4.6 实验：验证机械能守恒定律同步练习 2021—2022 学年高中物理教 科版（2019）必修第二册 一、选择题（共 15 题） 1．如图所示是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．重物应选用密度小的物体 B．纸带释放前，应使其竖直 C．应先释放纸带，后接通电源 D．重物减少的重力势能略小于增加的动能 2．在验证机械能守恒定律的实验中，除铁架台、铁夹、学生电源、纸带、打点计时器和重物外，还需选 用下述哪种仪器？（ ） A．秒表 B．刻度尺 C．天平 D．弹簧秤 3．在“验证机械能守恒定律”实验中，能直接从纸带上测得的物理量是 （ ） A．重物下落的高度 B．重物下落至某高度时的速度 C．重物下落的加速度 D．重物下落过程中减少的重力势能 4．2016 年 10 月 19 日 3 时 31 分，“神舟十一号”载人飞船与“天宫二号”空间实验室成功实现自动交会对接， 形成一个组合体，组合体在距离地面 393 千米高的圆形轨道绕地球做匀速圆周运动，航天员景海鹏、陈冬 随后进入“天宫二号”空间实验室，两人将在“天宫二号”空间实验室中进行科学实验和科普活动，下列说法中 正确的是 A．“神舟十一号”飞船达到与“天宫二号”同一轨道后，从后面加速追上前面的“天宫二号”实现对接 B．“神舟十一号”飞船需要在较低的轨道上向后喷出炙热气体，才能完成与“天宫二号”的对接 C．“神舟十一号”飞船的发射速度大于 11. 2km/s D．两位航天员可以在“天宫二号”空间实验室中借助重锤和打点计时器为全国中学生演示“验证机械能守恒 定律”实验 5．在“验证机械能守恒定律”的实验中,供选择的重物有以下四个，应选择( A．质量为 100g 的钩码 B．质量为 10g 的砝码 C．质量为 200g 的木球 D．质量为 10g 的塑料球 ) 6．图示为“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．选择体积大、质量小的重锤 B．可用公式 v  gt 计算重锤的速度 C．接通电源和释放纸带必须同时进行 D．重锤下落的高度可通过纸带上点间的距离来确定 7．在做“验证机械能守恒定律”实验时，下列实验操作中正确合理的一项是 A．先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源 B．必须用秒表测出重锤下落的时间 C．先取下固定在重物上的打好点的纸带，再切断打点计时器的电源 D．选取重物时，其质量适当大点，可以减小因阻力而产生的误差 8．做“验证机械能守恒定律”的实验时，一同学分析得出的实验结果是重锤重力势能的减少量小于动能的增 加量。下列对造成该实验结果的原因分析正确的是（　　） A．空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力 B．选用重锤的质量过大 C．交流电源的频率大于 50Hz D．交流电源的频率小于 50Hz 9．某同学做“验证机械能守恒定律”的实验时，从打出的一条纸带中选取了清晰的点进行研究，根据所学的 知识计算出打 2、3 两计数点时纸带的瞬时速度，并用 v2 、 v3 表示，用刻度尺测量出 2、3 两计数点之间的 距离，用 A． h23 gh23  v32  v22 B． gh23  C． D． 表示。验证机械能守恒定律的关系式应为（　　） 1 2 1 2 v3  v2 2 2 v3  v2  aT v32  v22  2 gh23 10．采用如图所示的实验装置进行验证动量守恒定律（图中小球半径相同、质量均已知，且 mA  mB 下列说法正确的是（　　） A．验证动量守恒定律，需测量 OB、OM、OP 和 ON 的距离 B．实验中要求轨道必须光滑 C．实验中要求轨道末端必须保持水平 D．测量时发现 N 点偏离 OMP 这条直线，直接测量 ON 距离不影响实验结果 11．如图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．打点计时器应接低压直流电源 ）， B．应先接通电源打点，后释放纸带 C．需使用秒表测出重物下落的时间 D．测量物体下落高度时刻度尺必须竖直放置 12．《验证机械能守恒定律》的实验中，对自由下落的重物，下述选择的条件哪种更为有利？（　　） A．只要有足够重就可以 B．只要体积足够小就可以 C．既要足够重，又要体积非常小 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 13．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  2 gh 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 14．用如图所示的装置验证机械能守恒定律，轻绳两端系着质量均为 M 的物块 A、B，B 上放一质量为 m 的金属片 C，在 B 的正下方铁架台上固定一金属圆环。开始时金属片 C 与圆环间的高度为 h，由静止释放 B，运动一段时间后金属片 C 被搁置在圆环上（C 与轻绳间无接触），测得 B 通过两数字计时器的时间间 隔为 t，已知两数字计时器的竖直间距为 d。改变 h 重复实验得到多组数据，为了直观反映数据关系，应绘 制（　　） A．t-h 图象 B． 1  h 图象 t2 C． t  h 2 图象 D． t  h3 图象 15．“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示. 关于该实验，下列说法正确的是(　　) A．重物应选用密度小的物体 B．两个限位孔应在同一竖直线上 C．打点计时器应接低压直流电源 D．应先释放纸带，后接通电源 二、填空题（共 4 题） 16．一、实验思路 机械能守恒的前提是“只有_____________做功”，因此研究过程一定要满足这一条件。本节实验我们以只有 重力做功的过程进行研究。 二、物理量的测量及数据分析 只有重力做功时，只发生重力势能和动能的转化。 1 2 1 2 1 2 1 2 （1）要验证的表达式： mv2  mgh2  mv1  mgh1 或 mv2  mv1 ＝_____________。 2 2 2 2 （2）所需测量的物理量：物体所处两位置之间的_____________，及物体的_____________。 三、参考案例 案例 1　研究自由下落物体的机械能 实验器材 铁架台（带铁夹）、_____________、重物（带夹子）、________、复写纸（或墨粉盘）、导线、毫米刻 度尺、交流电源。 2.实验步骤 （1）安装装置：按图 1 甲所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好。 （2）打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带 使重物停靠在打点计时器附近。先接通电源后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落。重复几次，得到 3~5 条打好点的纸带。 （3）选纸带并测量：选择一条点迹清晰的纸带，确定要研究的开始和结束的位置，测量并计算出两位置 之间的距离 Δh 及两位置时纸带的速度，代入表达式进行验证。 3.数据处理 （1）计算各点对应的瞬时速度：如图乙所示，根据公式 vn  hn 1  hn 1 ，计算出某一点的瞬时速度 vn。 2T （2）验证方法 方法一：利用起始点和第 n 点。 选择开始的两点间距接近 2 mm 的一条纸带，打的第一个点为起始点，如果在实验误差允许范围内 mghn＝ 1 2 mvn ，则机械能守恒定律得到验证。 2 方法二：任取两点 A、B。 如果在实验误差允许范围内 mghAB  1 2 1 mvB  mp&A2 ，则机械守恒定律得到验证。 2 2 方法三：图像法（如所示）。 若在实验误差允许范围内图线是一条过原点且斜率为 g 的直线，则机械能守恒定律得到验证。 4.误差分析 本实验的误差主要是纸带测量产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力 引起的系统误差。 5.注意事项 （1）安装打点计时器时，要使两限位孔的中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。 （2）应选用质量和密度较大的重物。 （3）实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落。 （4）本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量 m。 （5）速度不能用 v＝gt 或 v＝ 2gh 计算，应根据纸带上测得的数据，利用 vn  hn 1  hn 1 计算瞬时速度。 2T 案例 2　研究沿斜面下滑物体的机械能 1.实验器材 气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块。 2.实验步骤 如图 3 所示，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，忽略空气阻力，重力势能减小， 动能增大。 测量两光电门之间高度差 Δh 和滑块通过两个光电门时的速度 v1、v2，代入表达式验证。 3.物理量的测量及数据处理 （1）测量两光电门之间的高度差 Δh； （2）根据滑块经过两光电门时遮光条的遮光时间 Δt1 和 Δt2，计算滑块经过两光电门时的瞬时速度。 L L   t 若遮光条的宽度为 ΔL，则滑块经过两光电门时的速度分别为 v1＝ 1 ，v2＝ t2 ； 1 2 1 2 （3）若在实验误差允许范围内满足 mgΔh＝ mv2 － mv1 ，则验证了机械能守恒定律。 2 2 4.误差分析 两光电门之间的距离稍大一些，可以减小误差；遮光条的宽度越小，误差越小。 17．如图(a)中，悬点正下方 P 点处放有水平放置炽热的电热丝，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．用重锤线确定出 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(b)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 x，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(b)可以确定小球平抛时的水平射程为________ 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＝ ________． 18．某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置如图甲所示,在气垫导轨上安装个光电 门,滑块上固定一遮光条 (1)用天平测得重物的质量为 m1 ,滑块的质量为 m2 (2)用螺旋测微器测遮光条的宽度