人教版高中物理必修二同步练习：8.5 实验：验证机械能守恒定律

试卷更新日期：2024-02-04 类型：同步测试

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一、选择题

1. 如图所示为“验证机械能守恒定律”的实验装置。关于该实验，下列说法中正确的是（）

A、固定打点计时器时，其限位孔必须在同一竖直平面内 B、手抓纸带的位置越靠近打点计时器越好 C、实验中必须测出重物的质量 D、实验中必须用秒表测出重物下落的时间

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2.
利用如图所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，其中正确的方案是（　　）

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v=gt计算出瞬时速度v B、用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v= $\sqrt{2 g h}$ 计算出瞬时速度v C、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= $\frac{v^{2}}{2 g}$ 计算得出高度h D、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

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3. 采用落体法“验证机械能守恒定律”的实验中，下列步骤不必要的是（）

A、用天平称出重锤的质量 B、把电磁打点计时器固定到铁架台上，并与交流电源连接起来 C、把纸带固定到重锤上，穿过打点计时器的限位孔，并把重锤提升到一定的高度 D、接通电源，释放纸带

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4. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，则以v²为纵轴，以h为横轴，画出的图线应是下图中的（）

A、 B、 C、 D、

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5. 下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法，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、打点计时器选用电磁打点计时器比电火花计时器误差要小

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6. 如图所示，在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，关于橡皮筋做的功，下列说法中正确的是（）

A、橡皮筋做的功可以直接测量 B、通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加 C、橡皮筋在小车运动的全程中始终做功 D、把橡皮筋拉伸为原来的两倍，橡皮筋做功也增加为原来的两倍

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7. 在“探究功与速度变化的关系”的实验中，甲、乙两位同学的实验操作均正确.甲同学根据实验数据作出了功和速度的关系图线，即W-v图，如图甲所示，并由此图线得出“功与速度的平方一定成正比”的结论.乙同学根据实验数据作出了功与速度平方的关系图线，即W-v²图，如图乙，并由此也得出“功与速度的平方一定成正比”的结论.关于甲、乙两位同学的分析，你的评价是（）

A、甲的分析不正确，乙的分析正确 B、甲的分析正确，乙的分析不正确 C、甲和乙的分析都正确 D、甲和乙的分析都不正确

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8. 关于“探究功与速度变化的关系”实验，下列叙述正确的是（）

A、每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值 B、每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致 C、放小车的长木板应该尽量使其水平 D、先接通打点计时器电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出

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9. 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，这样会导致实验结果（）

A、mgh＞ $\frac{1}{2} m v^{2}$ B、mgh＜ $\frac{1}{2} m v^{2}$ C、mgh= $\frac{1}{2} m v^{2}$ D、以上均有可能

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二、多项选择题

10.
“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示．一位同学在某次实验中，安装的打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，纸带通过时受到的阻力较大，那么，这种情况造成的结果是（）

A、重物减少的重力势能小于增加的动能 B、重物减少的重力势能大于增加的动能 C、重物的机械能逐渐减小 D、重物的机械能逐渐增大

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11. 利用自由落体运动验证机械能守恒定律，就是看 $\frac{1}{2}$ mv $_{n}^{2}$ 是否等于mgh_n ．下列说法中正确的是（　　）

A、打点计时器打初始O点时，物体的速度等于零 B、h_n是点n到O的距离 C、m为重物的质量，需用天平称量 D、计算v_n要用v_n=gt，其中t_n=（n﹣1）T

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12.
如图所示，将打点计时器固定在铁架台上，用重锤带动纸带由静止释放，利用此装置可以（）

A、测定当地的重力加速度g B、验证力的平行四边形定则 C、探究功与速度的关系 D、验证机械能守恒定律

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13.
某同学用如图甲所示的装置，来验证机械能守恒定律，下列说法正确的是（）

A、该实验中，重物应选用质量大、体积小、密度大的材料 B、该实验中，可以由公式v=gt求出打某点的纸带的速度 C、该实验中，应先接通电源后释放重物 D、该实验中，打点计时器接到电源的直流输出端上

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三、非选择题

14. 如图甲所示的装置叫阿特伍德机，是英国数学家、物理学家阿特伍德创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律。某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示。实验时，该同学进行了如下步骤：
$a .$ 将质量均为 $M$ 的重物 $A ($ 含挡光片 $)$ 、 $B$ 用轻质细绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出 $A$ 上挡光片中心到光电门中心的竖直距离 $h$
$b .$ 在 $B$ 的下端挂上质量为 $m$ 的物块 $C$ ，让系统 $($ 重物 $A$ 、 $B$ 以及物块 $C)$ 中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间 $Δ t$
$c .$ 测出挡光片的宽度 $d$ ，计算重物 $A$ 运动的速度大小 $v$
$d .$ 利用实验数据验证机械能守恒定律

(1)、步骤 $c$ 中，计算重物 $A$ 的速度 $v =$ $($ 用实验中字母表示 $)$ 。将重物 $B$ 与物块 $C$ 看成一个系统，则该系统在加速下落过程中其机械能 $($ 选填“增大”“可能增大”“减小”或“不变” $)$ 。

(2)、步骤 $d$ 中，如果系统 $($ 重物 $A$ 、 $B$ 以及物块 $C)$ 的机械能守恒，应满足的关系式为： $($ 已知当地重力加速度大小为 $g$ ，用实验中字母表示 $)$ 。

(3)、某次实验分析数据发现，系统重力势能减少量小于系统动能增加量，造成这个结果的原因可能是____ 。

A、挂物块 $C$ 时不慎使 $B$ 具有向下的初速度 B、细绳、滑轮有一定的质量不能忽略不计 C、滑轮与细绳之间存在滑动摩擦力 D、计算重力势能时 $g$ 的取值比实际值小

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15. 利用如图 $a$ 所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验。已知当地重力加速度为 $g$ ，重物的质量为 $m$ 。

(1)、除了图甲中所示的器材外，还必须用到交流电源、导线、开关和；

(2)、先接通电源，再释放重物，打出如图 $b$ 所示的一条纸带。测得 $A$ 点到起始点 $O$ 的距离为 $h$ ，打 $A$ 点时的速率为 $v$ ，从打 $O$ 点到打 $A$ 点过程中，重物的重力势能变化量的值为，动能变化量的值为； $($ 用 $m$ 、 $h$ 、 $g$ 、 $v$ 表示 $)$

(3)、实验结果显示，重物重力势能的减少量略大于其动能的增加量，你认为可能的原因是。

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16. 某同学用如图所示的装置探究能量的转化关系。在水平桌面上固定一块平整的玻璃板，玻璃板表面跟桌面平行，用不可伸长的轻质细线，一端与钩码相连，另一端跨过定滑轮与木块相连，玻璃板上方细线水平。开始时让细线刚好伸直，测量出遮光条到光电门的竖直距离 $L$ ，由静止释放后钩码加速下降。记录光电门的遮光时间 $t$ 、钩码的质量 $m$ ，测量木块的质量 $M$ 、遮光条的宽度 $d$ 。重力加速度为 $g$ ，遮光条的质量可以忽略，实验过程中木块始终在玻璃板上且未撞到滑轮。完成下列问题：

(1)、钩码通过光电门时的速度大小为。

(2)、钩码从释放到通过光电门的过程中，木块增加的机械能为，钩码减小的机械能为。

(3)、经过多次规范的测量，发现木块增加的机械能小于钩码减小的机械能，导致这个结果的原因是 $($ 回答一个理由即可 $)$ 。

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17. 某实验小组利用智能手机的相关软件来验证机械能守恒定律，装置如图甲所示，盒子A、B分别系在一条跨过定滑轮的不可伸长的轻质细线的两端. 实验步骤如下：
a. 测出盒子 A 和手机的总质量 M；
b. 将手机放到盒子A 中，调整盒子 B 中细沙的质量，使整个装置恰能处于静止状态；
c. 在盒子 B的下端挂一个质量为m的钩码C，用手拉住盒子A，稳定后由静止释放；
d. 通过软件测得手机的加速度随时间变化的图像如图乙所示；

(1)、根据图像，最好选择时间段的运动过程，进行机械能守恒定律的验证；

(2)、在(1) 所选的时间段内，盒子 B 的末速度大小 $v =$ m/s，下落的高度h=m；(结果均保留两位有效数字)

(3)、已知当地的重力加速度为g，若要验证机械能守恒定律，需要验证的关系式为(用所给物理量的符号表示).

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18. 某同学设计实验验证机械能守恒定律，装置如图（a）所示。一质量为m、直径为d的小球固定于释放装置上，在小球正下方固定四个光电门，调节各光电门的中心，使其与小球的球心均在同一竖直线上。由静止释放小球，记录小球通过每个光电门的挡光时间，重力加速度为g。

(1)、若测得某光电门的中心与释放点的竖直距离为h，小球通过此光电门的挡光时间为 $Δ t$ ，则小球从释放点下落至此光电门中心时的动能增加量 $Δ E_{k} =$ ，重力势能减小量 $Δ E_{p} =$ （用题中字母表示）；

(2)、根据实验数据，作出 $Δ E_{k} - Δ E_{p}$ 的图像，如图（b）所示。若图中虚线的斜率 $k \approx$ ，则可验证机械能守恒定律；

(3)、经过多次重复实验，发现小球经过第三个光电门时， $Δ E_{k}$ 总是大于 $Δ E_{p}$ ，下列原因中可能的是____。

A、第三个光电门的中心与释放点的竖直距离测量值偏大 B、第三个光电门的中心偏离小球下落时球心所在的竖直线 C、小球下落过程中受到空气阻力的作用

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19. 某同学用如图（a）所示的装置验证机械能守恒定律。用细线把钢制的圆柱挂在架子上，架子下部固定一个小电动机，电动机轴上装一支软笔。电动机转动时，软笔尖每转一周就在钢柱表面画上一条痕迹（时间间隔为T）。如图（b），在钢柱上从痕迹O开始选取5条连续的痕迹A、B、C、D、E，测得它们到痕迹O的距离分别为h_A、h_B、h_C、h_D、h_E。已知当地重力加速度为g。

(1)、若电动机的转速为3000r/min，则T = s。

(2)、实验操作时，应该____。（填正确答案标号）

A、先打开电源使电动机转动，后烧断细线使钢柱自由下落 B、先烧断细线使钢柱自由下落，后打开电源使电动机转动

(3)、画出痕迹D时，钢柱下落的速度v_D = （用题中所给物理量的字母表示）

(4)、设各条痕迹到O的距离为h，对应钢柱的下落速度为v，画出v²—h图像，发现图线接近一条倾斜的直线，若该直线的斜率近似等于，则可认为钢柱下落过程中机械能守恒。

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20. 某同学利用自由落体运动做“验证机械能守恒定律”实验．利用纸带上的点得到的数据画成如图所示的 v²- h 图线，可知该同学（填“是”或“不是”）取开始下落时打的点来验证的；该图线的斜率表示（用文字表述）．设实验的重力加速度值在 9.60 m/s²~ 9.80 m/s²才可认为机械能守恒，否则不守恒．由图计算出重力加速度值为m/s²（取三位有效数字），说明本实验的机械能（填“守恒” 或“不守恒”）．

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21. 如图所示是用落体法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、电火花打点计时器、纸带、带铁夹的重物。回答下列问题：

(1)、为完成此实验，除了以上的器材，还需要的器材有下面的哪些？____

A、交流电源 B、天平 C、秒表 D、毫米刻度尺

(2)、在实验中打点计时器所接交流电频率为 $50 H z$ ，当地重力加速度 $g = 9.8 m / s^{2}$ ，实验选用的重物质量 $m = 1 k g$ ，纸带上打点计时器打下的连续计数点 $A$ 、 $B$ 、 $C$ 、 $D$ 、 $E$ 、 $F$ 到打下第一点 $O$ 的距离如图所示。则从打下 $O$ 点至 $E$ 点的过程中，重物重力势能的减少量 $Δ E_{P} =$ $J$ ，动能的增加量 $Δ E_{k} =$ $J$ 。 $($ 计算结果均保留 $3$ 位有效数字 $)$

(3)、通过计算发现，在数值上 $Δ E_{p}$ 不等于 $Δ E_{k}$ ，原因是。

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22. 利用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验．

(1)、除打点计时器（含纸带、复写纸）、交流电源、铁架台、导线及开关外，在下面的器材中，必须使用的还有____．（选填器材前的字母）

A、大小合适的铁质重锤 B、体积较大的木质重锤 C、刻度尺 D、秒表

(2)、如图是实验中得到的一条纸带．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 ．重锤质量用m表示，已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T．从打下O点到打下B点的过程中，重锤重力势能的减少量ΔE_P = ，动能的增加量ΔE_K = ．

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23. 某同学设计出如图1所示的实验装置来验证机械能守恒定律。让小球自由下落，下落过程中小球先后经过光电门1和光电门2，光电计时器记录下小球通过光电门的时间分别为 $Δ t_{1}$ 、 $Δ t_{2}$ ，已知当地的重力加速度为g，小球的直径为d。

(1)、为了减小空气阻力的影响，实验中小球应该选择密度（选择“大”“小”“任意”）表面光洁的实心小球。

(2)、该实验还需要测量下列哪些物理量____（填选项序号）。

A、小球的质量m B、光电门1和光电门2之间的距离h C、小球从光电门1运动到光电门2的时间t

(3)、小球通过光电门1时的瞬时速度大小 $v_{1} =$ 。

(4)、若表达式：成立，则小球下落过程中机械能守恒（用题中所用的物理量符号表示）。

(5)、为了减小偶然误差，保持光电门1位置不变，上下调节光电门2，多次实验记录多组数据，作出 $\frac{1}{{(Δ t_{2})}^{2}}$ 随h变化的图像如图2所示，若该图线的斜率k= ，就可以验证小球下落过程中机械能守恒。

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