高一物理下学期末复习分层达标训练 7.9《实验：验证机械能守恒定律》 新人教版

物理高一下学期末复习分层达标训练：7.9《实验：验证机械能守恒定律》新人教版1.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．重锤的质量选用大些，有利于减小误差C．重锤的质量选用小些，有利于减小误差D．先松开纸带让重锤下落,再让打点计时器工作，会造成较大差错2.在“验证机械能守恒定律”的实验中一定不需测量或计算的物理量是()A．下落高度B．瞬时速度C．重物质量D．时间3.某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中错误的是()A.把电磁打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压交流电源B.将连有重锤的纸带穿过限位孔，将纸带和重锤提升到一定高度C.先释放纸带，再接通电源D.更换纸带，重复实验，根据记录处理数据4.用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直流电两种.重物从高处由静止开始下落，重物上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即能验证机械能守恒定律.下面列举了该实验的几个操作步骤：A.按照图示的装置安装器材；B.将打点计时器接到电源的直流输出端上；-6-\nC.用天平测量出重物的质量；D.释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；E.测量打出的纸带上某些点之间的距离；F.根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能.指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，将其选项对应的字母填在下面的横线上，并说明其原因：____________________________________________________________________________________________________________.5.在“验证机械能守恒定律”的实验中有如下可供选择的器材：铁架台、电磁打点计时器、复写纸、纸带(带夹子)、低压直流电源、天平、秒表、导线、开关。其中不必要的器材是_________________________________，缺少的器材是______________________________。6.(2022·扬州高一检测)在用重锤下落来验证机械能守恒时，某同学按照正确的操作选的纸带如图所示。其中O是起始点，A、B、C、D、E是打点计时器连续打下的5个点，打点频率为50Hz，该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C、D、E各点的距离，并记录在图中(单位：cm)(1)这五个数据中不符合读数要求的是________(选填“A”“B”“C”“D”或“E”)点读数。(2)该同学用重锤在OC段的运动来验证机械能守恒，OC距离用h来表示，他用vC=计算与C点对应的重锤的瞬时速度，得到动能的增加量，这种做法___________(选填“对”或“不对”)。(3)若O点到某计数点的距离用h表示，重力加速度为g，该点对应重锤的瞬时速度为v，则实验中要验证的等式为_________。(4)若重锤质量m=2.00×10-1kg，重力加速度g=9.8m/s2,由图中给出的数据，可得出从O点到打下D点，重锤重力势能的减少量为_______J，动能的增加量为_______J(均保留三位有效数字)。7.某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图所示，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重锤质量为1kg。-6-\n(1)打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB=_______m/s，重锤的动能EkB=_______J。(2)从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为_______J.(3)根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出B点的过程中，得到的结论是__________________。8.用落体法验证机械能守恒定律的实验中：(1)运用公式对实验条件的要求是_____________________________，为达到此目的，所选择的纸带第1、2两点间的距离应接近________。(2)若实验中所用重锤的质量m＝1kg，打点纸带如图所示，打点时间间隔为0.02s，则记录B点时，重锤的速度vB＝_______m/s，重锤的动能Ek＝_______J，从开始下落起至B点重锤的重力势能减少量是_______J，由此可得出的结论是_______________________________________________________________。(3)根据纸带算出相关各点的速度v,量出下落距离h,则以为纵轴,以h为横轴画出的图象应是图中的哪一个()答案解析-6-\n1.【解析】选B、D。在“验证机械能守恒定律”的实验中，我们只需比较gh与的值即可验证机械能守恒定律是否成立，与重锤质量无关，因此A错误。若将重锤的质量选得大些,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,所以B正确,C错误。先松开纸带而后打点,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,重锤动能的增加量比重锤重力势能的减小量大,产生错误,D正确,故选B、D。2.【解析】选C。本实验需要验证mgh与的关系，所以不需要测量重物质量m，当所选两相邻计数点间还有点迹时，求瞬时速度时应计算时间，综上所述应选C。3.【解析】选C。根据验证机械能守恒定律的实验要求，应先接通电源，让打点计时器工作稳定后，再释放纸带，故C选项是错误的，A、B、D均符合实验要求，故选C。4.【解析】选B、C、D。步骤B是错误的，应该接到电源的交流输出端；步骤D是错误的，应该先接通电源，待打点稳定后再释放纸带；步骤C不必要，因为根据测量原理，重物的动能和势能中都包含了质量m，可以约去。答案：B、C、D原因见解析5.【解析】因为实验要利用重锤、纸带做自由落体运动来验证机械能守恒定律，实验中通过打点计时器记录重锤自由下落的运动情况。测量重物下落的高度h和与其对应的记录点的速度vn、vm,通过计算mgh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gh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，因为电磁打点计时器工作电压是低压交流电压，必须有低压交流电源，低压直流电源是不需要的，另外还需重锤、刻度尺。答案：天平、秒表、低压直流电源低压交流电源、重锤、刻度尺6.【解析】(1)B点读数不符合要求，B点读数估读到毫米，其他点读数估读到毫米的下一位。(2)不对。这样做犯了用机械能守恒定律验证机械能守恒定律的错误。(3)验证机械能守恒定律，即验证(4)重锤重力势能的减少量ΔEp=mgh=2.00×10-1×9.8×19.41×10-2J=0.380J.D点的瞬时速度-6-\n增加的动能答案：(1)B　(2)不对　(3)　(4)0.380　0.3767.【解析】(1)重锤下落的速度重锤在打出B点时的动能(2)打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量ΔEp减=mghOB=1×9.8×70.5×10-3J=0.69J(3)由(1)、(2)计算结果可知，重锤下落过程中，在实验允许的误差范围内，动能的增加量等于其重力势能的减少量，机械能守恒。答案：(1)1.17　0.68　(2)0.69　(3)机械能守恒8.【解题指南】解答本题应把握以下两点：(1)明确重锤做自由落体运动，初速度为零。(2)建立与h的关系式，明确函数图象。【解析】(1)重锤从静止开始自由下落时,在0.02s内的位移应为(2)此时重锤的动能为Ek==×1×(0.58)2J=0.168J,重锤的重力势能减少量为ΔEp=mgh=1×9.8×17.6×10-3J=0.172J。因此在误差允许的范围内,重锤的机械能守恒。-6-\n(3)由机械能守恒定律可知,mgh=,即验证机械能守恒定律成立,只需验证即可。如以为纵坐标,h为横坐标,则图象应为过原点且斜率为g的直线,故选项C正确。答案：(1)打第一个点时重锤的初速度为零　2mm(2)0.58　0.168　0.172在误差允许的范围内，重锤的机械能守恒　(3)C【总结提升】用落体法验证机械能守恒时的数据处理方法(1)公式法求瞬时速度:从打第一个点(初速度为零)开始,取不同的点得到几个高度差h1,h2,h3…，再依据求出相应点的速度v1,v2,v3…，逐个对比mghn与的关系。(2)图象法验证机械能守恒:由mgh=mv2得=gh,故可利用-h图象,通过分析所画图象是否为直线进行验证。-6-