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2019年高中物理 第7章 第9節(jié)實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律同步檢測(cè) 新人教版必修2 1．(溫州十校聯(lián)合體xx～xx學(xué)年高一下學(xué)期聯(lián)考)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，紙帶將被釋放瞬間的四種情況如照片所示，其中最合適的是(　　) 答案：D 2．一同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)所用的電源有交流電(頻率為50Hz)和直流電兩種輸出。實(shí)驗(yàn)中，重錘從高處由靜止開(kāi)始落下，重錘拖著的紙帶通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 該同學(xué)按如下步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)： A．用天平測(cè)量出重錘的質(zhì)量； B．按圖示的裝置安裝器件； C．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的直流輸出端上； D．接通電源后釋放懸掛紙帶的夾子，打出一條紙帶； E．換用另外紙帶，重復(fù)步驟D； F．選取合適的紙帶； G．測(cè)量所選紙帶上某些點(diǎn)之間的距離； H．根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過(guò)程中減少的重力勢(shì)能和它增加的動(dòng)能，比較二者是否相等。 以上實(shí)驗(yàn)步驟中有一項(xiàng)是沒(méi)有必要進(jìn)行的，它的步驟編號(hào)是________；有一項(xiàng)步驟操作有誤，它的步驟編號(hào)是________。 答案：A；C 解析：驗(yàn)證機(jī)械能守恒時(shí)，等式兩邊可以約去質(zhì)量，所以不需要測(cè)量重錘的質(zhì)量；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需接到低壓交流電源上，C步驟錯(cuò)誤。 3．(濟(jì)南一中xx～xx學(xué)年高一下學(xué)期期中)在《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》實(shí)驗(yàn)中，打出的紙帶如圖所示，其中A、B為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第1、2個(gè)點(diǎn)，AB＝2mm，D、E、F為點(diǎn)跡清晰時(shí)連續(xù)打點(diǎn)的計(jì)時(shí)點(diǎn)，測(cè)得D、E、F到A的距離分別為S1、S2、S3(圖中未畫(huà)出)。設(shè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為f，重物質(zhì)量為m，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)重力加速度為g。一位學(xué)生想從紙帶上驗(yàn)證打下A點(diǎn)到打下E點(diǎn)過(guò)程中，重物的機(jī)械能守恒。 (1)實(shí)驗(yàn)中，如下哪些操作是必要的________。 A．用秒表測(cè)量時(shí)間 B．重物的質(zhì)量應(yīng)盡可能大些 C．先開(kāi)電源后放紙帶 D．先放紙帶后開(kāi)電源 (2)重物重力勢(shì)能減少量ΔEP＝________，動(dòng)能增量ΔEK＝________。 (3)比較ΔEP和ΔEK發(fā)現(xiàn)，重物重力勢(shì)能的減少量ΔEP大于動(dòng)能的增加量ΔEK，造成這一誤差的原因________________________________________。 答案：(1)BC　(2)mgs2， (3)摩擦阻力和空氣阻力做負(fù)功，損失了機(jī)械能。 解析：(1)實(shí)驗(yàn)中為減少誤差，重物的質(zhì)量要大些；要先開(kāi)電源，再放紙帶。 (2)由于AB＝2mm，所以A為計(jì)時(shí)起點(diǎn) ΔEP＝mgs2， vE＝＝ ΔEK＝mv＝ (3)由于存在阻力，所以ΔEP>ΔEK。 4．利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖所示： (1)實(shí)驗(yàn)步驟： ①將氣墊導(dǎo)軌放在水平面上，桌面高度不低于1m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平； ②用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光條的寬度為l＝9.30mm。 ③由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門(mén)中心之間的距離s＝__________________cm。 ④將滑塊移至光電門(mén)1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動(dòng)時(shí)，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已能過(guò)光電門(mén)2； ⑤從數(shù)字計(jì)時(shí)器(圖中未畫(huà)出)上分別讀出擋光條通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2所用的時(shí)間Δt1和Δt2； ⑥用天平稱(chēng)出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱(chēng)出托盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量m。 (2)用表示直接測(cè)量量的字母寫(xiě)出下列所示物理量的表達(dá)式； ①滑塊通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2的瞬時(shí)速度分別為v1＝________和v2＝________。 ②當(dāng)滑塊通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2時(shí)，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤(pán)和砝碼)的總動(dòng)能分別為Ek1＝________和Ek2＝________。 ③在滑塊從光電門(mén)1運(yùn)動(dòng)到光電門(mén)2的過(guò)程中，系統(tǒng)勢(shì)能的減少量ΔEp＝________(重力加速度為g)。 (3)如果ΔEp＝________，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。 答案：(1)③60.00(答案在59.96～60.04之間的也可) (2)①　?、?M＋m)()2 (M＋m)()2?、踡gs (3)Ek2－Ek1 解析：(1)距離s＝80.30cm－20.30cm＝60.00cm。 (2)①由于擋光條寬度很小，因此可以將擋光條通過(guò)光電門(mén)時(shí)的平均速度當(dāng)成瞬時(shí)速度，擋光條的寬度l可用游標(biāo)卡尺測(cè)量，擋光時(shí)間Δt可從數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出。因此，滑塊通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2的瞬時(shí)速度分別為v1＝，v2＝。 ②當(dāng)滑塊通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2時(shí)，系統(tǒng)的總動(dòng)能分別為Ek1＝(M＋m)v＝(M＋m)()2； Ek2＝(M＋m)v＝(M＋m)()2。 ③在滑塊從光電門(mén)1運(yùn)動(dòng)到光電門(mén)2的過(guò)程中，系統(tǒng)勢(shì)能的減少量ΔEp＝mgs。 (3)如果在誤差允許的范圍內(nèi)ΔEp＝Ek2－Ek1，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。 能力提升 1．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中： (1)供實(shí)驗(yàn)選擇的重物有以下四個(gè)，應(yīng)選擇：(　　) A．質(zhì)量為10g的砝碼 B．質(zhì)量為200g的木球 C．質(zhì)量為50g的塑料球 D．質(zhì)量為200g的鐵球 (2)下列敘述正確的是(　　) A．實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用秒表測(cè)出重物下落的時(shí)間 B．可用自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律計(jì)算重物的瞬時(shí)速度 C．因?yàn)槭峭ㄟ^(guò)比較和mgh是否相等來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，故不需要測(cè)量重物的質(zhì)量 D．釋放重物前應(yīng)手提紙帶的上端，使紙帶豎直通過(guò)限位孔 (3)質(zhì)量m＝1kg的物體自由下落，得到如圖所示的紙帶，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.04s，那么從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下起點(diǎn)O到打下B點(diǎn)的過(guò)程中， 物體重力勢(shì)能的減少量Ep＝________J，此過(guò)程中物體動(dòng)能的增加量Ek＝________J。(g＝9.8m/s2，保留三位有效數(shù)字) 答案：(1)D　(2)CD　(3)2.28　2.26 解析：(1)為減小實(shí)驗(yàn)誤差應(yīng)選用鐵球。 (2)ΔEP＝mg＝2.28J vB＝＝2.125m/s ΔEk＝mv＝2.26J。 2．(江蘇啟東中學(xué)xx～xx學(xué)年高一下學(xué)期期末)某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。頻閃儀每隔0.05s閃光一次，圖中所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離，該同學(xué)通過(guò)計(jì)算得到不同時(shí)刻的速度如下表(當(dāng)?shù)刂亓铀俣热?.8m/s2，小球質(zhì)量m＝0.2kg，計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)： 時(shí)刻 t2 t3 t4 t5 速度(m·s－1) 4.99 4.48 3.98 (1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算t5時(shí)刻小球的速度v5＝________m/s； (2)從t2到t5時(shí)間內(nèi)，重力勢(shì)能增量ΔEp＝________J，動(dòng)能減少量ΔEk＝________J； (3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEp與ΔEk近似相等，從而驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。由上述計(jì)算得ΔEp________ΔEk(選填“>”“<”或“＝”)，造成這種結(jié)果的主要原因是____________ ____________________________________________________________。 答案：(1)3.48　(2)1.24　1.28　(3) <　存在空氣阻力 解析：(1)t5時(shí)刻小球的速度v5＝×10－2m/s＝3.48m/s；(2)從t2到t5時(shí)間內(nèi)，重力勢(shì)能增量ΔEp＝mgh25＝0.2×9.8×(23.68＋21.16＋18.66)×10－2J＝1.24J，動(dòng)能減少量ΔEk＝mv－mv＝1.28J；(3)ΔEp<ΔEk，造成這種結(jié)果的主要原因是上升過(guò)程中存在空氣阻力。 3．如圖(a)中，懸點(diǎn)正下方P點(diǎn)處放有水平放置熾熱的電熱絲，當(dāng)懸線擺至電熱絲處時(shí)能輕易被燒斷，小球由于慣性向前飛出做平拋運(yùn)動(dòng)。在地面上放上白紙，上面覆蓋著復(fù)寫(xiě)紙，當(dāng)小球落在復(fù)寫(xiě)紙上時(shí)，會(huì)在下面白紙上留下痕跡。用重垂線確定出A、B點(diǎn)的投影點(diǎn)N、M。重復(fù)實(shí)驗(yàn)10次(小球每一次都從同一點(diǎn)由靜止釋放)球的落點(diǎn)痕跡如圖(b)所示，圖中米尺水平放置，零刻度線與M點(diǎn)對(duì)齊。用米尺量出AN的高度h1、BM的高度h2，算出A、B兩點(diǎn)的豎直距離，再量出M、C之間的距離x，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，已知重力加速度為g，小球的質(zhì)量為m。 (1)根據(jù)圖(b)可以確定小球平拋時(shí)的水平射程為_(kāi)_______cm。 (2)用題中所給字母表示出小球平拋時(shí)的初速度v0＝________。 (3)用測(cè)出的物理量表示出小球從A 到B過(guò)程中，重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝________，動(dòng)能的增加量ΔEk＝________。 答案：(1)65.0　(2)x　(3)mg(h1－h(huán)2)　 4．某同學(xué)利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。該同學(xué)經(jīng)正確操作得到打點(diǎn)紙帶，在紙帶后段每?jī)蓚€(gè)計(jì)時(shí)間隔取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，依次為1、2、3、4、5、6、7，測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)到第一個(gè)打點(diǎn)的距離h，并正確求出打相應(yīng)點(diǎn)時(shí)的速度v。各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)見(jiàn)下表： 計(jì)數(shù)點(diǎn) 1 2 3 4 5 6 7 h(m) 0.124 0.194 0.279 0.380 0.497 0.630 0.777 v(m/s) 1.94 2.33 2.73 3.13 3.50 v2(m2/s2) 3.76 5.43 7.45 9.80 12.25 (1)請(qǐng)?jiān)趫D乙坐標(biāo)中，描點(diǎn)作出v2－h(huán)圖線； (2)由圖線可知，重錘下落的加速度g′＝________m/s2(保留三位有效數(shù)字)； (3)若當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.8m/s2，根據(jù)作出的圖線，能粗略驗(yàn)證自由下落的重錘機(jī)械能守恒的依據(jù)是________。 答案：(1)作出v2－h(huán)圖線如圖 (2)9.75(答9.69～9.79均給分) (3)圖線為通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線，斜率g′的一半與g基本相等(不交代“通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)”也給分)