新教材2024高中物理第八章机械能守恒定律8.5实验：验证机械能守恒定律同步测试新人教版必修第二册

第八章机械能守恒定律5试验：验证机械能守恒定律【基础巩固】1.(多选)某同学利用自由落体运动做验证机械能守恒定律的试验,下列操作步骤正确的是 ()A.把电磁打点计时器固定在铁架台上,并用导线连接到低压交变电源上B.将连有重物的纸带穿过限位孔,将纸带和重物提升到肯定高度C.先释放纸带,再接通电源D.更换纸带,重复试验,依据记录处理数据答案:ABD2.在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的试验中,下列说法或做法正确的是 ()A.必需用停表测重物下落的时间B.选用质量小的重物可减小试验误差C.试验时必需先用天平测出重物的质量D.试验中不能用公式v=2gh求下落高度答案:D3.(多选)在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的试验中,较为志向的纸带具备的特点是 ()A.点迹小而清楚B.点迹粗长C.第一、二点间的距离接近2mmD.纸带长度较长(80~100cm)解析:点迹小而清楚的纸带在测量时产生的误差小,选项A正确;试验需验证的关系是mgh=12mv2,其中h应是从静止起先下落的高度,而重物从静止起先下落的第一个0.02s(打点时间间隔)内所下落的高度为h1=12gt1答案:AC4.现有4条用打点计时器(电源频率为50Hz)打出的纸带,其中一条是做验证机械能守恒定律试验时打出的.为找出该纸带,某同学在每条纸带上取了点迹清楚、连续的4个点,用刻度尺测出相邻两个点间的距离依次为x1、x2、x3.已知当地的重力加速度为9.791m/s2.请你依据下列x1、x2、x3的测量结果确定该纸带为 ()A.61.0mm、65.8mm、70.7mmB.41.2mm、45.1mm、53.0mmC.49.6mm、53.5mm、57.3mmD.60.5mm、61.0mm、60.6mm答案:C5.(多选)为验证在自由落体过程中物体的机械能是守恒的,某同学设计了一个试验,试验装置如图所示,图中A、B两点分别固定了两个速度传感器,速度传感器可以测出运动物体的瞬时速度.在试验中测得一物体自由下落经过A点时的速度是v1,经过B点时的速度是v2,为了证明物体经过A、B两点时的机械能相等,这位同学又设计了以下几个步骤,你认为其中不必要或者错误的是()A.用天平测出物体的质量B.测出A、B两点间的竖直距离C.利用12mv22-12mv1D.验证v22-v1解析:物体重力势能削减量为mgh,动能增加量为12mv22-12mv12,计算gh和12v22-答案:AC6.在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的试验中:(1)从下列器材中选出试验所必需的,其编号为.

A.打点计时器(含纸带)B.重物C.天平 D.毫米刻度尺E.停表 F.运动小车(2)进行试验时,为保证重物下落时初速度为0,应.

A.先接通电源,再释放纸带B.先释放纸带,再接通电源(3)下列说法正确的是.

A.试验中用打点计时器时,肯定用到低压直流电源B.选用重物时,同样大小、形态的重物选重一点的比较好C.要选用第1、2两点间的距离接近2mm的纸带D.试验结果总是动能增加量略小于重力势能的削减量解析:(1)打点计时器(含纸带)、重物是必需的,为了测量计数点间的距离,须要刻度尺;试验通过比较mgh、12mv2的大小关系得出结论,而m可约去,所以不须要测出重物的质量,不须要用天平;打点计时器本身可以计算时间,所以不须要停表;试验用的是重物,不须要运动小车(2)起先试验时,应先给打点计时器通电打点,然后再释放纸带,以保证重物下落的初速度为0.(3)电火花计时器不用低压电源,电磁打点计时器用低压交变电源,选项A错误;为了减小空气阻力的影响,在选择重物时,要选择密度大的,即选择质量大体积小的重物,选项B正确;由公式h=12gt2可知,若起先第1、2两点间的距离约为2mm,则打第1个点时的速度约为0,这样只需比较gh、12v总是动能增加量略小于重力势能的削减量,选项D正确.答案:(1)ABD(2)A(3)BCD【拓展提高】7.图甲是利用重物自由下落验证机械能守恒定律的试验装置.甲(1)该试验所用打点计时器的电源频率为50Hz.如图乙所示,A、B、C为从纸带上选取的三个计数点,每相邻两个计数点之间还有4个点未画出,则每相邻两个计数点之间的时间间隔T=s,打点计时器在打下计数点B时,物体的下落速度为vB=m/s(小数点后保留两位有效数字).

乙(2)由于该试验中存在阻力,所以试验测得的重物的重力势能的削减量(选填“<”“>”或“=”)动能的增加量.

解析:(1)每相邻两个计数点之间还有4个点未画出,则每相邻两个计数点之间的时间间隔T=0.10s.依据匀变速直线运动的规律,中间时刻的速度等于这段时间的平均速度得vB=xACtAC=2(2)由于纸带和重物都受到阻力作用,重力势能有一部分转化为内能,所以重力势能的削减量大于动能的增加量.答案:(1)0.102.36(2)>8.某同学利用竖直上抛的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所示.当地重力加速度g取9.8m/s2,小球质量m=0.2kg,结果保留三位有效数字.时刻t2t3t4t5速度/(m·s-1)5.595.084.58(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5=m/s.

(2)从t2到t5时间内,重力势能增加量ΔEp=J,动能削减量ΔEk=J.

(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缘由是

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解析:(1)v5=19.14+21.660.(2)由题给条件知,h25=(26.68+24.16+21.66)cm=0.725m.ΔEp=mgh25=1.42J,ΔEk=12mv22-12mv(3)由(2)中知ΔEp<ΔEk,因为存在空气阻力,所以重力势能的增加量小于动能的削减量.答案:(1)4.08(2)1.421.46(3)<存在空气阻力9.(2024·湖北卷)某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的试验.一根轻绳一端连接固定的拉力传感器,另一端连接小钢球,如图甲所示.拉起小钢球至某一位置由静止释放,使小钢球在竖直平面内摇摆,记录小钢球摇摆过程中拉力传感器示数的最大值Tmax和最小值Tmin.变更小钢球的初始释放位置,重复上述过程.依据测量数据在直角坐标系中绘制的Tmax-Tmin图像是一条直线,如图乙所示.(1)若小钢球摇摆过程中机械能守恒,则图乙中直线斜率的理论值为.

(2)由图乙得:直线的斜率为,小钢球的重力为N.(结果均保留两位有效数字)

(3)该试验系统误差的主要来源是(单选,填正确答案标号).

A.小钢球摇摆角度偏大B.小钢球初始释放位置不同C.小钢球摇摆过程中有空气阻力解析:(1)设小钢球的质量为m,摆长为L,最大摆角为θ,小钢球到达最低点时的速度大小为v,小钢球下摆过程机械能守恒,由机械能守恒定律有mg(L-Lcosθ)=12mv2,小钢球到达最低点时细线拉力最大,设最大拉力为Fmax,由牛顿其次定律有Fmax-mg=mv2L,小钢球到达最高点时细线拉力最小,设最小拉力为Fmin,此时小钢球速度为零,则Fmin-mgcosθ=0,联立以上各式可得Fmax=3mg-2Fmin(2)由题图乙可知,图像的斜率k=ΔFmaxΔFmin=1.35-1.Fmax=1.77N代入Fmax=3mg-2Fmin,可得mg=0.59N.(3)此试验的系统误差主要由空气阻力引起,依据试验过程的基本要求,使摇摆的角度大一些,或使小钢球的初始位置不同,都是使试验数据具有普遍性,故选项A、B错误,选项C正确.答案:(1)-2(2)-2.10.59(3)C【挑战创新】10.如图甲所示,用包有白纸的质量为1.00kg的圆柱替代纸带和重物,蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随之转动,用其替代打点计时器.当烧断悬挂圆柱的线后,圆柱自由下落,毛笔就在圆柱表面的纸上画出记号,如图乙所示,设毛笔接触圆柱时不影响圆柱的运动.测得记号之间的距离依次为26.0mm、42.0mm、58.0mm、74.0mm、90.0mm、106.0mm;电动机铭牌上标有“1440r/min”的字样,由此验证机械能是否守恒.依据以上内容,回答下列问题:甲乙(1)毛笔画出相邻两条线的时间间隔T=s,图乙中圆柱的(选填“左”或“右”)端是悬挂端.

(2)依据图乙所给的数据,g取9.8m/s2,可知毛笔画下记号C时,圆柱下落的速度vC=m/s;画下记号D时,圆柱下落的速度vD=m/s;从记号C到D圆柱动能的变更量为J,重力势能的变更量为J,由此可得出的结论是.(结果均保留两