2020版新教材高中物理1.5.2验证机械能守恒定律课堂检测（含解析）鲁教版.docx

验证机械能守恒定律1.在做“用落体法验证机械能守恒定律”的实验时,除了铁架台、低压交流电源、刻度尺、纸带等实验器材外,还必需的器材应包括()A.秒表B.天平C.打点计时器D.弹簧测力计【解析】选C。本实验需要测量物体下落的高度来计算重力势能,测定速度来计算物体动能增加量,故还需要用打点计时器, 则C正确,A、B、D错误。2.利用如图所示实验装置来验证机械能守恒定律,通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落,下落过程中小铁球经过光电门B时,毫秒计时器(图中未画出)记录下小铁球的挡光时间t。实验前调整光电门位置,使小铁球下落过程中,小铁球球心垂直细激光束通过光电门,当地重力加速度为g。(1)为了验证小铁球下落过程中机械能是否守恒,还需要测量的物理量是_。A.A点距地面的高度HB.A、B之间的距离hC.小铁球从A到B的下落时间tABD.小铁球的直径d(2)小铁球通过光电门时的瞬时速度v=_;要验证小铁球下落过程中机械能是否守恒,只需验证等式_是否成立即可(用实验中测得物理量的符号表示)。【解析】(1)根据实验原理可知,需要测量的是A点到光电门B的距离,故A错误,B正确。利用小铁球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度,不需要测量下落时间,但需要知道挡光物体的尺寸,因此需要测量小铁球的直径,故C错误,D正确。(2)利用小铁球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度,故v=;根据机械能守恒的表达式有mgh=mv2,可得=h(或d2=2ght2),故只要验证=h(或d2=2ght2)即可。答案:(1)B、D(2)=h(或d2=2ght2)3.如图是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置。(g取9.80 m/s2)(1)选出一条清晰的纸带如图甲所示,其中O点为打点计时器打下的第一个点,A、B、C为三个计数点,打点计时器通以频率为50 Hz的交变电流。用分度值为1 mm的刻度尺测得OA=12.41 cm,OB=18.90 cm,OC=27.06 cm,在计数点A和B、B和C之间还各有一个点,重锤的质量为1.00 kg。甲同学根据以上数据算出:当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了_J;此时重锤的速度vB=_m/s,此时重锤的动能比开始下落时增加了_J。(结果均保留三位有效数字)(2)某同学利用他自己实验时打出的纸带,测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h,算出了各计数点对应的速度v,然后以h为横轴、以v2为纵轴作出了如图乙所示的图线,图线的斜率近似等于_。A.19.6B.9.8C.4.90(3)图线未过原点O的原因是_。【解析】(1)当打点计时器打到B点时,重锤的重力势能减少量Ep=mgOB=1.009.8018.9010-2J=1.85 J;打B点时重锤的速度vB= m/s=1.83 m/s,此时重锤的动能增加量Ek= m=1.001.832 J=1.67 J。(2)由机械能守恒定律有mv2=mgh,可得v2=gh,由此可知图线的斜率近似等于重力加速度g,故B正确。(3)由图线可知,h=0时,重锤的速度不等于零,原因是该同学做实验时先释放了纸带,然后才合上打点计时器的开关。答案:(1)1.851.831.67(2)B(3)先释放了纸带,再合上打点计时器的开关【补偿训练】利用如图甲所示装置做“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.速度变化量和势能变化量C.速度变化量和高度变化量(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,得到如图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C,测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g,打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中,重物的重力势能变化量Ep=_,动能变化量Ek=_。(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v=gt计算重物速度B.利用公式v=计算重物速度C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响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O的距离h,计算对应计数点的重物速度v,描绘v2-h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依据是否正确。【解析】(1)在“验证机械能守恒定律”实验中,重物下落,重力势能减少,动能增加,要验证机械能是否守恒,需比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量大小是否相等,故选A。(2)实验时用到电磁打点计时器,则必须使用交流电源。在计算动能和势能变化量时,需用刻度尺测量位移和重物下落高度。在比较动能变化量和势能变化量是否相等时需验证m(-)=mgh是否成立,而等式两边可约去质量m,故不需要天平。故选A、B。(3)从打O点到打B点的过程中,重物下落hB,重力势能减少,则重物的重力势能变化量Ep=-mghB。动能增加,则动能的变化量Ek=m-0=m-0 =m。(4)重物在下落过程中,除受重力外还存在空气阻力和摩擦阻力的影响,重物的重力势能要转化为重物的动能和内能,则重力势能的减少量大于动能的增加量,选项C正确。(5)不正确。v2-h图像为一条直线,仅表明物体所受合力恒定,与机械能是否守恒无关。例如,在本实验中若存在恒定阻力,则物体的机械能不守恒,但mgh-fh= mv2,v2=2h,v2-h为一条过原点的直线,故该同学判断不正确。要想通过v2-h图像的方法验证机械能是否守恒,还必须看图像的斜率是否接近2g。答案:(1)A(2)A、B(3)