2024-2025學(xué)年高中物理課時作業(yè)16驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律含解析粵教版必修2

PAGE8-課時分層作業(yè)(十六)(時間：40分鐘分值：100分)[基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練]非選擇題(本題共5小題，共50分)1．(8分)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中：(1)下列物理量中須要用工具干脆測量的有()A．重物的質(zhì)量B．重力加速度C．重物下落的高度D．與重物下落高度對應(yīng)的重物的瞬時速度(2)試驗(yàn)中，假如以eq\f(v2,2)為縱軸，以h為橫軸，依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的eq\f(v2,2)-h圖線應(yīng)是________，才能合乎試驗(yàn)驗(yàn)證的要求，eq\f(v2,2)-h圖線的斜率等于________的數(shù)值．[解析](1)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中，只須要用刻度尺測量重物下落的高度．重物的質(zhì)量不用測量．重力加速度不須要測量．通過計算可以得到與重物下落高度對應(yīng)的重物的瞬時速度．故選C.(2)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)中，有mgh＝eq\f(1,2)mv2，則有eq\f(v2,2)＝gh，由于g是常數(shù)，所以eq\f(v2,2)-h圖線為過原點(diǎn)的傾斜直線，圖線的斜率等于g.[答案](1)C(2)過原點(diǎn)的傾斜直線重力加速度g2．(10分)如圖為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)裝置示意圖．現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點(diǎn)計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘．回答下列問題：(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．低壓直流電源D．低壓溝通電源(2)試驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的緣由有：_______________(寫出兩個緣由即可)．(3)試驗(yàn)中由于打點(diǎn)計時器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時受到較大阻力，這樣將造成________．A．不清晰 B．mgh>eq\f(1,2)mv2C．mgh<eq\f(1,2)mv2 D．mgh＝eq\f(1,2)mv2[解析](1)在處理數(shù)據(jù)時須要測量長度，故須要米尺；電磁打點(diǎn)計時器工作時須要運(yùn)用低壓溝通電源；所以選項(xiàng)A、D正確．(2)造成誤差的緣由有：①紙帶和打點(diǎn)計時器之間有摩擦．②用米尺測量紙帶上點(diǎn)的位置時讀數(shù)有誤差．③計算勢能改變時，選取始末位置過近．④溝通電頻率不穩(wěn)定．(3)由于阻力作用，物體重力勢能的削減量大于動能的增加量，即mgh>eq\f(1,2)mv2，選項(xiàng)B正確．[答案](1)AD(2)①紙帶和打點(diǎn)計時器之間有摩擦．②用米尺測量紙帶上點(diǎn)的位置時讀數(shù)有誤差．③計算勢能改變時，選取始末位置過近．④溝通電頻率不穩(wěn)定．(任選其二)(3)B3．(10分)某同學(xué)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”時按如圖甲所示安裝好試驗(yàn)裝置，正確進(jìn)行試驗(yàn)操作，從打出的紙帶中選出符合要求的紙帶，如圖乙所示．圖中O點(diǎn)為打點(diǎn)起始點(diǎn)，且速度為零．甲乙(1)選取紙帶上打出的連續(xù)點(diǎn)A、B、C…，測出其中E、F、G點(diǎn)距起始點(diǎn)O的距離分別為h1、h2、h3，已知重錘質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計時器打點(diǎn)周期為T.為驗(yàn)證此試驗(yàn)過程中機(jī)械能是否守恒，須要計算出從打下O點(diǎn)到打下F點(diǎn)的過程中，重錘重力勢能的削減量ΔEp＝________，動能的增加量ΔEk＝________.(用題中所給字母表示)(2)以各點(diǎn)到起始點(diǎn)的距離h為橫坐標(biāo)，以各點(diǎn)速度的平方v2為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，用試驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)繪出v2-h圖線，如圖所示，該圖象說明白________．[解析](1)從打下O點(diǎn)到打下F點(diǎn)的過程中，重錘重力勢能的削減量為ΔEp＝mgh2，F(xiàn)點(diǎn)的瞬時速度為vF＝eq\f(h3－h(huán)1,2T)，則動能增加量為ΔEk＝eq\f(mh3－h(huán)12,8T2).(2)物體下落時，只有重力做功，動能與重力勢能相互轉(zhuǎn)化，物體的機(jī)械能守恒。[答案](1)mgh2eq\f(mh3－h(huán)12,8T2)(2)見解析4．(10分)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)中，與紙帶相連的質(zhì)量為1kg的重錘自由下落，打出的紙帶如圖所示，相鄰計數(shù)點(diǎn)時間間隔為0.02s，g取9.8m/s2.求：(1)打點(diǎn)計時器打下計數(shù)點(diǎn)B時，物體的速度vB＝________m/s(保留兩位有效數(shù)字)；(2)某同學(xué)依據(jù)紙帶上的O點(diǎn)到B點(diǎn)的數(shù)據(jù)，計算出物體的動能增加量ΔEk＝0.47J，重力勢能減小量ΔEp＝0.48J，經(jīng)過多次試驗(yàn)均發(fā)覺ΔEk略小于ΔEp，試分析或說明形成這個現(xiàn)象的緣由：_____________________________________________________.[解析](1)vB＝eq\x\to(v)AC＝eq\f(hAC,2T)＝eq\f(7.02－3.13×10－2,2×0.02)m/s≈0.97m/s(2)由于重錘下落過程中要克服空氣阻力及紙帶所受阻力做功，所以下落過程中，重錘的機(jī)械能有少量損失，增加的動能總是略小于削減的重力勢能．[答案](1)0.97(2)由于要克服空氣阻力和紙帶所受阻力做功，重錘的機(jī)械能略削減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)通過計算得到不同時刻的速度如下表(當(dāng)?shù)刂亓铀俣热?.8m/s2，小球質(zhì)量m＝0.2kg，計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)：時刻t2t3t4t5速度(m·s－1)4.994.483.98(1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計算t5時刻小球的速度v5＝________m/s；(2)從t2到t5時間內(nèi)，重力勢能增量ΔEp＝________J，動能削減量ΔEk＝__________J；(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEp與ΔEk近似相等，則可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．由上述計算得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時間內(nèi)，重力勢能增量ΔEp＝mgh25＝0.2×9.8×(23.68＋21.16＋18.66)×10－2J＝1.24J，動能削減量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)果的主要緣由是上升過程中存在空氣阻力．[答案](1)3.48(2)1.241.28(3)＜存在空氣阻力[實(shí)力提升練]非選擇題(本題共4小題，共50分)1．(10分)某同學(xué)探討小球搖擺過程中機(jī)械能守恒，他用的DIS的裝置如圖(a)所示，在試驗(yàn)中，選擇以圖象方式顯示試驗(yàn)的結(jié)果，所顯示的DIS圖象如圖(b)所示，圖象的橫軸表示小球距D點(diǎn)的高度h，縱軸表示擺球的重力勢能Ep、動能Ek或機(jī)械能E.(1)在圖(b)中，表示小球的動能Ek隨小球距D點(diǎn)的高度h改變關(guān)系的圖線是________．(2)依據(jù)圖(b)所示的試驗(yàn)圖象，可以得出的結(jié)論是_____________________________________________________________________________________________________________.[解析](1)小球在搖擺過程中只有重力對小球做功，小球的機(jī)械能守恒，取D點(diǎn)所在位置為零勢能點(diǎn)，設(shè)在D點(diǎn)小球的速度大小為vD，則有mgh＋eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,D)，其中h表示小球所在位置距D點(diǎn)的高度，eq\f(1,2)mv2表示小球的動能Ek，即Ek＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,D)－mgh.因此小球的動能Ek隨高度h的改變圖線應(yīng)是丙．(2)依據(jù)題圖(b)所示的試驗(yàn)圖象可知，小球的動能與重力勢能之和等于常數(shù)，即只有重力做功時，物體的機(jī)械能守恒．[答案](1)丙(2)只有重力做功時，物體的機(jī)械能守恒2．(14分)利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，試驗(yàn)裝置示意圖如圖所示．(1)試驗(yàn)步驟：①將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平．②用游標(biāo)卡尺測出擋光條的寬度l＝9.30mm.③由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心間的距離s＝____________cm.④將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2.⑤從數(shù)字計時器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時間Δt1、和Δt2.⑥用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m.(2)用表示干脆測量量的字母寫出下列物理量的表達(dá)式．①滑塊通過光電門1和光電門2時，瞬時速度分別為v1＝________________和v2＝________________.②當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動能分別為Ek1＝________和Ek2＝________.③在滑塊從光電門1運(yùn)動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的削減量ΔEp＝________(重力加速度為g)．(3)假如ΔEp＝________，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．[解析](1)距離s＝80.30cm－20.30cm＝60.00cm.(2)①由于擋光條寬度很小，因此可以將擋光條通過光電門時的平均速度當(dāng)成瞬時速度，擋光條的寬度l可用游標(biāo)卡尺測量，擋光時間Δt可從數(shù)字計時器讀出．因此，滑塊通過光電門1和光電門2的瞬時速度分別為v1＝eq\f(l,Δt1)、v2＝eq\f(l,Δt2).②當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)的總動能分別為Ek1＝eq\f(1,2)(M＋m)veq\o\al(2,1)＝eq\f(1,2)(M＋m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(l,Δt1)))eq\s\up20(2)；Ek2＝eq\f(1,2)(M＋m)veq\o\al(2,2)＝eq\f(1,2)(M＋m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(l,Δt2)))eq\s\up20(2).③在滑塊從光電門1運(yùn)動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的削減量ΔEp＝mgs.(3)假如在試驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)ΔEp＝Ek2－Ek1，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．[答案](1)60.00(2)①eq\f(l,Δt1)eq\f(l,Δt2)②eq\f(1,2)(M＋m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(l,Δt1)))eq\s\up20(2)eq\f(1,2)(M＋m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(l,Δt2)))eq\s\up20(2)③mgs(3)Ek2－Ek13．(12分)某同學(xué)利用如圖甲所示的試驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．該同學(xué)經(jīng)正確操作得到打點(diǎn)紙帶，在紙帶后段每兩個計時間隔取一個計數(shù)點(diǎn)，依次為1、2、3、4、5、6、7，測量各計數(shù)點(diǎn)到第一個打點(diǎn)的距離h，并正確求出打相應(yīng)點(diǎn)時的速度v.各計數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)見下表：計數(shù)點(diǎn)1234567h(m)0.1240.1940.2790.3800.4970.6300.777v(m/s)1.942.332.733.133.50v2(m2/s2)3.765.437.459.8012.25(1)請?jiān)趫D乙坐標(biāo)中，描點(diǎn)作出v2-h圖線；(2)由圖線可知，重錘下落的加速度g′＝________m/s2(保留三位有效數(shù)字)；(3)若當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.8m/s2，依據(jù)作出的圖線，能粗略驗(yàn)證自由下落的重錘機(jī)械能守恒的依據(jù)是______________________.[答案](1)作出v2-h圖線如圖(2)9.75(答9.69～9.79均給分)(3)圖線為通過坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線，斜率的一半與g基本相等(不交代“通過坐標(biāo)原點(diǎn)”也給分)4．(14分)用如圖所示試驗(yàn)裝置驗(yàn)證m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒．m2從高處由靜止起先下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．圖給出的是試驗(yàn)中獲得的一條紙帶：0是打下的第一個點(diǎn)，每相鄰兩計數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)，計數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示．已知m1＝50g，m2＝150g，則：(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(1)從紙帶上打下計數(shù)點(diǎn)5時的速度v＝________m/s；(2)從打下第“0”點(diǎn)到打下第“5”點(diǎn)的過程中系統(tǒng)動能的增量ΔEk＝________J，系統(tǒng)勢能的削減量ΔEp＝____________J；(當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭取10m/s2)(3)若某同學(xué)作出eq\f(1,2)v2-h圖象如圖所示，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝________m/s2.[解析](1)在紙帶上打下計數(shù)點(diǎn)5時的速度v＝eq\f(21.60＋26.40×10－2,2×0.1)m/s＝2.4m/s.(2)從打下第“0”點(diǎn)到打下第“5”點(diǎn)的過程中系統(tǒng)動能的增量ΔEk＝e