2019版高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 7.9 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律同步測試 新人教版必修2.doc

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2019版高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 7.9 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律同步測試 新人教版必修2 1.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，除天平、鐵架臺、夾子、紙帶和重物外，還需要（ ） A. 秒表 B. 刻度尺 C. 學(xué)生電源 D. 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 【答案】BCD 【解析】 【分析】 根據(jù)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的原理及實(shí)驗(yàn)方法，明確需要測量的數(shù)據(jù)，則可知需要的器材； 【詳解】A、實(shí)驗(yàn)中由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量時(shí)間，不再需要秒表，故A錯(cuò)誤； B、在求動能時(shí)需要測量兩點(diǎn)間的長度求出某點(diǎn)瞬時(shí)速度，故需要用的刻度尺，故B正確； C、需要學(xué)生交流電源，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作，故C正確； D、在用自由落體“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”時(shí)，我們是利用自由下落的物體帶動紙帶運(yùn)動，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)求得動能及變化的勢能，故需要打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，故D正確。 【點(diǎn)睛】本題考查驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的原理的儀器選擇，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理進(jìn)行記憶。 2.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，對于自由下落的重物，下列選擇條件中可取的是（ ） A. 選用重物時(shí)，重的比輕的好 B. 選用重物時(shí)，體積小的比大的好 C. 重物所受重力應(yīng)與它所受的空氣阻力和紙帶所受打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力平衡 D. 重物所受重力應(yīng)遠(yuǎn)大于它所受的空氣阻力和紙帶所受打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力 【答案】ABD 【解析】 【分析】 為了減小空氣阻力的影響，在選擇重物時(shí)，要選擇密度大的實(shí)心金屬球，即選擇質(zhì)量大體積小的重物； 【詳解】A、為了減小空氣阻力的影響，在選擇重物時(shí)，要選擇密度大的實(shí)心金屬球，即選擇質(zhì)量大體積小的重物，故AB正確； C、重物所受重力應(yīng)遠(yuǎn)大于它所受的空氣阻力和紙帶所受打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力，故C錯(cuò)誤，D正確。 【點(diǎn)睛】正確解答實(shí)驗(yàn)問題的前提是明確實(shí)驗(yàn)原理，從實(shí)驗(yàn)原理出發(fā)進(jìn)行分析所需實(shí)驗(yàn)器材、所測數(shù)據(jù)等，會起到事半功倍的效果。 3.在利用重錘自由落下，驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生誤差的主要原因是 A. 重錘下落的實(shí)際高度大于測量值 （ ） B. 重錘下落的實(shí)際高度小于測量值 C. 重錘實(shí)際末速度υ大于gt（g為重力加速度，t為下落時(shí)間） D. 重錘實(shí)際末速度υ小于gt 【答案】D 【解析】 【分析】 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的主要原因是：存在空氣阻力或者限位孔和紙帶之間存在摩擦； 【詳解】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的主要原因是：存在空氣阻力或者限位孔和紙帶之間存在摩擦，使得加速度小于重力加速度，則實(shí)際的速度v小于gt，故D正確，ABC錯(cuò)誤。 【點(diǎn)睛】解答實(shí)驗(yàn)問題的關(guān)鍵是正確理解實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法，正確利用所學(xué)物理規(guī)律解決實(shí)驗(yàn)問題。 4.在驗(yàn)證“機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是 （ ） A. 重錘的重力應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重物所受的空氣阻力和紙帶所受打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力 B. 實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)放開紙帶，再接通電源 C. 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接在電壓為4~6V的直流電源上 D. 測下落高度時(shí)，須從起點(diǎn)算起，且選取的各點(diǎn)應(yīng)距起始點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)一些 【答案】AD 【解析】 機(jī)械能守恒是不受摩擦及空氣阻力，實(shí)際實(shí)驗(yàn)中只有重力遠(yuǎn)大于阻力，才能有近似的守恒，A正確；為保證記錄物體的初始位置，必須先開電源后放紙帶，所以，B錯(cuò)；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要交流電源，C錯(cuò)； 5.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，下列敘述正確的是（ ） A. 安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，兩紙帶限位孔應(yīng)在同一豎直線上 B. 實(shí)驗(yàn)時(shí)，在松開紙帶讓重物下落的同時(shí)，應(yīng)立即接通電源 C. 若紙帶上開頭打出的幾點(diǎn)模糊不清，也可設(shè)法用后面清晰的點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證 D. 測量重物下落高度必須從起始點(diǎn)算起 【答案】A 【解析】 為了減小紙帶和限位孔之間的摩擦，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)限位孔在同一豎直線上，故A正確；應(yīng)先給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電打點(diǎn)，然后再釋放重錘，如果先放開紙帶讓重物下落，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)時(shí)器的電源，由于重物運(yùn)動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大的誤差，故B錯(cuò)誤；驗(yàn)證機(jī)械能守恒，只要驗(yàn)證動能的增加量等于重力勢能的減小量即可，所以紙帶上開頭打出的幾點(diǎn)模糊不清，可設(shè)法用后面清晰的點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，故C正確；系統(tǒng)誤差主要來自打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力及空氣阻力，故D正確。所以ACD正確，B錯(cuò)誤。 6.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，由于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時(shí)受到較大阻力，這樣會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果（ ） A. ＞ B. ＜ C. = D. 以上均有可能 【答案】BD 【解析】 如果阻力較大，物體需要克服阻力做功，重力勢能不能全部轉(zhuǎn)化為動能，因此會出現(xiàn)mgh＞mv2的結(jié)果。故A正確、BCD錯(cuò)誤。故選A。 點(diǎn)睛：驗(yàn)證機(jī)械能守恒是中學(xué)階段的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，要從實(shí)驗(yàn)原理出發(fā)來理解實(shí)驗(yàn)；搞清物體下落過程中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，同時(shí)注意平時(shí)加強(qiáng)練習(xí)． 7.下面列出一些實(shí)驗(yàn)步驟： A．用天平稱出重物和夾子的質(zhì)量 B．將重物系在夾子上 C．將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，上端用手提著，下端夾上系住重物的夾子，再把紙帶向上拉，讓夾子靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，處于靜止?fàn)顟B(tài)。 D．把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在交流電源的輸出端，把輸出電壓調(diào)至6v（電源不接通）。 E．把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用鐵夾固定到放在桌邊的鐵架臺上，使兩個(gè)限位孔在同一豎直面內(nèi)。 F．在紙帶上選取幾個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行測量并記錄數(shù)據(jù) G．用秒表測出重物 時(shí)器響聲穩(wěn)定后釋放紙帶 I．切斷電源 J．更換紙帶，重新進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn) K．在三條紙帶中選出較好的一條 L．進(jìn)行計(jì)算得出結(jié)論，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告 M．拆下導(dǎo)線，整理器材 以上步驟中，不必要的有________；正確步驟的合理順序是 ________：（填寫代表字母）。 【答案】 (1). AG (2). EDBCHIJKFLM 【解析】 試題分析：在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，需要驗(yàn)證動能的增加量和重力勢能減小量是否相等，即，質(zhì)量可測可不測，所以沒必要用天平測量出重錘的質(zhì)量；從紙帶上打出的點(diǎn)就知道了時(shí)間。故不必要的步驟是AG。實(shí)驗(yàn)步驟要符合事物發(fā)展邏輯，要有利于操作和減小實(shí)驗(yàn)誤差，在明確實(shí)驗(yàn)原理的情況下，先安裝實(shí)驗(yàn)器材，然后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，故具體步驟為EDBCHIJKFLM 考點(diǎn)：本題考查了驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 8.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，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)的過程中，物體重力勢能的減少量Ep＝_______J，此過程中物體動能的增加量Ek=______J．由此可得到的結(jié)論____________________________________(g=9.8 m/s2，保留三位有效數(shù)字) 【答案】 (1). 2.28 (2). 2.26 (3). 在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi),物體重力勢能的減少量等于其動能的增加量，機(jī)械能是守恒 【解析】 試題分析:重力勢能減小量等于△Ep=mgh=19．80．2325J=2．28J． 利用勻變速直線運(yùn)動的推論,． 考點(diǎn)：考查驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律． 【名師點(diǎn)睛】要知道重物帶動紙帶下落過程中能量轉(zhuǎn)化的過程和能量守恒． 9.用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和重物在自由下落的情況下驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，電源頻率為50 Hz，依次打出的點(diǎn)為0、1、2、3、4，則 （1）在圖兩條紙帶中應(yīng)選取的紙帶是________，因?yàn)開_____________。 （2）如從起點(diǎn)0到第3點(diǎn)之間來驗(yàn)證，必須測量和計(jì)算出的物理量為________，驗(yàn)證的表達(dá)式為______________。 【答案】 (1). a (2). 兩點(diǎn)距離接近2mm,誤差小 (3). (4). 【解析】 【分析】 根據(jù)自由落體運(yùn)動可知，在最初的0.02s內(nèi)，物體下落的位移為來選擇紙帶，由實(shí)驗(yàn)原理可知，必須測量重錘下落的高度和計(jì)算出打末點(diǎn)的速度； 【詳解】由自由落體運(yùn)動的位移公式得，物體下落的位移為； 故選（a）紙帶，頭兩個(gè)點(diǎn)的間距最接近； 根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，可知，必須測量重錘下落的高度h和計(jì)算出打末點(diǎn)的速度v，即必須測量和計(jì)算出的物理量為：起點(diǎn)0到第3點(diǎn)之間的距離第3點(diǎn)的速度，驗(yàn)證的表達(dá)式為。 【點(diǎn)睛】考查了利用自由落體運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒的原理、紙帶某點(diǎn)瞬時(shí)速度的計(jì)算。 10.紙帶上已按要求選出0、1、2、3、4、5、6七個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離依次為x1、x2、x3、x4、x5、x6，則可以判斷和計(jì)算出（ ） A. 計(jì)數(shù)點(diǎn)0的對應(yīng)速度v0一定為0 B. 根據(jù)可計(jì)算1號點(diǎn)的對應(yīng)速度，同理可算出v2、v3、v4、v5 C. 無法計(jì)算出v0和v6的大小 D. 可作出v—t圖象求出斜率即加速度 【答案】BD 【解析】 【分析】 紙帶選取是從清晰的點(diǎn)開始，但不一定初速度為零，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動規(guī)律知中間時(shí)刻速度等于相鄰兩點(diǎn)的平均速度，從而中間各點(diǎn)速度，畫出v-t圖象根據(jù)圖象斜率和截距知加速度和初速度； 【詳解】A、紙帶選取是從清晰的點(diǎn)開始，但不一定初速度為零，故A錯(cuò)誤； B、根據(jù)紙帶，可以得到時(shí)間和位移，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動規(guī)律知中間時(shí)刻速度等于相鄰兩點(diǎn)的平均速度，從而中間各點(diǎn)速度，故B正確； C、畫出v-t圖象根據(jù)圖象斜率和截距知加速度和初速度、末速度，故C錯(cuò)誤，D正確。 【點(diǎn)睛】此題考查勻變速直線運(yùn)動規(guī)律，知道中間時(shí)刻速度等于相鄰兩點(diǎn)的平均速度，從而中間各點(diǎn)速度，畫出v-t圖象根據(jù)圖象斜率和截距知加速度和初末速度。 11.某同學(xué)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，不慎將選好紙帶的前面一部分破壞了，剩下的一段紙帶上各相鄰點(diǎn)間的距離已測出標(biāo)在圖上。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50Hz，重力加速度g取9.80m/s2，利用這段紙帶能否驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律？如何驗(yàn)證？ 【答案】 見解析 【解析】 【分析】 紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動，測得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動的瞬時(shí)速度，從而求出動能，從而在誤差允許的范圍內(nèi)重力勢能減小量等于動能增加量； 【詳解】可以利用這段紙帶來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，設(shè)物體的質(zhì)量為m； 已知時(shí)間間隔，某點(diǎn)的瞬時(shí)速度可以用中間時(shí)刻的速度等于該過程中的平均速度求解， 即：，則： ，則： 即從2點(diǎn)到5點(diǎn)，動能的增加量為： 即從2點(diǎn)到5點(diǎn)，重力勢能的增減少量為： 在誤差允許的范圍內(nèi)，動能的增加量等于重力勢能的增減少量，即機(jī)械能守恒。 【點(diǎn)睛】運(yùn)用運(yùn)動學(xué)公式和動能、重力勢能的定義式解決問題是該實(shí)驗(yàn)的常規(guī)問題，對于字母的運(yùn)算要細(xì)心點(diǎn)，同時(shí)注意單位的換算和有效數(shù)字的保留問題。 12.給你一架天平和一只秒表，你如何來估測用手豎直上拋小球時(shí)，手對小球做的功？要求寫出： (1)需測定哪些量？如何測量？ (2)計(jì)算時(shí)所需關(guān)系式及最后所做功的表達(dá)式。 【答案】（1）質(zhì)量m 和總時(shí)間T ；用天平測質(zhì)量m和用秒表測時(shí)間T （2） 【解析】 【分析】 首先了解小球從拋出后做做豎直向上的勻減速到速度為0，再做自由落體回到拋出點(diǎn)， 給你的時(shí)間T，我們可以根據(jù)運(yùn)動學(xué)規(guī)律求出上拋的初速度，在拋出的速度已知的情況下，對于功的求解我們應(yīng)該考慮用動能定理來求解； 【詳解】（1）需要測定物體的質(zhì)量和從拋出到再落回手中的總時(shí)間T； 用天平測出物體質(zhì)量和用秒表測出拋出到再落回手中的總時(shí)間T； （2）小球從拋出后做豎直向上的勻減速到速度為0，再做自由落體回到拋出點(diǎn)所需的時(shí)間T； 所以做豎直向上的勻減速到速度為0所需的時(shí)間為． 根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式知道小球從拋出后的初速度為： 運(yùn)用動能定理得手對小球做的功為：。 【點(diǎn)睛】了解研究對象的運(yùn)動過程是解決問題的前提，根據(jù)題目已知條件和求解的物理量選擇物理規(guī)律解決問題。