高中物理 第7章 机械能守恒定律 9 实验 验证机械能守恒定律课时作业 新人教版必修2.docx

高中物理 第7章 机械能守恒定律 9 实验 验证机械能守恒定律课时作业 新人教版必修2.docx

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高中物理第7章机械能守恒定律9实验验证机械能守恒定律课时作业新人教版必修2

2019-2020年高中物理第7章机械能守恒定律9实验验证机械能守恒定律课时作业新人教版必修2

1．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

【解析】　为减小实验误差，重物应选质量大些的，且重物质量不需称量，A、C错，B正确；电磁打点计时器的振针与纸带间有摩擦，电火花计时器对纸带的阻力较小，故选用电磁打点计时器误差大些，D错误．

【答案】　B

2．（多选）用如图795所示的实验装置验证机械能守恒定律，在下面所列举的该实验的几个操作步骤中，你认为没有必要进行的或者错误的步骤是（　　）

图795

A．按照图示的装置安装器件

B．将打点计时器接到学生电源的交流输出端上

C．用天平测量出重物的质量

D．先放手让纸带和重物下落，再接通电源开关

E．在打出的纸带上，依据打点的先后顺序选取A、B、C、D四个合适的相邻点，通过测量计算得出B、C两点的速度为vB、vC，并测出B、C两点间的距离为h

F．在误差允许范围内，看减少的重力势能mgh是否等于增加的动能

mv

－

mv

，从而验证机械能守恒定律

【解析】　步骤C不必要，因为根据测量原理，重物的动能和势能表达式中都包含了质量m，可以约去，所以不必测量重物的质量；步骤D错，应先接通电源，待打点计时器工作稳定后再释放纸带．

【答案】　CD

3．（xx·重庆高考）我国舰载飞机在“辽宁舰”上成功着舰后，某课外活动小组对舰载飞机利用阻拦索着舰的力学问题很感兴趣．他们找来了木板、钢球、铁钉、橡皮条以及墨水，制作了如图796所示的装置，准备定量研究钢球在橡皮条阻拦下前进的距离与被阻拦前速率的关系．要达到实验目的，需直接测量的物理量是钢球由静止释放时的________和在橡皮条阻拦下前进的距离，还必须增加的一种实验器材是________．忽略钢球所受的摩擦力和空气阻力，重力加速度已知，根据________定律，可得到钢球被阻拦前的速率．

图796

【解析】　根据机械能守恒定律可知mgh＝

mv2，v＝

，要研究v与前进的距离的关系，需要直接测出钢球距水平木板的高度h，要测距离及高度，必须增加实验器材刻度尺．

【答案】　高度（距水平木板的高度）　刻度尺　机械能守恒

4．图797中甲、乙两图都是用来“验证机械能守恒定律”的装置示意图，已知该打点计时器的打点频率为50Hz.

甲　　　　　　　　乙　　　　　　　　丙

图797

（1）甲、乙两图相比较，________图所示的装置较好，简单说明原因：

____.

（2）丙图是采用较好的装置并按正确的实验步骤进行实验打出的一条纸带，其中O点为打出的第一个点，标为1，后面依次打下的一系列点迹分别标为2、3、4、5、….经测量，第1、2两点间的距离小于1mm.对此小张和小李两位同学展开了讨论．小张同学认为：

由自由落体运动可知，纸带若由静止开始下落，则1、2两点间的距离应接近2mm，这样的纸带不能用来进行实验数据的处理；小李同学认为：

纸带上1、2两点间的距离没有接近2mm是因为打第一个点时纸带速度不为0，所以不要从第一点就开始计算，我们必须从后面的计数点中取点算出速度与高度来验证机械能守恒定律．

两人的观点是否正确？

________.纸带上1、2两点间的距离远小于2mm的主要原因是________．

（3）如果以

为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出

h图线是________，该图线的斜率是________．

【解析】　做本实验时没有必要刻意选择第1、2点间距离接近2mm的纸带．如果1、2点间的距离小于2mm，意味着打第1个点时纸带未同步开始下落，而是有些滞后．若重物自由下落，应有

mv2＝mgh，即

v2＝g·h，由数学知识可知，

和h成正比，绘出

－h图线将是正比例函数图象，图线的斜率k＝g.

【答案】　

（1）甲　因为用夹子固定纸带，可以避免乙图中用手握住纸带的弊端，一方面，由于手的抖动会造成纸带上的第一个点迹被拖长或位置不确定；另一方面，用夹子固定纸带，便于将纸带调整为竖直方向，以避免纸带与打点计时器限位孔之间产生过大的摩擦（两方面答出其一就算对）　

（2）两人的观点都不正确　打第1个点时纸带未同步开始下落，而是有些滞后　（3）正比例函数图象（或“过原点的一条倾斜直线”）　重力加速度g

5．某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律．频闪仪每隔0.05s闪光一次，图798中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表（当地重力加速度取9.8m/s2，小球质量m＝0.2kg，结果保留三位有效数字）：

图798

时刻

t2

t3

t4

t5

速度/

（m/s）

5.59

5.08

4.58

（1）由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝________m/s.

（2）从t2到t5时间内，重力势能增加量ΔEp＝________J，动能减少量ΔEk＝________J.

（3）在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，从而验证了机械能守恒守律．由上述计算得ΔEp________ΔEk（选填“>”“<”或“＝”），造成这种结果的主要原因是______________________________________________________.

【解析】　

（1）v5＝

cm/s＝408cm/s＝4.08m/s.

（2）由题给条件知：

h25＝（26.68＋24.16＋21.66）cm＝72.5cm＝0.725m.

ΔEp＝mgh25＝0.2×9.8×0.725J＝1.42J

ΔEk＝

mv

－

mv

＝

×0.2×（5.592－4.082）J＝1.46J.

（3）由

（2）中知ΔEp<ΔEk，因为存在空气阻力等原因，导致重力势能的增加量小于动能的减少量．

【答案】　

（1）4.08　

（2）1.42　1.46　（3）<　原因见解析

6．某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带一部分损坏，损坏的是前端部分．剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图799中，单位是

cm.打点计时器工作频率为50Hz，重力加速度g取9.8m/s2.

图799

（1）重物在2点的速度v2＝______，在5点的速度v5＝______，此过程中动能增加量ΔEk＝______，重力势能减少量ΔEp＝______.由以上可得出实验结论：

__________________________________________________________________.

（2）根据实验判断下列图象正确的是（其中ΔEk表示物体动能的变化量，Δh表示物体下落的高度）（　　）

【解析】　

（1）根据匀变速直线运动的规律，可以求出重物在2点的速度v2＝

m/s＝1.50m/s和重物在5点的速度v5＝

m/s＝2.075m/s，所以动能增加量为ΔEk＝

v

－

v

＝1.03mJ，从打2点到打5点重力势能减少量为ΔEp＝mgh25＝m×9.8×（3.2＋3.6＋4.0）×10－2J＝1.06mJ，由以上可得出实验结论为：

在误差允许的范围内，机械能守恒．

（2）物体机械能守恒，应有物体减少的重力势能转化为增加的动能，即ΔEk＝mgΔh，可见物体增加的动能与下落的距离成正比，选项C正确．

【答案】　

（1）1.50m/s　2.075m/s　1.03mJ　1.06mJ　在误差允许的范围内，机械能守恒

（2）C

2019-2020年高中物理第7章机械能守恒定律单元综合测评新人教版必修2

一、选择题（本题有12小题，每小题4分，共48分．请将答案填写在答题栏内）

1．人类利用能源大致经历的三个时期是（　　）

A．煤炭时期、石油时期、电能时期

B．煤炭时期、电能时期、核能时期

C．煤炭时期、电能时期、太阳能时期

D．柴薪时期、煤炭时期、石油时期

答案：

D

2．若物体在运动过程中受到的合外力不为零，则（　　）

A．物体的动能不可能总是不变的

B．物体的加速度一定变化

C．物体的速度方向一定变化

D．物体所受合外力做的功可能为零

解析：

物体做匀速圆周运动时合外力不为零，但合外力做的功为零，动能不变，A错，D对；合外力不为零，物体的加速度一定不为零，是否变化不能断定，B错；合外力不为零，物体的速度方向可能变化，也可能不变，C错．

答案：

D

3.如图所示，人站在电动扶梯的水平台阶上，假定人与扶梯一起沿斜面加速上升，在这个过程中，人脚所受的静摩擦力（　　）

A．等于零，对人不做功

B．水平向左，对人做负功

C．水平向右，对人做正功

D．斜向上，对人做正功

解析：

人随扶梯沿斜面加速上升，人受到的力有重力、支持力和水平向右的静摩擦力，且静摩擦力方向与运动方向的夹角小于90°，故静摩擦力对人做正功，只有C正确．

答案：

C

4．如图所示，倾角30°的斜面连接水平面，在水平面上安装半径为R的半圆竖直挡板，质量m的小球从斜面上高为

处静止释放，到达水平面恰能贴着挡板内侧运动．不计小球体积，不计摩擦和机械能损失．则小球沿挡板运动时对挡板的作用力是（　　）

A．0.5mg　　　　　　　B．mg

C．1.5mgD．2mg

解析：

由mg

＝

mv2，F＝m

得F＝mg.

答案：

B

5．如图所示是健身用的“跑步机”示意图．质量为m的运动员踩在与水平面成α角的静止皮带上，运动员用力向后蹬皮带，皮带运动过程中受到的阻力恒为Ff，使皮带以速度v匀速向后运动，则在运动过程中，下列说法中正确的是（　　）

A．运动员的脚对皮带的摩擦力是皮带运动的阻力

B．运动员对皮带不做功

C．运动员对皮带做功的功率为mgv

D．运动员对皮带做功的功率为Ffv

解析：

运动员的脚对皮带的摩擦力是皮带运动的动力，A错误；皮带运动，是因为运动员对皮带做了功，B错误；运动员对皮带做功的功率是摩擦力的功率，为Ffv，C错误，D正确．

答案：

D

6．小球自由落下，在与地面发生碰撞的瞬间，反弹速度与落地速度大小相等．若从释放时开始计时，不计小球与地面发生碰撞的时间及空气阻力，则下图中能正确描述小球各物理量与时间的关系是（　　）

A

B

C

D

解析：

动能无负值，选项A错误；以抛出点为位移零点，小球位移不可能有正有负，故选项B错误；重力势能与时间成二次函数关系，选项C错误；自由落下的速度v＝gt，发生碰撞后先做匀减速再反向匀加速，故选项D正确．

答案：

D

7．一小石子从高为10m处自由下落，不计空气阻力，经一段时间后小石子的动能恰等于它的重力势能（以地面为参考平面），g＝10m/s2，则该时刻小石子的速度大小为（　　）

A．5m/sB．10m/s

C．15m/sD．20m/s

解析：

设小石子的动能等于它的重力势能时速度为v，根据机械能守恒定律得mgh＝mgh′＋

mv2

由题意知mgh′＝

mv2，所以mgh＝mv2

故v＝

＝10m/s，B正确．

答案：

B

8．宇宙飞船运动中需要多次“轨道维持”．所谓“轨道维持”就是通过控制飞船上发动机的点火时间和推力的大小和方向，使飞船能保持在预定轨道上稳定运行．如果不进行“轨道维持”，由于飞船受轨道上稀薄空气的影响，轨道高度会逐渐降低，在这种情况下飞船的动能、重力势能和机械能的变化情况将会是（　　）

A．动能、重力势能和机械能逐渐减小

B．重力势能逐渐减小，动能逐渐增大，机械能不变

C．重力势能逐渐增大，动能逐渐减小，机械能不变

D．重力势能逐渐减小，动能逐渐增大，机械能逐渐减小

解析：

由于飞船受轨道上稀薄空气的影响，机械能逐渐减小，高度减小，根据G

＝m

有v＝

，可得动能逐渐增大．

答案：

D

9.

（多选题）在新疆旅游时，最刺激的莫过于滑沙运动．如图所示，某人坐在滑沙板上从沙坡斜面的顶端由静止沿直线下滑到斜面底端时，速度为2v0，设人下滑时所受阻力恒定不变，沙坡长度为L，斜面倾角为α，人的质量为m，滑沙板质量不计，重力加速度为g.则（　　）

A．若人在斜面顶端被其他人推了一把，沿斜面以v0的初速度下滑，则人到达斜面底端时的速度大小为3v0

B．若人在斜面顶端被其他人推了一把，沿斜面以v0的初速度下滑，则人到达斜面底端时的速度大小为

v0

C．人沿沙坡下滑时所受阻力Ff＝mgsinα－

D．人在下滑过程中重力功率的最大值为2mgv0

解析：

对人进行受力分析如图所示，根据匀变速直线运动的规律有：

（2v0）2－0＝2aL，v

－v

＝2aL，

可解得：

v1＝

v0，所以选项A错误，

B正确；根据动能定理有：

mgLsinα－FfL＝

m（2v0）2.可解得Ff＝mgsinα－

，选项C正确；重力功率的最大值为Pm＝2mgv0sinα，选项D错误．

答案：

BC

10.

（多选题）将地面上静止的货物竖直向上吊起，货物由地面运动至最高点的过程中，v－t图象如图所示．以下判断正确的是（　　）

A．前3s内货物处于超重状态

B．最后2s内货物只受重力作用

C．前3s内与最后2s内货物的平均速度相同

D．第3s末至第5s末的过程中，货物的机械能守恒

解析：

由v－t图象可知，前3s内，a＝

＝2m/s2，货物具有向上的加速度，故处于超重状态，选项A正确；最后2s内加速度a′＝

＝－3m/s2，加速度方向向下，小于重力加速度，故吊绳拉力不为零，选项B错误；根据

＝

v＝3m/s可知选项C正确；3～5s内货物匀速上升，货物机械能增加，选项D错误．

答案：

AC

11．（多选题）如图所示，A、B、C、D四图中的小球以及小球所在的左侧斜面完全相同，现从同一高度h处由静止释放小球，使之进入右侧不同的竖直轨道：

除去底部一小圆弧，A图中的轨道是一段斜面，高度大于h；B图中的轨道与A图中轨道相比只是短了一些，且斜面高度小于h；C图中的轨道是一个内径略大于小球直径的管道，其上部为直管，下部为圆弧形，与斜面相连，管的高度大于h；D图中的轨道是个半圆形轨道，其直径等于h.如果不计任何摩擦阻力和拐弯处的能量损失，小球进入右侧轨道后能到达h高度的是（　　）

A

B

C

D

解析：

小球在运动过程中机械能守恒，A、C图中小球不能脱离轨道，在最高点速度为零，因而可以达到h高度．但B、D图中小球都会脱离轨道而做斜抛运动，在最高点具有水平速度，所以在最高点的重力势能要小于mgh（以最低点为零势能面），即最高点的高度要小于h，选项A、C正确．

答案：

AC

12.

（多选题）如图所示，倾斜的传送带保持静止，一木块从顶端以一定的初速度匀加速下滑到底端．如果让传送带沿图中虚线箭头所示的方向匀速运动，同样的木块从顶端以同样的初速度下滑到底端的过程中，与传送带保持静止时相比（　　）

A．木块从顶端滑到底端的过程中，所用的时间变长

B．木块从顶端滑到底端的过程中，所用的时间不变

C．木块在滑到底端的过程中，克服摩擦力所做的功变小

D．木块在滑到底端的过程中，系统产生的内能数值将变大

解析：

传送带运动时，木块所受摩擦力仍然是沿传送带向上，木块向下一直加速，加速度不变，因而滑到底端所用时间不变，故可判断选项B对，A错；但由于传送带运动时，木块和传送带间的相对路程变大，因摩擦力产生的内能也将增多，故选项D对，C错．

答案：

BD

第Ⅱ卷（非选择题，共52分）

二、实验题（本题有2小题，共14分，请按题目要求作答）

13．（6分）下图所示是用落体法验证机械能守恒定律的实验装置．（g＝9.80m/s2）

某同学利用打出的纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，以

v2为纵轴，以h为横轴，画出了如下图所示的图线．

（1）如果操作无误，图线的斜率的值近似等于________．

A．19.6B．9.80

C．4.90D．2.45

（2）图线未过原点O的原因是：

________________________________________________________________________________________________________________________________________________.

解析：

（1）在实验中误差允许的范围内，机械能守恒，故mgh＝

mv2，图线的斜率近似等于重力加速度的大小；

（2）从题图可知在h＝0时，具有速度，说明该同学做实验时先释放了纸带，然后再闭合打点计时器开关，即先放纸带后开电源．

答案：

（1）B

（2）该同学做实验时先释放了纸带，然后再闭合打点计时器的开关

14．（8分）某同学为探究“合力做功与物体动能改变的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是：

①按下图摆好实验装置，其中小车质量M＝0.20kg，钩码总质量m＝0.05kg.

②释放小车，然后接通打点计时器的电源（电源频率为f＝50Hz），打出一条纸带．

（1）他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条，如下图所示．把打下的第一点记作0，然后依次取若干个计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，用厘米刻度尺测得各计数点到0点距离分别为d1＝0.004m，d2＝0.055m，d3＝0.167m，d4＝0.256m，d5＝0.360m，d6＝0.480m…，他把钩码重力（当地重力加速度g＝9.8m/s2）作为小车所受合力算出打下0点到打下第5点合力做功W＝________J（结果保留三位有效数字），把打下第5点时的小车动能作为小车动能的改变量，算得Ek＝________.（结果保留三位有效数字）

（2）此次实验探究的结果，他没能得到“合力对物体做的功等于物体动能的增量”，且误差很大．通过反思，他认为产生误差的原因如下，其中正确的是________．

A．钩码质量太大，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多

B．没有平衡摩擦力，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多

C．释放小车和接通电源的次序有误，使得动能增量的测量值比真实值偏小

D．没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的重要原因

解析：

（1）W＝mgd5＝0.176J，由Ek＝

Mv

，

v5＝

，T＝0.1s，可解得：

Ek＝0.125J.

（2）钩码向下加速运动时，细绳的拉力比钩码重力小，且钩码质量越大，这种差别越大，A正确；本实验应平衡小车的摩擦力，这样绳的拉力所做的功才近似等于小车动能的改变量，B正确；而C、D两选项都不是产生此误差的主要原因．

答案：

（1）0.176　0.125

（2）AB

三、计算题（本题有3小题，共38分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）

15．（10分）如图甲所示，在倾角为30°的足够长且光滑的斜面AB前，有一粗糙水平面OA，OA长为4m．有一质量为m的滑块，从O处由静止开始受一水平向右的力F作用．F只按图乙所示的规律变化，滑块与OA间的动摩擦因数μ＝0.25，g取10m/s2，试求：

甲

乙

（1）滑块到A处的速度大小；

（2）不计滑块在A处的速率变化，滑块冲上AB斜面的长度是多少？

解析：

（1）由题图乙知，在前2m内，F1＝2mg，做正功，在第3m内，F2＝－0.5mg，做负功，在第4m内，F3＝0，滑动摩擦力Ff＝－μmg＝－0.25mg，始终做负功，由动能定理全程列式得：

F1x1＋F2x2＋Ffx＝

mv

－0.

代入数据解得vA＝5

m/s.

（2）冲上斜面的过程，由动能定理得

－mgLsin30°＝0－

mv

解得冲上AB斜面的长度L＝5m.

答案：

（1）5

m/s　

（2）5m

16．（14分）如图所示，质量M＝2kg的滑块套在光滑的水平轨道上，质量m＝1kg的小球通过长L＝0.5m的轻质细杆与滑块上的光滑轴O连接，小球和轻杆可在竖直平面内绕O轴自由转动，开始轻杆处于水平状态．现给小球一个竖直向上的初速度v0＝4m/s，g取10m/s2.若锁定滑块，试求小球通过最高点P时对轻杆的作用力的大小和方向．

解析：

设小球能通过最高点，且此时的速度为v1.在上升过程中，因只有重力做功，小球的机械能守恒．

选M所在水平面为参考平面，

则

mv

＋mgL＝

mv

　①

v1＝

m/s　②

设小球到达最高点时，轻杆对小球的作用力为F，方向向下，则F＋mg＝m

　③

由②③式，得

F＝2N　④

由牛顿第三定律可知，小球对轻杆的作用力大小为2N，方向竖直向上．

答案：

2N，竖直向上

17．（14分）如图所示，竖直面内的曲线轨道AB的最低点B的切线沿水平方向，且与一位于同一竖直面内、半径R＝0.40m的光滑圆形轨道平滑连接．现有一质量m＝0.10kg的滑块（可视为质点），从位于轨道上的A点由静止开始滑下，滑块经B点后恰好能通过圆形轨道的最高点C.已知A点到B点的高度h＝1.5m，重力加速度g＝10m/s2，空气阻力可忽略不计，求：

（1）滑块通过圆形轨道B点时对轨道的压力大小；

（2）滑块从A点滑至B点的过程中，克服摩擦阻力所做的功．

解析：

（1）因滑块恰能通过C点，对滑块在C点，根据牛顿第二定律有：

mg＝

，

解得：

vC＝

＝2.0m/s

对于滑块从B点到C点的过程，

根据机械能守恒定律有

mv

＝

mv

＋2mgR

滑块在B点受重力mg和轨道的支持力FN，根据牛顿第二定律有FN－mg＝

联立上述两式可解得：

FN＝6mg＝6.0N

根据牛顿第三定律可知，滑块在B点时对轨道的压力大小FN′＝6.0N.

（2）滑块从A点滑至B点的过程中，

根据动能定理有：

mgh－W阻＝

mv

解得：

W阻＝mgh－

mv

＝0.50J.

答案：

（1）6.0N　

（2）0.50J