专题13 实验：验证机械能守恒定律(解析版)

高中物理必修二期中期末模拟题汇编 专题13 实验：验证机械能守恒定律

1.(2019-2020学年·山东省青州实验中学高一下学期月考) “验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示采用重物自由下落的方法：

(1)实验中，下面哪种测量工具是必需的____。 A ．天平 B ．直流电源 C ．刻度尺

D ．秒表

(2)已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz ，当地的重力加速度g ＝9.80 m/s 2，所用重物的质量为200 g 。实验中选取一条符合实验要求的纸带如下图所示，O 为纸带下落的起始点，A 、B 、C 为纸带上选取的三个连续点。计算B 点瞬时速度时，甲同学用v 2B ＝2gx OB ，乙同学用v B ＝x AC

2T ，其中所选方法正确的是____(选填“甲”或“乙”)同学，由此求得打B 点重物速度v B ＝____m/s 。(结果保留三位有效数字)

(3)实验中，发现重物减少的势能总是大于重物增加的动能，造成这种现象的主要原因是________________。 【答案】（1）C ；（2）乙；1.92；（3）克服空气对重物和打点计时器对纸带的阻力做功

【解析】：(1)根据实验原理，需要验证下列方程成立mgh ＝12mv 2，即gh ＝12v 2，则不需要天平，v 由打点计时

器打下的纸带测出，不需要秒表，电火花计时器工作电压为220 V 交流电源，故不需要电流电源，纸带处理需要刻度尺。

(2)物体由静止开始自由下落过程中受到空气阻力和纸带与打点计时器的摩擦阻力作用，不是自由落体运动，v 2B ＝2gx OB ，是自由落体运动的公式，故甲同学错误。 打B 点重物速度v B ＝x AC 2T ＝0.232 3－0.155 5

2×0.02

m/s ＝1.92 m/s

(3)重物下落过程中，克服空气阻力和打点计时器对纸带的阻力做功。

2.(2019-2020学年·云南省大理三中高一下学期检测)某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带一部分损坏，损坏的是前端部分。剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图中，单位是cm 。打点计时器工作频率为50 Hz ，重力加速度g 取9.8 m/s 2。

(1)重物在2点的速度v 2＝__，在5点的速度v 5＝____，此过程中动能增加量ΔE k ＝____，重力势能减少量ΔE p ＝____。由以上可得出实验结论____________________。

(2)根据实验判断下列图中正确的图像是(其中ΔE k 表示物体动能的变化量，Δh 表示物体下落的高度)( )

【答案】（1）1.50_m/s ；2.075_m/s ；1.03m _J ；1.06m _J ；在误差允许的范围内，机械能守恒；（2）C 【解析】：(1)根据匀变速直线运动的规律，可以求出重物在2点的速度v 2＝(2.8＋3.2)×10－

22×0.02m/s ＝1.50 m/s 和

重物在5点的速度v 5＝(4.0＋4.3)×10－

22×0.02m/s ＝2.075 m/s ，所以动能增加量为ΔE k ＝m 2v 25－m 2v 2

2＝1.03m J ，重力势能减少量为ΔE p ＝mgh 25＝m ×9.8×(3.2＋3.6＋4.0)×10－

2 J ＝1.06m J ，由以上可得出实验结论为：在误差允许的范围内，机械能守恒。

(2)物体机械能守恒，应有物体减少的重力势能转化为增加的动能，即ΔE k ＝mg Δh ，可见物体增加的动能与下落的距离成正比，选项C 正确。,

3.(2019-2020学年·云南玉溪一中高一下学期期中)用如图(甲)实验装置验证m 1、m 2组成的系统机械能守恒。m 2从高处由静止开始下落，m 1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m 1＝50 g ，m 2＝150 g ，打点计时器工作频率为50 Hz ，则(g 取10 m/s 2，结果保留两位有效数字)

(1)纸带上打下计数点5时的速度v ＝____m/s ；

(2)在打0～5的过程中系统动能的增量ΔE k ＝____ J ，系统势能的减少量ΔE p ＝____ J ，由此得出的结论是_________________________________。

(3)若某同学作出1

2

v 2－h 图像如图(丙)所示，则当地的重力加速度g ′＝____ m/s 2。

【答案】（1）2.4；（2）0.58；0.60；在误差允许的范围内，m 1、m 2组成的系统机械能守恒；（3）9.7 【解析】：(1)在纸带上打下计数点5时的速度大小为 v ＝x 46t 46＝21.60＋26.402×5×0.02×10－2m/s ＝2.4 m/s

(2)在打点0～5过程中系统动能的增量为

ΔE k ＝12m 1v 2＋12m 2v 2－0＝12×50×10－3×2.42 J ＋12×150×10－

3×2.42 J －0≈0.58 J

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 ＝0.60 J 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)m 1、m 2组成的系统机械能守恒，则

m 2g ′h －m 1g ′h ＝12m 2v 2＋1

2m 1v 2－0，整理得v 2＝g ′h

可见，重力加速度g ′大小等于v 2

2－h 图像斜率的2倍，则

g ′＝2×5.821.20

m/s 2＝9.7 m/s 2。

4．(2019-2020学年·浙江省温州市“十五校联合体”高一下学期期中)甲同学准备做“探究功与物体速度变化的关系”实验。乙同学准备做“验证机械能守恒定律”实验。

(1)图1为实验室提供的部分器材，甲、乙均要使用的器材是____(填字母代号)；

(2)用一条纸带穿过打点计时器的限位孔，发现有图2的两种穿法，两同学犹豫不决。你认为____(选填“A”或“B”)的穿法更合理；