2018高中物理第七章机械能守恒定律7.12验证机械能守恒定律实验难点剖析练习新人教版必修2.doc

验证机械能守恒定律实验难点剖析

（答题时间：30分钟）
1. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中要用工具测量和通过计算得到的有（　　）
A. 重锤的质量
B. 重力加速度
C. 重锤下落的高度
D. 与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度
2. 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（　　）
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. 纸带下落和打点不同步会造成较大误差
3. 利用图示装置进行“验证机械能守恒定律”的实验时，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。某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案：

A. 用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过v＝gt计算出瞬时速度v
B. 用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v＝计算出瞬时速度v
C. 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h＝计算出高度h
D. 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v
以上方案中只有一种正确，正确的是（ ）
4. 有4条用打点计时器（所用交流电频率为50 Hz）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9.791 m/s2）（　　）
A. 61.0 mm　65.8 mm　70.7 mm
B. 41.2 mm　45.1 mm　53.0 mm
C. 49.36 mm　53.5 mm　57.3 mm
D. 60.5 mm　61.0 mm　60.6 mm
5. 如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图。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、天平。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. 0～12 V的直流电源
D. 0～12 V的交流电源
（2）实验中误差产生的原因有_________________________________________________
______________________________________________________________。（答出三点即可）
6. 用电磁打点计时器做“验证机械能守恒定律”的实验中，有下列操作：
A. 用刻度尺测出选定的0到1，2，3，……点之间的距离，查出当地的g值
B. 在支架上竖直架好打点计时器
C. 测出重锤的质量
D. 算出各对应点的势能和动能，并通过比较得出结论
E. 提着纸带，使重锤静止在靠近打点计时器的地方
F. 把电池接到打点计时器的接线柱上
G. 将50 Hz低压电源接到打点计时器的接线柱上
H. 接通电源再松开纸带
请你选出其中正确的操作步骤，并排出合理的操作顺序____________________。（写字母填写）
7. 如图所示，两个质量分别为m1和m2的物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端（m1>m2），1、2是两个光电门。用此装置验证机械能守恒定律。

（1）实验中除了记录物块B通过两光电门时的速度v1、v2外，还需要测量的物理量是
____________________。
（2）用已知量和测量量写出验证机械能守恒定律的表达式________________________。
8. 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0.05 s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9.8 m/s2，小球质量m＝0.2 kg，结果保留三位有效数字）：

时刻
t2
t3
t4
t5
速度（m/s）
5.59
5.08
4.58

（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，重力势能增量ΔEp＝________J，动能减少量ΔEk＝________J。
（3）在实验误差允许的范围内，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________ΔEk（选填“>”“<”或“＝”），造成这种结果的主要原因是________________。
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__________，理由是________________________
_____________________________________________________________。
（2）若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02 s，请根据纸带计算出B点的速度大小为________m/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图线如图所示，请根据图线计算出当地的重力加速度g＝________m/s2。（结果保留两位有效数字）

10. DIS实验是利用现代信息技术进行的实验。老师上课时“用DIS研究机械能守恒定律”的装置如图甲所示，在某次实验中，选择DIS以图象方式显示实验的结果，所显示的图象如图乙所示。图象的横轴表示小球距D点的高度h，纵轴表示摆球的重力势能Ep、动能Ek或机械能E。试回答下列问题：

（1）图乙的图象中，表示小球的重力势能Ep、动能Ek、机械能E随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是________（按顺序填写相应图线所对应的文字）。
（2）根据图乙所示的实验图象，可以得出的结论是___________________________
________________________________________________________________________。

1. CD 解析：通过实验原理可知，重锤下落高度要用毫米刻度尺直接量出，下落这一高度时对应的速度用平均速度求出，故需用工具测量的是C，通过计算得到的是D。
2. BD 解析：从需要验证的关系式ghn＝看，与重物质量无关，A错误；当重物质量大一些时，空气阻力的影响就小一些，B正确，C错误；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，因此重物动能的增加量比重物重力势能的减少量大，D正确。
3. D 解析：在验证机械能守恒定律的实验中不能将物体下落的加速度看做g，只能把它当做未知的定值，所以正确方案只有D项。
4. C 解析：验证机械能守恒定律采用重锤的自由落体运动实现，所以相邻的0.02 s内的位移增加量为Δs＝gT2＝9.791×0.022 m≈3.9 mm，A中位移之差分别为4.8mm，4.9mm；B中位移之差为3.9mm，7.9mm；C中位移之差为3.9mm，3.8mm；D中位移之差为0.5mm，0.6mm；故符合条件的为C。答案为C。
5. （1）AD （2）见解析
解析：（1）用米尺测量纸带上打出点间的长度，用交流电源供打点计时器使用，打点计时器接直流电源无法工作。此实验中无需测出重物下落的时间，故不需要秒表。
（2）纸带与打点计时器之间有摩擦；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，选取始末两点距离过近；交流电频率不稳定等，这些因素都会对实验数据产生影响。
6. BGEHAD 解析：要验证机械能是否守恒，只须验证v2是否与gh相等，而不需要测重锤的质量，因此C步操作不必要；打点计时器必须使用交流电源，因此不能接在电池上，F步骤操作错误。合理的操作顺序是BGEHAD。
7.（1）A、B两物块的质量m1和m2，两光电门之间的距离h
（2）（m1－m2）gh＝（m1＋m2）（v22－v12）
解析：物块A、B运动过程中，若系统的机械能守恒，则有m1gh－m2gh＝（m1＋m2）（v22－v12），所以除了记录物体B通过两光电门时的速度v1、v2外，还需要测的物理量有：m1和m2，两光电门之间的距离h。
8.（1）4.08　（2）1.42　1.46 （3）<　存在空气阻力
解析：（1）用中间时刻速度的计算方法计算，得v5＝ m/s＝4.08 m/s
（2）从t2到t5时间内
ΔEp＝mgΔh＝0.2×9.8×（26.68＋24.16＋21.66）×10－2 J＝1.42 J
ΔEk＝m（v22－v52）＝×0.2×（5.592－4.082） J＝1.46 J
（3）由于空气阻力的存在，故ΔEp<ΔEk
9.（1）见解析　（2）1.37　（3）9.8
解析：（1）甲　采用乙方案时，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，故乙方案不能用于验证机械能守恒定律。
（2）vB＝m/s≈1.37 m/s。
（3）因为mgh＝mv2，所以g＝，k为图线的斜率，求得g＝9.8 m/s2。
10.（1）乙、丙、甲
（2）在误差允许的范围内，在只有重力做功的情况下，小球的机械能守恒
解析：（1）小球由A到D过程中重力势能减小，动能增加，由题图乙的图象知机械能总量不变，故表示小球的重力势能Ep、动能Ek、机械能E随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是乙、丙、甲。
（2）由实验结果知：在误差允许的范围内，在只有重力做功的情况下，小球的机械能守恒。
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