2022-2022学年高中物理第四章机械能和能源第五节验证机械能守恒定律随堂演练含解析粤教版必修2.doc

验证机械能守恒定律
(多项选择)某位同学做“验证机械能守恒定律〞的实验，以下操作步骤中正确的选项是(　　)
A．把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压交流电源上
B．将连有重物的纸带穿过限位孔，将纸带和重物提升到一定高度
C．先释放纸带，再接通电源
D．更换纸带，重复实验，根据记录处理数据
解析：选ABD.根据验证机械能守恒定律的实验要求，应先接通电源，让打点计时器工作稳定后，再释放纸带，故C选项是错误的，A、B、D均符合实验要求．
用落体法做“验证机械能守恒定律〞的实验，重物从高处由静止开始落下，重物拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点进行测量，计算分析，即可验证机械能守恒定律．在实验时，以下器材不必要的是(　　)
A．重物　　　　　　　　　 B．秒表
C．纸带 D．刻度尺
解析：选B.由于打点计时器打出的纸带本身就记录了重物下落一定高度时所对应的时间，所以本实验不需要秒表．
3．在“验证机械能守恒定律〞的实验中，以下物理量中需要直接测量的是(　　)
A．重物的质量
B．重力加速度
C．重物下落的高度
D．重物下落某一高度所对应的瞬时速度
解析：选C.重物的质量不需要测量；重力加速度是的；重物下落的高度需要测量；瞬时速度是根据纸带上的数据计算得出的，应选项C正确．
4．在利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验中，产生误差的主要原因是(　　)
A．重物下落的实际高度大于测量值
B．重物下落的实际高度小于测量值
C．重物的实际末速度v大于gt(g为重力加速度，t为下落时间)
D．重物的实际末速度v小于gt
解析：选D.由于纸带与重物同步运动，故所测纸带上两点间距离与重物下落高度相同，选项A、B错误；由于存在阻力作用，重物下落的加速度a<g，故实际末速度v＝at<gt，选项C错误，选项D正确．
(多项选择)如下图是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，有关尺寸在图中已注明．我们选中n点来验证机械能守恒定律．下面举出一些计算n点速度的方法，其中正确的选项是(　　)
A．n点是第n个点，那么vn＝gnT
B．n点是第n个点，那么vn＝g(n－1)T
C．vn＝
D．vn＝
解析：选CD.n点的瞬时速度等于sn与sn＋1段的平均速度．
利用如下图装置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，正确的选项是________．(填入相应的字母)
解析：此题目的是验证机械能守恒，必须是通过测量数据对动能和势能(mv2与mgh)的关系进行验证，即要测量v和h.而a、b两项中用的计算速度v的公式是根据自由落体运动规律得来的，而自由落体本身就是遵守机械能守恒的，达不到验证的目的．
答案：d
我国舰载飞机在“辽宁舰〞上成功着舰后，某课外活动小组对舰载飞机利用阻拦索着舰的力学问题很感兴趣．他们找来了木板、钢球、铁钉、橡皮条以及墨水，制作了如下图的装置，准备定量研究钢球在橡皮条阻拦下前进的距离与被阻拦前速率的关系．要到达实验目的，需直接测量的物理量是钢球由静止释放时的________和在橡皮条阻拦下前进的距离，还必须增加的一种实验器材是________．忽略钢球所受的摩擦力和空气阻力，重力加速度，根据________定律(定理)，可得到钢球被阻拦前的速率．
解析：根据机械能守恒定律(或动能定理)可得mgh＝mv2，所以v＝，要研究v与前进的距离的关系，需要直接测出钢球距水平木板的高度h，要测距离及高度，必须增加的实验器材是刻度尺．
答案：高度(距水平木板的高度)　刻度尺　机械能守恒(动能)
实验时，计时器电源频率为50 Hz，当地重力加速度的值为9.80 m/s2，测得所用重物的质量为1.00 kg，甲、乙、丙三位同学分别用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为1.8 mm、1.9 mm、2.5 mm.可以看出其中肯定有一个学生在操作上有错误，这位同学是________，错误操作是________________．假设按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续3点A、B、C到第1点的距离分别是AO＝15.60 cm，BO＝19.20 cm，CO＝23.30 cm，计时器打下B点时，重物重力势能的减少量为________J，重物增加的动能是________J.
解析：重物在第一个0.02 s内下落的高度大于2 mm，说明打点计时器打下第一个点时重物已具有初速度．
打B点时重物重力势能的减少量
ΔEp＝mghBO≈1.88 J
重物下落到B点时的速度
vB＝＝1.925 m/s
所以重物增加的动能ΔEk＝mv≈1.85 J.
答案：丙　先放开纸带后接通电源　1.88　1.85
某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带一局部损坏，损坏的是前端局部．剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图中，单位是cm.重物的质量为m＝ 1 kg，打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2.
(1)重物在2点的速度v2＝__________，在5点的速度v5＝________，此过程中动能增加量ΔEk＝________，重力势能减少量ΔEp＝________．由以上可得出实验结论______.
(2)根据实验判断以下图象正确的选项是(其中ΔEk表示物体动能的变化量，Δh表示物体下落的高度)(　　)
解析：(1)根据匀变速直线运动的规律，可以求出重物在2点的速度v2＝ m/s＝1.50 m/s和重物在5点的速度v5＝ m/s≈2.08 m/s，所以动能增加量为ΔEk＝v－v≈1.04 J，我们选5点为重力势能参考点，那么重力势能减少量为ΔEp＝mgh25＝1×9.8×(3.2＋3.6＋4.0)×10－2 J≈1.06 J，由以上可得出实验结论为：在误差允许的范围内，机械能守恒．
(2)物体机械能守恒，应有物体减少的重力势能转化为增加的动能，即ΔEk＝mgΔh，可见物体增加的动能与下落的距离成正比，选项C正确．
答案：(1)1.50 m/s　2.075 m/s　1.04 J　1.06 J
在误差允许的范围内，机械能守恒　(2)C