2019-2020年高二物理 第6单元：达标训练（8、实验：验证机械能守恒定律）(有解析) 大纲人教版.doc

2019-2020年高二物理 第6单元：达标训练（8、实验：验证机械能守恒定律）(有解析) 大纲人教版基础巩固1.关于“验证机械能守恒定律”的实验，下列说法中正确的是（）A.选用重物时，重的比轻的好B.选用重物时，体积小的比大的好C.选用重物时，要称出它的质量D.重物所受的重力，应选大于它所受的空气阻力和纸带受到打点计时器的阻力解析：可以从减少实验误差的角度加以分析判断，要知道空气阻力及纸带所受打点计时器的阻力是本实验误差的来源之一.答案：ABD2.在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力，这样的结果会有（）A.B.C.D.以上都有可能解析：两限位孔不在同一直线上时，摩擦力做功不能忽略，机械能将减少，一部分转化为内能.答案：A3.在“利用重锤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.重锤下落的实际高度大于测量值B.重锤下落的实际高度小于测量值C.重锤实际末速度v大于gt（g为重力加速度，t为下落时间）D.重锤实际末速度v小于gt解析：本实验最主要的误差来自于摩擦力做功，当摩擦力做功时重锤下落到终点时机械能有一部分损失，速度小于自由落体应该具有的速度.答案：D4.该实验步骤编排如下，其中有些是必要的，有些是不必要的.根据实验，请选取必要的步骤，并按正确的操作顺序把它们前面的字母填写在题后的空格上.A.用天平称出重物和夹子的质量B.将重物系在夹子上C.将纸带穿过打点计时器的限位孔，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，再把纸带向上拉，让夹子靠近打点计时器，处于静止状态D.把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6 V（电源不接通）E.把打点计时器用铁夹固定到放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直面内F.在纸带上记下第一点O，并测出各点到O的距离G.用秒表测出重物下落的时间H.接通电源，待计时器响声稳定后释放纸带I.切断电源J.更换纸带，重新进行两次实验K.在三条纸带中选出较好的一条L.进行计算，得出结论，完成实验报告M.拆下导线，整理器材以上步骤中不必要的有_；正确步骤的合理顺序是_：（填写代表字母）.解析：可依据正确的实验步骤来加以分析排序，实验过程不需要测量重物与夹子的质量以及重物下落的时间.答案：AGEDBCHIJMKFL5.挑选纸带的原则是：（1）_；（2）_；（3）_.纸带上第一、二两点间的距离大于1.96 mm，说明_；纸带上第一、二两点间的距离小于1.96 mm，说明_.答案：点迹清晰第一、二两点间距离接近2 mm点迹在一条直线上物体在打点前开始下落物体在打点后开始下落6.在利用打点计时器等器材验证自由下落物体的机械能是否守恒时，打点计时器的电源频率是50 Hz，某同学先后打出两条纸带，纸带I上第1、2两点，第2、3两点，第3、4两点，第4、5两点间的距离依次为1.9 mm、6.0 mm、10.0 mm、14 mm；纸带上第1、2两点，第2、3两点，第3、4两点，第4、5两点间的距离依次为2.5 mm、6.0 mm、10.0 mm、14.0 mm，那么应该选用纸带_进行测量和计算.根据你所选用的纸带，利用第2、3两点间的距离和第4、5两点间的距离，可以计算出当地的重力加速度的大小为_.在打第3点的瞬时，重物的速度为_m/s，为了验证机械能守恒定律，应该计算出打第2、3、4点时物体减少的_和增加的_，然后比较它们的数值在误差允许范围内是否近似相等.解析：选择纸带时，要求选用第1、2点距离接近2 mm的纸带，以尽可能保证打点开始时重物下落的初速度为零.可以据s=gT2来求取重力加速度7.在“验证机械能守恒定律”的实验中，有如下可供选择的实验器材：铁架台、打点计时器以及复写纸、低压直流电源、天平、秒表、导线、电键，其中不必要的器材是_；缺少的器材是_.解析：因为此实验要利用重锤和纸带系统做自由落体运动来验证机械能守恒，实验中通过打点计时器记录重锤自由下落运动情况，测量重物下落的高度和对应记录点的速度，通过计算和的值进行比较来验证机械能守恒定律.显然处理数据时，比较和的值即可验证机械能守恒定律是否成立，因此不需要天平、秒表，但必须要有低压交流电源、重锤和刻度尺，因为打点计时器工作电源是低压交流电源，而不是低压直流电源.答案：低压直流电源、天平、秒表低压交流电源、重锤、刻度尺给合应用8.在做验证机械能守恒定律实验时，发现重锤减少的势能总是大于重锤增加的动能，造成这种现象的原因是（）A.选用的重锤质量过大B.选用的重锤质量过小C.空气对重锤有阻力，打点计时器对纸带也有阻力D.实验时操作不过细，导致数据测量不准确解析：由于重锤减少的势能总是大于重锤增加的动能，说明重锤在运动过程中克服阻力做功，机械能减少.答案：C9.使用如图7-8-7的装置验证机械能守恒定律，打出一条纸带如图（b）所示.图（b）中O是打出的第一个点迹，A、B、C、D、E、F是依次打出的点迹，量出OE间的距离为，DF间的距离为s，已知打点计时器打点的周期是T.（1）上述物理量如果在实验误差允许的范围内满足关系式_，即验证了重锤下落过程中机械能是守恒的.（2）如果发现图（b）中OA距离大约是4 mm，则出现这种情况的原因可能是_.如果出现这种情况，上述的各物理量间满足的关系式可能是_解析：可选择OE段对应的下落过程来研究，满足的关系式应为，而.（1）图中O点是打出的第一个点，即为开始下落时的初始位置.选取OE段为我们的研究对象，设重锤的质量为m，则这段过程中重锤重力势能的减少量为.已知DF间距离为s，发生位移s所用时间为2T，由于做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于这段时间的中间时刻的瞬时速度，因此打E点时的速度vE=s/2T，只要满足，就可验证机械能守恒，因此，本题的答案是.（2）根据我们前面的分析，只要按正常步骤操作，从开始释放重锤到打第二个点（图中A点），时间间隔最大值是T（即0.02 s），因此OA间距离只可能小于2 mm而不可能大于2 mm.现在题目说“OA距离大约是4 mm”，这说明一定是没有按规范操作或某些地方出了问题.例如，先释放纸带而后接通打点计时器的电源开关，如果是这种情况，则开始打第1个点（O点）时速度已不是0，必然.当然，也可能有其他问题，如打点计时器出了故障等等.10.在利用重锤自由下落“验证机械能守恒定律”的实验中，在打出纸带并测量出第n点到第1点的距离后，用公式vn=ngT（T为打点时间间隔）来计算打第n点时重锤的速度，然后计算重锤动能的增量Ek和重锤重力势能的减少量Ep，计算时常出现EkEp的结果，试分析其中的原因.如果采用其中hn+1和hn-1分别是第（n+1）点和（n-1）点到第1点的距离来计算vn，又经常出现EkEp的结果.其原因又是什么？解析：用vn=ngT计算速度进而计算动能时，已经默认了物体严格地做自由落体（没有考虑实验中误差）本题对于EkEp，可从如下两方面进行分析：（1）由于重锤和纸带受到阻力，它们下落的实际加速度a将小于重力加速度，而利用重力加速度g来计算速度v=ngT，将使得v值偏大.（2）在先接通电源使打点计时器工作，再让纸带从静止释放的步骤中，常常容易造成纸带上记录下来的最初两点之间的时间间隔小于0.02 s，计算中仍按0.02 s计算，也将使得速度值v=ngT偏大.从计算原理来看，题中关于重力势能的减少量的计算都是正确的，第二种方法计算出的Ek也是符合实际的，出现EkEp的原因是由于重锤和纸带都受到阻力作用，因此机械能有损失，Ep=Ek+W（阻力做功），EpEk.11.质量为1 kg的物体，以4.9 m/s2的加速度由静止下落5 m的过程中，求：（1）物体机械能如何变化？变化量是多少？（2）重力做功是多少？（3）物体动能如何变化？解析：物体下落加速度小于重力加速度，物体下落过程中受到阻力作用.可结合运动学公式及动能、重力势能的表达式来分析求解.（1）由题意，物体以4.9 m/s2加速度由静止下落，这个加速度比重力加速度小，说明物体下落时受重力和阻力作用，物体下落要克服阻力做功，所以机械能要减少.设物体下落5 m时速度为v，由vt2=2as可得v2=24.95 m/s=49 m/s所以机械能减少量为：=19.85 J-49 J=24.5 J.（2）重力做的功W=mgh=19.85 J=49 J.（3）因下落时，物体速度不断增加，所以物体动能应增加，增加量为：Ek=W=49 J.12.如果要验证滑块在气垫导轨上的运动过程遵守机械能守恒定律，该怎样做？请设计实验方案.解析：让导轨倾斜一定的角度，使滑块在导轨上由静止开始滑下，利用光电门测量不同位置时滑块的速度，从而测得增加的动能，并测出对应位置的位移（从导轨的刻度尺上直接读出），计算下降的高度，从而测得增加的重力势能，比较两者是否相等即可.