2019_2020学年新教材高中物理课时跟踪训练七实验验证机械能守恒定律鲁科版必修第二册.doc

课时跟踪训练（七） 实验：验证机械能守恒定律
A级—学考达标
1.(2018·江苏学业水平测试)“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示，实验中发现重物减小的重力势能略大于增加的动能，其主要原因是(　　)
A．未测量重物的质量
B．先接通电源，后释放纸带
C．使用的重物质量大，体积小
D．重物和纸带在下落时受到阻力
解析：选D　由公式mgh＝mv2可知，与重物的质量无关，故A错误；本实验应先接通电源，后释放纸带，对实验结果没有影响，故B错误；使用的重物质量大，体积小可以减小实验误差，故C错误；重物和纸带在下落时受到阻力，部分机械能转化为内能，即减小的重力势能一部分转化为内能，故D正确。
2．[多选]下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差与操作正误的说法中，正确的是(　　)
A．重锤的质量称量不准会造成较大的误差
B．重锤选用质量大些、体积小些的，有利于减小误差
C．重锤选用质量小些、体积大些的，有利于减小误差
D．先松开纸带让重物下落，再让打点计时器工作，会造成较大差错
解析：选BD　在“验证机械能守恒定律”实验中，我们只需比较gh与v2的值即可验证机械能守恒定律是否成立，与重锤的质量无关，选项A错误；若重锤选用质量大些、体积小些的，则在重锤下落过程中，空气阻力可忽略不计，有利于减小相对误差，选项B正确，C错误；先松开纸带再打点，此时纸带上打第一个点的初速度已不为零，即打第一个点时已有了初动能，重锤动能的增量比重锤重力势能的减少量大，产生错误，选项D正确。
3．做“验证机械能守恒定律”的实验，已有铁架台、铁夹、电源、纸带、打点计时器，还必须选取的器材是图中的____________(填字母)。

某同学在实验过程中，①在重锤的正下方地面铺海绵；②调整打点计时器的两个限位孔连线为竖直；③重复多次实验。以上操作可减小实验误差的是________(填序号)。
解析：需要选取的器材是重锤和刻度尺，故选B、D；能减小实验误差的操作是②③。
答案：BD　 ②③
4．(2019·浙江6月学考)在“验证机械能守恒定律”实验中，得到一条纸带，取连续打出的点A、B、C、D作为计数点，各点间的距离如图所示。若打点计时器所用电源频率为50 Hz，则打C点时纸带运动的速度为______ m/s。(保留3位有效数字)

解析：vC＝ m/s≈2.39 m/s。
答案：2.39
5．(2019·泉州高一检测)某同学用如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(计算结果保留三位有效数字)

(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量等于其动能的增加量，即可验证机械能守恒定律。选B点分析，由于mv≈7.61m，mghB≈7.70m，故该同学的实验结果近似验证了机械能守恒定律。
答案：(1)3.90　(2)验证了机械能守恒定律　依据为≈7.61(m/s)2，ghB≈7.70(m/s)2，因为mv≈mghB，近似验证了机械能守恒定律。
B级—选考提能
6.(2019·威海高一检测)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所示(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－1)
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，重力势能增加量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，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__________________。
解析：(1)在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，所以有：v5＝＝4.08 m/s。
(2)根据重力做功和重力势能的关系有：
ΔEp＝mg(h2＋h3＋h4)≈1.42 J，
由表可知v2＝5.59 m/s，
ΔEk＝mv－mv＝1.46 J。
(3)由于纸带和打点计时器的摩擦以及空气阻力的存在，导致动能减少量没有全部转化为重力势能的增加量，因此ΔEp<ΔEk。
答案：(1) 4.08　(2) 1.42　1.46　(3)<　存在空气阻力
7．验证机械能守恒定律的实验常采用重锤自由下落的方法。
(1)应用公式mv2＝mgh进行验证，对实验条件的要求是________________，为验证和满足此要求，所选择的纸带头两点间的距离应接近________。
(2)若实验中所用重锤的质量为m＝1 kg，当地的重力加速度为9.8 m/s2，打点纸带如图所示，O点到各计数点间的距离已在图中标出，打点时间间隔为0.02 s，则打B点时，重锤的速度vB＝______m/s，重锤的动能EkB＝________ J，从开始下落起至B点重锤的重力势能的减少量是________ J，由此可得出的结论是___________________________________
________________________________________________________________________。

(3)根据纸带上的数据算出相关各点的速度v，测算出下落距离h，则以v2为纵轴，以h为横轴画出的图像是选项图中的________。

解析：(1)对实验条件的要求是初速度为零，根据自由落体运动规律，h＝gt2，t取
0.02 s，g取9.8 m/s2，可计算得h＝1.96 mm≈2 mm。
(2)由匀变速直线运动规律可知vB＝＝m/s＝0.58 m/s，EkB＝mv≈0.168 J，ΔEpB＝mghOB≈0.172 J，在实验误差允许的范围内，重锤动能的增加量等于重力势能的减少量，即重锤的机械能守恒。
(3)由mv2＝mgh约去m，得v2＝gh，图像应是一条过原点的倾斜直线，直线斜率的大小等于g，所以C图正确。
答案：(1)初速度为零　2 mm　(2)0.58　0.168　0.172
在误差范围内，重锤的机械能守恒　(3)C

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