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

PAGE9-試驗：驗證機(jī)械能守恒定律(40分鐘100分)1.(6分)下列關(guān)于“驗證機(jī)械能守恒定律”試驗的試驗誤差的說法中，正確的是 ()A.重物質(zhì)量的稱量不準(zhǔn)會造成較大誤差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.紙帶下落和打點不同步不會造成較大誤差【解析】選B。從須要驗證的關(guān)系式ghn=看，與質(zhì)量無關(guān)，A錯誤；當(dāng)重物質(zhì)量大一些時，空氣阻力可以忽視，B正確、C錯誤；紙帶先下落而后打點，此時，紙帶上最初兩點的點跡間隔較正常時略大，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點時就有了初動能，因此重物動能的增加量比重物重力勢能的削減量大，D錯誤。2.(6分)(多選)為驗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)計了一個試驗，試驗裝置如圖所示，圖中A、B兩點分別固定了兩個光電門，它們可以近似測出運動物體的瞬時速度。在試驗中測得物體經(jīng)過A點時的速度為v1，經(jīng)過B點時的速度為v2，為了證明物體經(jīng)過A、B兩點時的機(jī)械能相等，這位同學(xué)又設(shè)計了以下幾個步驟，你認(rèn)為其中必要或者正確的是()A.用天平測出物體的質(zhì)量B.用刻度尺測量A、B兩點間的豎直距離C.利用m-m算出物體從A點運動到B點的過程中重力勢能的改變量D.驗證-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，可知不須要測量質(zhì)量，故A錯誤；試驗中須要測量從A到B過程中重力勢能的減小量，因此須要測量AB之間的距離h，故B正確；從A點運動到B點的過程中重力勢能的改變量ΔEp=mgh，利用m-m算出物體從A點運動到B點的過程中動能增加量，故C錯誤；依據(jù)機(jī)械能守恒有：mgh=m-m，即驗證-與2gh是否相等，故D正確。3.(9分)在驗證機(jī)械能守恒定律的試驗中，現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平?；卮鹣铝袉栴}：(1)為完成此試驗，除了所給的器材，還須要的器材有_________。(填入正確選項前的字母)

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

【解析】(1)打點計時器運用的電源為溝通電源，故應(yīng)選取0～12V的溝通電源，D正確；利用米尺測量紙帶上各點間的距離，A正確。本試驗中利用打點計時器作為計時工具，所以不須要秒表，B錯誤。(2)試驗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，以及用米尺測量數(shù)據(jù)時讀數(shù)有誤差。答案：(1)A、D(2)紙帶和打點計時器之間有摩擦；用米尺測量紙帶上點的位置時讀數(shù)有誤差。4.(12分)如圖所示，兩個質(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)行測量，則須要測量的物理量有_________。(填入選項前的編號)

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間；③物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時間；④繩子的長度。(2)為提高試驗結(jié)果的精確程度，某小組同學(xué)對此試驗提出了以下建議：①繩的質(zhì)量要輕；②在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長越好；③盡量保證物塊只沿豎直方向運動，不要搖擺；④兩個物塊的質(zhì)量之差要盡可能小。以上建議中的確對提高精確程度有作用的是_________。(填入選項前的編號)

(3)寫出一條上面沒有提到的對提高試驗結(jié)果精確程度有益的建議：

________________________________________________________。

【解析】(1)通過連接在一起的A、B兩物塊驗證機(jī)械能守恒定律，即驗證系統(tǒng)的勢能改變與動能改變是否相等，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，故不須要測量繩子的長度和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)勢能將有一部分轉(zhuǎn)化為繩子的動能，從而為驗證機(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，也會為計算系統(tǒng)的動能帶來誤差；繩子長度和兩個物塊質(zhì)量差應(yīng)適當(dāng)。(3)多次測量取平均值可削減測量誤差；選取受力后相對伸長量盡量小的繩子，可提高測量高度的精確度。答案：(1)①②(或①③)(2)①③(3)對同一高度進(jìn)行多次測量取平均值；或選取受力后相對伸長量盡量小的繩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)為實際距離，該同學(xué)通過計算得到不同時刻的速度如表(當(dāng)?shù)刂亓铀俣热?.8m/s2，小球質(zhì)量m=0.2時刻t2t3t4t5速度(m/s)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，從而驗證了機(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=×10-2m/s=3.48(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=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裝置如圖所示。(1)試驗中打點計時器所接的電源是_________(選填“A”或“B”)。

A.直流電B.溝通電(2)操作時，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、打點計時器、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)于試驗誤差的說法中，正確的是_________(填序號)。

A.重錘質(zhì)量的稱量不準(zhǔn)會造成較大誤差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，后接通電源會造成較大誤差(6)最終的結(jié)果發(fā)覺重力勢能的削減量略大于動能的增加量，請說出緣由___________________________(一條即可)。

【解析】(1)打點計時器的打點頻率等于溝通電的頻率，打點計時器應(yīng)運用溝通電源。故B項正確，A項錯誤。(2)若先釋放紙帶，再接通電源，由于重物下落較快，紙帶上得到的點跡較少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對試驗產(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項正確，A項錯誤。(3)為了減小由于阻力帶來的試驗誤差，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項正確，B項錯誤。(4)試驗中借助打點計時器記錄重物的運動時間，不須要秒表。試驗驗證機(jī)械能守恒，即驗證重力勢能的削減量mgh與動能增加量mv2的關(guān)系；可不測質(zhì)量，驗證gh與v2的關(guān)系，所以天平也不須要。(5)試驗中重物的質(zhì)量不必要測量，重錘質(zhì)量的稱量不準(zhǔn)，不會造成誤差，故A項錯誤；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項正確，C項錯誤；先釋放重物，再接通電源，由于重物下落較快，紙帶上得到的點跡較少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對試驗產(chǎn)生較大的誤差，故D項正確。(6)重力勢能的削減量略大于動能的增加量，是由于紙帶與計時器間阻力(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)用如圖所示的試驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律。試驗所用的電源為學(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計時器打出一系列的點，對紙帶上的點的痕跡進(jìn)行測量，即可驗證機(jī)械能守恒定律。(1)下面列舉了該試驗的幾個操作步驟：A.依據(jù)圖示的裝置安裝器件；B.將打點計時器接到電源的直流輸出端上；C.用天平測量出重物的質(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.測量打出的紙帶上某些點之間的距離；F.依據(jù)測量的結(jié)果計算重物下落過程中削減的重力勢能是否等于增加的動能。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“驗證機(jī)械能守恒定律”的試驗時，打下的一條紙帶如圖所示，0點為起始點，測得3點、6點、9點與第一點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點到6點，重物的動能增量ΔEk=_________J，重物重力勢能削減量ΔEp=_________J(3)由此得出的結(jié)論是______________________________。

【解析】(1)因為我們是比較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；打點計時器應(yīng)接到電源的“溝通輸出”上，故B錯誤；先接通電源，再釋放紙帶，打出一條紙帶，故D錯誤。(2)利用勻變速直線運動的推論有：v6===m/s=1.1625m/s動能增量ΔEk=m=0.68J從0到打下計數(shù)點6的過程中，重物重力勢能減小量為ΔEp=mghB=1.0×9.8×0.07J=0.69J。(3)在誤差允許范圍內(nèi)重力勢能削減量等于動能的增加量。答案：(1)CB、D(2)0.680.69(3)在誤差允許范圍內(nèi)重力勢能削減量等于動能的增加量8.(12分)甲、乙兩個試驗小組利用如圖所示的試驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律。將打點計時器接到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，圖中有部分未畫出，如圖甲、乙所示。試驗中，兩組試驗時，重錘均從同一高度釋放，紙帶上各點均是打點計時器打出的點。(1)重錘從A運動到C的時間是_________s。

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

__________________________。

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

A.AC、AD和AE的長度 B.BD、CE和DF的長度C.AC、CE和AE的長度 D.AE、CD和AC的長度【解析】(1)兩相鄰計數(shù)點之間的時間間隔為0.02s，則重錘從A運動到C的時間是0.04s。(2)應(yīng)選用紙帶甲來驗證機(jī)械能守恒定律更合理，理由是：由紙帶上點跡分布可知，甲的加速度大，所受的阻力小。(3)要求解C點的速度，則須要測量BD之間的距離；要求解E點的速度，則須要測量DF之間的距離；要求解從C到E的重力做功，須要測量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”是驗證機(jī)械能守恒定律的主要方法之一，請回答下列問題：(1)完成該試驗時，其中一個重要的步驟是，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，已知打點周期為T、重錘的質(zhì)量為m，依次測出了各計時點到第一個計時點O的距離如圖2中所示，打A點時重錘的動能應(yīng)為_________，假如選取A到E的過程完成機(jī)械能守恒定律的驗證，則須要驗證的關(guān)系式為______________；

(3)假如某次試驗時，發(fā)覺動能的增加量略大于重力勢能的減小量，請分析出現(xiàn)這種現(xiàn)象的緣由可能為_________(填序號)。

A.在測量重錘質(zhì)量時測量的不精確B.所運用的溝通電源的實際頻率小于50HzC.摩擦力或阻力太大【解析】(1)在驗證機(jī)械能守恒定律的試驗中，應(yīng)讓重錘緊靠打點計時器，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點的瞬時速度vA=，則打A點時重錘的動能EkA=m=；假如選取A到E的過程，則該過程中重錘在這段時間內(nèi)重力勢能的削減量Δ