人教版2019必修第二册高中物理同步练习8.5实验验证机械能守恒定律(原卷版+解析)

8.5实验验证机械能守恒定律一、实验题1．（2023春·江苏苏州·高一南京航空航天大学苏州附属中学校考阶段练习）利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”的实验。（1）实验中除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是___________。A．直流电源

B．刻度尺

C．天平（含砝码）

D．秒表（2）实验中，需先接通电源，再由静止开始释放重物，得到如图乙所示的一条纸带。O为起点，在纸带上选取几个连续打出的点，其中三个连续点A、B、C，测得它们到起始点O的距离如图。已知重物质量，重力加速度，打点计时器打点的周期为，那么打点计时器打下计数点B时，重物的速度___________；O点到B点过程中重物的重力势能减少量为___________J。（结果均保留三位有效数字）（3）上述实验数据显示重力势能的减少量略大于动能的增加量，分析产生误差的原因___________________（写一条即可）。（4）该同学根据纸带算出了其他各点对应的瞬时速度，测出与此相对应的重物下落高度，以为纵坐标，以为横坐标，建立坐标系，作出图像，从而验证机械能守恒定律。若所有操作均正确，得到的图像的斜率为，可求得当地的重力加速度___________。2．（2023春·河南南阳·高一校联考阶段练习）某物理兴趣小组利用如图1所示装置验证机械能守恒定律，电源的频率为f，重锤的质量为m，重力加速度为g，该小组让重锤带动纸带从静止开始自由下落，按正确操作得到了一条完整的纸带如图2所示（在误差允许范围内，认为释放重锤的同时打出A点）。

（1）对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是______。A．重锤选用质量和密度较大的金属锤B．两限位孔在同一竖直面内上下对正C．精确测量出重锤的质量D．用夹子夹稳重锤，接通电源后，再释放重锤（2）该小组为了验证机械能是否守恒，采用了以下方法：计算出打点计时器打下计时点F时重锤的瞬时速度的大小______，在打点计时器打下计时点A和F的过程中，重锤重力势能的减少量______，重锤动能的增加量______，若它们近似相等，则可知重锤的机械能守恒。（用题中所测量和已知量表示）（3）利用实验时打出的纸带，测量出各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出各计数点对应的速度v，然后以h为横轴、以为纵轴作出如图3所示的图线，图线的斜率近似等于______。

3．（2023春·陕西西安·高一长安一中校考阶段练习）用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，物块2从高处由静止开始下落，物块1上拖着的纸带打出了一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。如图乙所示是实验时得到的一条纸带，O点是重物刚下落瞬间打点计时器打下的第一个点，C点是第n个点，相关距离在图中已注明。已知物块1、2的质量分别为、（），重力加速度为g，打点计时器的周期为T。请用题中所给的字母回答下列问题：

（1）下列做法正确的有_________。A．必须要用天平称出两个物块的质量B．图中两限位孔必须在同一竖直线上C．实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源D．数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置（2）图乙中，从O点到C点的过程，系统重力势能的减少量为________。（3）图乙中，为了计算从O点到C点的过程，系统动能的增加量，需要先计算C点的速度，下列计算方法中计算正确的是__________。A．B．C．D．（4）某同学根据计算出的速度v和相应的高度差h，描绘图像（如图丙所示）来研究系统的机械能是否守恒。若忽略阻力影响，则图线的斜率________。

4．（2023春·安徽马鞍山·高一马鞍山市红星中学校考阶段练习）如图所示，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可验证机械能守恒定律。（1）实验中需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h。某同学对实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案。这些方案中合理的是()A．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度vB．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过计算出瞬时速度vC．用刻度尺测出物体下落的高度h，由打点间隔算出下落时间t，通过计算出瞬时速度vD．根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过计算得出高度h（2）安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图所示。图中O点为打点起始点，且速度为零。选取纸带上打出的连续点A、B、C、…作为计数点，测出其中E、F、G点距起始点O的距离分别为、、，已知重物质量为m，当地重力加速度为，计时器打点周期为。为了验证此实验过程中机械能是否守恒，需要计算出从O点到F点的过程中，重物重力势能的减少量___________，动能的增加量___________（用题中所给字母表示）。（3）实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，关于这个误差，下列说法正确的是()A．该误差属于偶然误差B．该误差属于系统误差C．可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差D．可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差（4）某同学在实验中发现重物增加的动能略小于重物减少的重力势能，于是深入研究阻力f对本实验的影响。他测出各计数点到起始点的距离h，并计算出各计数点的速度v，用实验测得的数据绘制出图线，图像是一条倾斜直线，此直线斜率的物理含义是___________（用数学表达式书写，可能用到的物理量为m、g、f）。5．（2023春·吉林长春·高一长春市第二实验中学校考期中）用如图1所示的实验装置验证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。如图2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），所用电源的频率为50Hz，计数点间的距离如图所示。已知m1＝50g、m2＝150g，则：（结果均保留两位有效数字）

（1）在纸带上打下计数点5时的速度v5＝______m/s；（2）若某同学作出v2－h图像如图3所示，则当地的重力加速度g＝________m/s2。

6．（2023春·福建莆田·高一校考期中）某同学用图甲的实验装置验证机械能守恒定律。

（1）安装好仪器后，实验时应先________（选填“放开纸带”或“接通电源”）；（2）在某次实验中，若已知打点计时器的电源频率为50Hz，当地的重力加速度g取9.8m/s2，重物质量为mkg，实验中得到一条点迹清晰的纸带如上图乙所示，其中O为第1个点，A、B、C为另外3个连续点，根据图中数据可知，重物由O点运动到B点，重力势能减少量ΔEp＝________J，动能增加量ΔEk＝________J，产生误差的主要原因是_________。（图中长度单位：cm）7．（2023春·河北承德·高一承德县第一中学校联考阶段练习）某实验小组用打点计时器验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。

（1）除图示器材外，下列器材中，必需的一组是___________。（填选项前字母）A．直流电源及导线、刻度尺B．直流电源及导线、天平及砝码C．交流电源及导线、天平及砝码D．交流电源及导线、刻度尺（2）实验中在纸带上打出一系列的点，如图乙所示，O点为纸带打出的第一个点。已知重物的质量为0.5kg，打点计时器的打点频率为50Hz，取重力加速度大小，纸带上所标数据单位为cm，则从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减少量______J，动能增加量______J。（结果均保留三位有效数字）

（3）关于实验误差，下列说法正确的是___________。（填选项前字母）A．重锤质量的称量不准会造成较大误差B．重锤质量选用得大些，有利于减小误差C．重锤质量选用得较小些，有利于减小误差D．先释放重物，后接通电源会造成较大误差8．（2023春·福建泉州·高一福建省德化第一中学校联考阶段练习）某兴趣小组利用气垫导轨设计了一个“验证机械能守恒定律”的实验，如图所示，在导轨旁边固定一与导轨平行的刻度尺，然后用一手机固定于导轨上方，使摄像头正对导轨，开启视频录像功能，调节导轨的倾斜角度θ（通过量角器量出），使滑块从导轨顶端静止滑下，并用手机记录下滑块做匀加速直线运动的全程情况，然后通过录像回放分析。取滑块出发点为参考点，得到滑块相对于该点的距离x和所用时间t（通过手机读取）的数据，然后改变轨道倾角θ，得到多组x、t值（已知滑块的质量为m=1.0kg，g取9.8m/s2，sin37°=0.6，sin53°=0.8，结果保留二位小数）。

（1）若小组成员在实验中得到了如下数据：当倾角θ=37°时，取x=26.0cm，测得t=0.3s，则滑块在此过程中重力势能的减小量为___________，动能的增加量为1.50J。（2）小组成员改变导轨倾角，使θ=53°，取x=97.0cm，测得t=0.5s，则滑块在此过程中重力势能的减小量为7.60J，动能的增加量为___________。由以上数据，你能得到的结论是_________________。（3）小组成员在保持x不变，改变通过倾角θ，测出对应的时间t，可作出图像来验证机械能是否守恒，结果她得到的图像如图。该图线不过原点的原因为__________________________________。

8.5实验验证机械能守恒定律一、实验题1．（2023春·江苏苏州·高一南京航空航天大学苏州附属中学校考阶段练习）利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”的实验。（1）实验中除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是___________。A．直流电源

B．刻度尺

C．天平（含砝码）

D．秒表（2）实验中，需先接通电源，再由静止开始释放重物，得到如图乙所示的一条纸带。O为起点，在纸带上选取几个连续打出的点，其中三个连续点A、B、C，测得它们到起始点O的距离如图。已知重物质量，重力加速度，打点计时器打点的周期为，那么打点计时器打下计数点B时，重物的速度___________；O点到B点过程中重物的重力势能减少量为___________J。（结果均保留三位有效数字）（3）上述实验数据显示重力势能的减少量略大于动能的增加量，分析产生误差的原因___________________（写一条即可）。（4）该同学根据纸带算出了其他各点对应的瞬时速度，测出与此相对应的重物下落高度，以为纵坐标，以为横坐标，建立坐标系，作出图像，从而验证机械能守恒定律。若所有操作均正确，得到的图像的斜率为，可求得当地的重力加速度___________。【答案】B1.170.690空气阻力与摩擦阻力的影响【详解】（1）[1]电磁打点计时器需要连接交流电源；验证机械能守恒表达式中重物的质量可以约掉，故不需要天平测质量；通过打点计时器可以确定计数点间的时间间隔，故不需要秒表测时间；需要用刻度尺测量纸带上计数点间的距离。故选B。（2）[2]根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度，则打点计时器打下计数点B时，重物的速度为[3]O点到B点过程中重物的重力势能减少量为（3）[4]由于空气阻力与摩擦阻力的影响，重物下落过程中，重力势能的减少量有一部分转化为内能，则重力势能的减少量略大于动能的增加量。（4）[5]根据机械能守恒定律可得可得可知图像的斜率为解得当地的重力加速度为2．（2023春·河南南阳·高一校联考阶段练习）某物理兴趣小组利用如图1所示装置验证机械能守恒定律，电源的频率为f，重锤的质量为m，重力加速度为g，该小组让重锤带动纸带从静止开始自由下落，按正确操作得到了一条完整的纸带如图2所示（在误差允许范围内，认为释放重锤的同时打出A点）。

（1）对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是______。A．重锤选用质量和密度较大的金属锤B．两限位孔在同一竖直面内上下对正C．精确测量出重锤的质量D．用夹子夹稳重锤，接通电源后，再释放重锤（2）该小组为了验证机械能是否守恒，采用了以下方法：计算出打点计时器打下计时点F时重锤的瞬时速度的大小______，在打点计时器打下计时点A和F的过程中，重锤重力势能的减少量______，重锤动能的增加量______，若它们近似相等，则可知重锤的机械能守恒。（用题中所测量和已知量表示）（3）利用实验时打出的纸带，测量出各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出各计数点对应的速度v，然后以h为横轴、以为纵轴作出如图3所示的图线，图线的斜率近似等于______。

【答案】ABg（或重力加速度）【详解】（1）[1]A．实验供选择的重物应该相对质量较大，体积较小的物体，这样能减小摩擦阻力的影响，从而减少实验误差，A正确；B．为了减小纸带和限位孔之间的摩擦，图1中两限位孔必须在同一竖直线上，这样可以减小纸带与限位孔的摩擦，从而减小实验误差，B正确；C．因为是比较mgh与的大小关系，故m可约去，则实验不需要测量重锤的质量，C错误；D．实验时，先接通打点计时器电源，再松开纸带，这是为了避免在纸带上出现大量空白段落，对减小实验误差没有影响，D错误。故选AB。（2）[2]在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度，则[3]从A点到F的过程中，重物下降的高度为，则重力势能的改变量方为[4]由于重锤是从A点由静止开始自由下落的，所以，重锤动能的增加量代入F点的速度v得（3）[5]根据则有g是常数，所以以h为横轴、以为纵轴作出的图线的斜率近似等于g。3．（2023春·陕西西安·高一长安一中校考阶段练习）用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，物块2从高处由静止开始下落，物块1上拖着的纸带打出了一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。如图乙所示是实验时得到的一条纸带，O点是重物刚下落瞬间打点计时器打下的第一个点，C点是第n个点，相关距离在图中已注明。已知物块1、2的质量分别为、（），重力加速度为g，打点计时器的周期为T。请用题中所给的字母回答下列问题：

（1）下列做法正确的有_________。A．必须要用天平称出两个物块的质量B．图中两限位孔必须在同一竖直线上C．实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源D．数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置（2）图乙中，从O点到C点的过程，系统重力势能的减少量为________。（3）图乙中，为了计算从O点到C点的过程，系统动能的增加量，需要先计算C点的速度，下列计算方法中计算正确的是__________。A．B．C．D．（4）某同学根据计算出的速度v和相应的高度差h，描绘图像（如图丙所示）来研究系统的机械能是否守恒。若忽略阻力影响，则图线的斜率________。

【答案】AB/BAC【详解】（1）[1]A．验证系统机械能守恒定律的表达式为可知需要用天平称出两个物块的质量，故A正确；B．为了减小纸带与限位孔间的摩擦力，图中两限位孔必须在同一竖直线上，故B正确；C．实验时，应先接通打点计时器的电源，再放开纸带，故C错误；D．数据处理时，为了减小误差，应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置，故D错误。故选AB。（2）[2]图乙中，从O点到C点的过程，系统重力势能的减少量为（3）[3]AB．设物块的加速度大小为，根据运动学公式可得，故AB错误；CD．根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度，则有故C正确，D错误。故选C。（4）[4]根据系统机械能守恒可得可得可知图像的斜率为4．（2023春·安徽马鞍山·高一马鞍山市红星中学校考阶段练习）如图所示，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可验证机械能守恒定律。（1）实验中需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h。某同学对实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案。这些方案中合理的是()A．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度vB．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过计算出瞬时速度vC．用刻度尺测出物体下落的高度h，由打点间隔算出下落时间t，通过计算出瞬时速度vD．根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过计算得出高度h（2）安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图所示。图中O点为打点起始点，且速度为零。选取纸带上打出的连续点A、B、C、…作为计数点，测出其中E、F、G点距起始点O的距离分别为、、，已知重物质量为m，当地重力加速度为，计时器打点周期为。为了验证此实验过程中机械能是否守恒，需要计算出从O点到F点的过程中，重物重力势能的减少量___________，动能的增加量___________（用题中所给字母表示）。（3）实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，关于这个误差，下列说法正确的是()A．该误差属于偶然误差B．该误差属于系统误差C．可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差D．可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差（4）某同学在实验中发现重物增加的动能略小于重物减少的重力势能，于是深入研究阻力f对本实验的影响。他测出各计数点到起始点的距离h，并计算出各计数点的速度v，用实验测得的数据绘制出图线，图像是一条倾斜直线，此直线斜率的物理含义是___________（用数学表达式书写，可能用到的物理量为m、g、f）。【答案】Amgh2BD/DB【详解】（1）[1]ABC．根据实验原理可知，实验中瞬时速度通过某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度去求解，不能根据和求解，否则就默认了机械能守恒，失去验证的意义，故BC不合理，A合理；D．实验中，用刻度尺测量物体下落的高度，不能根据计算得出高度h，故D不合理。故选A。（2）[2]由图可知，从O点到F点的过程中，重物下降的高度为，重物重力势能的减少量为[3]由某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得，重物下落到点时速度为则动能的增加量为（3）[4]AB．该误差属于系统误差，故A错误，B正确；C．系统误差无法通过多次测量取平均值的方法来减小，故C错误；D．可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该系统误差，故D正确。故选BD。（4）[5]根据题意，由动能定理可得整理得则斜率为5．（2023春·吉林长春·高一长春市第二实验中学校考期中）用如图1所示的实验装置验证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。如图2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），所用电源的频率为50Hz，计数点间的距离如图所示。已知m1＝50g、m2＝150g，则：（结果均保留两位有效数字）

（1）在纸带上打下计数点5时的速度v5＝______m/s；（2）若某同学作出v2－h图像如图3所示，则当地的重力加速度g＝________m/s2。

【答案】2.49.7【详解】（1）[1]相邻计数点的时间间隔为打下计数点5时的速度为（2）[2]根据得斜率为解得6．（2023春·福建莆田·高一校考期中）某同学用图甲的实验装置验证机械能守恒定律。

（1）安装好仪器后，实验时应先________（选填“放开纸带”或“接通电源”）；（2）在某次实验中，若已知打点计时器的电源频率为50Hz，当地的重力加速度g取9.8m/s2，重物质量为mkg，实验中得到一条点迹清晰的纸带如上图乙所示，其中O为第1个点，A、B、C为另外3个连续点，根据图中数据可知，重物由O点运动到B点，重力势能减少量ΔEp＝________J，动能增加量ΔEk＝________J，产生误差的主要原因是_________。（图中长度单位：cm）【答案】接通电源7.62m7.61m纸带与打点计时器间有摩擦阻力，或存在空气阻力【详解】（1）[1]打点计时器应先接通电源后放开纸带；（2）[2]重物由O点运动到B点时，重物重力势能的减少量[3]利用匀变速直线运动的推论可知则动能的增加量[4]重物动能的增加量略小于重物重力势能的减少量的主要原因是纸带与打点计时器间有摩擦阻力，或存在空气阻力。7．（2023春·河北承德·高一承德县第一中学校联考阶段练习）某实验小组用打点计时器验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。

（1）除图示器材外，下列器材中，必需的一组是___________。（填选项前字母）A．直流电源及导线、刻度尺B．直流电源及导线、天平及砝码C．交流电源及导线、天平及砝码D．交流电源及导线、刻度尺（2）实验中在纸带上打出一系列的点，如图乙所示，O点为纸带打出的第一个点。已知重物的质量为0.5kg，打点计时器的打点频率为50Hz，取重力加速度大小，纸带上所标数据单位为cm，则从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减少量______J，动能增加量______J。（结果均保留三位有效数字）

（3）关于实验误差，下列说法正确的是___________。（填选项前字母）A．重锤质量的称量不准会造成较大误差B．重锤质量选用得大些，有利于减小误差C．重锤质量选用得较小些，有利于减小误差D．先释放重物，后接通电源会造成较大误差【答案】D0.237