2019_2020学年新教材高中物理课时跟踪训练二十二实验验证机械能守恒定律新人教版必修第二册.doc

课时跟踪训练（二十二） 实验：验证机械能守恒定律
A级—学考达标
1．在做“验证机械能守恒定律”的实验时，发现重物减少的重力势能总是略大于重物增加的动能，造成这种现象的原因是(　　)
A．选用的重物质量过大
B．选用的重物质量过小
C．空气对重物的阻力和打点计时器对纸带的阻力
D．实验时操作不规范，实验数据测量不准确
解析：选C　造成题中所述误差的主要原因是来自于各方面的阻力，选项C正确。
2．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列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；重力加速度是已知的；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。故应选C。
3．用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中，根据纸带算出相关各点的速度v，测量出下落距离h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图像应是(　　)

解析：选C　由机械能守恒定律得：mgh＝mv2，得：＝gh，可以看出与h成正比例关系，图线是过原点的直线，C正确。数据处理可以用不同的方法，得到相同的结论。

4．在“验证机械能守恒定律”的实验中，采用如图甲所示的实验装置。

(1)现得到一条点迹清晰的纸带，如图乙所示，把纸带中第一个点记作O，另选纸带上连续打下的3个点A、B、C为计数点，经测量A、B、C各点到O的距离分别为9.51 cm、12.70 cm、16.27 cm。则打点计时器打下B点时，重物的速度为________m/s，已知打点计时器打点周期为0.02 s。
(2)实验中重物应该选用以下哪个物体________。
A．一个20 g的砝码
B．一个50 g的钩码
C．一个200 g的木球
D．一个200 g的铅制重锤
(3)由于存在阻力的原因，比较重物在纸带上相距较远的某两点间的重力势能变化ΔEp和动能变化ΔEk的大小关系，总是存在ΔEk________ΔEp(选填“>”“＝”或“<”)。
解析：(1)由匀变速直线运动的规律可知，中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度，即vB＝＝ m/s＝1.69 m/s。
(2)实验中为了减小相对阻力，应选择质量较大、体积较小的物体，即选D。
(3)由于重物下落时要克服阻力做功，则动能变化ΔEk总是小于重力势能变化ΔEp的大小，总是存在ΔEk＜ΔEp。
答案：(1)1.69　(2)D　(3)＜
5．某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，当地重力加速度大小为g＝9.80 m/s2。实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图乙所示。纸带上的第一个点记为O，另选连续的三个点A、B、C进行测量，图中给出了这三个点到O点的距离hA、hB和hC的值。回答下列问题(计算结果保留3位有效数字)：

(1)打点计时器打B点时，重物速度的大小vB＝________m/s。
(2)通过分析该同学测量的实验数据，他的实验结果是否验证了机械能守恒定律？简要说明分析的依据。
解析：(1)由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度可知vB＝，由电源频率为50 Hz可知T＝0.02 s，代入数据可解得vB＝3.90 m/s。
(2)本实验是利用自由落体运动验证机械能守恒定律，只要在误差允许范围内，重物重力势能的减少等于其动能的增加，即可验证机械能守恒定律。选B点分析，由于mvB2≈7.61 m，mghB＝7.70 m，故在误差允许范围内该同学的实验结果验证了机械能守恒定律。
答案：(1)3.90　(2)见解析
B级—选考提能
6.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，如图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3位有效数字)
时刻
t2
t3
t4
t5
速度/(m·s－1)
4.99
4.48
3.98

(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)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，即可验证了机械能守恒定律。由上述计算得ΔEp______Ek(选填“>”“<”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是________________________________________________________________________。
解析：(1)v5＝ m/s＝3.48 m/s；
(2)重力势能的增量ΔEp＝mgΔh，
代入数据可得ΔEp＝1.24 J，
动能减少量为ΔEk＝mv22－mv52，
代入数据可得ΔEk＝1.28 J；
(3)由计算可得ΔEp<ΔEk，主要是由于存在空气阻力。
答案：(1)3.48　(2)1.24　1.28　(3)<　存在空气阻力
7．某探究小组利用传感器研究小球在摆动过程中的机械能守恒规律，实验装置如图甲所示，在悬点处装有拉力传感器，可记录小球在摆动过程中各时刻的拉力值，小球半径、摆线的质量和摆动过程中摆线长度的变化可忽略不计。实验过程如下：

(1)测量小球质量m，摆线长L。
(2)将小球拉离平衡位置在某一高度处无初速度释放，在传感器采集的数据中提取最大值为F，小球摆到最低点时动能的表达式为________________________________________________________________________
(用上面给定物理量的符号表示)。
(3)改变释放高度h，重复上述过程，获取多组摆动高度h与对应过程的拉力最大值F的数据，在F­h坐标系中描点连线。
(4)通过描点连线，发现F与h成线性关系，如图乙所示，可证明小球摆动过程中机械能守恒。
(5)根据F­h图线中数据，可知小球质量m＝________kg，摆线长L＝________m(计算结果保留两位有效数字，重力加速度g取10 m/s2)。
解析：(2)小球摆到最低点时，根据牛顿第二定律得F－mg＝m，其动能为Ek＝mv2，故小球摆到最低点时动能的表达式为Ek＝(F－mg)L。
(5)根据机械能守恒定律得mgh＝(F－mg)L，解得F＝h＋mg，在F­h图像中，纵轴截距为1.00 N，即mg＝1.00 N，解得m＝0.10 kg；图像的斜率k＝2.5 N/m，解得L＝0.80 m。
答案：(2) Ek＝(F－mg)L　(5)0.10　0.80

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