2019-2020学年人教版(2019)必修二8.5实验：验证机械能守恒定律达标作业(解析版)

1、8.5实验：验证机械能守恒定律达标作业（解析版 ）1用图示装置验证机械能守恒定律，由于安装不到位，电火花计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大的阻力，这样实验造成的结果是（ ）A 重力势能的减小量明显大于动能的增加量 B重力势能的减小量明显小于动能的增加量 C重力势能的减小量等于动能的增加量 D以上几种情况都有可能2用 DIS 实验研究机械能守恒定律的实验中，用光电门测定摆锤在某-位置的瞬时速度。实验测得 D 点的速度偏小，造成这个误差的原因可能是A 摆锤释放的位置高于A点B摆锤释放的位置在AB 之间C摆锤在 A 点没有静止释放D光电门没有放在 D 点3如图为验证机械能守恒定律的

2、实验装置示意图.现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤 .回答下列问题：(1) 为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有 .(填入正确选项前的字母 )A 米尺B秒表C低压直流电源D低压交流电源(2) 实验中产生误差的原因有： (写出两个原因即可 ).(3) 实验中由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力，这样 将造成 .A不清楚1 2 1 2 1 2 B mgh> mvCmgh< mv D mgh mv4某课外活动小组使用如图所示的实验装置进行验证机械能守恒定律的实验，主要步 骤：A 、用游标卡尺测量并记录小球直径 dB、将小球

3、用细线悬于 O 点，用刻度尺测量并记录悬点 O 到球心的距离 lC、将小球拉离竖直位置由静止释放，同时测量并记录细线与竖直方向的夹角D、小球摆到最低点经过光电门，光电计时器(图中未画出)自动记录小球通过光电门的时 间 tE、改变小球释放位置重复 C、 D 多次F、分析数据，验证机械能守恒定律 请回答下列问题：10°20°30°40°50°60°cos0.980.940.870.770.640.50t/ms18.09.06.04.63.73.1v/ms-10.541.092.132.653.16v 2/m2s-20.301.194.54

4、7.029.99（3）某同学为了作出 v 2- cos图像，根据记录表中的数据进行了部分描点，请补充完整并作出v 2- cos图像（ ）（4）实验完成后，某同学找不到记录的悬点 O 到球心的距离 l 了，请你帮助计算出这个数据l =m （保留两位有效数字） ，已知当地重力加速度为 9.8m/s2 。5在研究重物自由下落过程中机械能守恒的实验中，得到如图所示的一条纸带，该纸带上 最初打出的几个点不清楚，纸带上留下的是后面的一些点算出打下B、C 两点时，重物速度分别是 vB、vC，量得 B、C 两点间的距离为 h，那么验证机械能守恒的表达式可写为 （）AghvC2vB2gh12 1 2B2vC 2

5、vBCvCvBaTD2 vC2 vB2gh6用如图所示的装置来验证机械能守恒定律， A 为装有挡光片的钩码，挡光片宽度为 b， 轻绳跨过光滑轻质定滑轮与 A和重物 B 相连， A的质量是 B 的质量的 3倍，A、B 静止时挡 光片上端到光电门的距离为 h(h> >b)。由静止释放 B 后，挡光片经过光电门的挡光时间为t，重力加速度为 g.(1) 实验中，将挡光片通过光电门的平均速度当作 A下落 h 时的瞬时速度，该速度表达式为 ( 用题中所给字母表示 )。(2) 为减小挡光片通过光电门的平均速度与 A 下落 h 时的瞬时速度间存在的误差，下列做法 中可行的是 (填选项序号字母 )

6、。A 将 B 改换成密度小而体积大的重物B 减小挡光片的挡光宽度 bC增大挡光片的挡光宽度 bD 减小挡光片上端到光电门的距离h(3) 在 A下落 h的过程中，验证 A和 B的系统机械能守恒定律成立的表达式为 ( 用题中所给字母表示 )。7在 “验证机械能守恒定律 ”的实验中：(1) 将下列主要的实验步骤，按照实验的合理顺序把步骤前的序号补充填在题后横线上：A 用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器处；B将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器的限位孔；C取下纸带，在纸带上任选几点，测出它们与第一个点的距离，并算出重物在打下这几个 点时的瞬时速度；D接通电源，松开纸带，让重物自由下落；E查出当

7、地的重力加速度 g 的值，算出打下各计数点时的动能和对应减少的重力势能，比 较它们是否相等；F把测量和计算得的数据填入自己设计的表格里答： FE（2）动能值和对应重力势能的减少值相比，实际上哪个值应偏小些 答： 8甲实验小组利用图（ a）装置探究机械能守恒定律将小钢球从轨道的不同高度h 处静止释放，斜槽轨道水平末端离落点的高度为 H，钢球的落点距轨道末端的水平距离为s（g 取10 m/s2）（1）若轨道完全光滑， s2与 h 的理论关系应满足 s2=（用 H、 h表示）（ 2）图（ b）中图线 为根据实验测量结果，描点作出的s2h 关系图线；图线 为根据理论计算得到的 s2h 关系图线对比实验

8、结果，发现自同一高度静止释放的钢球，实际水平抛出的速率 （选填 “小于”或“大于”）理论值造成这种偏差的可能原因是 乙实验小组利用同样的装置 “通过频闪照相探究平抛运动中的机械能守恒 ”将质量为 0.1 kg 的小钢球 A由斜槽某位置静止释放，由频闪照相得到如图（c）所示的小球位置示意图， O 点为小球的水平抛出点（ 3）根据小球位置示意图可以判断闪光间隔为 s4)以 O 点为零势能点，小球 A 在 O 点的机械能为 J；小球 A 在 C 点时的重力势能为 J，动能为 J，机械能为 J9某实验小组用图甲实验装置验证钩码与滑块组成的系统机械能守恒，主要步骤如下： 钩码的质量为 m，用天平测量滑块

9、和遮光条的总质量为M，用游标卡尺测量遮光条的宽度d，用刻度尺测量两光电门之间的距离s； 调节旋钮使气垫导轨水平，同时调节轻滑轮使细线水平； 释放滑块，用计时器分别测出遮光条经过光电门 A 和光电门 B 所用的时间 tA 和tB。请回答下列问题：(1) 测遮光条的宽度 d 时，游标卡尺的示数如图乙所示，则 d=cm 。(2) 若系统机械能守恒，则 mgs=(用 M、m、d、tA 和tB 表示) 10某实验小组利用如图甲所示的实验装置米验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒。(1) 实验前调整气垫导轨底座使之水平。(2) 如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度 d=cm， 实验时将滑块从图示位置由静

10、止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间t .则滑块经过光电门时的瞬时速度为_(用测量的物理量符号表示 )。在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离x 和_ (文字说明并用相应的字母表示 )。(3) 本实验通过比较 和在实验误差允许范围内相等 (用测量的物理量符号11小明同学用如图所示装置验证机械能守恒定律，轻绳两端跨过转轴光滑的轻滑轮系着质量均为 M 的重物 A和 B，将质量为 m的小砝码 C 挂在在物体 B上， B下方距离为 h处固定 一个光电门，物块 B 装有一宽度很小的挡光片，测得挡光片宽度为d，将系统静止释放，当挡光片通过光电门(固定

11、光电门的装置未画出)时，可通过计算机系统记录挡光时间 t。改变高度差 h，重复实验，采集多组 h和t 的数据。(1) 若某次记录的挡光时间为 t1，则挡光片到达光电门处时 B 的速度大小为 _。(2) 小明设想，为了确定 t与 h的关系，可以分别对 t与 h取对数，并以 lgt为纵轴，以 lg h为横轴建立坐标系，得到的 lg t lgh 图线为一直线，该直线的斜率为 _。(3) 若 lg t lgh 图线与纵轴交点坐标为 c，若机械能守恒，可以得到该地重力加速度g=_。12在 “用 DIS 研究机械能守恒定律 " 的实验中，某同学将传感器固定在最低点，如图（a）所示。该同学将摆锤从

12、不同位置由静止释放， 记录摆锤每次下落的高度 h 和最低点的速度 v，作出了如图（ b）所示的 v2-h 图线，则该直线的斜率应为 ，计算摆锤在释放点和最低点之间的势能变化大小Ep 与动能变化大小 Ek，结果如下列表格所示 （重力加速度为 g）。Ep（×10-2J）4.899.7914.6919.5929.38Ek（×10-2J）5.0410.1015.1120.0229.85结果显示 Ep与Ek 之间存在差异，他认为这并不是由于空气阻力造成的，理由是参考答案1A【解析】由于重物下落时要克服阻力做功， 重物减少的重力势能转化为重物的动能和系统的内能， 故 重力势能的减小量大

13、于动能的增加量， A 正确2BD【解析】详解】若实验测得 D 点的机械能明显偏小，说明重锤低于 A 点才开始静止释放的，或未到 D 点就 开始测速度，因此不是重力势能少些，就是动能小些A 摆锤释放的位置高于 A点，与结论不相符，选项 A 错误；B摆锤释放的位置在 AB之间，与结论相符，选项 B 正确；C摆锤在 A点没有静止释放，与结论不相符，选项C 错误；D 光电门没有放在 D 点，与结论相符，选项 D 正确。3 AD 见解析 B【解析】【详解】 (1)1 在处理数据时需要测量长度，故需要米尺；电磁打点计时器工作时需要使用低压交流电源；故 AD 正确 .(2)2 造成误差的原因有： 纸带和打点

14、计时器之间有摩擦 .用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差 . 计算势能变化时，选取始末位置过近.交流电频率不稳定 .12(3) 3由于阻力作用，物体重力势能的减少量大于动能的增加量，即 mghmv2，故 B 正2 确。1.0解析】详解】 (1)1 游标卡尺的主尺读数为 9mm，游标尺上第 16 个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为 16×0.05mm=0.80mm ，所以最终读数为： 9mm+0.80mm=9.80mm ；(2) 2 根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度求出小球经过光电门时的速度为：1.63m/s9.80 10 则有：3 m/s6.0 10 3v2 2.66m

15、2 /s2(3) 4 先根据记录表中的数据进行了描点，作出v2 cos图像如图：(4) 5 由 v2 cos图像可得图像斜率的绝对值为：10 01.0 0.520要验证机械能守恒定律，必须满足：mg(llcos)2 mv 2化简整理可得：2v2 2gl 2glcos则有：解得：2gl k 20l 1.0m5B【解析】从 BC 的过程g m12 mvC22Bm12C11 2 1 2mvC2mvB2 ，所以需验证的表达式为2 C 2 B12v2B，故 B正确， A、C、D错误；2故选 B6bgh2b21）1 A 经过光电门时的速度：2）2 A、运动过程中重物B 要受到空气阻力作用，为减小实验误差，

16、应将B 改换成密度大而体积小的重物，故 A 错误；BC、挡光片的宽度越小，挡光片经过光电门时的平均速度越接近其瞬时速度，为减小实验误差，应减小挡光片的挡光宽度b，故 B 正确， C 错误；D、挡光片经过光电门的时间越短实验误差越小，为减小实验误差，应增大挡光片上端到光 电门的距离 h，故 D 错误；故选 B（3）3设 B 的质量为m，则 A 的质量为 3m，由机械能守恒定律得：123mgh mgh （3m m）v2整理得2gh=v2即：ghbt 27 BADC动能值【解析】【详解】（1）1 实验先进行器材的安装，顺序为： BA ，然后进行实验，顺序为： D，最后数据处理和 整理器材，为 CFE

17、 ，所以合理的顺序为 BADCFE ； （2）2 在下落过程中需要克服阻力做功转化为内能，故动能值偏小。8（1）4Hh2）小于 轨道与小球间存在摩擦或小球的体积过大（ 3）0.1（4）0.112 50.80.912 5 0.112 5【解析】（1）对于小球从静止释放到水平抛出这段曲线运动，运用动能定理研究得： 12mgh= mv解得： v 2ghH= 12gt2则有：对于平抛运动，运用平抛运动的规律得出：在竖直方向：解析】在水平方向： s=vt 由 得： s 2 Hh 所以： s2=4Hh（ 2）对比实验结果与理论计算得到的s2-h 关系图线中发现：自同一高度静止释放的钢球，s2-h 关系图线

18、中分析得也就是 h 为某一具体数值时，理论的 s2 数值大于实验的 s2数值，根据平抛运动规律知道同高度运动时间一定，所以实验中水平抛出的速率小于理论值从 出钢球水平抛出的速率差十分显著， 认为造成上述偏差的可能原因是小球与轨道间存在摩擦力， 或小球的体积过大造成的阻力过大； 由于摩擦阻力做功损失了部分机械能， 所以造成实 验中水平抛出的速率小于理论值3）根据 y=gT 2得： T0.1s，4）设 O 点下一个点为 B点，根据运动学公式得0.05 4 1m/ s ，水平初速度2 0.1小球0.05 3 1.5m/ s ，0.1所以小球 A 在 O 点的速度v0=1.5m/s，A 在 C 点时的

19、速度 vC152 (12 0.05 0.1 10)22 0.11 A 在 O 点的机械能 E0=0+ ×0.1 ×（1.5）2=0.1125 J2因 O 点为小球的水平抛出点，且以 O 点为零势能点，则小球 A 在 C 点时的重力势能为小球12 EP=mgh=-0.8J ；在 C 点的动能： EkC= mvc2=0.9125J；21小球 A 在 C 点时的机械能 EC= ×m×vc2+（-mgh0C） =0.9125-0.8=0.1125J点睛： 本题从新的角度考查了对机械能守恒实定律的理解，有一定的创新性， 很好的考查了学生的创新思维， 掌握平抛运动的处理方法， 平抛运动在水平方向上做匀速直线运动， 竖直方向上做自由落体运动90.5212(M m) dt2 dt22tBtA详解】 (1)1 由图可知 d=0.5cm+0.1mm ×2=0.52cm ；vAd tAdvBtB要验证的关系式为：mgs1(M m)vB212(M m)v2A即122 ddmgs(Mm)(22 ) 。2tB2t2Ad1d10 0.52滑块质量 Mmgx(m M )t2t(2)2 遮光条经过光电门A 和光电门 B 的速度分别为：解析】详解】d=0.52cm ；(2)1 主尺：0.5cm，游标尺：