《验证机械能守恒定律》-习题集.docx

泛动课堂教学模式：助推翻转课堂，引领泛动学习验证机械能守恒定律习题集基础训练1在“验证机械能守恒定律”的实验中，需要直接测量和间接测量的数据是重物的（）A质量B下落时间C下落高度D瞬时速度2“验证机械能守恒定律”的实验方法是：根据纸带上某两点的距离等于重锤下落的高度，这样就可以得到重物下落过程中的的变化。重锤的速度可以用大家熟悉的方法（即中间时刻的即时速度等于那一段的平均速度）从纸带测出，这样就知道了它在各点的瞬时速度，从而得到它在各点的。通过比较，就可以验证机械能是否守恒。3在“验证机械能守恒定律”的实验中，某同学打出3条纸带A、B、C，打点计时器周期为0.02s，其中第1点到第2点之间的距离分别为da=1.0mm，db=1.8mm，dc=2.4mm。你认为应选条纸带进行数据处理较理想。其中条是由于原因造成的；条是由于原因造成的。4在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量：A重锤的质量B重力加速度C重锤下落的高度D与重锤下落高度对应的瞬时速度（1）需要用工具测量的有。（2）需要通过计算得到的有。5为了进行“验证机械能守恒定律”实验，有下列器材可供选择：A铁架台（带铁夹）；B打点计时器；C复写纸；D纸带；E低压直流电源；F天平；G秒表；H导线；I开关，其中不必要的器材是；缺少的器材是。6填出下列空格中的内容：（1）打点计时器的安装放置要求为；开始打点时的时候，应先然后。（2）计算时对所选纸带的要求是。（3）实验中产生系统误差的原因是，使重锤获得的动能会，为减少误差，挂在纸带下的重锤应选择。（4）如果以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据给出v2/2-h图线应为中的，该线的斜率等于_。7在“验证机械能守恒定律”的实验中，需要特别注意的有（）A称出重物的质量B手提纸带，先接通电源再释放纸带让重物落下C可不考虑前面较密集的点，选取某个清晰的点作为起始运动点处理纸带，验证mgh=mv2/2是否成立D必须选取第1、2两点间距离为2mm的纸带，才能从第1点起处理纸带，验证mgh=mv2/2是否成立8在本节实验中，根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，则以v2/2为纵轴，以h为横轴，画出的图象应是下图所示中的哪个（）9在“验证机械能守恒定律”的实验中（1）下列给出的实验器材不需要的是。A毫米刻度尺 B天平 C打点计时器 D小重锤（2）在打出的几条纸带中，选出一条纸带进行数据处理，选择纸带的依据是。A纸带上打出的点要清晰B打出的点子间隔尽量均匀C纸带长度要小于20cmD1、2两点之间的间隔约为2mm10在利用自由落体法“验证机械能守恒定律”的实验中：（1）打点计时器所用交流电的频率为50Hz，实验得到的甲、乙两条纸带如图所示，应选纸带好。（2）若通过测量纸带上某两点间的距离来计算某时刻的瞬时速度，进而验证机械能守恒定律，现测得2、4两点间的距离为x1，0、3两点间的距离为x2，打点周期为T，为了验证0、3两点间的机械能守恒，则x1、x2和T应满足的关系是。【答案】1CD2重力势能；动能；某两点的动能的变化与势能的变化的大小3B；A；打点计时器已开始打点，但纸带还未动；C；打点计时器还未打点，纸带已开始运动4（1）C；（2）D5EFG；带夹的重物、低压交流电源、毫米刻度尺6（1）计时器固定在铁架台上时需使两限位孔在同一竖直线上；通电；松开手（2）点迹清晰（3）计时器限位孔对纸带的摩擦力和空气阻力；小于势能的减少；密度大的实心金属块（减少阻力的影响）（4）C；重力加速度g7B8C9（1）B；（2）AD10（1）甲；（2）【解析】（1）由于题图甲中0、1两点间的距离（1.9mm）接近2mm，故选甲纸带好。（2）打点3时的瞬时速度，物体下落的高度为x2，根据得：。提高训练1在利用重锤自由下落，验证机械能守恒定律的实验中，产生误差的主要原因是（）A重锤下落的实际高度大于测量值B重锤下落的实际高度小于测量值C重锤实际末速度v大于gt（g为重力加速度，t为下落时间）D重锤实际末速度v小于gt2下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中，正确的是（）A重锤的质量称量不准会造成较大的误差B重锤的质量选用大些，有利于减小误差C重锤的质量选用小些，有利于减少误差D先松开纸带让重物下落，再让打点计时器工作，会造成较大差错3如图所示，是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带。我们选中N点，下面举出一些计算N点速度的方法，其中正确的是（相邻计数点时间间隔为T）（）A若N点是第n个点，则vn=gnTB若N点是第n个点，则vn=g（n-1）TCvn=Dvn=4处理电磁打点计时器所打出点的纸带时，常常采用“计数点”的办法，但在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，可以直接利用打点计时器所打出的纸带上的实际点迹，而不必采用选取计数点的办法，这其中的原因是。5下面列出“验证机械能守恒定律”实验的一些实验步骤：A用天平称重物和夹子的质量B将重物系在夹子上C将纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，再把纸带向上拉，让夹子静止靠近打点计时器处D把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6V（电源不接通）E把打点计时器用铁夹固定到放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上F在纸带上选取几个点，进行测量和记录数据G用秒表测出重物下落的时间H接通电源，待计时器响声稳定后释放纸带I切断电源J更换纸带，重新进行两次实验K在三条纸带中选出较好的一条L进行计算，得出结论，完成实验报告M拆下导线，整理器材对于本实验的以上步骤中，不必要的有；正确步骤的合理顺序是。6在“验证机械能守恒定律”的实验中打点计时器所用电源频率为50Hz，当地重力加速度的值为9.8m/s2，测得所用重物的质量为1.00kg。甲、乙、丙三学生分别用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为0.18cm、0.19cm和0.25cm，可见其中肯定有一个学生在操作上有错误，错误操作：。若按实验要求正确的选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点的距离如图所示（相邻计数点时间间隔为0.02s），那么，（1）纸带的端与重物相连；（2）打点计时器打下计时点B时，物体的速度vB=；（3）从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是Ep=，此过程中物体动能的增加量Ek=（g=9.8m/s2）；（4）通过计算，数值上EpEk（填“”“=”“Ek（5）在实验误差允许的范围内，机械能守恒。7（1）左端；（2）0.98m/s；（3）机械能守恒【解析】（1）左端，因为重物与第一个点最近。（2）vb=10-2m/s=0.98m/s。（3）重锤重力势能的减少量为：Ep=mgh=19.85.0110-2J=0.49J重锤动能的增加量为：Ek=mvb2=10.982J=0.48J在实验误差允许的范围内，可认为Ep=Ek，机械能守恒。8（1）B没有必要，C错误；原因见解析（2）a=（3）重锤的质量m；FF=mg-【解析】（1）B没有必要，因为不需要计算机械能的具体数值，只要v2=gh成立，就可验证机械能守恒。C错误，应先接通电源，然后放纸带，要待打点计时器工作稳定后放开纸带。（2）根据s2-s1=a（2T）2，得到a=，又a=，T=，联立解得a=。（3）若已知当地重力加速度值为g，为求受到的阻力大小，还需要测量的物理量是重锤的质量m。设重锤受到的平均阻力为FF，由牛顿第二定律得：mg-FF=ma所以FF=m（g-a）=mg-。9（1）1.175m/s，0.690J；（2）0.692J；（3）能够拓展训练1在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法或做法中正确的是（）A选用质量大的重锤可以减小实验误差B实验结果总是动能增加略大于势能减少C固定好打点计时器，用手拿住穿过限位孔纸带的一端，手应静止靠近打点计时器处D先松开纸带，再接通电源，重物自由下落时，纸带上就能打出一系列点，重复做几次2某同学做“验证机械能守恒定律”实验时，不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏，剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出，如图所示。已知接打点计时器的交流电源频率为50Hz，取重力加速度g=9.8m/s2，利用这段纸带能否验证机械能守恒定律？如能验证，说明验证方法。3在验证机械能守恒定律时，如果以v2为纵轴，以下落高度h为横轴，根据实验数据描出的v2-h的图线应是怎样的曲线才能验证机械能守恒定律？图线斜率的物理意义是什么？4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50Hz，查得当地的重力加速度g=9.8m/s2，测得所用的重物的质量为1.00kg。实验中得到一条点迹清晰的纸带，如图所示。把第一个点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点。经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm。根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于J，动能的增加量等于J（取三位有效数字）。5有位同学用落体法做“验证机械能守恒定律”的实验，他挑选一条第1、2两点之间的距离最接近2mm的纸带进行处理。设第一个点为A，第n个点为B，测量出AB之间的距离为h，因为从开始下落到B点经过打点计时器的时间是（n-1）0.02s，所以根据自由落体运动的规律得vb=gt=0.02g（n-1）。如果有mgh=mvb2，即可认为验证了机械能守恒定律。这位同学的验证思路对吗？6在“验证机械能守恒定律”的实验中：（1）某同学用如图甲所示装置进行实验，得到如图乙所示的纸带。测得点A、C间的距离为14.77cm，点C、E间的距离为16.33cm。已知当地重力加速度为g=9.8m/s2，重锤的质量为m=1.0kg。则重锤在下落过程中受到的平均阻力大小Ff=（交流电频率为50Hz）。（2）某同学上交的实验报告显示重锤的动能略大于重锤的势能，则出现这一问题的原因可能是（填序号）。A重锤的质量测量错误B该同学自编了实验数据C交流电源的频率不等于50HzD重锤下落时受到的阻力过大7在用落体法验证机械能守恒定律的实验中：（1）运用公式=mgh对实验条件的要求是，为此目的，所选择的纸带1、2两点间的距离应接近。（2）若实验中所用重锤的质量m=1kg，打点纸带如图所示。打点时间间隔为0.02s，则记录B点时，重锤速度vb=，重锤动能Ek=，从开始下落起至B点重锤的重力势能减少量是，由此可得出结论是。（3）根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图象是图中的（）8某同学在做“验证机械能守恒定律”实验时，不慎将一条选好的纸带前面一部分损坏了，测出剩下的一段纸带上的各个点间距如图所示，已知打点计时器工作频率为50Hz，重力加速度g=10m/s2。（1）试利用这段纸带说明重锤通过2、5两点时机械能相等。（2）说明为什么得到的结果是重力势能减少量为Ep稍大于重锤的动能增加量Ek。9“验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图所示的甲或乙方案来进行。（1）比较这两种方案，（填“甲”或“乙”）方案好些。甲自由落体实验：验证机械能守恒定律乙斜面小车实验：验证机械能守恒定律（2）如图是该实验中得到的一条纸带，测得每两个计数点间的距离如图所示，已知相邻两个计数点之间的时间间隔T=0.1s。物体运动的加速度a=；该纸带是采用（填“甲”或“乙”）实验方案得到的。10如图所示，两个质量分别为m1和m2的小物块A和B分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1m2。现要利用此装置验证机械能守恒定律。（1）若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有。（在横线上填入选项前的编号）物块的质量m1、m2；物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间；物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间；绳子的长度。（2）为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：绳的质量要轻；在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；两个物块的质量之差要尽可能小。以上建议中确实对提高准确程度有作用的是。（在横线上填入选项前的编号）（3）写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议：。【答案】1A2能，验证方法见解析【解析】能验证机械能守恒定律：选重物从第2点运动到第5点过程来研究，重力势能的减少量Ep=mgh25=m9.80（3.2+3.6+4.0）10-2J=1.06mJ打第2点和第5点时重物的瞬时速度：v2=m/s=1.50m/s，v5=m/s=2.075m/s动能的增量：Ek=mv52-mv22=m（2.0752-1.502）J=1.03mJ。在误差允许范围内，可认为Ep=Ek，机械能守恒。此题告诉我们验证机械能守恒定律的另一种方法，在纸带前面部分损坏或前面部分点迹不清晰时，只要后面部分点迹清晰，就可以采用此种方法。3图线应是一条过坐标轴原点的直线；表示当地的重力加速度g的值【解析】假定机械能是守恒的，则应有mgh=mv2，即v2与h成正比，故图线应是一条过坐标轴原点的直线。由mgh=mv2知，直线斜率k=g，表示当地的重力加速度的值。47.62；7.57【解析】C点到O的距离hc=77.76cm，重力势能减少量mghc=1.009.8077.7610-2J=7.62J。但不能错误地认为动能增加量也为7.62J。需知验证机械能守恒的实验中，一不能运用机械能守恒；二即使算得了动能增量也不一定等于7.62J。vc可用公式vc=来求，式中hBD=hD-hB=15.55cm，T=0.02s，得vc=10-2 m/s=3.89m/s。动能增量为：mvc2=1.00（3.89）2J=7.57J5见解析【解析】这位同学用v=gt来计算B点通过打点计时器时重物的速度是不妥当的。因为从这个速度公式可以直接推导出机械能守恒的结论，设重物在t时间内的平均速度是，vb=gt=，vb2=gh，即mvb2=mgh。在验证某一个物理定律的实验中，用到一个可直接推导出该物理规律（即和该物理定律等价）的公式在逻辑上是不恰当的。根据匀速直线运动某一段时间上的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度这一规律计算各点对应的瞬时速度，没有用到重力加速度g，所以在比较v2和gh的大小时，不存在逻辑上的问题。6（1）0.05N；（2）BC【解析】（1）由a=得a=m/s2=9.75m/s2由牛顿第二定律有mg-Ff=ma所以平均阻力Ff=mg-ma=m（g-a）=1.0（9.8-9.75）N=0.05N。（2）由题知mv2mgh，即v2gh，与m无关，故A错误；因阻力是难免的，只会是EkEp，故自编实验数据是可能的，B正确；因计算速度的公式为vn=（sn+sn+1），如果实际打点频率小于50Hz，而计算时若仍按50Hz计算，则会使速度偏大，造成动能大于势能的结果，故C正确；阻力过大只会出现动能的增加量小于势能的减少量，故D错误。在“验证机械能守恒定律”的实验中，重锤在下落时受到的阻力主要来自两个方面：一是纸带与限位孔和振针间的摩擦力；二是下落过程中受到的空气阻力。故重锤下落时的加速度应小于重力加速度，我们通过实验数据可以求出平均阻力的大小。7（1）在打第一点时重物的速度为零（或初速度为零）；2mm（2）0.59m/s；0.17J；0.17J；结论：机械能