高中物理第七章机械能守恒定律第9节验证机械能守恒定律课时作业(含解析)新人教版必修2(new)

第七章第九节验证机械能守恒定律
基础夯实
1．在“验证机械能守恒定律"实验中，纸带将被释放瞬间的四种情况如照片所示，其中最合适的是错误!（ D )
2．在“验证机械能守恒定律"的实验中，下面列出一些实验步骤：错误!
A．用天平称出重物和夹子的重量
B．把重物系在夹子上
C．将纸带穿过计时器,上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，再把纸带向上拉,让夹子靠近打点计时器静止
D．把打点计时器接在学生电源的交流输出端,把输出电压调至6V(电源不接通）
E．把打点计时器固定在桌边的铁架台上,使两个限位孔在同一竖直线上
F．在纸带上选取几个点,进行测量和记录数据
G．用秒表测出重物下落时间
H．接通电源，待计时器响声稳定后释放纸带
I．切断电源
J．更换纸带，重新进行两次
K．在三条纸带中选出较好的一条
L．进行计算，得出结论，完成报告
M．拆下导线，整理器材
以上步骤中，不必要的有__A、G__，正确步骤的合理顺序是__EDBCHIJMKFL__(填写字母).
解析:只为了验证机械能守恒，没必要称量重物的质量.打点计时器本身就是计时仪器，不再需要秒表.
3．（闽侯二中、闽清高中、永泰二中、连侨中学、长乐二中2015～2016学年高一下学期联考)用打点计时器“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示.错误!
（1)按照图示的装置安装器件时，应将打点计时器接到电源的__交流__(填“直流”或“交流”)输出端上。

（2）开始打点计时的时候，两个操作步骤“接通电源”和“松开纸带”的顺序应该是：先__接通电源__。

（3)某同学在使用质量为m的重物来验证“机械能守恒定律”的实验中,在选定的纸带上依次取计数点如图所示。

纸带上所打的点记录了重物在不同时刻的位置，那么纸带的__左__端(填“左"或“右”）与重物相连。

(4）某同学上交的实验报告显示重锤的动能略大于重锤的势能，则出现这一问题的原因可能是( B )
A．重锤的质量测量错误B．该同学自编了实验数据
C．交流电源的频率不等于50Hz D．重锤下落时受到的阻力过大
解析：(1)打点计时器需接交流电源，
(2）开始打点时应先接通电源再松开纸带,
（3)由纸带可看出左端与重物相连，
（4）由于存在摩擦阻力重锤的势能应略大于动能,不可能存在动能大于势能的情况。

4．用如图（甲）实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。

m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。

图（乙)给出的是实验中获取的一条纸带:0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出），计数点间的距离如图所示.已知m1＝50g,m2＝150g,打点计时器工作频率为50Hz,则(g取10m/s2，结果保留两位有效数字)错误!
(1）纸带上打下计数点5时的速度v ＝__2.4__m/s ； （2)在打0～5的过程中系统动能的增量ΔE k ＝__0.58__J ，系统势能的减少量ΔE p ＝__0.60__J ，由此得出的结论是__在误差允许的范围内，m 1、m 2组成的系统机械能守恒__。

（3）若某同学作出错误!v 2
－h 图象如图（丙）所示，则当地的重力加速度g ′＝__9。

7__m/s 2。

解析：（1）在纸带上打下计数点5时的速度大小为
v ＝错误!＝错误!×10－2m/s ＝2。

4m/s
(2)在打点0～5过程中系统动能的增量为
ΔE k ＝12
m 1v 2＋错误!m 2v 2－0 ＝12
×50×10－3×2.42J ＋错误!×150×10－3×2。

42J －0≈0.58J 系统重力势能的减少量为
ΔE p ＝m 2gh 05－m 1gh 05＝150×10－3×10×(38.40＋21。

60)×10－2J －50×10－3×10×(38.40＋21。

60)×10－2
J ＝0。

60J
实验结果表明，在误差允许的范围内,m 1、m 2组成的系统重力势能的减少量等于动能的增加量，即系统的机械能守恒.
(3)m1、m2组成的系统机械能守恒，则
m 2g′h－m
1
g′h＝错误!m
2
v2＋错误!m
1
v2－0，整理得v2＝g′h
可见，重力加速度g′大小等于错误!－h图象斜率的2倍,则
g′＝2×错误!m/s2＝9。

7m/s2.
能力提升
1．某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。

频闪仪每隔0。

05s闪光一次，图中所标数据为实际距离,该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取9.8m/s2，小球质量m＝0。

2kg,计算结果保留三位有效数字）:
导学号 66904561
时刻t2t3t4t5
速度（m·s－
1)4。

99
4.48 3.98
(1）由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝__3.48__m/s;
（2)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔE p＝__1。

24__J，动能减少量ΔE k＝__1。

28__J；
(3）在误差允许的范围内，若ΔE p与ΔE k近似相等，从而验证了机械能守恒定律。

由上述计算得ΔE p__〈__ΔE k（选填“〉”“〈"或“＝”)，造成这种结果的主要原因是__存在空气阻力__。

解析：(1)t5时刻小球的速度v5＝错误!×10－2m/s＝3。

48m/s；
(2）从t2到t5时间内，重力势能增量ΔE p＝mgh25＝0。

2×9.8×（23.68＋21。

16＋18.66）×10－2J＝1.24J,动能减少量ΔE k＝错误!mv错误!－错误!mv错误!＝1.28J；
（3）ΔE p〈ΔE k,造成这种结果的主要原因是上升过程中存在空气阻力。

2．“验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图所示的甲或乙方案来进行.错误!
(1）比较这两种方案,__甲__(选填“甲”或“乙”)方案好些。

(2）下图是某种方案得到的一条纸带，测得每两个计数点间距离如图所示,已知每两个计数点之间的时间间隔T＝0.1s，物体运动的加速度a＝__4。

83__m/s2；该纸带是采用__乙__(选项“甲"或“乙”)实验方案得到的。

(3)下图是采用甲方案时得到的一条纸带，在计算图中N点速度时,几位同学分别用下列不同的方法进行，其中正确的是( BC )
A．v N＝gnT B．v N＝错误!
C．v N＝错误!D．v N＝g(n－1)T
解析：(1)比较甲、乙两种方案，乙方案中产生的阻力对实验的影响大于甲方案,因此应选的方案是甲。

（2)由题意得：a＝错误!＝4.83m/s，所以该纸带是采用乙实验方案得到的。

(3)计算N点速度应通过实验得到的纸带，经测量计算得出,所以应选B、C。

3．（山东省潍坊市2016～2017学年高三模拟）某同学用如图1所示的装置验证机械能守恒定律。

一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A点,光电门固定在A的正下方。

在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条。

将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光
条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出，取v＝d
t
作为钢球经过A点时的速度。

记录钢球
每次下落的高度h和计时器示数t,计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小ΔE p 与动能变化大小ΔE k，就能验证机械能是否守恒。

错误!
（1)用ΔE p＝mgh计算钢球重力势能变化的大小,式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到__B__之间的竖直距离。

A．钢球在A点时的顶端
B．钢球在A点时的球心
C．钢球在A点时的底端
（2）用ΔE k＝错误!mv2计算钢球动能变化的大小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图2所示，其读数为__1。

50（1。

49~1.51都算对）__cm。

某次测量中，计时器的示数为0。

0100 s,则钢球的速度为v＝__1。

50(1.49～1。

51都算对）__m/s。

(3)下表为该同学的实验结果：
ΔE p（×10－2J) 4.8929。

78614。

6919。

5929。

38
ΔE k(×10－2J）5。

0410.115.120。

029。

8
p k
观点？请说明理由。

(4）请你提出一条减小上述差异的改进建议。

解析：（1)要测量钢球下落的高度,应测量开始释放时钢球的球心到钢球在A点时球心的竖直距离，选B.
（2)根据题图可知，遮光条的宽度为d＝1。

50cm，若计时器的示数为0.0100s,则钢球的速度v＝错误!＝错误!m/s＝1.50m/s。

（3)由于空气阻力的存在，钢球下落过程中克服空气阻力做功,因此动能的增加量会小于重力势能的减少量,而题中表格数值表明动能的增加量大于重力势能的减少量，显然误差不是由于空气阻力造成的，而是由遮光条在钢球的下面，测得的速度比钢球的实际速度大造成的。

(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l,计算ΔE k时，将v折算成钢球的速度v′＝错误!v.
答案：（3）不同意，因为空气阻力会造成ΔE k小于ΔE p，但表中ΔE k大于ΔE p。

（4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l,计算ΔE k时，将v折算成钢球的速度v′＝错误!v.
点评:本题考查验证机械能守恒定律，意在考查考生的综合实验能力。

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