪個實驗步驟可以用來驗證機械能守恒定律？（）A.測量物體在水平面上的運動距離B.測量物體在斜面上的運動距離C.測量物體在自由落體運動中的位移D.測量物體在彈性碰撞中的速度答案：C解析：驗證機械能守恒定律需要觀察物體在運動過程中的機械能（動能和勢能）的變化。在自由落體運動中，物體僅受重力作用，其機械能（動能和勢能）之和保持不變。因此，測量物體在自由落體運動中的位移可以用來驗證機械能守恒定律。選項A、B和D分別涉及水平面、斜面和彈性碰撞，這些情況下物體的機械能可能發(fā)生變化，不適合用來驗證機械能守恒定律。因此，選項C是正確答案。7、一個質(zhì)量為m的物體從高度h處自由下落到地面，不考慮空氣阻力，下落過程中機械能守恒。則物體落地前的速度v可以用以下哪個公式表示？A.v=√(2gh)B.v=√(gh/2)C.v=√(gh)D.v=√(gh^2)答案：A解析：根據(jù)機械能守恒定律，物體在下落過程中的機械能守恒，即初始的勢能全部轉(zhuǎn)化為動能。物體的初始勢能為mgh，落地前的動能為(1/2)mv^2。因此，有mgh=(1/2)mv^2。解得v=√(2gh)，故選A。二、多項選擇題（本大題有3小題，每小題6分，共18分）1、在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，以下哪些因素可能導致實驗結(jié)果出現(xiàn)誤差？（）A.測量重錘下落時間時，由于空氣阻力的影響，重錘的實際速度小于理論計算值B.測量重錘下落高度時，由于接板的高度不夠準確，導致測量值與理論值存在偏差C.重錘在自由下落過程中，由于存在摩擦力，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，導致機械能減少D.實驗中使用的時間間隔過小，導致測量的速度值不夠準確答案：ABCD解析：在實驗中，由于空氣阻力、測量工具的精度、摩擦力等因素的存在，都會導致實驗結(jié)果與理論值存在誤差。A選項中，空氣阻力會導致實際速度小于理論計算值，B選項中，接板的高度不夠準確會導致測量偏差，C選項中，摩擦力會使部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，D選項中，時間間隔過小可能導致速度測量不準確。因此，所有選項都可能導致實驗結(jié)果出現(xiàn)誤差。2、在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，以下關于實驗步驟的描述，哪些是正確的？（）A.首先，將重錘固定在實驗裝置上，調(diào)整接板的高度，使其與重錘的下端齊平B.然后，釋放重錘，讓它自由下落，同時用秒表測量重錘下落的時間C.接下來，用卷尺測量接板的高度，以計算重錘下落的高度D.最后，根據(jù)測量的時間和高度，計算重錘下落過程中的速度，并驗證機械能守恒定律答案：ABD解析：A選項描述了實驗的初步準備步驟，包括固定重錘和調(diào)整接板高度，這是正確的。B選項中，測量重錘下落的時間是實驗的一部分，也是正確的。C選項中，測量接板的高度是為了計算重錘下落的高度，這是正確的。D選項中，計算重錘下落過程中的速度并驗證機械能守恒定律是實驗的目的，也是正確的。因此，所有選項都是正確的實驗步驟描述。3、在“實驗：驗證機械能守恒定律”中，以下哪些條件是確保實驗結(jié)果準確的關鍵？（）A.釋放重物時應盡量減少空氣阻力的影響B(tài).測量重物下降過程中不同位置的高度和速度時，應確保測量工具的精確度C.確保實驗過程中沒有摩擦力的影響D.實驗中應盡量減少外界因素的干擾，如溫度變化答案：ABD解析：A選項：實驗中空氣阻力會減小重物的機械能，為了驗證機械能守恒定律，應盡量減小空氣阻力的影響。B選項：實驗結(jié)果依賴于高度和速度的準確測量，因此需要確保測量工具的精確度。C選項：摩擦力會消耗機械能，因此在實驗中應盡量減小摩擦力的影響，而不是確保沒有摩擦力的影響。D選項：外界因素的干擾如溫度變化會影響實驗結(jié)果，因此應盡量減少這些干擾。三、非選擇題（前4題每題10分，最后一題14分，總分54分）第一題：實驗中，小球從高度h自由落下，經(jīng)過一段距離s后落地。已知小球的質(zhì)量為m，重力加速度為g。請回答以下問題：（1）若小球落地時速度為v，請推導出小球從高度h落下的過程中機械能守恒的公式。（2）若實驗數(shù)據(jù)如下：h=1m，s=0.5m，m=0.1kg，g=9.8m/s2，請計算小球落地時的速度v。答案：（1）機械能守恒公式為：mgh=1/2mv2解析：根據(jù)機械能守恒定律，小球在下降過程中，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，即重力勢能的減少量等于動能的增加量。由于小球在下降過程中，重力做功，勢能減少，動能增加，可以得到機械能守恒公式。（2）v=√(2gh)解析：將實驗數(shù)據(jù)代入機械能守恒公式mgh=1/2mv2，得到：0.1kg*9.8m/s2*1m=1/2*0.1kg*v2解得：v2=9.8m2/s2因此，v=√(9.8m2/s2)≈3.13m/s所以小球落地時的速度v約為3.13m/s。第二題：實驗中，為了驗證機械能守恒定律，學生使用一個重物從一定高度自由下落，通過測量重物下落過程中的速度和高度來計算其動能和勢能。已知重物從高度h自由下落到地面，不計空氣阻力，測得重物下落到地面時的速度為v。請回答以下問題：（1）寫出重物下落到地面時，其動能E_k和勢能E_p的表達式。（2）根據(jù)機械能守恒定律，列出方程并推導出h與v之間的關系式。（3）如果實驗中測得h=1.2m，v=4m/s，請計算此時重物的動能E_k和勢能E_p的數(shù)值。答案：（1）動能E_k=1/2mv^2勢能E_p=mgh（2）根據(jù)機械能守恒定律，重物下落過程中動能的增加等于勢能的減少，即：E_p_initial=E_k_finalmgh_initial=1/2mv^2mgh=1/2mv^2h=(1/2)v^2/g（3）已知h=1.2m，v=4m/s，代入上述關系式計算E_k和E_p：E_k=1/2mv^2E_k=1/2m*(4m/s)^2E_k=1/2*m*16m2/s2E_k=8m2/s2E_p=mghE_p=m*9.8m/s^2*1.2mE_p=11.76m2/s2由于我們沒有質(zhì)量m的具體數(shù)值，所以動能和勢能的數(shù)值只能用m2/s2表示。如果我們假設m=1kg，那么：E_k=8kg2/s2=8JE_p=11.76kg2/s2=11.76J解析：（1）動能E_k的表達式是1/2mv^2，其中m是物體的質(zhì)量，v是物體的速度。勢能E_p的表達式是mgh，其中m是物體的質(zhì)量，g是重力加速度，h是物體的高度。（2）機械能守恒定律表明，在只有重力做功的情況下，物體的總機械能（動能加勢能）保持不變。因此，下落前后的總機械能相等，即mgh=1/2mv^2，通過這個等式可以推導出h與v之間的關系式。（3）根據(jù)機械能守恒定律，計算得出動能E_k為8J，勢能E_p為11.76J。這里我們使用了g=9.8m/s^2的重力加速度值，并假設質(zhì)量m=1kg來得到具體的數(shù)值。第三題：實驗中，用重物從一定高度自由落下，撞擊底部的木塊，使木塊在水平方向上移動一段距離。已知重物的質(zhì)量為m，從高度h自由落下，撞擊木塊后，木塊獲得的水平速度為v。若不計空氣阻力，請回答以下問題：（1）求重物撞擊木塊前后的機械能變化量。（2）若實驗中測得重物撞擊木塊后，木塊在水平方向上移動了距離s，求木塊所受摩擦力的平均大小。答案：（1）重物撞擊木塊前后的機械能變化量為△E=mgh，其中h為重物自由落下的高度，m為重物的質(zhì)量。解析：根據(jù)機械能守恒定律，重物在自由落下過程中，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，當重物撞擊木塊時，部分機械能轉(zhuǎn)化為木塊的動能。由于不計空氣阻力，木塊在水平方向上移動過程中，機械能守恒，因此機械能變化量等于重物自由落下過程中失去的重力勢能。（2）木塊所受摩擦力的平均大小為f=mv2/2s。解析：在木塊移動過程中，摩擦力是唯一的外力，因此摩擦力與木塊所受的合外力相等。根據(jù)牛頓第二定律，合外力F=ma，其中m為木塊的質(zhì)量，a為木塊的加速度。由于木塊在水平方向上移動，加速度a=v2/s。因此，摩擦力f=F=ma=mv2/2s。第四題：實驗：驗證機械能守恒定律某同學在實驗中，用一輕質(zhì)彈簧秤測量某物體從某一高度自由下落至彈簧秤掛鉤時的速度。實驗數(shù)據(jù)如下表所示：下落高度（m）彈簧秤示數(shù)（N）速度（m/s）0.20.62.00.41.23.00.61.84.0（1）請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，分析物體下落過程中受到的阻力大小。（2）若不考慮阻力，根據(jù)機械能守恒定律，計算物體從0.2m高度下落至0.4m高度時的速度。（3）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，分析本實驗中可能存在的誤差來源。答案：（1）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，物體下落過程中受到的阻力大小為0.2N。解析：在實驗中，彈簧秤的示數(shù)即為物體受到的阻力。由表中數(shù)據(jù)可知，當物體下落高度為0.2m時，彈簧秤的示數(shù)為0.6N，因此可以得出物體在下落過程中受到的阻力大小為0.2N。（2）若不考慮阻力，根據(jù)機械能守恒定律，物體從0.2m高度下落至0.4m高度時的速度為4.5m/s。解析：在不考慮阻力的情況下，物體下落過程中只有重力做功，機械能守恒。根據(jù)機械能守恒定律，有：mgh1=1/2mv1^2其中，m為物體質(zhì)量，g為重力加速度，h1為下落高度，v1為速度。由表中數(shù)據(jù)可知，當物體下落高度為0.2m時，速度為2.0m/s，因此可得：mgh1=1/2mv1^2mg*0.2=1/2m*2.0^2g=1/2*2.0^2/0.2g=10m/s^2同理，當物體下落高度為0.4m時，速度為v2，則有：mgh2=1/2mv2^2mg*0.4=1/2m*v2^2v2^2=2*10*0.4v2^2=8v2=√8v2≈2.83m/s因此，若不考慮阻力，物體從0.2m高度下落至0.4m高度時的速度約為2.83m/s。（3）本實驗中可能存在的誤差來源有：①測量速度時，由于讀數(shù)誤差，導致速度測量值不準確；②測量下落高度時，由于測量工具或讀數(shù)誤差，導致下落高