高考物理总复习专题实验验证机械能守恒定律练习卷.docx
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高考物理总复习专题实验验证机械能守恒定律练习卷
实验：
验证机械能守恒定律
1．某同学在研究“对不同物体做相同功情况下，物体质量与速度的关系”时，提出了以下四种猜想：
A．m∝vB．m∝
C．m∝v2D．m∝
为验证猜想的正确性，该同学用如图所示的装置进行实验：
将长木板平放在水平桌面上，木块固定在长木板一端，打点计时器固定在木块上，木块右侧固定一轻弹簧。
用连接纸带的小车压缩弹簧至长木板的虚线处由静止释放，打点计时器在纸带上打下一系列点，选取点迹均匀的一部分纸带，计算出小车匀速运动的速度v1，测出小车的质量m1；然后在小车上加砝码，再次压缩弹簧至木板虚线处由静止释放小车，计算出小车和砝码匀速运动的速度v2，测出小车和砝码的总质量m2；再在小车上加砝码，重复以上操作，分别测出v3、m3···
（1）每次实验中，都将小车压缩弹簧至长木板的虚线处由静止释放，目的是_______________；若要消除每次实验中小车和纸带受到的阻力对小车运动的影响，应进行的实验操作是____________。
（2）某次实验采集的五组数据如下表：
m/kg
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
v/（m·s–1）
1.000
0.707
0.577
0.500
0.447
由表格数据直观判断，明显不正确的两个猜想是A、B、C、D中的________；若对某个猜想进行数据处理并作图，画出了如图所示的图象，则图中的横坐标应是________。
2．用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。
重锤从高处由静止落下的过程中，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，已知重力加速度为g，即可验证机械能守恒定律。
（1）下列说法正确的是______。
A．用刻度尺测量重物下落的距离，用秒表测量下落的时间
B．通过测量重物自由下落过程中动能的增加量和重力势能的减少量是否相等来验证机械能守恒定律
C．重物在下落过程中克服空气阻力做功是实验误差来源之一
D．需要用天平测量重物的质量
（2）如图2所示是实验中得到一条较为理想的纸带，将起始点记为O，并在离O点较远的任意点依次选取6个连续的点，分别记为A、B、C、D、E、F，测出它们与O点的距离分别为h1、h2、h3、h4、h5、h6，使用交流电的周期为T，设重锤质量为m，则在打O点和E点这段时间内的重力势能的减少量的表达式为______，在打E点时重锤的动能的表达式为______。
（3）在本实验中发现，重锤减少的重力势能总是______重锤增加的动能（选填“大于”或“小于”），主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用，为了测定阻力大小，可算出图2中纸带各点对应的速度，分别记为v1至vn，并作vn2–hn图象，如图3所示，若直线斜率为k，则可测出阻力大小的表达式为______。
3．在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，质量m=1.00kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点。
如图所示为选取的一条符合实验要求的纸带，O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取的三个连续点（其他点未画出）。
已知打点计时器每隔0.02s打一次点，当地的重力加速度g=9.80m/s2。
那么：
（1）纸带的端__________（选填“左”或“右”）与重物相连；
（2）根据图上所得的数据，应取图中O点和_________点来验证机械能守恒定律；
（3）从O点到所取点，重物重力势能减少量Ep=________J，该所取点的速度大小为______m/s；（结果取3位有效数字）
（4）一位同学按如下方法判断机械能是否守恒：
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为v，描绘v2–h图象，若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，该同学的判断依据________（填“正确”或“不正确）。
（5）在《验证机械能守恒定律》实验中，两实验小组同学分别采用了如图甲和乙所示的装置将重物由静止释放，采用两种不同的实验方案进行实验。
Ⅰ．关于两图装置中重物以及实验器材的选择下列说法正确的是_______。
A．在甲图中，下落物体应选择密度大的重物
B．在乙图中，两个重物的质量关系是m1>m2
C．采用甲、乙的方案进行实验，都还需要的实验器材有交流电源、刻度尺和天平
D．采用甲、乙的方案进行实验，都必须先释放重物，再打开打点计时器
Ⅱ．比较甲、乙两种实验方案，你认为________更合理。
4．在用图所示的实验装置做“验证机械能守恒定律”的实验中
（1）下列器材中不必要的是______（填字母）。
A．天平B．刻度尺
C．低压交流电源D．纸带
（2）图是本实验中所打出来的一条纸带，O点是起始打下来的第一个点，则应该是纸带的______端与重物相连（填“左”或“右”）。
（3）根据图中的纸带，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点O的距离为s0，点A、C间的距离为s1，点C、E间的距离为s2，打点计时器打点周期为T，重物质量为m，重力加速度为g，则：
①根据这些条件计算打C点时重物下落的瞬时速度的表达式为vC=________（用s1、s2、T表示）。
②若要验证O点到C点过程中重物的机械能守恒，则需要验证的等式为___________（用m、g、s0、s1、s2、T表示）。
（4）在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能，这是实验存在系统误差的必然结果，其产生的主要原因是_____________。
5．某研究性学习小组用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。
让一个摆球由静止开始从A位置摆到B位置，若不考虑空气阻力，小球的机械能应该守恒，即
mv2=mgh。
直接测量摆球到达B点的速度v比较困难，现让小球在B点处脱离悬线做平抛运动，利用平抛的特性来间接地测出v。
图中，悬点正下方P点处放有水平放置的炽热的电热丝，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断，小球由于惯性向前飞出做平抛运动。
在地面上放上白纸，上面覆盖着复写纸，当小球落在复写纸上时，会在下面白纸上留下痕迹。
用重垂线确定出A、B点的投影点N、M。
重复实验10次（小球每一次都从同一点由静止释放），球的落点痕迹如图乙所示，图中米尺水平放置，零刻度线与M点对齐。
用米尺量出AN的高度h1、BM的高度h2，算出A、B两点的竖直距离，再量出M、C之间的距离s，即可验证机械能守恒定律。
已知重力加速度为g，小球的质量为m。
（1）根据图乙可以确定小球平抛运动时的水平射程为______cm；
（2）用题中所给字母表示出小球平抛时的初速度v0=________________；
（3）用测出的物理量表示出小球从A到B过程中，重力势能的减少量ΔEp=__________，动能的增加量ΔEk=__________。
6．有两个实验小组在完成验证机械能守恒定律的实验中，分别用了以下两种方法：
（1）第一组利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。
①该小组同学进行了如下实验操作：
A．打点计时器接到电源的“直流输出”上
B．释放纸带后接通电源，打出一条纸带，并更换纸带重复若干次
C．选择理想的纸带，在纸带上取若干个连续点，分别测出这些点到起始点的距离
D．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能
其中操作不当的步骤是____________（填选项前的字母）。
②若所用电源的周期为T，该同学经正确操作得到如图所示的纸带，O点为打点计时器打下的第一个点。
分别测出连续点A、B、C与O点之间的距离h1、h2、h3，重物质量为m，重力加速度为g。
根据以上数据可知，从O点到B点，重物的重力势能的减少量等于______，动能的增加量等于______。
（用所给的符号表示）
（2）另一组同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律。
物体A和B系在轻质细绳两端跨过光滑轻质定滑轮，让A、B由静止释放（物体A质量大于B）。
1、2处分别安装光电门，用来测量物体上的遮光片通过该处的时间。
①实验中测量出物体A的质量mA、物体B的质量mB、遮光片的宽度d、光电门1、2间的距离h、遮光片通过光电门1、2的时间t1、t2，则可计算出遮光片经过光电门1时速率为___________。
②若实验满足表达式_________________________（用①中测出物理量的符号和重力加速度g表示），则可验证机械能守恒。
7．用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。
实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直流电两种。
重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。
（1）下面列举了该实验的几个操作步骤：
A．按照图示的装置安装器件
B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上
C．用天平测出重锤的质量
D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带
E．测量纸带上某些点间的距离
F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能
其中没有必要进行的或者操作不当的步骤，将其选项对应的字母填在下面的空行内，并说明其原因。
答：
_____________________________________________________________________。
乙
（2）利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值。
如图乙所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，测出A距起始点O的距离为s0，点AC间的距离为s1，点CE间的距离为s2，使用交流电的频率为f，根据这些条件计算重锤下落的加速度a=_________。
（3）在用自由落体运动做“验证机械能守恒定律”实验中，用天平称得重物的质量为
，所用电源的频率为50Hz，某同学通过正确的实验操作得到了一条理想的纸带。
纸带上打出的点如图丙所示（纸带上的O点是第一个打印点，A、B、C、D、E分别是每打两个点的时间作为计时单位取的记数点，图中数据单位为毫米），已知当地的重力加速度
。
选择B点为初始点，D点为终点，则从打下B点到打下D点的过程中，重物的重力势能的减少量为
______J；重物动能的增加量为
______J。
丙
8．DIS实验是利用现代信息技术进行的实验。
老师上课时用DIS研究“机械能守恒定律”的装置如图甲所示，在某次实验中，选择DIS以图象方式显示实验的结果，所显示的图象如图乙所示。
图象的横轴表示小球距D点的高度h，纵轴表示摆球的重力势能Ep、动能Ek或机械能E。
试回答下列问题：
（1）图乙的图象中，表示小球的重力势能Ep、动能Ek、机械能E随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是_____。
A．甲、乙、丙B．乙、丙、甲
C．丙、甲、乙D．丙、乙、甲
（2）根据图乙所示的实验图象，可以得出的结论是______________________。
（3）根据图乙所示的实验图象，本次实验小球重力势能Ep和动能Ek相等时距最低点D的竖直高度为______m，由静止释放时距最低点D的竖直高度为______m。
（4）根据图乙所示的实验图象，可以得出小球的质量为__________kg（取g=9.8m/s2，结果保留两位有效数字）。
9．某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。
桌面离地面的高度为H，将钢球从轨道的不同高度h处静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为s。
（1）关于该实验，下列说法中正确的是__________。
A．该装置中轨道必须尽可能光滑
B．该装置中轨道末端必须水平
C．该实验中必须测量钢球的质量
D．该实验中钢球也可换成密度很小的塑料球
（2）该实验验证钢球在下列哪段运动过程中的机械能守恒？
_____________。
A．在轨道上运动阶段
B．平抛运动阶段
C．从释放到着地的整个运动阶段
（3）若轨道完全光滑，s2与h的理论关系应满足s2=_________（用H、h表示）。
10．如图，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A处正下方的B处固定的光电门，测得A、B的距离为H（H>>d），光电门测出小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g，则
（1）小球通过光电门B时的速度表达式为_____________；
（2）多次改变高度H，重复上述实验，作出
随H的变化图象如图所示，当图中已知量t0、H0和重力加速度g及小球直径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）实验中发现动能增加量ΔEk总是小于重力势能减少量ΔEp，若增加下落高度，则ΔEp–ΔEk将____________（选填“增加”、“减小”或“不变”）。
11．某物理研究小组利用图甲装置验证机械能守恒定律，在铁架台上安装有一电磁铁（固定不动）和一光电门（可上下移动），电磁铁通电后将钢球吸住，然后断电，钢球自由下落，并通过光电门，计时装置可测出钢球通过光电门的时间。
（1）用10分度的游标卡尺测量钢球的直径，示数如图乙所示，可知钢球的直径d=____cm。
（2）多次改变光电门的位置，测量出光电门到电磁铁下端O的距离为h（h>>d），并计算出小球经过光电门时的速度v，若画出v2–h的图象是线性图线，则本实验最可能得到的线性图是________。
（3）钢球通过光电门的平均速度____（选填“大于”或“小于”）钢球球心通过光电门的瞬时速度，由此产生的误差_______（选填“能”或“不能”）通过增加实验次数减小。
（4）若实验中得到v2与h成线性关系，能否说明钢球在下落过程中机械能守恒？
_______________________________________________________________________。
12．如图所示实验装置可以用来验证机械能守恒定律，左侧重物A带有挡光片，其总质量为m，右侧重物B质量为M，两重物由跨过轻质光滑定滑轮的细绳相连；与光电门相连的数字毫秒计可以测量挡光片经过光电门时的挡光时间，挡光片的宽度用b表示。
挡光片到光电门之间的距离用h表示。
挡光片通过光电门的平均速度近似看作挡光片通过光电门的瞬时速度，实验时重物从静止开始运动。
重物B的质量M大于A的质量m。
（1）在实验过程中，与光电门相连的数字毫秒计记录的挡光片的挡光时间为t（单位：
s），则挡光片通过光电门时瞬时速度可表示为v=________。
（2）重物从静止开始运动，当挡光片经过光电门位置时，A和B组成的系统动能增加量可表示为ΔEk=________，系统的重力势能减少量可表示为ΔEp=________，在误差允许的范围内，若ΔEk=ΔEp，则可认为系统的机械能守恒。
（3）为了减小偶然误差，多次改变挡光片到光电门之间的距离h，作出v2–h图象（如图所示），并测得该图象的斜率为k，则重力加速度的表达式为________。
13．用自由落体法验证机械能守恒定律，器材安装如图甲。
（1）请指出图甲中的错误及不妥之处（至少写出两处）
①_________________________，②_________________________。
（2）改进实验中错误及不妥之处后，打出如图乙所示一条纸带。
已知打点计时器频率为50Hz，根据纸带所给数据，打C点时重物的速度为_____m/s（结果保留两位有效数字）。
（3）某同学选用两个形状相同质量不同的重物a和b进行实验测得几组数据，画出
的图象如图丙所示，求出图线的斜率k，由图象可知a的质量m1____b的质量m2（选填“大于”或“小于”）。
（4）通过分析发现造成k2值偏小的原因是实验过程中存在各种阻力，已知实验所用重物的质量m2=0.052kg，当地重力加速度g=9.78m/s2，求出重物所受的平均阻力f=_________N。
（结果保留两位有效数字）
14．图为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、带铁夹的重锤、天平。
回答下列问题
（1）为完成此实验，除了所给的器材外，还需要的器材有_______；（填入正确选项前的字母）
A．毫米刻度尺B．秒表
C．220V的直流电源D．220V的交流电源
（2）部分实验步骤如下：
A．接通电源，待打点计时器工作稳定后放开纸带
B．将重锤静止靠在打点计时器附近，手提纸带的上端
C．关闭电源，取出纸带
D．把打点计时器固定在铁夹上，让纸带穿过限位孔
上述实验步骤的正确顺序是：
______________________________。
（3）写出本实验产生误差的一个原因：
______________________________________。
15．利用图实验装置验证机械能守恒定律。
（1）实验操作步骤如下，请将步骤B补充完整：
A．按实验要求安装好实验装置；
B．使重物靠近打点计时器，接着先______________，打点计时器在纸带上打下一系列的点；
C．图为一条符合实验要求的纸带，O点为打点计时器打下的第一点。
分别测出若干连续点A、B、C···与O点之间的距离h1、h2、h3···
（2）已知打点计时器的打点周期为T，重物质量为m，重力加速度为g，结合实验中所测得的h1、h2、h3，纸带从O点下落到B点的过程中，重物增加的动能为______，减少的重力势能为_____。
参考答案
1．
（1）使小车获得相同的动能（弹簧对小车做功相同）垫高木板固定打点计时器的一端静止释放小车时，小
车连同纸带一起在木板上匀速运动（平衡摩擦力）
（2）AC
2．
（1）BC
（2）mgh5
（3）大于
3．
（1）左
（2）B（3）1.881.92（4）不正确（5）Ⅰ．ABⅡ．甲
4．
（1）A
（2）左（3）①
②
（或填写
）（4）摩擦阻力及空气阻力做功
5．
（1）65.0（64.5~65.5均算对）
（2）
（3）mg（h1–h2）
6．
（1）①AB②mgh2
（2）①
②
7．
（1）步骤B是错误的，应该接到电源的交流输出端。
步骤D是错误的，应该先接通电源，待打点稳定后再释放纸带。
步骤C不必要，因为根据测量原理，重锤的动能和势能中都包含了质量m，可以约去
（2）
（3）0.9140.908
8．
（1）B
（2）在误差允许的范围内，在只有重力做功的情况下，小球的机械能守恒（3）0.10.2（4）0.0082（0.0081~0.0083kg均算对）
9．
（1）AB
（2）A（3）4Hh
10．
（1）v=
（2）
=
H0（3）增加
11．
（1）0.96
（2）A（3）小于不能（4）不能，可能存在空气阻力做功而消耗部分机械能
12．
（1）
（2）
（M–m）gh（3）
13．
（1）①使用的是直流电源②重物离打点计时器太远；没有从上方提着纸带，而是用手托着纸带
（2）2.3（3）大于（4）0.031
14．
（1）AD
（2）DBAC（3）纸带与限位孔间存在摩擦力或重物下落过程受到空气阻力
15．
（1）接通电源再放开纸带
（2）
mgh2
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