2024-2025學(xué)年新教材高中物理第八章機(jī)械能守恒定律5實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律素養(yǎng)檢測(cè)含解析新人教版必修2

PAGE9-試驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(40分鐘100分)1.(6分)下列關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”試驗(yàn)的試驗(yàn)誤差的說法中，正確的是 ()A.重物質(zhì)量的稱量不準(zhǔn)會(huì)造成較大誤差B.重物質(zhì)量選用得大些，有利于減小誤差C.重物質(zhì)量選用得較小些，有利于減小誤差D.紙帶下落和打點(diǎn)不同步不會(huì)造成較大誤差【解析】選B。從須要驗(yàn)證的關(guān)系式ghn=看，與質(zhì)量無關(guān)，A錯(cuò)誤；當(dāng)重物質(zhì)量大一些時(shí)，空氣阻力可以忽視，B正確、C錯(cuò)誤；紙帶先下落而后打點(diǎn)，此時(shí)，紙帶上最初兩點(diǎn)的點(diǎn)跡間隔較正常時(shí)略大，用此紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其結(jié)果是重物在打第一個(gè)點(diǎn)時(shí)就有了初動(dòng)能，因此重物動(dòng)能的增加量比重物重力勢(shì)能的削減量大，D錯(cuò)誤。2.(6分)(多選)為驗(yàn)證在自由落體過程中物體的機(jī)械能是守恒的，某同學(xué)利用DIS設(shè)計(jì)了一個(gè)試驗(yàn)，試驗(yàn)裝置如圖所示，圖中A、B兩點(diǎn)分別固定了兩個(gè)光電門，它們可以近似測(cè)出運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)速度。在試驗(yàn)中測(cè)得物體經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)的速度為v1，經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的速度為v2，為了證明物體經(jīng)過A、B兩點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能相等，這位同學(xué)又設(shè)計(jì)了以下幾個(gè)步驟，你認(rèn)為其中必要或者正確的是()A.用天平測(cè)出物體的質(zhì)量B.用刻度尺測(cè)量A、B兩點(diǎn)間的豎直距離C.利用m-m算出物體從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中重力勢(shì)能的改變量D.驗(yàn)證-與2gh是否相等【解析】選B、D。依據(jù)機(jī)械能守恒的表達(dá)式，可知不須要測(cè)量質(zhì)量，故A錯(cuò)誤；試驗(yàn)中須要測(cè)量從A到B過程中重力勢(shì)能的減小量，因此須要測(cè)量AB之間的距離h，故B正確；從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中重力勢(shì)能的改變量ΔEp=mgh，利用m-m算出物體從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中動(dòng)能增加量，故C錯(cuò)誤；依據(jù)機(jī)械能守恒有：mgh=m-m，即驗(yàn)證-與2gh是否相等，故D正確。3.(9分)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)中，現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平?；卮鹣铝袉栴}：(1)為完成此試驗(yàn)，除了所給的器材，還須要的器材有_________。(填入正確選項(xiàng)前的字母)

A.米尺B.秒表C.0～12V的直流電源D.0～12V的溝通電源(2)試驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的緣由有________________________________。(寫出兩個(gè)緣由)

【解析】(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器運(yùn)用的電源為溝通電源，故應(yīng)選取0～12V的溝通電源，D正確；利用米尺測(cè)量紙帶上各點(diǎn)間的距離，A正確。本試驗(yàn)中利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器作為計(jì)時(shí)工具，所以不須要秒表，B錯(cuò)誤。(2)試驗(yàn)誤差的來源主要是由于紙帶在下滑的過程中須要克服摩擦力做功，以及用米尺測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)讀數(shù)有誤差。答案：(1)A、D(2)紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦；用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差。4.(12分)如圖所示，兩個(gè)質(zhì)量分別為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?，F(xiàn)要利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(1)若選定物塊A從靜止起先下落的過程進(jìn)行測(cè)量，則須要測(cè)量的物理量有_________。(填入選項(xiàng)前的編號(hào))

①物塊的質(zhì)量m1、m2；②物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時(shí)間；③物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時(shí)間；④繩子的長(zhǎng)度。(2)為提高試驗(yàn)結(jié)果的精確程度，某小組同學(xué)對(duì)此試驗(yàn)提出了以下建議：①繩的質(zhì)量要輕；②在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長(zhǎng)越好；③盡量保證物塊只沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，不要搖擺；④兩個(gè)物塊的質(zhì)量之差要盡可能小。以上建議中的確對(duì)提高精確程度有作用的是_________。(填入選項(xiàng)前的編號(hào))

(3)寫出一條上面沒有提到的對(duì)提高試驗(yàn)結(jié)果精確程度有益的建議：

________________________________________________________。

【解析】(1)通過連接在一起的A、B兩物塊驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，即驗(yàn)證系統(tǒng)的勢(shì)能改變與動(dòng)能改變是否相等，A、B連接在一起，A下降的距離肯定等于B上升的距離；A、B速度大小總是相等的，故不須要測(cè)量繩子的長(zhǎng)度和B上升的距離剛好間。(2)假如繩子質(zhì)量不能忽視，則A、B組成的系統(tǒng)勢(shì)能將有一部分轉(zhuǎn)化為繩子的動(dòng)能，從而為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律帶來誤差；若物塊搖擺，則兩物塊的速度有差別，也會(huì)為計(jì)算系統(tǒng)的動(dòng)能帶來誤差；繩子長(zhǎng)度和兩個(gè)物塊質(zhì)量差應(yīng)適當(dāng)。(3)多次測(cè)量取平均值可削減測(cè)量誤差；選取受力后相對(duì)伸長(zhǎng)量盡量小的繩子，可提高測(cè)量高度的精確度。答案：(1)①②(或①③)(2)①③(3)對(duì)同一高度進(jìn)行多次測(cè)量取平均值；或選取受力后相對(duì)伸長(zhǎng)量盡量小的繩5.(12分)某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。頻閃儀每隔0.05s閃光一次，圖中所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離，該同學(xué)通過計(jì)算得到不同時(shí)刻的速度如表(當(dāng)?shù)刂亓铀俣热?.8m/s2，小球質(zhì)量m=0.2時(shí)刻t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98(1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算t5時(shí)刻小球的速度v5=_________m/s；

(2)從t2到t5時(shí)間內(nèi)，重力勢(shì)能增量ΔEp=_______J，動(dòng)能削減量ΔEk=_________J；

(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEp與ΔEk近似相等，從而驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。由上述計(jì)算得ΔEp_______ΔEk(選填“>”“<”或“=”)，造成這種結(jié)果的主要緣由是。

【解析】(1)t5時(shí)刻小球的速度v5=×10-2m/s=3.48(2)從t2到t5時(shí)間內(nèi)，重力勢(shì)能增量ΔEp=mgh25=0.2×9.8×(23.68+21.16+18.66)×10-2J=1.24J，動(dòng)能削減量ΔEk=m-m=1.28J；(3)ΔEp<ΔEk，沒有接通電源就釋放了紙帶答案：(1)3.48(2)1.241.28(3)<沒有接通電源就釋放了紙帶6.(12分)用落體法探究機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)裝置如圖所示。(1)試驗(yàn)中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接的電源是_________(選填“A”或“B”)。

A.直流電B.溝通電(2)操作時(shí)，釋放紙帶與接通電源的合理依次應(yīng)是_________(選填“A”或“B”)。

A.先釋放紙帶，再接通電源B.先接通電源，再釋放紙帶(3)為了減小由于阻力帶來的試驗(yàn)誤差，應(yīng)選用的重物是_________(選填“A”或“B”)。

A.質(zhì)量為200B.質(zhì)量為200(4)有下列器材可供選用：重錘、鐵架臺(tái)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、復(fù)寫紙、紙帶、秒表、低壓溝通電源、導(dǎo)線、電鍵、天平、刻度尺。其中不必要的器材有__________________。

(5)下列關(guān)于試驗(yàn)誤差的說法中，正確的是_________(填序號(hào))。

A.重錘質(zhì)量的稱量不準(zhǔn)會(huì)造成較大誤差B.重錘質(zhì)量選用得大些，有利于減小誤差C.重錘質(zhì)量選用得較小些，有利于減小誤差D.先釋放重物，后接通電源會(huì)造成較大誤差(6)最終的結(jié)果發(fā)覺重力勢(shì)能的削減量略大于動(dòng)能的增加量，請(qǐng)說出緣由___________________________(一條即可)。

【解析】(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率等于溝通電的頻率，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)運(yùn)用溝通電源。故B項(xiàng)正確，A項(xiàng)錯(cuò)誤。(2)若先釋放紙帶，再接通電源，由于重物下落較快，紙帶上得到的點(diǎn)跡較少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會(huì)對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生較大的誤差；釋放紙帶與接通電源的合理依次應(yīng)是先接通電源后釋放紙帶。故B項(xiàng)正確，A項(xiàng)錯(cuò)誤。(3)為了減小由于阻力帶來的試驗(yàn)誤差，相同質(zhì)量的重物，體積應(yīng)選小的，即應(yīng)選鐵質(zhì)重錘而不是木球。故A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤。(4)試驗(yàn)中借助打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄重物的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，不須要秒表。試驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒，即驗(yàn)證重力勢(shì)能的削減量mgh與動(dòng)能增加量mv2的關(guān)系；可不測(cè)質(zhì)量，驗(yàn)證gh與v2的關(guān)系，所以天平也不須要。(5)試驗(yàn)中重物的質(zhì)量不必要測(cè)量，重錘質(zhì)量的稱量不準(zhǔn)，不會(huì)造成誤差，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；為了減小阻力的影響，重錘應(yīng)選擇質(zhì)量大一些、體積小一些的，故B項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；先釋放重物，再接通電源，由于重物下落較快，紙帶上得到的點(diǎn)跡較少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會(huì)對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生較大的誤差，故D項(xiàng)正確。(6)重力勢(shì)能的削減量略大于動(dòng)能的增加量，是由于紙帶與計(jì)時(shí)器間阻力(或空氣阻力)帶來的影響.答案：(1)B(2)B(3)A(4)天平、秒表(5)B、D(6)空氣阻力(摩擦阻力)7.(15分)用如圖所示的試驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。試驗(yàn)所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓為6V的溝通電和直流電兩種，重物從高處由靜止起先落下，重物拖著的紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)的痕跡進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(1)下面列舉了該試驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：A.依據(jù)圖示的裝置安裝器件；B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的直流輸出端上；C.用天平測(cè)量出重物的質(zhì)量；D.先釋放懸掛紙帶的夾子，后接通電源開關(guān)打出一條紙帶；E.測(cè)量打出的紙帶上某些點(diǎn)之間的距離；F.依據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重物下落過程中削減的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能。其中沒有必要進(jìn)行的步驟是_________；操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是_________。

(2)某同學(xué)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)時(shí)，打下的一條紙帶如圖所示，0點(diǎn)為起始點(diǎn)，測(cè)得3點(diǎn)、6點(diǎn)、9點(diǎn)與第一點(diǎn)0間的距離分別為hA=1.75cm，h7.00cm，hC=15.70cm，溝通電的周期是0.02s，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=9.8m/s2，設(shè)重物的質(zhì)量是m=1.00kg，則從0點(diǎn)到6點(diǎn)，重物的動(dòng)能增量ΔEk=_________J，重物重力勢(shì)能削減量ΔEp=_________J(3)由此得出的結(jié)論是______________________________。

【解析】(1)因?yàn)槲覀兪潜容^mgh、mv2的大小關(guān)系，故m可約去，不須要用天平，故C沒有必要；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接到電源的“溝通輸出”上，故B錯(cuò)誤；先接通電源，再釋放紙帶，打出一條紙帶，故D錯(cuò)誤。(2)利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論有：v6===m/s=1.1625m/s動(dòng)能增量ΔEk=m=0.68J從0到打下計(jì)數(shù)點(diǎn)6的過程中，重物重力勢(shì)能減小量為ΔEp=mghB=1.0×9.8×0.07J=0.69J。(3)在誤差允許范圍內(nèi)重力勢(shì)能削減量等于動(dòng)能的增加量。答案：(1)CB、D(2)0.680.69(3)在誤差允許范圍內(nèi)重力勢(shì)能削減量等于動(dòng)能的增加量8.(12分)甲、乙兩個(gè)試驗(yàn)小組利用如圖所示的試驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到50Hz的溝通電源上，選用不同的重錘，按正確操作各自得到了一條紙帶，由于紙帶較長(zhǎng)，圖中有部分未畫出，如圖甲、乙所示。試驗(yàn)中，兩組試驗(yàn)時(shí)，重錘均從同一高度釋放，紙帶上各點(diǎn)均是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)。(1)重錘從A運(yùn)動(dòng)到C的時(shí)間是_________s。

(2)應(yīng)選用紙帶_________(選填“甲”或“乙”)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律更合理，簡(jiǎn)要說明理由：

__________________________。

(3)依據(jù)你選擇的紙帶，為了測(cè)量CE過程中的ΔEk和ΔEp，則應(yīng)測(cè)量紙帶上相應(yīng)打印點(diǎn)間距離的長(zhǎng)度，下列合理的是測(cè)量_________(填序號(hào))。

A.AC、AD和AE的長(zhǎng)度 B.BD、CE和DF的長(zhǎng)度C.AC、CE和AE的長(zhǎng)度 D.AE、CD和AC的長(zhǎng)度【解析】(1)兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.02s，則重錘從A運(yùn)動(dòng)到C的時(shí)間是0.04s。(2)應(yīng)選用紙帶甲來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律更合理，理由是：由紙帶上點(diǎn)跡分布可知，甲的加速度大，所受的阻力小。(3)要求解C點(diǎn)的速度，則須要測(cè)量BD之間的距離；要求解E點(diǎn)的速度，則須要測(cè)量DF之間的距離；要求解從C到E的重力做功，須要測(cè)量CE的距離；故選B。答案：(1)0.04(2)甲甲的加速度大，所受的阻力小(3)B9.(16分)“落體法”是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的主要方法之一，請(qǐng)回答下列問題：(1)完成該試驗(yàn)時(shí)，其中一個(gè)重要的步驟是，接通電源釋放紙帶，則如圖1所示操作合理的是_________；

(2)某次操作得到了如圖2所示的紙帶，已知打點(diǎn)周期為T、重錘的質(zhì)量為m，依次測(cè)出了各計(jì)時(shí)點(diǎn)到第一個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)O的距離如圖2中所示，打A點(diǎn)時(shí)重錘的動(dòng)能應(yīng)為_________，假如選取A到E的過程完成機(jī)械能守恒定律的驗(yàn)證，則須要驗(yàn)證的關(guān)系式為______________；

(3)假如某次試驗(yàn)時(shí)，發(fā)覺動(dòng)能的增加量略大于重力勢(shì)能的減小量，請(qǐng)分析出現(xiàn)這種現(xiàn)象的緣由可能為_________(填序號(hào))。

A.在測(cè)量重錘質(zhì)量時(shí)測(cè)量的不精確B.所運(yùn)用的溝通電源的實(shí)際頻率小于50HzC.摩擦力或阻力太大【解析】(1)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)中，應(yīng)讓重錘緊靠打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，手拉著紙帶的上方，保持紙帶豎直，由靜止釋放，操作比較合理的應(yīng)為D；(2)A點(diǎn)的瞬時(shí)速度vA=，則打A點(diǎn)時(shí)重錘的動(dòng)能EkA=m=；假如選取A到E的過程，則該過程中重錘在這段時(shí)間內(nèi)重力勢(shì)能的削減量Δ