物理人教版必修2课时作业7-9实验验证机械能守恒定律

课时作业20实验：验证机械能守恒定律时间：45分钟一、单项选择题1．在“验证机械能守恒定律”的实验中有关重锤的质量，下列说法中正确的是(B)①应选用质量较大的重锤，使重锤和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力；②应选用质量较小的重锤，使重锤的惯性小一些，下落时更接近于自由落体运动；③不需要称量重锤的质量；④必须称量重锤的质量，而且要读到0.01g.A．②④B．①③C．①④D．②③解析：根据实验原理mgh＝eq\f(1,2)mv2，只需验证gh＝eq\f(1,2)v2，故不必测量重锤的质量．由于纸带下落过程中有系统误差，为了减小这种误差对实验结果的影响，要让重锤质量大一些，这样阻力的影响就会减小，B选项正确．2．用落体法验证机械能守恒定律的实验中得到如图所示纸带．根据纸带算出相关各点的速度v，测量出下落距离h，则以eq\f(v2,2)为纵轴，以h为横轴画出的图象应是下图中的(C)解析：由机械能守恒定律得：mgh＝eq\f(1,2)mv2，得：eq\f(v2,2)＝gh，可以看出eq\f(v2,2)与h成正比例关系，图线是过原点的直线，C正确．数据处理可以用不同的方法，得到相同的结论．3．在“验证机械能守恒定律”的实验中，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的阻力，这样的结果会有(A)A．mgh＞eq\f(1,2)mv2 B．mgh＜eq\f(1,2)mv2C．mgh＝eq\f(1,2)mv2 D．以上都有可能解析：纸带受较大阻力，重物克服阻力做功，根据动能定理得：mgh－Wf＝eq\f(1,2)mv2，所以mgh＞eq\f(1,2)mv2.通过此题也提醒我们在做实验时，要认真调整仪器，使两限位孔在同一直线上，以减小误差．4．有4条用打点计时器(所用交变电流频率均为50Hz)打出的纸带A、B、C、D，其中一条是做“验证机械能守恒定律”实验时打出的．为找出该纸带，某同学在每条纸带上选取了点迹清晰的、连续的4个点，用刻度尺测出相邻两个点间的距离依次为s1、s2、s3.请你根据下列s1、s2、s3的测量结果确定该纸带为(已知当地的重力加速度为9.791m/s2)(C)A．61.0mm65.8mm70.7mmB．41.2mm45.1mm53.0mmC．49.6mm53.5mm57.3mmD．60.5mm61.0mm60.6mm解析：验证机械能守恒采用重锤的自由落体运动实现，所以相邻的0.02s内的位移增加量为Δs＝gT2＝9.791×0.022m≈3.9mm，答案为C.5．在研究重物自由下落过程中机械能是否守恒的实验中，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(B)A．gh＝veq\o\al(2,C)－veq\o\al(2,B) B．gh＝eq\f(1,2)veq\o\al(2,C)－eq\f(1,2)veq\o\al(2,B)C．vC＝vB＋aT D．veq\o\al(2,B)＋veq\o\al(2,C)＝2gh解析：从B→C的过程ΔEp减＝mgh，ΔEk增＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)，所以需验证的表达式为mgh＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)，即gh＝eq\f(1,2)veq\o\al(2,C)－eq\f(1,2)veq\o\al(2,B).二、多项选择题6．下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中，正确的是(BD)A．重物质量的称量不准会造成较大误差B．重物质量选用得较大些，有利于减小误差C．重物质量选用得较小些，有利于减小误差D．先释放纸带后接通电源会造成较大误差解析：在“验证机械能守恒定律”实验中，我们只需比较ghn与eq\f(v\o\al(2,n),2)的值即可验证机械能守恒定律是否成立，与重物质量无关，因此选项A错误；若将重物质量选得大些，则在重物下落过程中，空气阻力可忽略不计，有利于减小误差，所以选项B正确，选项C错误；纸带下落与打点不同步，纸带先下落而后打点，此时，纸带上最初两点的点迹间隔较正常时略大，用此纸带进行数据处理，其结果是：重物在打第一个点时就有了初动能，而我们计算动能增加量时认为初动能为0，因此重物动能的增加量比重物重力势能的减少量大，故选项D正确．7．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要测量的有(CD)A．重物的质量B．重力加速度C．重物下落的高度D．与重物下落高度对应的重物的瞬时速度解析：根据实验原理，需要验证mgh＝eq\f(1,2)mv2，质量可以消去，无需测量，而高度和速度是必须测量的．8．用自由落体验证机械能守恒定律，就是看eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)是否近似等于mghn(n为计时点的编号0、1、2、…)．下列说法中正确的是(AB)A．打点计时器打第一个点0时，重物的速度为零B．hn为计时点n到计时点0的距离C．m为重物的质量，需用天平称量D．用vn＝gtn计算vn时，tn＝(n－1)T(T为打点周期)解析：本实验的原理就是利用重物的自由落体运动来验证机械能守恒定律，因此打点计时器所打的第一个点，重物的速度应为零，A对；hn与vn分别表示打第n个点时重物下落的高度和对应的瞬时速度，B对；本实验中，不需要测量重物的质量，因为公式mgh＝eq\f(1,2)mv2的两边都有m，故只要gh＝eq\f(1,2)v2成立，mgh＝eq\f(1,2)mv2就成立，机械能守恒定律也就被验证了，所以C错；不能用vn＝gtn计算vn，因为实际实验中有阻力，实际的加速度a≠g，故D错．三、非选择题9．某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中，提出了如图所示的甲、乙两种方案：甲方案为用自由落体运动进行实验，乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验．(1)组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析，最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案，你认为该小组选择的方案是图甲，理由是理由见解析．(2)若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图丙所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02s，请根据纸带计算出B点的速度大小为1.37m/s.(结果保留三位有效数字)(3)该小组内同学根据纸带算出了相应点的速度，作出v2－h图线如图丁所示，请根据图线计算出当地的重力加速度g＝9.8m/s2.(结果保留两位有效数字)解析：(1)图甲；采用图乙实验时，由于小车与斜面间存在摩擦力的作用，且不能忽略，所以小车在下滑的过程中机械能不守恒，故图乙不能用于验证机械能守恒．(2)vB＝eq\f(12.40－6.93×10－2,0.04)m/s≈1.37m/s.(3)因为mgh＝eq\f(1,2)mv2，所以g＝eq\f(\f(1,2)v2,h)＝eq\f(1,2)k，k为图线的斜率，求得g＝9.75m/s2，约为9.8m/s2.10．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)：时刻t2t3t4t5速度(m·s－1)4.994.483.98(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝3.48m/s.(2)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝1.24J，动能减少量ΔEk＝1.28J；(3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，从而验证了机械能守恒定律．由上述计算得ΔEp<(选填“>”“<”或“＝”)ΔEk，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＝eq\f(16.14＋18.66,2×0.05)×10－2m/s＝3.48m/s；(2)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝mgh25＝0.2×9.8×(23.68＋21.16＋18.66)×10－2J≈1.24J，动能减少量ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,5)≈1.28J；(3)ΔEp<ΔEk，造成这种结果的主要原因是存在空气阻力．11．某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．弧形轨道末端水平，离地面的高度为H.将钢球从轨道的不同高度h处静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为s.(1)若轨道完全光滑，s2与h的理论关系应满足s2＝4Hh.(用H、h表示)(2)该同学经实验测量得到一组数据，如下表所示：h/×10－1m2.003.004.005.006.00s2/×10－1m22.623.895.206.537.78请在坐标纸上(如图)作出s2－h关系图．答案：如图所示(3)对比实验结果与理论计算得到的s2－h关系图线(图中已画出)，自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率小于(选填“小于”或“大于”)理论值．