2024-2025學(xué)年高中物理第七章機(jī)械能守恒定律9實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課時(shí)作業(yè)含解析新人教版必修2

PAGEPAGE7試驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)間：45分鐘一、單項(xiàng)選擇題1．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中有關(guān)重錘的質(zhì)量，下列說(shuō)法中正確的是(B)①應(yīng)選用質(zhì)量較大的重錘，使重錘和紙帶所受的重力遠(yuǎn)大于它們所受的阻力；②應(yīng)選用質(zhì)量較小的重錘，使重錘的慣性小一些，下落時(shí)更接近于自由落體運(yùn)動(dòng)；③不須要稱量重錘的質(zhì)量；④必需稱量重錘的質(zhì)量，而且要讀到0.01g.A．②④B．①③C．①④D．②③解析：依據(jù)試驗(yàn)原理mgh＝eq\f(1,2)mv2，只需驗(yàn)證gh＝eq\f(1,2)v2，故不必測(cè)量重錘的質(zhì)量．由于紙帶下落過(guò)程中有系統(tǒng)誤差，為了減小這種誤差對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，要讓重錘質(zhì)量大一些，這樣阻力的影響就會(huì)減小，B選項(xiàng)正確．2．用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)中得到如圖所示紙帶．依據(jù)紙帶算出相關(guān)各點(diǎn)的速度v，測(cè)量出下落距離h，則以eq\f(v2,2)為縱軸，以h為橫軸畫出的圖象應(yīng)是下圖中的(C)解析：由機(jī)械能守恒定律得：mgh＝eq\f(1,2)mv2，得：eq\f(v2,2)＝gh，可以看出eq\f(v2,2)與h成正比例關(guān)系，圖線是過(guò)原點(diǎn)的直線，C正確．?dāng)?shù)據(jù)處理可以用不同的方法，得到相同的結(jié)論．3．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中，由于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過(guò)時(shí)受到較大的阻力，這樣的結(jié)果會(huì)有(A)A．mgh＞eq\f(1,2)mv2 B．mgh＜eq\f(1,2)mv2C．mgh＝eq\f(1,2)mv2 D．以上都有可能解析：紙帶受較大阻力，重物克服阻力做功，依據(jù)動(dòng)能定理得：mgh－Wf＝eq\f(1,2)mv2，所以mgh＞eq\f(1,2)mv2.通過(guò)此題也提示我們?cè)谧鲈囼?yàn)時(shí)，要仔細(xì)調(diào)整儀器，使兩限位孔在同始終線上，以減小誤差．4．有4條用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(所用交變電流頻率均為50Hz)打出的紙帶A、B、C、D，其中一條是做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”試驗(yàn)時(shí)打出的．為找出該紙帶，某同學(xué)在每條紙帶上選取了點(diǎn)跡清晰的、連續(xù)的4個(gè)點(diǎn)，用刻度尺測(cè)出相鄰兩個(gè)點(diǎn)間的距離依次為s1、s2、s3.請(qǐng)你依據(jù)下列s1、s2、s3的測(cè)量結(jié)果確定該紙帶為(已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?.791m/s2)(C)A．61.0mm65.8mm70.7mmB．41.2mm45.1mm53.0mmC．49.6mm53.5mm57.3mmD．60.5mm61.0mm60.6mm解析：驗(yàn)證機(jī)械能守恒采納重錘的自由落體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，所以相鄰的0.02s內(nèi)的位移增加量為Δs＝gT2＝9.791×0.022m≈3.9mm，答案為C.5．在探討重物自由下落過(guò)程中機(jī)械能是否守恒的試驗(yàn)中，得到如圖所示的一條紙帶，該紙帶上最初打出的幾個(gè)點(diǎn)不清晰，紙帶上留下的是后面的一些點(diǎn)，算出打下B，C兩點(diǎn)時(shí)，重物速度分別是vB、vC，量得B、C兩點(diǎn)間的距離為h，那么驗(yàn)證機(jī)械能守恒的表達(dá)式可寫為(B)A．gh＝veq\o\al(2,C)－veq\o\al(2,B) B．gh＝eq\f(1,2)veq\o\al(2,C)－eq\f(1,2)veq\o\al(2,B)C．vC＝vB＋aT D．veq\o\al(2,B)＋veq\o\al(2,C)＝2gh解析：從B→C的過(guò)程ΔEp減＝mgh，ΔEk增＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)，所以需驗(yàn)證的表達(dá)式為mgh＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)，即gh＝eq\f(1,2)veq\o\al(2,C)－eq\f(1,2)veq\o\al(2,B).二、多項(xiàng)選擇題6．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(shuō)法中，正確的是(BD)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)量選用得較大些，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．先釋放紙帶后接通電源會(huì)造成較大誤差解析：在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”試驗(yàn)中，我們只需比較ghn與eq\f(v\o\al(2,n),2)的值即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律是否成立，與重物質(zhì)量無(wú)關(guān)，因此選項(xiàng)A錯(cuò)誤；若將重物質(zhì)量選得大些，則在重物下落過(guò)程中，空氣阻力可忽視不計(jì)，有利于減小誤差，所以選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；紙帶下落與打點(diǎn)不同步，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，而我們計(jì)算動(dòng)能增加量時(shí)認(rèn)為初動(dòng)能為0，因此重物動(dòng)能的增加量比重物重力勢(shì)能的削減量大，故選項(xiàng)D正確．7．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中，下列物理量中須要測(cè)量的有(CD)A．重物的質(zhì)量B．重力加速度C．重物下落的高度D．與重物下落高度對(duì)應(yīng)的重物的瞬時(shí)速度解析：依據(jù)試驗(yàn)原理，須要驗(yàn)證mgh＝eq\f(1,2)mv2，質(zhì)量可以消去，無(wú)需測(cè)量，而高度和速度是必需測(cè)量的．8．用自由落體驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，就是看eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)是否近似等于mghn(n為計(jì)時(shí)點(diǎn)的編號(hào)0、1、2、…)．下列說(shuō)法中正確的是(AB)A．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打第一個(gè)點(diǎn)0時(shí)，重物的速度為零B．hn為計(jì)時(shí)點(diǎn)n到計(jì)時(shí)點(diǎn)0的距離C．m為重物的質(zhì)量，需用天平稱量D．用vn＝gtn計(jì)算vn時(shí)，tn＝(n－1)T(T為打點(diǎn)周期)解析：本試驗(yàn)的原理就是利用重物的自由落體運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，因此打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的第一個(gè)點(diǎn)，重物的速度應(yīng)為零，A對(duì)；hn與vn分別表示打第n個(gè)點(diǎn)時(shí)重物下落的高度和對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度，B對(duì)；本試驗(yàn)中，不須要測(cè)量重物的質(zhì)量，因?yàn)楣絤gh＝eq\f(1,2)mv2的兩邊都有m，故只要gh＝eq\f(1,2)v2成立，mgh＝eq\f(1,2)mv2就成立，機(jī)械能守恒定律也就被驗(yàn)證了，所以C錯(cuò)；不能用vn＝gtn計(jì)算vn，因?yàn)閷?shí)際試驗(yàn)中有阻力，實(shí)際的加速度a≠g，故D錯(cuò)．三、非選擇題9．某試驗(yàn)小組在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”試驗(yàn)中，提出了如圖所示的甲、乙兩種方案：甲方案為用自由落體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行試驗(yàn)，乙方案為用小車在斜面上下滑進(jìn)行試驗(yàn)．(1)組內(nèi)同學(xué)對(duì)兩種方案進(jìn)行了深化的探討分析，最終確定了一個(gè)大家認(rèn)為誤差相對(duì)較小的方案，你認(rèn)為該小組選擇的方案是圖甲，理由是理由見(jiàn)解析．(2)若該小組采納圖甲的裝置打出了一條紙帶如圖丙所示，相鄰兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.02s，請(qǐng)依據(jù)紙帶計(jì)算出B點(diǎn)的速度大小為1.37m/s.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(3)該小組內(nèi)同學(xué)依據(jù)紙帶算出了相應(yīng)點(diǎn)的速度，作出v2－h(huán)圖線如圖丁所示，請(qǐng)依據(jù)圖線計(jì)算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.8m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)解析：(1)圖甲；采納圖乙試驗(yàn)時(shí)，由于小車與斜面間存在摩擦力的作用，且不能忽視，所以小車在下滑的過(guò)程中機(jī)械能不守恒，故圖乙不能用于驗(yàn)證機(jī)械能守恒．(2)vB＝eq\f(12.40－6.93×10－2,0.04)m/s≈1.37m/s.(3)因?yàn)閙gh＝eq\f(1,2)mv2，所以g＝eq\f(\f(1,2)v2,h)＝eq\f(1,2)k，k為圖線的斜率，求得g＝9.75m/s2，約為9.8m/s2.10．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(guò)計(jì)算得到不同時(shí)刻的速度如下表(當(dāng)?shù)刂亓铀俣热?.8m/s2，小球質(zhì)量m＝0.2kg，計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)：時(shí)刻t2t3t4t5速度(m·s－1)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＝3.48m/s.(2)從t2到t5時(shí)間內(nèi)，重力勢(shì)能增量ΔEp＝1.24J，動(dòng)能削減量ΔEk＝1.28J；(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<(選填“>”“<”或“＝”)ΔEk，造成這種結(jié)果的主要緣由是存在空氣阻力．解析：(1)t5時(shí)刻小球的速度v5＝eq\f(16.14＋18.66,2×0.05)×10－2m/s＝3.48m/s；(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＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,5)≈1.28J；(3)ΔEp<ΔEk，造成這種結(jié)果的主要緣由是存在空氣阻力．11．某同學(xué)利用如圖所示的試驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．弧形軌道末端水平，離地面的高度為H.將鋼球從軌道的不同高度h處?kù)o止釋放，鋼球的落點(diǎn)距軌道末端的水平距離為s.(1)若軌道完全光滑，s2與h的理論關(guān)系應(yīng)滿意s2＝4Hh.(用H、h表示)(2)該同學(xué)經(jīng)試驗(yàn)測(cè)量得到一組數(shù)據(jù)，如下表所示：h/×10－1m2.003.004.005.006.00s2/×10－1m22.623.895.206.537.78請(qǐng)?jiān)谧鴺?biāo)紙上(如圖)作出s2－h(huán)關(guān)系圖．答案：如圖所示(3)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算得到的s2－h(huán)關(guān)系圖線(圖中已畫出)，自同一高度靜止釋放的鋼球，水平拋出的速率小于(選填“小于”或“大于”)理論值．