【成才之路】2014-2015学年高中物理 第7章 第9节实验 验证机械能守恒定律同步检测 新人教版必修2

【成才之路】2014-2015学年高中物理第7章第9节实验验证机械能守恒定律同步检测新人教版必修2 1．(温州十校联合体2013～2014学年高一下学期联考)在“验证机械能守恒定律”实验中，纸带将被释放瞬间的四种情况如照片所示，其中最合适的是( )答案：D2．一同学用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。

实验所用的电源有交流电(频率为50Hz)和直流电两种输出。

实验中，重锤从高处由静止开始落下，重锤拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点进行测量，即可验证机械能守恒定律。

该同学按如下步骤进行实验：A．用天平测量出重锤的质量；B．按图示的装置安装器件；C．将打点计时器接到电源的直流输出端上；D．接通电源后释放悬挂纸带的夹子，打出一条纸带；E．换用另外纸带，重复步骤D；F．选取合适的纸带；G．测量所选纸带上某些点之间的距离；H．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能和它增加的动能，比较二者是否相等。

以上实验步骤中有一项是没有必要进行的，它的步骤编号是________；有一项步骤操作有误，它的步骤编号是________。

答案：A；C解析：验证机械能守恒时，等式两边可以约去质量，所以不需要测量重锤的质量；打点计时器需接到低压交流电源上，C 步骤错误。

3．(济南一中2013～2014学年高一下学期期中)在《验证机械能守恒定律》实验中，打出的纸带如图所示，其中A 、B 为打点计时器打下的第1、2个点，AB ＝2mm ，D 、E 、F 为点迹清晰时连续打点的计时点，测得D 、E 、F 到A 的距离分别为S 1、S 2、S 3(图中未画出)。

设打点计时器的打点频率为f ，重物质量为m ，实验地点重力加速度为g 。

一位学生想从纸带上验证打下A 点到打下E 点过程中，重物的机械能守恒。

(1)实验中，如下哪些操作是必要的________。

A ．用秒表测量时间 B ．重物的质量应尽可能大些 C ．先开电源后放纸带 D ．先放纸带后开电源(2)重物重力势能减少量ΔE P ＝________，动能增量ΔE K ＝________。

(3)比较ΔE P 和ΔE K 发现，重物重力势能的减少量ΔE P 大于动能的增加量ΔE K ，造成这一误差的原因________________________________________。

答案：(1)BC (2)mgs 2，m s 3－s 12f28(3)摩擦阻力和空气阻力做负功，损失了机械能。

解析：(1)实验中为减少误差，重物的质量要大些；要先开电源，再放纸带。

(2)由于AB ＝2mm ，所以A 为计时起点 ΔE P ＝mgs 2，v E ＝s 3－s 12T ＝s 3－s 1f 2ΔE K ＝12mv 2E ＝m s 3－s 12f28(3)由于存在阻力，所以ΔE P >ΔE K 。

4．利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图所示：(1)实验步骤：①将气垫导轨放在水平面上，桌面高度不低于1m ，将导轨调至水平； ②用游标卡尺测量挡光条的宽度为l ＝9.30mm 。

③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s ＝__________________cm 。

④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已能过光电门2；⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt 1和Δt 2；⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M ，再称出托盘和砝码的总质量m 。

(2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式；①滑块通过光电门1和光电门2的瞬时速度分别为v 1＝________和v 2＝________。

②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为E k 1＝________和E k 2＝________。

③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔE p ＝________(重力加速度为g )。

(3)如果ΔE p ＝________，则可认为验证了机械能守恒定律。

答案：(1)③60.00(答案在59.96～60.04之间的也可)(2)①l Δt 1 l Δt 2 ②12(M ＋m )(l Δt 1)212(M ＋m )(l Δt 2)2③mgs (3)E k 2－E k 1解析：(1)距离s ＝80.30cm －20.30cm ＝60.00cm 。

(2)①由于挡光条宽度很小，因此可以将挡光条通过光电门时的平均速度当成瞬时速度，挡光条的宽度l 可用游标卡尺测量，挡光时间Δt 可从数字计时器读出。

因此，滑块通过光电门1和光电门2的瞬时速度分别为v 1＝l Δt 1，v 2＝lΔt 2。

②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统的总动能分别为E k 1＝12(M ＋m )v 21＝12(M ＋m )(l Δt 1)2；E k 2＝12(M ＋m )v 22＝12(M ＋m )(l Δt 2)2。

③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔE p ＝mgs 。

(3)如果在误差允许的范围内ΔE p ＝E k 2－E k 1，则可认为验证了机械能守恒定律。

能力提升1．在“验证机械能守恒定律”的实验中： (1)供实验选择的重物有以下四个，应选择：( ) A ．质量为10g 的砝码 B ．质量为200g 的木球 C ．质量为50g 的塑料球 D ．质量为200g 的铁球 (2)下列叙述正确的是( )A ．实验中应用秒表测出重物下落的时间B ．可用自由落体运动的规律计算重物的瞬时速度C ．因为是通过比较mv 22和mgh 是否相等来验证机械能是否守恒，故不需要测量重物的质量D ．释放重物前应手提纸带的上端，使纸带竖直通过限位孔(3)质量m ＝1kg 的物体自由下落，得到如图所示的纸带，相邻计数点间的时间间隔为0.04s ，那么从打点计时器打下起点O 到打下B 点的过程中， 物体重力势能的减少量E p ＝________J ，此过程中物体动能的增加量E k ＝________J 。

(g ＝9.8m/s 2，保留三位有效数字)答案：(1)D (2)CD (3)2.28 2.26 解析：(1)为减小实验误差应选用铁球。

(2)ΔE P ＝mg OB ＝2.28Jv B ＝AC 2T＝2.125m/sΔE k ＝12mv 2B ＝2.26J 。

2．(江苏启东中学2013～2014学年高一下学期期末)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0.05s 闪光一次，图中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9.8m/s 2，小球质量m ＝0.2kg ，计算结果保留三位有效数字)：(1)55(2)从t 2到t 5时间内，重力势能增量ΔE p ＝________J ，动能减少量ΔE k ＝________J ； (3)在误差允许的范围内，若ΔE p 与ΔE k 近似相等，从而验证了机械能守恒定律。

由上述计算得ΔE p ________ΔE k (选填“>”“<”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是____________ ____________________________________________________________。

答案：(1)3.48 (2)1.24 1.28 (3) < 存在空气阻力解析：(1)t 5时刻小球的速度v 5＝16.14＋18.662×0.05×10－2m/s ＝3.48m/s ；(2)从t 2到t 5时间内，重力势能增量ΔE p ＝mgh 25＝0.2×9.8×(23.68＋21.16＋18.66)×10－2J ＝1.24J ，动能减少量ΔE k ＝12mv 22－12mv 25＝1.28J ；(3)ΔE p <ΔE k ，造成这种结果的主要原因是上升过程中存在空气阻力。

3．如图(a)中，悬点正下方P 点处放有水平放置炽热的电热丝，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断，小球由于惯性向前飞出做平抛运动。

在地面上放上白纸，上面覆盖着复写纸，当小球落在复写纸上时，会在下面白纸上留下痕迹。

用重垂线确定出A 、B 点的投影点N 、M 。

重复实验10次(小球每一次都从同一点由静止释放)球的落点痕迹如图(b)所示，图中米尺水平放置，零刻度线与M 点对齐。

用米尺量出AN 的高度h 1、BM 的高度h 2，算出A 、B 两点的竖直距离，再量出M 、C 之间的距离x ，即可验证机械能守恒定律，已知重力加速度为g ，小球的质量为m 。

(1)根据图(b)可以确定小球平抛时的水平射程为________cm 。

(2)用题中所给字母表示出小球平抛时的初速度v 0＝________。

(3)用测出的物理量表示出小球从A到B过程中，重力势能的减少量ΔE p＝________，动能的增加量ΔE k＝________。

答案：(1)65.0 (2)xg2h2(3)mg(h1－h2)mgx24h24．某同学利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。

该同学经正确操作得到打点纸带，在纸带后段每两个计时间隔取一个计数点，依次为1、2、3、4、5、6、7，测量各计数点到第一个打点的距离h，并正确求出打相应点时的速度v。

各计数点对应的数据见下表：(2)由图线可知，重锤下落的加速度g′＝________m/s2(保留三位有效数字)；(3)若当地的重力加速度g＝9.8m/s2，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的重锤机械能守恒的依据是________。

答案：(1)作出v2－h图线如图(2)9.75(答9.69～9.79均给分)(3)图线为通过坐标原点的一条直线，斜率g′的一半与g基本相等(不交代“通过坐标原点”也给分)。