2021年高考物理一轮复习考点优化训练专题：22 实验：验证机械能守恒定律

试卷更新日期：2020-10-30 类型：一轮复习

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一、填空题

1. 某同学利用图所示的装置，做“验证机械能守恒定律”实验。他让质量为m的重锤拖着纸带，从某高度处由静止开始自由下落。打点计时器在纸带上打出一系列的点，如图所示。将第一个点记作O，另选连续的三个点A、B、C作为计数点，测量得到OB的距离为h，AC的距离为x。已知相邻计数点间的时间间隔为T，重力加速度为g。在打点计时器打下O、B两点的时间间隔内，重锤重力势能的减少量为，重锤的动能增加量为。

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二、实验探究题

2. 用如图甲实验装置来“验证机械能守恒定律”。物体 $m_{2}$ 从高处由静止开始下落， $m_{1}$ 向上拖着纸带打出一系列的点，对纸带上的点距进行测量，即可“验证机械能守恒定律”。图乙给出的是实验中获取的一条理想纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），质量 $m_{1} = 50 g$ 、 $m_{2} = 150 g$ ，g取 $9.8 {m/s}^{2}$ ，交流电的频率为 $50Hz$ ，结果保留三位有效数字。则：

(1)、在纸带上打下计数点“5”时的瞬时速度 $v =$ $m/s$ ；

(2)、在打点0~5过程中，系统动能的增量 $Δ E_{K} =$ $J$ ，系统重力势能的减少量 $Δ E_{P} =$ $J$ ，由此得出的结论是在：实验误差允许范围内，。

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3. 用如图所示实验装置验证机械能守恒定律，小铁球从光电门A正上方自由下落，依次经过光电门A、B时，毫秒计时器（图中未画出）记录下挡光时间t₁、t₂ ，测出AB之间的距离h。

(1)、为了验证机械能守恒定律，还需要测量下列哪个物理量______；

A、小铁球的质量m B、小铁球从A到B的下落时间t_AB C、小铁球的直径d

(2)、小铁球依次通过光电门A、B时的瞬时速度v₁=、v₂= ，若满足的关系式，则机械能守恒。

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4. 如图甲所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。

(1)、对于该实验，下列操作或要求对减小实验误差有利的是_______。

A、尽量准确测量出重物的质量 B、重物选用质量和密度较大的金属锤 C、两限位孔在同一竖直面内上下对正 D、撤手释放重物的同时，立马接通打点计时器电源

(2)、实验得到如图乙所示的一条纸带。在纸带上选取连续打出的三个点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为h_A、h_B、h_C_．已知当地重力加速度为g，打点计时器打点周期为T。设重物质量为m，打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减少量 $Δ E_{P} =$ ，动能变化量 $Δ E_{K} =$ 。在实验误差范围内， $Δ E_{P}$ 与 $Δ E_{K}$ 相等，则验证了机械能守恒定律。（用题中所给条件的字母表示）

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5. 某同学用图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”的实验。
⑴该实验中，下列做法正确的是；

A．必须用天平测出重物的质量 B．两限位孔在同一竖直面内上下正对

C．先接通电源，后释放纸带 D．可用公式 $v = g t$ 计算重锤的速度

⑵实验中得到的一条点迹清晰的纸带如图乙所示，若把第一个点记为O，另选连续的三个点A、B、C作为测量点，测得A、B、C到O的距离分别为 $27.94 cm$ 、 $32.78 cm$ 、 $38.02 cm$ 。所用重物的质量为 $0.5 kg$ ，打点计时器所用交流电的频率为 $50 Hz$ 。

⑶乙图中纸带的（填“左”或“右”）端与重物相连；

⑷根据以上数据可得，由O点到B点的过程中，重物的重力势能减少了J，动能增加了J。(重力加速度 $g = 9.8 m / s^{2}$ ，计算结果保留三位有效数字）

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6. 如图所示，用光电门等器材验证机械能守恒定律。直径为d、质量为m的金属小球由A处静止释放，下落过程中经过固定在B处（B位于A的正下方）的光电门，测得小球通过光电门的时间为t（光电门的工作原理：当物体通过光电门时，发光管发出的光被挡住，计时器开始计时，当物体离开光电门时，接收管又能接收到发光管发出的光，计时器停止计时），A、B间的距离为H（H>>d），当地的重力加速度为g。

(1)、小球从A到B，重力势能减少量的表达式为 $Δ E_{p} =$ ；

(2)、小球通过光电门B时速度的表达式为v=；

(3)、多次改变高度H，重复上述步骤，描点作出 $\frac{1}{t^{2}}$ 随H的变化图象，若作出的图线为通过坐标原点的直线，且斜率为，可判断小球下落过程中机械能守恒；

(4)、实验中发现动能增加量 $Δ E_{k}$ 总是小于重力势能减少量 $Δ E_{p}$ ，增加下落高度H后，则（ $Δ E_{p} - Δ E_{k}$ ）将（选填“增加”“减小”或“不变”）；原因是。

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7. 在“验证机械能守恒定律”的实验中：

(1)、供实验选择的重物有以下四个，应选择（____）

A、质量为10g的砝码 B、质量为200g的木球 C、质量为50g的塑料球 D、质量为200g的铁球

(2)、下列叙述正确的是（____）

A、实验中应用秒表测出重物下落的时间 B、可用自由落体运动的规律计算重物的瞬时速度 C、因为是通过比较 $\frac{m v^{2}}{2}$ 和mgh是否相等来验证机械能是否守恒，故不需要测量重物的质量 D、释放重物前应手提纸带的上端，使纸带竖直通过限位孔

(3)、质量m＝1kg的物体自由下落，得到如图所示的纸带，相邻计数点间的时间间隔为0.04 s，那么从打点计时器打下起点O到打下B点的过程中，物体重力势能的减少量E_p＝ J，此过程中物体动能的增加量E_k＝J。（g取9.8 m/s² ，保留三位有效数字）

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8. 如图所示为验证机械能守恒定律的装置，计时器周期为T，测得重物和夹子的质量为m。按正确操作得到纸带后，以第一点为原点O，测得第二点的坐标x₂=2mm。其它各点坐标依次用x₃、x₄……x_n-1_，x_n、x_n+1代表，g代表当地的重力加速度。请通过推算填写：

(1)、用上面的物理量表示打第n点时的速度，重物增加的动能，减少的重力势能为。

(2)、在验证运算中如果重物的速度通过v_n=gt计算，对于这样做，下列判断你认同的有（______）

A、这种方法测量速度更简便，可能误差大一点，但是原理是正确的 B、重物下落的实际速度要比这个计算结果小 C、数据将会表现出动能的增加量大于势能的减少量，这是错误的 D、如果重物下落的高度相应地用 $h = \frac{1}{2} g t^{2}$ 计算，这种方法更好

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9. 为了验证机械能守恒定律，某同学做了如下实验：将一小球用细绳悬挂于O点，在O点正下方安装与光电计时器相连的光电门，将小球拉至细线水平由静止释放，小球向下摆动后通过光电门，光电门记录下了小球通过光电门的时间 $Δ t$ ，若测得小球的直径为d。

(1)、小球通过光电门时的速度大小可表示为v=；

(2)、要验证小球在向下摆动过程中机械能守恒，若测得悬点到小球球心的距离为L，重力加速度用g表示，需要验证的表达式是（用 $Δ t$ 、d、L、g等物理量表示）。

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10. 某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将前端部分纸带损坏，剩下的一段纸带上各点之间的距离已经标在纸带上（单位是cm），打点计时器的工作频率时50H_Z ，重力加速度为9.8m/s²。

(1)、重物在2点的速度为v₂= ，在5点的速度为v₅= ，此过程动能的变化量ΔE_K= ，重力势能的变化量ΔE_P= ，由此可得出结论；

(2)、根据实验判断下列图中正确的图像是______

A、 B、 C、 D、

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11. 某实验小组“用落体法验证机械能守恒定律”，实验装置如图甲所示，某次操作得到了如图乙所示的纸带，依次测出了各计数点到第一个计数点O的距离如图乙中所示。已知相邻两计数点的时间间隔为T，重锤的质量为 $M = 300 g$ ，当地重力加速度 $g = 9.80 {m/s}^{2}$ 。请回答下列问题：

(1)、下列仪器中一定需要的是______

A、天平 B、 $4 ~ 6 V$ 的低压直流电源 C、刻度尺 D、秒表

(2)、打E点时重锤的速度表达式 $v_{E} =$ 。

(3)、选取O到E的过程进行机械能守恒定律的验证，则需要验证的关系式为。

(4)、在验证机械能守恒时，发现重力势能的减少量大于动能的增加量，实际操作过程中没有任何错误，通过分析发现存在阻力。请根据该小组同学所画出的 $v^{2} - h$ 图象，如图所示。可求出实验过程中平均阻力大小为 $N$ 。（结果保留两位有效数字）

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12. 如图1所示，某同学利用自由落体运动进行验证机械能守恒定律的实验：

(1)、除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是_________；

A、交流电源 B、刻度尺 C、天平（含砝码）

(2)、实验中，该同学先接通电源，再释放重物，得到一条图2所示的纸带，其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为纸带上所打的三个点，测得它们到起始点O的距离分别为h₁、h₂、h₃ ，在A和B、B和C之间还各有一个点。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T，重物的质量为m，从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减少量ΔE_p= ，动能增加量ΔE_k=；该同学数据处理的结果比较合理的应当是ΔE_pΔE_k（选填>、=、或<）；

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13. 利用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验。

(1)、除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是_____。（填写选项前字母）

A、交流电源 B、刻度尺 C、天平（含砝码）

(2)、实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为h_A、h_B、h_C_。

已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m，从O点到B点的过程中，重物的重力势能的减少量ΔE_P= ，动能的变化量ΔE_K=（用题目中的已知量表示）

(3)、关于计算瞬时速度的方法，有同学认为可以用公式v_B= $\sqrt{2 g h_{B}}$ 算B点的速度，你赞同吗？请表明你的观点及支持你观点的依据。

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14. 利用如图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”实验。

(1)、除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、打点计时器（含电源）、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是_________；

A、刻度尺 B、天平（含砝码）

(2)、实验中得到图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为 $h_{A}$ 、 $h_{B}$ 、 $h_{C}$ 。
①实验开始，先（选填“释放重物”或“接通电源”），数据分析时应选前两个点距离接近mm的纸带作为研究对象。

②已知当地重力加速度为g，重物的质量为m，打点计时器打点的周期为T。从打O点到打B点的过程中，打到B点时重物下落速度v_B= ，重物的重力势能变化量∆E_P= ，动能的变化量∆E_k=。

③多次实验结果显示，重力势能的减少量和动能的增加量之间存在误差，下列关于误差事实说法正确的是。

A．重力势能的减少量大于动能的增加量

B．重力势能的减少量小于动能的增加量

④关于误差产生原因的分析正确的是。

A．误差的产生属于偶然的，可以通过采用多次实验取平均值减小它

B．误差的产生在于存在空气阻力和纸带与打点计时器间的摩擦阻力

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15.

(1)、某同学在“验证机械能守恒定律”实验中得到了如图所示的一条纸带，图中O点为打点计时器打下的第一点，可以看做重物运动的起点，从后面某点起取连续打下的三个点A、B、C。已知相邻两点间的时间间隔为0.02s，假设重物的质量为1.00kg，则从起点O到打下B点的过程中，重物动能的增加量 $Δ E_{k} =$ J，重力势能的减小量 $Δ E_{P} =$ J。（保留三位有效数字，重力加速度g取9.80m/s²）

(2)、该小组内同学们根据纸带算出了相应点的速度，作出v²－h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）。

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16. 利用如图装置做“验证机械能守恒定律”实验.

(1)、为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的（_________）

A、动能变化量与势能变化量 B、速度变化量和势能变化量 C、速度变化量和高度变化量

(2)、在实验中，已知重物质量 $m=1kg$ ，在纸带上打出一系列的点，如图所示(打点间隔为 $0 .02s$ )， $g=9 {.8m/s}^{2}$ ，纸带上所标数据单位 $cm$ ，其中 $O$ 点与下一点之间距离为 $2mm$ ，那么从打 $O$ 点到打 $B$ 点的过程中：

①重物的重力势能变化量 $Δ Ep=$ ，动能变化量 $Δ E_{k} =$ (结果保留两位有效数字)

②有一位学生的实验结果显示，重力势能的减少量小于动能的增加量，原因是：

A．重物下落时受到的阻力过大

B．在计算中误将 $g$ 取 $10 {m/s}^{2}$

C．重物的质量测量错误

D．交流电源的频率小于 $50 Hz$

(3)、某同学想用下述方法研究机械能是否守恒，在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点 $O$ 的距离 $h$ ，计算对应计数点的重物速度 $v$ ，描绘 $v^{2} - h$ 图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒．请你分析论证该同学的判断依据是否正确

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