新教材同步系列2024春高中物理第八章机械能守恒定律5实验：验证机械能守恒定律课后提升训练新人教版必修第二册

第八章5A组·水平过关1．用落体法验证机械能守恒定律，打出如图甲所示的一条纸带．已知打点计时器频率为50Hz.(1)依据纸带所给数据，得出打下C点时重物的速度为______m/s(结果保留三位有效数字).(2)某同学选用两个形态相同，质量不同的重物a和b进行试验，测得几组数据，画出eq\f(v2,2)－h图像，并求出图线的斜率k，如图乙所示，由图像可知a的质量m1______(填“大于”或“小于”)b的质量m2.(3)通过分析发觉造成k2值偏小的缘由是试验中存在各种阻力，已知试验所用重物的质量m2＝0.052kg，当地重力加速度g取9.78m/s2，求出重物所受的平均阻力f＝________N.(结果保留两位有效数字)【答案】(1)2.25(2)大于(3)0.031【解析】(1)C点的瞬时速度等于BD段的平均速度，则有vC＝eq\f(xBD,2T)＝eq\f((31.23－22.24)×10-2,2×0.02)m/s＝2.25m/s.(2)依据动能定理，得(mg－f)h＝eq\f(1,2)mv2，则有eq\f(v2,2)＝eq\f(mg－f,m)h，知图线的斜率为k＝eq\f(mg－f,m)＝g－eq\f(f,m)，b的斜率小，知b的质量小，所以a的质量m1大于b的质量m2.(3)依据动能定理知(m2g－f)h＝eq\f(1,2)m2v2，则有eq\f(v2,2)＝eq\f(m2g－f,m2)h，可知k2＝eq\f(m2g－f,m2)＝9.18，代入数据，解得f≈0.031N．2．(2024年珠海质检)如图甲所示为“用打点计时器验证机械能守恒定律”的试验装置．(1)为了尽量减小试验误差，应运用密度较__________(填“大”或“小”)的重物．(2)某次试验得到的一条纸带如图乙所示．在纸带上选取计数点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC，相邻两个计数点之间还有1个点未画出．重锤质量为m，重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T，从打下O点到打下B点的过程中，重锤重力势能的削减量ΔEp＝__________；若已测得B点速度为v，则动能的增加量ΔEk＝__________(可用v表示).(3)由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到的阻力较大，这样会导致试验结果的动能增加量__________(填“<”“＝”或“>”)重力势能削减量．【答案】(1)大(2)mghBeq\f(1,2)mv2(3)<【解析】(1)为了尽量减小试验误差，应运用密度较大，体积较小的重物．(2)从打下O点到打下B点的过程中，重锤重力势能的削减量ΔEp＝mghB，B点速度为v，则打B点时重锤的动能为Ek＝eq\f(1,2)mv2，动能增量为ΔEk＝Ek－0＝eq\f(1,2)mv2.(3)重锤下落时还要克服纸带受到的阻力做功，所以动能增加量小于重力势能削减量．3．在“验证机械能守恒定律”的试验中(1)罗同学选用电火花打点计时器，则应接________(填“甲”或“乙”)图中的电源．(2)释放纸带前，下列操作正确的是______． A B C(3)图丙为罗同学在试验中打出的一条纸带，“0”点为打下的第一个点，相邻两点间的时间间隔为0.02s，重物的质量为300g，打下第5个点时重物减小的重力势能为________J(计算结果保留三位有效数字，该地重力加速度g取9.8m/s2).【答案】(1)乙(2)C(3)0.126±0.002【解析】(1)罗同学选用电火花打点计时器，应当接220V沟通电源，则应按乙图中的方法连接电源．(2)释放纸带前，应当用手提着纸带的一端使纸带在竖直方向，且重物靠近打点计时器，故图C正确．(3)打下第5个点时重物减小的重力势能为ΔEp＝mgh＝0.3×9.8×4.3×10-2J≈0.126J.B组·实力提升4．用如图甲所示的装置“验证机械能守恒定律”．(1)下列物理量须要测量的是________，通过计算得到的是________．(填写代号)A．重锤质量B．重力加速度C．重锤下落的高度D．与下落高度对应的重锤的瞬时速度(2)设重锤质量为m、打点计时器的打点周期为T、重力加速度为g.图乙是试验得到的一条纸带，A、B、C、D、E为相邻的连续点．依据测得的s1、s2、s3、s4写出重物由B点到D点势能削减量的表达式________________，动能增加量的表达式________________．由于重锤下落时要克服阻力做功，所以该试验的动能增加量总是________(填“大于”“等于”或“小于”)重力势能的削减量．【答案】(1)CD(2)mg(s3－s1)eq\f(ms4(s4－2s2),8T2)小于【解析】(1)重锤的质量可测可不测，因为动能的增加量和重力势能的减小量式子中都有质量，可以约去．须要测量的物理量是C；重锤下落的高度，通过计算得到的物理量是D；与下落高度对应的重锤的瞬时速度．(2)重物由B点到D点势能削减量的表达式为ΔEp＝mg(s3－s1)，B点的速度vB＝eq\f(s2,2T)，D点的速度vD＝eq\f(s4－s2,2T)，则动能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,D)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(ms4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(s4－2s2)),8T2)；由于重锤下落时要克服阻力做功，有内能产生，依据能量守恒定律知，该试验的动能增量总是小于重力势能的减小量．5．如图甲所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的试验装置．(g取9.80m/s2)甲(1)选出一条清楚的纸带如图乙所示．其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以频率为50Hz的交变电流．用分度值为1mm的刻度尺测得OA＝12.41cm，OB＝18.90cm，OC＝27.06cm，在计数点A和B、B和C之间还各有一个点．重锤的质量为1.00kg.甲同学依据以上数据算出：当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比起先下落时削减了______J；此时重锤的速度vB＝______m/s.此时重锤的动能比起先下落时增加了________J.(结果均保留三位有效数字)乙(2)某同学利用他自己试验时打出的纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，然后以h为横轴、以eq\f(1,2)v2为纵轴作出了如图丙所示的图线．图线的斜率近似等于()A．19.6 B．9.8 C．4.90图线未过原点O的缘由是____________.丙【答案】(1)1.851.831.68(2)B先释放了纸带，后合上打点计时器的开关【解析】(1)当打点计时器打到B点时，重锤的重力势能减小量ΔEp＝mg·OB＝1.00×9.80×18.90×10-2J≈1.85J；打B点时重锤的速度vB＝eq\f(OC－OA,4T)＝eq\f((27.06－12.41)×10-2,4×0.02)m/s≈1.83m/s，此时重锤的动能增加量ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)