高中物理人教版必修二77 实验验证机械能守恒定律课后巩固提高.docx
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高中物理人教版必修二77实验验证机械能守恒定律课后巩固提高
课后巩固提高
限时：
45分钟
总分：
100分
一、选择题（1～4为单选，5～6为多选。
每小题8分，共48分。
）
1．利用打点计时器验证自由落体运动的物体机械能守恒时，下列器材中不必要的是（ ）
A．重物 B．纸带
C．天平D．低压电源
2.在做“验证机械能守恒定律”的实验时，发现重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能，造成这种现象的原因是（ ）
A．选用的重锤质量过大
B．选用的重锤质量过小
C．空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力
D．实验时操作不过细，实验数据测量不准确
3．在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器安装时必须使计时器保持水平，而使限位孔保持竖直状态，这是因为（ ）
A．纸带通过顺畅，以减少摩擦阻力
B．无论限位孔怎样安装对实验结果无影响
C．保证打点均匀
D．保证重锤能匀速下落
4．某同学身高1.8m，在运动会上他参加跳高比赛，起跳后身体横着越过了1.8m高度的横杆．据此可估算出他起跳时竖直向上的速度大约为（g取10m/s2）（ ）
A．2m/sB．4m/s
C．6m/sD．8m/s
5．在“验证机械能守恒定律”实验中，对于自由下落的重物，下述选择的条件哪种更为有利（ ）
A．只要足够重就可以
B．只要体积足够小就可以
C．既要重，又要体积小
D．应该密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲
6.
如图所示，两个质量各为m1和m2的小物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1>m2.现要利用此装置验证机械能守恒定律．
若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有（ ）
A．物块的质量m1、m2；
B．物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间；
C．物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间；
D．绳子的长度
二、非选择题（共52分）
7．（8分）为进行验证机械能守恒定律的实验，有下列器材可供选择：
铁架台、打点计时器、复写纸、纸带、低压直流电流、天平、秒表、导线、开关，其中不必要的器材是____________________，缺少的器材是________________________．
8．（8分）在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知电火花计时器所用的电源频率为50Hz，查得当地的重力加速度为9.8m/s2，测得所用的重物的质量为1.00kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点．经测量知道A、B、C、D到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm.根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于________J，动能增加量等于________J（取3位有效数字）．
9．（12分）在“验证机械能守恒定律”的实验中，所用电源的频率为50Hz，某同学选了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图所示，（图中O点是电火花计时器打出的第一个点，A、B、C、D、E分别是每打两个点取出计数点，单位是：
mm）．
根据纸带要求计算：
（1）重物下落的加速度；
（2）若重物的质量为m，则重物从开始下落到打B点时，减少的重力势能；
（3）重物下落到打B点时增加的动能；
（4）从
（2）（3）数据可得出什么结论？
产生误差的主要原因是什么？
答案
1．C 验证机械能守恒定律的原理是重力势能的减少量与物体动能的增加量相等，即mgΔh＝
mv2，由此式可看出：
不需测物体的质量，故C正确．本题涉及验证机械能守恒的基本原理，体现了对基本实验能力的考查．
2．C 重锤和纸带下落过程中要克服阻力做功，因此重锤减少的重力势能要大于增加的动能，故C正确．
3．A 根据实验原理可知，阻力越小，其消耗的机械能越少，实验结果就越准确，所以需采取各种措施减小摩擦，使限位孔竖直就是其中的措施之一．
4．B 将运动员视为做竖直上抛运动，整个过程机械能守恒，取地面为参考平面，最高点速度为零，由Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2得：
mv
＋mgh1＝mgh2，其中h1为起跳时人重心的高度，即h1＝0.9m，代入数据得起跳速度v0＝
＝
m/s≈4.2m/s.
本题易错点出现在漏掉了人的身高，认为人的重心从地面升高而错选C.
5．CD 选择重物时既要考虑减小空气阻力，又要考虑实验的方便，可操作性强，故C、D正确．
6．AB或AC 通过连接在一起的A、B两物体验证机械能守恒定律，即验证系统的势能变化与动能变化是否相等，A、B连接在一起，A下降的距离一定等于B上升的距离；A、B的速度大小总是相等的，故B、C只测其中之一即可，不需要测量绳子的长度．
7．
（1）低压直流电流、天平、秒表
（2）重锤、刻度尺、低压交流电源
8．7.62 7.57
解析：
C点到O点的距离hc＝77.76cm，由此可知重力势能的减少量为mghc＝1.00×9.80×77.76×10－2≈7.62J.
不能错误认为动能增加量也为7.62J．C点的速度vc＝hBD/2T代入数值可以解得vc＝3.89m/s.所以重物动能的增量为
mv2＝7.57J．在误差允许的范围内重力势能的减少量等于动能的增加量．
9．
（1）9.688m/s2
（2）1.911mJ
（3）1.889mJ （4）见解析
解析：
（1）要据逐差法求加速度
xAB＝
－
＝195.0mm－125.0mm
＝70.0mm＝0.07m，
xBC＝
－
＝280.5mm－195.0mm
＝85.5mm＝0.0855m，
xCD＝
－
＝381.5mm－280.5mm＝101.0mm＝0.101m，
xDE＝
－
＝498mm－381.5mm＝116.5mm＝0.1165m.
a1＝（xCD－xAB）/2T2，
a2＝（xDE－xBC）/2T2，
＝
＝（xCD＋xDE－xBC－xAB）/4T2，
＝（0.101＋0.1165－0.0855－0.07）/[4×（0.04）2]m/s2≈9.688m/s2.
即重物下落的加速度为9.688m/s2.
（2）重物从开始下落到打B点时减少的重力势能为：
ΔEp减＝mgh＝mg
＝9.8×0.1950mJ＝1.911mJ
（3）重物下落到打B点时的速度为
vB＝（xAB＋xBC）/2T＝（0.07＋0.0855）/（2×0.04）m/s≈1.944m/s
则物体从开始下落到打B点增加的动能为
ΔEk增＝mv
/2≈1.889mJ
（4）从
（2）（3）可以得出在实验误差允许范围内重物重力势能的减少量等于其动能的增加量，机械能守恒．重物减少的重力势能略大于其增加的动能的原因是：
重物在下落时要受到阻力的作用（打点计时器对纸带的摩擦阻力、空气阻力等）．重物克服阻力做功要损失一部分机械能．
10.（12分）在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如图所示，其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点．该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中（单位：
cm）．（已知交流电的周期为T＝0.02s）
（1）该三个数据中不符合有效数字读数要求的是________，应记作________cm.
（2）该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g＝9.8m/s2，他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的即时速度，则该段重锤重力势能的减少量为________，而动能的增加量为________（均保留3位有效数字，重锤质量为1kg），这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量__________动能的增加量（选填“大于”“小于”或“等于”），原因是
___________________________________________________________________________________________________________________.
（3）另一位同学根据同一条纸带，同一组数据，也用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，将打点计时器打下的第一个点O记为第1个点，图中的B是打点计时器打下的第9个点．因此他用vB＝gt计算B点对应的物体的即时速度，得到动能的增加量为________，这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量________动能的增加量（选填“大于”“小于”或“等于”），原因是
_______________________________________________________________________________________________________________________.
11．（12分）在“验证机械能守恒定律”的实验中，所用电源的频率为50Hz，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时，各计数点对应刻度尺上的读数如图所示（图中O点是打点计时器打出的开始下落的第1个点，A、B、C、D、E、F分别是每打两个点取出的计数点）根据纸带计算：
（1）重物下落到打B点、E点时的速度．
（2）若重物的质量为mkg，则重物从开始下落到打B点时，减少的重力势能是多少？
重物增加的动能为多少？
（3）若重物质量为mkg，求重物下落BE高度的过程中重力势能减少多少？
重物的动能增加多少？
（4）从
（2）（3）数据可得出什么结论？
产生误差的原因是什么？
（当地重力加速度为9.8m/s2）
答案
10．
（1）15.7cm 15.70
（2）1.22J 1.20J 大于 重锤在下落的过程中受到阻力的作用 （3）1.23J 小于 重锤下落的加速度比重力加速度g要小
解析：
（1）用毫米刻度尺测量，有效数字应精确到0.01cm，所以15.7cm不符合有效数字读数的要求，应记作15.70cm.
（2）重锤重力势能的减少量为mghB＝1.22J，
动能的增加量为
mv
＝
m
2≈1.20J，
这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量“大于”动能的增加量，原因是重锤在下落的过程中受到阻力的作用．
（3）动能的增加量为
mv
＝
m（gt）2≈1.23J，这样验证的系统误差总是使重锤势能的减少量“小于”动能的增加量，原因是重锤下落的加速度比重力加速度g要小．
11．
（1）1.944m/s 3.106m/s
（2）1.91m（J） 1.89m（J）
（3）2.969m（J） 2.934m（J）
（4）见解析
（1）xAB＝195.0mm－125.0mm＝70.0mm＝0.0700m，
xBC＝280.5mm－195.0mm＝85.5mm＝0.0855m，
xDE＝498.0mm－381.5mm＝116.5mm＝0.1165m，
xEF＝630.0mm－498.0mm＝132.0mm＝0.1320m，
vB＝
＝
m/s≈1.944m/s，
vE＝
＝
m/s≈3.106m/s.
（2）重物从开始下落到打B点时，
减少的重力势能为
ΔEp减＝mgxBO＝9.8×0.195m≈1.91mJ.
增加的动能为
ΔEk增＝
mv
＝
m×（1.944）2≈1.89mJ.
（3）重物下落BE高度时减少的重力势能为
ΔEp减＝mgxEB＝9.8×（0.4980－0.1950）m≈2.969mJ，
增加的动能
ΔEk增＝
mv
－
mv
＝
m×（3.106）2－
m×（1.944）2＝2.934mJ.
（4）从
（2）（3）可以得出：
在实验误差允许的范围内重物重力势能的减少等于其动能的增加，机械能守恒．
重物减少的重力势能略大于其增加的动能的原因是：
重物在下落时要受到阻力的作用（打点计时器对纸带的摩擦阻力，空气阻力等），重物克服阻力做功要损失一部分机械能．
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