人教版物理必修2同步练习：8.5 实验：验证机械能守恒定律（能力提升）

试卷更新日期：2024-03-28 类型：同步测试

进入出卷网下载

一、选择题

1. 利用如图所示的实验器材，不能完成的实验是（）

A、验证牛顿第二定律 B、研究自由落体运动规律 C、验证机械能守恒定律 D、测量重力加速度的大小

查看试题解析
2. 某同学利用图示装置完成探究机械能守恒定律的实验.实验后发现重物重力势能的减少量mgh小于动能的增加量 $\frac{1}{2}$ mv²。你认为造成这一结果的可能原因是（）

A、纸带与振针之间有摩擦阻力 B、重物下落过程中受到空气阻力 C、释放重物前纸带不处于竖直位置 D、先释放重物，后接通电源打出纸带

查看试题解析
3. 用图示装置验证机械能守恒定律，由于安装不到位，电火花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的阻力，这样实验造成的结果是（）

A、重力势能的减小量明显大于动能的增加量 B、重力势能的减小量明显小于动能的增加量 C、重力势能的减小量等于动能的增加量 D、以上几种情况都有可能

查看试题解析
4. 如图为“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、电磁打点计时器使用低压直流电 B、可用公式 $v = \sqrt{2 g h}$ 计算重物的速度 C、实验时接通电源和释放纸带应同时进行 D、安装纸带时，应将纸带置于复写纸的下方

查看试题解析
5. 如图所示“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是（）

A、先释放纸带，后接通电源 B、打点计时器接低压直流电源 C、用秒表测出重物下落的时间 D、打点计时器两个限位孔在同一竖直平面内

查看试题解析
6. 在“探究功与速度变化的关系”的实验中，计算小车的速度时，应选择纸带上的哪些点进行计算（）

A、小车开始运动的点 B、纸带上远离小车的点 C、纸带上靠近小车的点 D、确定小车做匀速运动的点

查看试题解析
7. 在“探究功与物体速度变化关系”实验中，小车会受到阻力，但可使木板倾斜作为补偿.则下列操作正确的是（）

A、放开小车，能够自由下滑即可 B、放开小车，能够匀速下滑即可 C、放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可 D、放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可

查看试题解析
8. 在做“验证机械能守恒定律”的实验时，下列哪些测量工具是必需的（）

A、天平 B、弹簧测力计 C、刻度尺 D、秒表

查看试题解析
9.
如图所示为用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置．关于这一实验，下列说法中正确的是（）

A、打点计时器应接直流电源 B、应先释放纸带，后接通电源打点 C、需使用秒表测出重物下落的时间 D、测出纸带上两点迹间的距离，可知重物相应的下落高度

查看试题解析
10.
在利用自由落体“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法中正确的是（）

A、实验中必须用天平测出重物的质量 B、实验中必须用秒表测出重物下落的时间 C、实验中选用重物的体积越大实验误差一定越小 D、实验中应选用最初两点间距离接近2mm 的纸带进行数据处理

查看试题解析

二、非选择题

11. 某实验小组采用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。实验装置安装好后，用手提住纸带上端，之后让纸带由静止开始下落。

(1)、关于下列实验操作，不必要或不正确的是（）

A、实验前先用天平测出重物和夹子的质量 B、为减小阻力，用电磁打点计时器比用电火花计时器好一些 C、在重物大小合适的情况下，选择木块比选择铁块好 D、用秒表测出重物下落时间 E、释放纸带前应先接通电源

(2)、某次实验中所用重物的质量 $m = 1 k g$ 。某同学选取了一条纸带，如图乙所示，0是打下的第一个点，1、2、3、4是连续打的点，根据纸带上的测量数据，从打下点0至打下点3的过程中，重物重力势能的减少量为J，动能增加量为J。（打点计时器频率为50Hz，取 $g = 9.8 m / s^{2}$ ，结果均保留3位有效数字）

(3)、若由于打点计时器的两限位孔不在同一竖直线上，这样会导致计算的动能增加量（填“<”“=”或“>”）重力势能减少量；其原因是。

查看试题解析
12. 为验证机械能守恒定律，某小组同学设计的实验装置如图所示，细线的一端拴一个金属小球，另一端连在天花板 $O$ 处的拉力传感器上 $.$ 先用水平作用力将小球从最低点 $A$ 处缓慢拉至 $B$ 点，然后由静止释放， $B$ 、 $A$ 的竖直高度差为 $h$ ，记录小球通过 $A$ 处光电门的遮光时间为 $t$ ，金属小球的直径为 $d (d < < h)$ ，整个过程中细线都处于绷直状态，已知当地重力加速度为 $g$ 。

(1)、小球从 $A$ 移至 $B$ 点过程中，拉力传感器的示数可能____。

A、一直变大 B、一直变小 C、保持不变

(2)、小球通过最低点的速度大小为 $;$

(3)、小球从静止释放到最低点的过程中，满足机械能守恒的关系式为。

查看试题解析
13. 在学习完毕传统的“验证机械能守恒定律”的实验后，同学们采用传感器等设备重新设计了一套新的实验装置。实验中，将完全相同的挡光片依次固定在圆弧轨道上，摆锤上内置了光电传感器，可测出摆锤经过挡光片时间，测出部分数据如表，表中高度h为0的位置为重力势能的零势能点：
高度h/m
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0
势能E_p/J
0.0295
0.0236
0.0177
0.0118
0.0059
0.0000
动能E_k/J
0.0217
A
0.0328
0.0395
0.0444
0.0501
机械能E/J
0.0512
0.0504
0.0505
0.0503
0.0503
0.0501

(1)、若挡光片的宽度极小且为d，挡光时间为 $Δ t$ ，则摆锤经过挡光片时的速度大小为（用题目给的符号表示）。

(2)、表中A处数据应为J（写具体数值）。

(3)、另一小组记录了每个挡光板所在的高度h及其相应的挡光时间 $Δ t$ 后，绘制了四幅图像。其中可以说明机械能守恒的图像最合适的是____。

A、 B、 C、 D、

查看试题解析
14. 某实验小组用如图所示的实验装置来验证系统机械能守恒。在水平桌面上放有一气垫导轨，气垫导轨左侧装有定滑轮，气垫导轨上固定有两个光电门，用来测量遮光片通过光电门时的遮光时间，绕过定滑轮的轻质细绳将滑块与砝码盘连接。

(1)、用20分度游标卡尺测量遮光片的宽度d ，测量结果如图所示，则遮光片的宽度为 $d =$ mm。

(2)、将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过两个光电门的时间分别为 $Δ t_{1}$ 、 $Δ t_{2}$ ，用米尺测出两光电门之间的距离L ，则滑块加速度的大小表达式为 $a =$ ；

(3)、实验中同时测量出砝码盘和砝码的质量m、滑块（包含遮光条）的质量M ，已知当地的重力加速度为g ，验证砝码盘、砝码和滑块组成系统机械能守恒的表达式为。（表达式均用题中给出的物理量表示）

查看试题解析
15. 如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为d、质量为m的金属小球由A处静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g。则：

(1)、如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d=cm。

(2)、多次改变高度H，重复上述实验，作出 $\frac{1}{t^{2}}$ 随H的变化图像如图丙所示，当图中已知量 $t_{0}$ 、 $H_{0}$ 和重力加速度g及小球的直径d满足以下表达式：时，可判断小球下落过程中机械能守恒。

(3)、某次实验发现动能增加量 $Δ E_{k}$ 总是大于重力势能减少量 $Δ E_{p}$ ，则可能的原因是____（多选）。

A、金属球从A点下落时初速度不为零 B、测量的高度H为金属球在A点时球下端与光电门B点的高度差 C、小球下落的高度太高，以致下落过程中空气阻力的影响比较大

查看试题解析
16. 某小组为了验证机械能守恒定律，设计了如图甲所示的实验装置，物块P、Q用跨过定滑轮的轻绳相连，P底端固定一宽度为d的轻质遮光条，托住P，用刻度尺测出遮光条所在位置A与固定在铁架台上的光电门B之间的高度差h（ $d ≪ h$ ）。已知当地的重力加速度为g。

(1)、用游标卡尺测量遮光条的宽度d如图丙所示，则图丙中游标卡尺的读数应为cm。

(2)、下列实验步骤正确的是____

A、选择两个质量相等的物块进行实验 B、实验时，要确保物块P由静止释放 C、需要测量出两物块的质量m_P和m_Q D、需要测量出遮光条从A到达B所用的时间T

(3)、改变高度h，重复实验，测得各次遮光条的挡光时间t，以h为横轴、 $\frac{1}{t^{2}}$ 为纵轴建立平面直角坐标系，在坐标系中作出 $\frac{1}{t^{2}} - h$ 图像，如图丙所示，该图像的斜率为k，在实验误差允许范围内，若k=（用题中字母表示），则验证了机械能守恒定律。

查看试题解析
17. 某实验小组利用如图装置来验证机械能守恒定律。在气垫导轨上固定两个光电门，光电门连接数字毫秒计，滑块上固定宽度为d遮光条。把导轨的右端垫高，测出倾角为 $θ$ 。已知当地重力加速度为g。

(1)、若遮光条通过光电门1的时间为 $Δ t_{1}$ ，则滑块通过光电门1的速度为。

(2)、实验时，若滑块通过光电门1和光电门2速度分别为 $v_{1}$ 和 $v_{2}$ ，两光电门间距离为L，满足表达式（用 $v_{1}$ 、 $v_{2}$ 、g、L、和 $θ$ 表示），说明机械能守恒。

(3)、将滑块从不同位置释放，再次测出滑块通过光电门1和光电门2的速度 $v_{1}$ 和 $v_{2}$ 。以L为横坐标，以（ $v_{2}^{2} - v_{1}^{2}$ ）为纵坐标，把所得的实验数据描点，得到一条斜率为，截距为的图线，说明机械能守恒。

查看试题解析
18. 如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为 $d$ 、质量为 $m$ 的金属小球由 $A$ 处静止释放，下落过程中能通过 $A$ 处正下方、固定于 $B$ 处的光电门，测得 $A$ 、 $B$ 间的距离为 $H$ ，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为 $t$ ，当地的重力加速度为 $g$ 。则：

(1)、如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径 $d =$ cm。

(2)、多次改变高度 $H$ ，重复上述实验，作出 $\frac{1}{t^{2}}$ 随 $H$ 的变化图像如图丙所示，当图中已知量 $t_{0}$ 、 $H_{0}$ 和重力加速度 $g$ 及小球的直径 $d$ 满足以下表达式：时，可判断小球下落过程中机械能守恒。

(3)、某次实验发现动能增加量 $Δ E_{k}$ 总是大于重力势能减少量 $Δ E_{p}$ ，则可能原因是____（多选）

A、金属球从 $A$ 点下落时初速度不为零 B、小杰测量的高度 $H$ 为金属球在 $A$ 点时球底与光电门 $B$ 点的高度差 C、小球下落的高度太高，以致下落过程中空气阻力的影响比较大

查看试题解析
19. 某班级分若干个学习小组，通过实验验证机械能守恒定律，实验装置如图所示。验证机械能守恒定律思路：求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和对应过程动能的增加量，在实验误差允许范围内，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律。

(1)、按照实验步骤和要求，得出纸带后，学习小组讨论出验证机械能守恒定律处理数据的以下几种方案，你认为最合理的方案是 $($ 填“方案一”“方案二”“方案三” $)$ 。
方案一：利用起始点和第 $n$ 点计算，代入 $m g h_{n}$ 和 $\frac{1}{2} m v_{n}^{2}$ ，如果在实验误差允许的范围内， $m g h_{n}$ 和 $\frac{1}{2} m v_{n}^{2}$ 相等，则验证了机械能守恒定律。
方案二：任取两点计算
$①$ 任取两点 $A$ 、 $B$ ，测出 $h_{A B}$ ，算出 $m g h_{A B}$ 。
$②$ 算出 $\frac{1}{2} m v_{B}^{2} - \frac{1}{2} m v_{A}^{2}$ 的值。
$③$ 在实验误差允许的范围内，若 $m g h_{A B} = \frac{1}{2} m v_{B}^{2} - \frac{1}{2} m v_{A}^{2}$ ，则验证了机械能守恒定律。
方案三：图像法
从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度 $h$ ，并计算各点速度的平方 $v^{2}$ ，然后以 $\frac{1}{2} v^{2}$ 为纵轴，以 $h$ 为横轴，根据实验数据作出 $\frac{1}{2} v^{2} - h$ 图像。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为 $g$ 的直线，则验证了机械能守恒定律。

(2)、为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的理由是 $($ 写出一条理由即可 $)$ 。

(3)、某学习小组采用“方案二”处理数据，出现 $m g h_{A B}$ 大于 $(\frac{1}{2} m v_{B}^{2} - \frac{1}{2} m v_{A}^{2})$ 现象，出现这一结果的原因可能是____。

A、工作电压偏高 B、存在空气阻力和摩擦力 C、接通电源前释放了纸带

查看试题解析
20. 利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示．水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上 $A$ 点放置带有长方形遮光条的滑块，其总质量为 $M$ ，左端由跨过光滑定滑轮的轻质细绳与质量为 $m$ 的小球相连；导轨上 $B$ 点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的时间 $t$ ，用 $L$ 表示 $A$ 点到光电门 $B$ 处的距离， $d$ 表示遮光片的宽度，将遮光片通过电门的平均速度看作滑块通过 $B$ 点时的瞬时速度，实验时滑块在 $A$ 处由静止开始运动．

图甲

(1)、用游标卡尺测量遮光条的宽度 $d$ ，结果如图乙所示，由此读出 $d =$ $c m$ ．

(2)、某次实验测得气垫导轨的倾斜角为 $θ$ ，重力加速度用 $g$ 表示，滑块从 $A$ 点到 $B$ 点过程中， $m$ 和 $M$ 组成的系统动能增加量可表示为 $△ E_{k} =$ ，系统的重力势能减少量可表示为 $△ E_{p} =$ ，在误差允许的范围内，若 $△ E_{k} = △ E_{p}$ ，则可认为系统的机械能守恒．

查看试题解析

高度h/m	0.10	0.08	0.06	0.04	0.02	0
势能E_p/J	0.0295	0.0236	0.0177	0.0118	0.0059	0.0000
动能E_k/J	0.0217	A	0.0328	0.0395	0.0444	0.0501
机械能E/J	0.0512	0.0504	0.0505	0.0503	0.0503	0.0501