【創(chuàng)新設(shè)計(jì)】2020-2021學(xué)年高中物理題組訓(xùn)練：7.9-實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(人教版必修2)

9試驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(時(shí)間：60分鐘)1．關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中，以下說(shuō)法正確的是 ()A．試驗(yàn)中摩擦是不行避開的，因此紙帶越短越好，由于紙帶越短，克服摩擦力做的功就越小，誤差就越小B．稱出重錘的質(zhì)量C．紙帶上第1、2兩點(diǎn)間距若不接近2mm，則無(wú)論怎樣處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)誤差肯定較大D．處理打完點(diǎn)的紙帶時(shí)，可以直接利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的實(shí)際點(diǎn)跡，而不必接受“計(jì)數(shù)點(diǎn)”的方法答案D解析在打紙帶時(shí)，紙帶太短了，不易打出符合試驗(yàn)要求的紙帶，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于mgh＝eq\f(1,2)mv2，故稱出重錘的質(zhì)量是多余的，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；紙帶上第1、2兩點(diǎn)的間距不接近2mm，是由于通電后釋放重錘時(shí)操作不同步造成的，不會(huì)影響驗(yàn)證結(jié)果，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；處理紙帶時(shí)，由于自由落體加速度較大，紙帶上點(diǎn)跡距離較大，故可直接用實(shí)際點(diǎn)跡測(cè)量爭(zhēng)辯．2.圖7－9－6用圖7－9－6所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，由于電火花計(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，這樣試驗(yàn)造成的結(jié)果是圖7－9－6()A．重力勢(shì)能的削減量明顯大于動(dòng)能的增加量B．重力勢(shì)能的削減量明顯小于動(dòng)能的增加量C．重力勢(shì)能的削減量等于動(dòng)能的增加量D．以上幾種狀況都有可能答案A解析由于重物下落時(shí)要克服阻力做功，重物削減的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為重物的動(dòng)能和系統(tǒng)的內(nèi)能，故重力勢(shì)能的減小量大于動(dòng)能的增加量，A正確．3．如圖7－9－7是用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)得到的一條紙帶．有關(guān)尺寸在圖中已注明．我們選中n點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．下面舉一些計(jì)算n點(diǎn)速度的方法，其中正確的是 ()圖7－9－7A．n點(diǎn)是第n個(gè)點(diǎn)，則vn＝gnTB．n點(diǎn)是第n個(gè)點(diǎn)，則vn＝g(n－1)TC．vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)D．vn＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T)答案CD解析vn應(yīng)表示從(n－1)到(n＋1)間的平均速度．C、D對(duì)，A、B錯(cuò)．4.用如圖7－9－8所示的試驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，試驗(yàn)所用的電源為同學(xué)電源，輸出電壓為6V的溝通電和直流電兩種．重物從高處由靜止開頭下落，重物上拖著的紙帶通過(guò)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，即能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．下面列舉了該試驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：圖7－9－8A．依據(jù)圖示的裝置安裝器材；圖7－9－8B．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．釋放懸掛紙帶的夾子，同時(shí)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)算分析重物下落過(guò)程中削減的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能．指出其中沒有必要進(jìn)行的或者操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E，將其選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的字母填在下面的橫線上，并說(shuō)明其緣由：___________________________________________________________________________________________________________________________________.答案BCD，緣由見解析解析步驟B是錯(cuò)誤的，應(yīng)當(dāng)接到電源的溝通輸出端；步驟D是錯(cuò)誤的，應(yīng)當(dāng)先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶；步驟C不必要，由于依據(jù)測(cè)量原理，重物的動(dòng)能和勢(shì)能中都包含了質(zhì)量m，可以約去．5．在用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，某小組依據(jù)正確的操作選得紙帶如圖7－9－9.其中O是起始點(diǎn)，A、B、C是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下的3個(gè)點(diǎn)．用毫米刻度尺測(cè)量O到A、B、C各點(diǎn)的距離，并記錄在圖中．(已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80m/s2，重錘質(zhì)量為m＝1kg，計(jì)算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)圖7－9－9①圖中的三個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是________段的讀數(shù)，應(yīng)記作________cm；②甲同學(xué)用重錘在OB段的運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒，他用AC段的平均速度作為B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度vB，則求得該過(guò)程中重錘的動(dòng)能增加量ΔEk＝________J，重力勢(shì)能的削減量ΔEp＝________J．這樣驗(yàn)證的系統(tǒng)誤差總是使ΔEk________ΔEp(選填“>”、“<”或“＝”)；③乙同學(xué)依據(jù)同一條紙帶，同一組數(shù)據(jù)，也用重錘在OB段的運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)O記為第1個(gè)點(diǎn)，圖中的B是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第9個(gè)點(diǎn)．因此他用v＝gt計(jì)算與B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度vB，求得動(dòng)能的增加量ΔEk＝________J．這樣驗(yàn)證的系統(tǒng)誤差總是使ΔEk________ΔEp(選填“>”、“<”或“＝”)．④上述兩種處理方法中，你認(rèn)為合理的是________同學(xué)所接受的方法．(選填“甲”或“乙”)答案①OC15.70②1.201.22<③1.23>④甲解析①毫米刻度尺讀數(shù)要估讀到毫米下一位，OC長(zhǎng)度讀數(shù)到1毫米，不符合讀數(shù)要求．應(yīng)記作15.70cm.②AC段的平均速度即B點(diǎn)瞬時(shí)速度vB＝eq\f(AC,2T)＝eq\f(（15.70－9.51）×10－2m,2×0.02s)＝1.55m/s，則系統(tǒng)增加的動(dòng)能ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)≈1.20J，重力勢(shì)能削減了ΔEp＝mgeq\o(OB,\s\up6(－))≈1.22J，由于摩擦力的作用，部分重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以ΔEk<ΔEp.③B是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第9個(gè)點(diǎn)，所以B點(diǎn)的速度vB＝gt＝g×8×0.02s＝1.57m/s，動(dòng)能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)≈1.23J，這樣做把加速度依據(jù)自由落體計(jì)算，沒有考慮摩擦力的作用，而實(shí)際上，由于摩擦力的作用，加速度a<g，所以vB＝gt應(yīng)大于實(shí)際對(duì)應(yīng)h的速度大小，所以會(huì)使得ΔEk>ΔEp.④乙方案中直接把加速度依據(jù)重力加速度計(jì)算，不符合事實(shí)，而且誤差大，所以合理的是甲方案．6．“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中．圖7－9－10(甲)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條紙帶，選取其中連續(xù)的計(jì)時(shí)點(diǎn)標(biāo)為A、B、C……G、H、I，對(duì)BH段進(jìn)行爭(zhēng)辯．①已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz，則紙帶上打相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為________．②用刻度尺測(cè)量距離時(shí)如圖(乙)，讀出A、C兩點(diǎn)間距為________cm，B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度vB＝________m/s(保留三位有效數(shù)字)．③若H點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度為vH，重物下落的高度為hBH，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，為完成試驗(yàn)，要比較eq\f(1,2)veq\o\al(2,B)與________的大小(用字母表示)．圖7－9－10答案①0.02s②5.401.35③eq\f(1,2)veq\o\al(2,H)－ghBH解析①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz，則每隔0.02s打一點(diǎn)．②sAC＝(5.90－0.50)cm＝5.40cm，vB＝eq\f(sAC,2T)＝eq\f(5.40×10－2,2×0.02)m/s＝1.35m/s.③由動(dòng)能定理有mghBH＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,H)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)，得eq\f(veq\o\al(2,B),2)＝eq\f(veq\o\al(2,H),2)－ghBH.7．利用圖7－9－11裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)．圖7－9－11①除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(含紙帶、復(fù)寫紙)、溝通電源、鐵架臺(tái)、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下面的器材中，必需使用的還有________．(選填器材前的字母)A．大小合適的鐵質(zhì)重錘B．體積較大的木質(zhì)重錘C．刻度尺D．游標(biāo)卡尺E．秒表②圖7－9－12是試驗(yàn)中得到的一條紙帶．在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測(cè)得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為hA、hB、hC.重錘質(zhì)量用m表示，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T.從打下O點(diǎn)到打下B點(diǎn)的過(guò)程中，重錘重力勢(shì)能的削減量|ΔEp|＝________，動(dòng)能的增加量ΔEk＝________．圖7－9－12③在試驗(yàn)過(guò)程中，下列試驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理正確的是________．A．釋放重錘前，使紙帶保持豎直B．做試驗(yàn)時(shí)，先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再釋放重錘C．為測(cè)量打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下某點(diǎn)時(shí)重錘的速度v，可測(cè)量該點(diǎn)到O點(diǎn)的距離h，再依據(jù)公式v＝eq\r(2gh)計(jì)算，其中g(shù)應(yīng)取當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣菵．用刻度尺測(cè)量某點(diǎn)到O點(diǎn)的距離h，利用公式mgh計(jì)算重力勢(shì)能的削減量，其中g(shù)應(yīng)取當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣娶苣惩瑢W(xué)在紙帶上選取計(jì)數(shù)點(diǎn)后，測(cè)量它們到起始點(diǎn)O的距離h，并計(jì)算出打相應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)重錘的速度v，通過(guò)描繪v2－h(huán)圖象去爭(zhēng)辯機(jī)械能是否守恒．若試驗(yàn)中重錘所受阻力不行忽視，且阻力大小保持不變，從理論上分析，合理的v2－h(huán)圖象是圖7－9－13中的________．圖7－9－13答案①AC②mghBeq\f(m（hC－h(huán)A）2,8T2)③ABD④A解析①驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律試驗(yàn)，需要盡量減小阻力，以使得削減的重力勢(shì)能接近增加的動(dòng)能，所以選擇鐵質(zhì)重錘而不是木質(zhì)，這樣可以盡量削減阻力影響，即選項(xiàng)A對(duì)B錯(cuò)；在計(jì)算速度時(shí)需要刻度尺測(cè)量點(diǎn)跡之間的距離以及下落的高度，所以選項(xiàng)C是必需的；而秒表不需要，只要查相鄰點(diǎn)的間隔即可得時(shí)間間隔，由于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02秒打一個(gè)點(diǎn)，所以E錯(cuò)誤；有刻度尺測(cè)量點(diǎn)間距，而不需要游標(biāo)卡尺，選項(xiàng)D錯(cuò)．②O點(diǎn)到B點(diǎn)下落的高度為hB，所以削減的重力勢(shì)能為mghB，增加的動(dòng)能要計(jì)算B點(diǎn)的瞬時(shí)速度，B為AC的中間時(shí)刻即等于AC的平均速度，所以vB＝eq\f(hC－h(huán)A,2T)，增加的動(dòng)能ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(m（hC－h(huán)A）2,8T2).③為保證只有重力做功，釋放前紙帶豎直可削減紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔之間的摩擦，選項(xiàng)A對(duì)；試驗(yàn)過(guò)程先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶，選項(xiàng)B對(duì)；速度的計(jì)算必需從紙帶數(shù)據(jù)來(lái)求，而不能依據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)求速度，假如依據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)的速度來(lái)求解則削減的重力勢(shì)能肯定等于增加的動(dòng)能，驗(yàn)證就沒有意義了，選項(xiàng)C錯(cuò)；計(jì)算削減的重力勢(shì)能mgh肯定要依據(jù)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葋?lái)計(jì)算，選項(xiàng)D對(duì)．④若有恒定的阻力存在，則依據(jù)動(dòng)能定理可得(mg－f)h＝eq\f(1,2)mv2，即eq\f(v2,h)＝2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(g－\f(f,m)))，所以圖象斜率為定值，而且過(guò)原點(diǎn)，對(duì)比選項(xiàng)A對(duì)．8．為了探究機(jī)械能守恒定律，岳口高中的金金設(shè)計(jì)了如圖7－9－14甲所示的試驗(yàn)裝置，并供應(yīng)了如下的試驗(yàn)器材：A．小車B．鉤碼C．一端帶滑輪的木板D．細(xì)線E．電火花計(jì)時(shí)器F．紙帶G．毫米刻度尺H．低壓溝通電源I．220V的溝通電源圖7－9－14(1)依據(jù)上述試驗(yàn)裝置和供應(yīng)的試驗(yàn)器材，你認(rèn)為試驗(yàn)中不需要的器材是________(填寫器材序號(hào))，還應(yīng)補(bǔ)充的器材是________．(2)試驗(yàn)中得到了一條紙帶如圖乙所示，選擇點(diǎn)跡清楚且便于測(cè)量的連續(xù)7個(gè)點(diǎn)(標(biāo)號(hào)0～6)，測(cè)出0到1、2、3、4、5、6點(diǎn)的距離分別為d1、d2、d3、d4、d5、d6，打點(diǎn)周期為T.則打點(diǎn)2時(shí)小車的速度v2＝________；若測(cè)得小車質(zhì)量為M、鉤碼質(zhì)量為m，打點(diǎn)1和點(diǎn)5時(shí)小車的速度分別用v1、v5表示，已知重力加速度為g，則驗(yàn)證點(diǎn)1與點(diǎn)5間系統(tǒng)的機(jī)械能守恒的關(guān)系式可表示為________．(3)在試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)，假如以eq\f(v2,2)為縱軸，以d為橫軸，依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出eq\f(v2,2)－d圖象，其圖線的斜率表示的物理量的表達(dá)式為________________．答案(1)H天平(2)eq\f(d3－d1,2T)或eq\f(d4,4T)mg(d5－d1)＝eq\f(1,2)(M＋m)(veq\o\al(2,5)－veq\o\al(2,1))(3)eq\f(m,M＋m)g解析(1)電火花計(jì)時(shí)器使用的是220V溝通電源，因此低壓溝通電源用