2018高中物理 第七章 机械能守恒定律 7.12 验证机械能守恒定律实验难点剖析练习 新人教版必修2.doc

验证机械能守恒定律实验难点剖析（答题时间：30分钟）1. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中要用工具测量和通过计算得到的有（）A. 重锤的质量B. 重力加速度C. 重锤下落的高度D. 与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度2. 下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中，正确的是（）A. 重物质量的称量不准会造成较大误差B. 重物质量选用得大些，有利于减小误差C. 重物质量选用得较小些，有利于减小误差D. 纸带下落和打点不同步会造成较大误差3. 利用图示装置进行“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vgt计算出瞬时速度vB. 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vC. 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hD. 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，正确的是（ ）4. 有4条用打点计时器（所用交流电频率为50 Hz）打出的纸带A、B、C、D，其中一条是做“验证机械能守恒定律”实验时打出的。为找出该纸带，某同学在每条纸带上取了点迹清晰的、连续的4个点，用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为s1、s2、s3。请你根据下列s1、s2、s3的测量结果确定该纸带为（已知当地的重力加速度为9.791 m/s2）（）A. 61.0 mm65.8 mm70.7 mmB. 41.2 mm45.1 mm53.0 mmC. 49.36 mm53.5 mm57.3 mmD. 60.5 mm61.0 mm60.6 mm5. 如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图。现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题：（1）为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有_。（填入正确选项前的字母）A. 米尺 B. 秒表C. 012 V的直流电源 D. 012 V的交流电源（2）实验中误差产生的原因有_。（答出三点即可）6. 用电磁打点计时器做“验证机械能守恒定律”的实验中，有下列操作：A. 用刻度尺测出选定的0到1，2，3，点之间的距离，查出当地的g值B. 在支架上竖直架好打点计时器C. 测出重锤的质量D. 算出各对应点的势能和动能，并通过比较得出结论E. 提着纸带，使重锤静止在靠近打点计时器的地方F. 把电池接到打点计时器的接线柱上G. 将50 Hz低压电源接到打点计时器的接线柱上H. 接通电源再松开纸带请你选出其中正确的操作步骤，并排出合理的操作顺序_。（写字母填写）7. 如图所示，两个质量分别为m1和m2的物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端（m1m2），1、2是两个光电门。用此装置验证机械能守恒定律。（1）实验中除了记录物块B通过两光电门时的速度v1、v2外，还需要测量的物理量是_。（2）用已知量和测量量写出验证机械能守恒定律的表达式_。8. 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（当地重力加速度取9.8 m/s2，小球质量m0.2 kg，结果保留三位有效数字）：时刻t2t3t4t5速度（m/s）5.595.084.58（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，重力势能增量Ep_J，动能减少量Ek_J。（3）在实验误差允许的范围内，若Ep与Ek近似相等，从而验证了机械能守恒定律。由上述计算得Ep_Ek（选填“”“”或“”），造成这种结果的主要原因是_。9. 某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中，提出了如图所示的甲、乙两种方案：甲方案为用自由落体运动进行实验，乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验。（1）组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析，最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案，你认为该小组选择的方案是_，理由是_。（2）若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02 s，请根据纸带计算出B点的速度大小为_m/s。（结果保留三位有效数字）（3）该小组内同学根据纸带算出了相应点的速度，作出v2h图线如图所示，请根据图线计算出当地的重力加速度g_m/s2。（结果保留两位有效数字）10. DIS实验是利用现代信息技术进行的实验。老师上课时“用DIS研究机械能守恒定律”的装置如图甲所示，在某次实验中，选择DIS以图象方式显示实验的结果，所显示的图象如图乙所示。图象的横轴表示小球距D点的高度h，纵轴表示摆球的重力势能Ep、动能Ek或机械能E。试回答下列问题： （1）图乙的图象中，表示小球的重力势能Ep、动能Ek、机械能E随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是_（按顺序填写相应图线所对应的文字）。（2）根据图乙所示的实验图象，可以得出的结论是_。1. CD 解析：通过实验原理可知，重锤下落高度要用毫米刻度尺直接量出，下落这一高度时对应的速度用平均速度求出，故需用工具测量的是C，通过计算得到的是D。2. BD 解析：从需要验证的关系式ghn看，与重物质量无关，A错误；当重物质量大一些时，空气阻力的影响就小一些，B正确，C错误；纸带先下落而后打点，此时，纸带上最初两点的点迹间隔较正常时略大，用此纸带进行数据处理，其结果是重物在打第一个点时就有了初动能，因此重物动能的增加量比重物重力势能的减少量大，D正确。3. D 解析：在验证机械能守恒定律的实验中不能将物体下落的加速度看做g，只能把它当做未知的定值，所以正确方案只有D项。4. C 解析：验证机械能守恒定律采用重锤的自由落体运动实现，所以相邻的0.02 s内的位移增加量为sgT29.7910.022 m3.9 mm，A中位移之差分别为4.8mm，4.9mm；B中位移之差为3.9mm，7.9mm；C中位移之差为3.9mm，3.8mm；D中位移之差为0.5mm，0.6mm；故符合条件的为C。答案为C。5. （1）AD （2）见解析 解析：（1）用米尺测量纸带上打出点间的长度，用交流电源供打点计时器使用，打点计时器接直流电源无法工作。此实验中无需测出重物下落的时间，故不需要秒表。（2）纸带与打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算势能变化时，选取始末两点距离过近；交流电频率不稳定等，这些因素都会对实验数据产生影响。6. BGEHAD 解析：要验证机械能是否守恒，只须验证v2是否与gh相等，而不需要测重锤的质量，因此C步操作不必要；打点计时器必须使用交流电源，因此不能接在电池上，F步骤操作错误。合理的操作顺序是BGEHAD。7.（1）A、B两物块的质量m1和m2，两光电门之间的距离h（2）（m1m2）gh（m1m2）（v22v12）解析：物块A、B运动过程中，若系统的机械能守恒，则有m1ghm2gh（m1m2）（v22v12），所以除了记录物体B通过两光电门时的速度v1、v2外，还需要测的物理量有：m1和m2，两光电门之间的距离h。8.（1）4.08（2）1.421.46 （3）存在空气阻力解析：（1）用中间时刻速度的计算方法计算，得v5 m/s4.08 m/s（2）从t2到t5时间内Epmgh0.29.8（26.6824.1621.66）102 J1.42 JEkm（v22v52）0.2（5.5924.082） J1.46 J（3）由于空气阻力的存在，故EpEk9.（1）见解析（2）1.37（3）9.8解析：（1）甲采用乙方案时，由于小车与斜面间存在摩擦力的作用，且不能忽略，所以小车在下滑的过程中机械能不守恒，故乙方案不能用于验证机械能守恒定律。（2）vBm/s1.37 m/s。（3）因为mghmv2，所以g，k为图线的斜率，求得g9.8 m/s2。10.（1）乙、丙、甲（2）在误差允许的范围内，在只有重力做功的情况下，小球的机械能守恒解析：（1）小球由A到D过程中重力势能减小，动能增加，由题图乙的图象知机械能总量不变，故表示小球的重力势能Ep、动能Ek、机械能E随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是乙、丙、甲。（2）由实验结果知：在误差允许的范围内，在只有重力做功的情况下，小球的机械能守恒。