高中物理 79 实验 验证机械能守恒定律课后提升考能 新人教版必修2(1)

能量守恒定律与能源[基础练]一、选择题1．下列现象属于能量的耗散的是()A．利用水流能发电产生电能B．电能在灯泡中变成光能C．电池的化学能变成电能D．火炉把屋子烤暖2．关于能量转化的说法错误的是()A．举重运动员举起重物.体内的一部分化学能转化为机械能B．电流通过电阻丝使电能转化为内能C．内燃机做功的过程是机械能转化为内能的过程D．做功过程是能量转化过程.某过程做了10 J的功.一定有10 J的能量发生了转化3．[多选]一质量为m的物体.在距地面高h处以1 3g的加速度由静止竖直下落到地面.下列说法中正确的是()A．物体的重力势能减少13 mghB．物体的机械能减少23 mghC．物体的动能增加13 mghD．物体的重力做的功为mgh4．将小球竖直上抛.经一段时间落回抛出点.若小球所受的空气阻力大小不变.对其上升过程和下降过程损失的机械能进行比较.下列说法中正确的是()A．上升过程损失的机械能大于下降过程损失的机械能B．上升过程损失的机械能小于下降过程损失的机械能C．上升过程损失的机械能等于下降过程损失的机械能D．无法比较5．一质量均匀不可伸长的绳索.重为G.A、B两端固定在天花板上.如图所示。

今在最低点C施加一竖直向下的力.将绳索缓慢拉至D点。

在此过程中.绳索AB 的重心位置将()A．升高 B．降低C．先降低后升高 D．始终不变二、非选择题6．风力发电是一种环保的电能获取方式。

图为某风力发电机外观图.现设计的每台风力发电机的功率为40kW。

实验测得风的动能转化为电能的效率约为20%.空气的密度是1.29kg/m3.当地水平风速约为10m/s。

问风力发电机的叶片长度约为多少时才能满足设计要求？[提能练]一、选择题1．(20xx·酒泉高一检测)有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度。

他的办法是：关好房间的门窗.然后打开冰箱的所有门让冰箱运转.且不考虑房间内外热量的传递。

则开机后.室内的温度将()A．升高B．保持不变C．开机时降低.停机时又升高D．开机时升高.停机时降低2．[多选]一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块.并从中穿出。

9 实验：验证机械能守恒定律记一记验证机械能守恒定律知识体系1个原理——ΔE k ＝ΔE p 1个方法——v n ＝x n ＋x n ＋12T辨一辨1.打点计时器的电源可用蓄电池．(×)2．实验时应先闭合打点计时器的电源开关，后释放纸带．(√)3．本实验中必须记下重锤开始下落的计时点，否则无法验证机械能守恒定律．(×) 4．从理论上讲，利用v n ＝x n ＋x n ＋12T，只能近似计算打第n 点时重锤的瞬时速度．(×) 5．实验结果总会出现ΔE k <ΔE p 的情况，这是由实验的偶然误差造成的．(×)6．重物下落的高度h ，可以用h ＝v 22g计算得出．(×)想一想1.本实验中为什么主要强调先打开计时器，后释放重锤？提示：原因有二：其一是打点计时器工作有个稳定过程，其二是该实验中需要计下重锤开始下落的位置点．2．本实验中如何正确地选择所打的纸带？提示：应选点迹清晰，且第1、2点间距小于或等于2 mm 的纸带． 3．本实验中若出现ΔE k >ΔE p 的情况，可能是什么原因？ 提示：一是计算中出现错误，二是先释放重锤，后打开计时器．思考感悟：练一练1.[2019·福建省普通高中考试]如图所示是“验证机械能守恒定律”的实验装置，让质量为m的重锤自由下落，打出一条较为理想的纸带，若A、B、C、D是所选纸带上依次相邻的计数点，用刻度尺测出A、B间距离为h1，B、C间距离为h2，C、D间距离为h3.已知重力加速度为g.(1)装置中的打点计时器所用电源是________(填“A”或“B”)；A．交流电源 B．直流电源(2)实验时，释放纸带和接通电源的合理顺序是________(填“A”或“B”)；A．先释放纸带，再接通电源B．先接通电源，再释放纸带(3)从A到C的下落过程中，重锤的重力势能减少量ΔE p＝________.答案：(1)A (2)B (3)mg(h1＋h2)2．[2019·山东省普通高中考试]如图甲所示为用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置．(1)实验中使用的电源频率是50 Hz，则纸带上打出的相邻两点的时间间隔为________s.(2)实验时，应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上，这样做可以________(选填“消除”“减小”或“增大”)纸带与限位孔之间的摩擦．(3)在实际测量中，重物减少的重力势能通常会________(选填“略大于”“等于”或“略小于”)增加的动能．(4)实验中，质量为m的重物拖着一条纸带从静止开始下落，打点计时器在纸带上打出一系列清晰的点．把重物开始下落时打出的点标为O，然后按先后顺序依次选取三个计数点A、B、C，如图乙所示．通过测量得到O、A间距离为h1.O、B间距离为h2，O、C间距离为h3.已知相邻两计数点间的时间间隔为T，当地重力加速度为g.从开始下落到打B点时，重物减少的重力势能为________，打B点时重物的动能为________．答案：(1)0.02 (2)减小(3)略大于(4)mgh212m⎝⎛⎭⎪⎫h3－h12T23．[2019·内蒙古自治区普通高中考试]在“验证机械能守恒定律”的实验中：(1)从下列器材中选出实验所必要的实验器材(填写所选器材前面的序号)________、________、________.①打点计时器(包括纸带) ②毫米刻度尺③天平④秒表⑤重锤⑥运动小车(2)把下列实验步骤按先后顺序排列________(填字母)． A ．把打点计时器竖直地夹稳在铁架台上 B ．先接通电源，再释放纸带 C ．取下纸带，重复上述实验3次D ．选取理想纸带，对几个合适的点进行测量并计算，看mgh 和12mv 2是否相等E ．将纸带的一端固定在重锤上，让纸带穿过打点计时器并用手提住，使重锤靠近打点计时器答案：(1)① ② ⑤ (2)AEBCD4．[2019·浦东新区普通高中考试]如图为“用DIS 研究机械能守恒定律”的实验中，将一传感器先后分别固定在竖直板上的D 、C 和B 三点，最低点D 作为零势能点．逐次将摆锤从A 点自由释放，分别测出摆锤经过D 、C 和B 点时的速度．(1)实验中使用的传感器是________传感器．(2)已知摆锤的直径为d ，由传感器测出摆锤通过传感器时的挡光时间为Δt ，则摆锤经过传感器时的速度大小为________．答案：(1)光电门 (2)dΔt要点一实验原理与操作1．如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、电磁打点计时器、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．米尺B．秒表C．0～12 V的直流电源D．0～12 V的交流电源(2)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材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．先接通电源，后释放纸带，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操作不当的步骤是________________．(3)实验中误差产生的原因有________________________________(写出两个原因)．(4)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值．根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图所示．使用交流电源的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式a＝________.(用x1、x2、x3、x4及f表示)解析：(1)为完成此实验，除了所给的器材外，测量需要米尺，电源需要0～12 V的交流电源．(2)其中操作不当的步骤是将打点计时器接到电源的“直流输出”上，打点计时器需要交流电源．(3)纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻力；用米尺测量纸带上某些点的距离时会产生读数误差．(4)由Δx ＝aT 2得：a ＝x 3＋x 4－x 1－x 24T 2＝x 3＋x 4－x 1－x 2f 24答案：(1)AD (2)B(3)纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻力；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算势能变化时，选取初、末两点距离过近；交流电源频率不确定(任选两个作答)(4)x 3＋x 4－x 1－x 2f 242．某实验小组的同学在“验证机械能守恒定律”的实验时，进行了如下的操作： A ．取下纸带，挑选点迹清晰的纸带，记下起始点O ，在距离O 点较远处选择连续几个计数点(或计时点)B ．用天平称出重物和夹子的质量C ．计算出ghn 和12v 2n ，看两者是否相等D ．固定好打点计时器，将连着重物的纸带穿过限位孔，用手提住，让重物尽量靠近打点计时器E ．先接通电源，后松开纸带，开始打点．并如此重复多次，以得到几条打点纸带F ．测出各点到O 点的距离，即得到重物下落的高度，并计算出各点的速度值 在以上的操作中不必要的是________；然后将必要的操作进行正确的排序________． 解析：因本实验是通过比较重力势能的减少量ΔE p 是否等于动能的增加量ΔE k 来验证机械能守恒定律的，不需要知道动能的具体数值，因而不需要测出重物和夹子的质量，故步骤B 是不必要的．根据实验原理以及操作分析可知，正确的操作顺序为DEAFC.答案：B DEAFC 要点二 实验数据的处理3.某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20 Hz 、30 Hz 和40 Hz ，打出纸带的一部分如图乙所示．该同学在实验中没有记录交流电的频率f ，需要用实验数据和其他条件进行推算．(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f 和图乙中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B 点时，重物下落的速度大小为________，打出C 点时重物下落的速度大小为________，重物下落的加速度大小为________．(2)已测得x 1＝8.89 cm ，x 2＝9.50 cm ，x 3＝10.10 cm ；当地重力加速度大小为9.80 m/s 2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%.由此推算出f 为________Hz.解析：(1)两点间时间间隔为T ＝1f ，v B ＝x 1＋x 22T ＝x 1＋x 2f2，同理v C ＝x 2＋x 3f2，重物下落的加速度的大小为a ＝x 3－x 1f 22.(2)据mg －0.01 mg ＝ma 和a ＝x 3－x 1f 22，代入数据可得f 为40 Hz.答案：(1)x 1＋x 2f2x 2＋x 3f2x 3－x 1f 22(2)404．在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m ＝1.00 kg 的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示．O 为第一个点，A 、B 、C 为从合适位置开始选取连续点中的三个点．已知打点计时器每隔0.02 s 打一个点，当地的重力加速度为g 取9.80 m/s 2，那么：(1)根据图上所得的数据，应取图中O 点到________点来验证机械能守恒定律； (2)从O 点到(1)问中所取的点，重物重力势能的减少量ΔE p ＝________J ，动能增加量ΔE k ＝________J ；(结果取三位有效数字)(3)若测出纸带上所有各点到O 点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v 及物体下落的高度h ，则以v 22为纵轴、以h 为横轴画出的图象是图中的________．解析：(1)根据题中所给数据可以看出，A 、B 、C 为选取的连续点中的三个点，显然只有B 点的速度由v B ＝AC2T可以求出，其余两点的速度不能直接求出，而且O 、B 之间的距离已知，所以应选O 点到B 点来验证机械能守恒定律．(2)ΔE p ＝mgh B ＝1.00×9.8×19.20×10－2J ＝1.88 J v B ＝AC2T ＝23.23－15.55×10－22×0.02m/s ＝1.92 m/sΔE k ＝12mv 2B ＝12×1.00×1.922J ＝1.84 J.(3)由mgh ＝12mv 2得v22＝gh ，故A 项正确．答案：(1)B (2)1.88 1.84 (3)A5．[2019·巴州高一检测]如图是利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验装置． (1)在验证机械能守恒定律的实验中，没有必要进行的操作是________． A ．用天平测重物的质量 B ．用秒表测重物下落的时间 C ．用打点计时器记录重物下落的信息 D ．用纸带记录测量重物下落的高度(2)该实验所用打点计时器的电源频率为50 Hz ，A 、B 、C 为纸带中选取的三个计数点，每两个计数点之间还有4个点未画出，则每两个计数点之间的时间间隔T ＝________s ，打点计时器在打下计数点B 时，物体的下落速度为v B ＝________m/s.(小数点后保留两位数字)(3)由于该实验中存在阻力做功，所以实验测得的重物的重力势能的减少量________(选填“<”、“>”或“＝”)动能的增加量．解析：(1)因为是比较mgh 、12mv 2的大小关系，故m 可约去比较，不需要测出重物的质量，故A 项错误．可以通过打点计时器计算时间，不需要秒表，故B 项错误．用打点计时器可以记录重物下落的时间和高度，故C 项正确．用纸带记录测量重物下落的高度，故D 项正确．(2)每两个计数点之间还有4个点未画出，则每两个计数点之间的时间间隔T ＝0.1 s ．根据匀变速直线运动的规律中间时刻速度等于这段时间中的平均速度得v B ＝x ACt AC＝2.36 m/s.(3)由于纸带通过时受到较大的阻力和重物受到的空气阻力，重力势能有相当一部分转化为摩擦产生的内能，所以重力势能的减少量明显大于动能的增加量．答案：(1)AB (2)0.1 2.36 (3)>基础达标1.在“验证机械能守恒定律”的实验中，关于重锤的选择，下列说法正确的是 ( )A ．选择的重锤的体积越小越好B ．应选用质量较小的重锤，使重锤的惯性小一些C ．应选用体积和质量都较小的重锤D ．选择的重锤体积应小一些，质量尽量地大一些解析：选择重锤时既要考虑减小空气阻力，又要考虑实验的方便、可操作，故D 项正确． 答案：D2．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v 2、v 3表示，用刻度尺测量出2、3两计数点之间的距离，用h 23表示．验证机械能守恒定律的关系式应为( )A ．gh 23＝v 23－v 22 B ．gh 23＝12v 23－12v 22C ．v 3＝v 2＋aTD ．v 23＋v 22＝2gh 23解析：2→3的过程，ΔE p 减＝mgh 23，ΔE k 增＝12mv 23－12mv 22，所以需验证的表达式为mgh 23＝12mv 23－12mv 22，即gh 23＝12v 23－12v 22，B 项正确． 答案：B3．用如图所示装置验证机械能守恒定律，由于电磁打点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．重力势能的减少量明显大于动能的增加量B．重力势能的减少量明显小于动能的增加量C．重力势能的减少量等于动能的增加量D．以上几种情况都有可能解析：由于重物下落时要克服阻力做功，重物减少的重力势能转化为重物的动能和系统的内能，故重力势能的减小量大于动能的增加量，A项正确，B、C、D三项错误．答案：A4．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50 HzD．交流电源的频率小于50 Hz解析：在重锤下落过程中，重锤需克服空气的阻力及打点计时器对纸带的阻力做功，重锤减少的重力势能在克服阻力做功的过程中消耗掉一部分，因此重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能，A项错误；“验证机械能守恒定律”的实验结论与重锤的质量无关，B项错误；若交流电的频率f<50 Hz，由于速度值仍按频率为50 Hz计算，频率的计算值比实际值偏大，周期值偏小，算得的速度值偏大，动能值也就偏大，则可能出现ΔE k>ΔE p的结果，C 项错误，D项正确．答案：D5．在“验证机械能守恒定律”在实验中，通过打点计时器得到的纸带如图所示，在纸带上选取了0～6的计数点，并用刻度尺依次测量出了相邻两点之间的距离．则下列选项正确的是( )A．纸带中第一个计数点的速度必须为零B ．可将计数点1～5的瞬时速度利用平均速度直接求出C ．由于0、6两计数点为纸带的端点，因此不能计算出这两点的速度D ．由题中的数据计算出的加速度应为当地的重力加速度解析：在“验证机械能守恒定律”的实验中，计数点可以任意选择，没必要必须从速度为零的起点开始，A 项错误；计算瞬时速度是利用平均速度等于中间时刻的瞬间速度求出的，B 项正确；根据运动学公式可将0、6两计数点的速度计算出来，C 项错误；由题中的数据计算出的加速度已包含了空气阻力的影响，D 项错误．答案：B6．[2019·山西运城河东一中期末考试]在用落体法验证机械能守恒定律的实验中(重力加速度取g ＝9.8 m/s 2)：(1)运用公式mv 22＝mgh 对实验条件的要求是________，打点时间间隔为0.02 s ，为此，所选择的纸带第1、2两点间的距离应接近________．(2)若实验中所用重锤的质量m ＝1 kg ，打点纸带如图所示，打点时间间隔为0.02 s ，则记录B 点时，重锤速度v B ＝________，重锤动能E k ＝________，从开始下落起至B 点重锤的重力势能减少量是________，由此可得出的结论是________________．解析：(1)重锤自由下落时，在0.02 s 内的位移大小应为h ＝12gt 2＝12×9.8×(0.02)2 m≈2 mm.(2)v B ＝ACΔt ＝31.4－7.8×10－32×0.02m/s ＝0.59 m/s ，此时重锤的动能为E k ＝12mv 2B ＝12×1×0.592 J≈0.17 J，重锤的重力势能减少量为ΔE p ＝mgh ＝1×9.8×17.6×10－3 J≈0.17 J. 答案：(1)打第1个点时重锤的初速度为零 2 mm(2)0.59 m/s 0.17 J 0.17 J 机械能守恒7．[2019·陕西宝鸡中学期末考试]晓宇利用“自由落体”的方法验证了机械能守恒定律，他进行了多次操作打出了四条不同的纸带，经过测量可知纸带A 、纸带B 、纸带C 、纸带D 前两点之间的距离分别为0.185 cm 、0.192 cm 、0.265 cm 、0.195 cm.已知低压交流电源的频率为50 Hz 、重锤的为1.00 kg 、重力加速度取g ＝9.80 m/s 2.回答下列问题：(1)上述的四条纸带中有一条在操作过程中存在明显的问题，该纸带为________；(2)按照测量的要求从其中选出一条合适的纸带，并选取点迹清晰的计时点，用刻度尺测出的实验数据如图所示，分析知纸带的________(选填“左”或“右”)端与重锤相连；(3)由图中的实验数据求解打计时点2时，重锤下落的速度为________；(4)重锤由计时点0下降到计时点2的过程中，重锤的重力势能的减少量ΔE p 为________，重锤的动能的增加量ΔE k 为________，由计算分析可知ΔE p ________ΔE k (选填“>”、“＝”或“<”)，原因为________________________________________________________________________________________________________________________________________________；(5)请根据以上写出实验结论：________________________________________________________________________________________________________________________________________________. 解析：(1)纸带C 肯定有操作错误，因为h ＝0.265 cm>0.20 cm ，说明他操作时先释放了纸带，后接通了电源，致使打点计时器打第一个计时点时，重锤的速度并不为零；(2)因重锤做自由落体运动，开始记录时计时点间距小，所以纸带的左端与重锤相连；(3)重锤的速度v 2＝x 03－x 012T，代入数据可得v 2＝0.98 m/s ；(4)从计时点0到计时点2的过程中，重力势能的减少量ΔE p ＝mgx 02≈0.49 J，动能的增加量ΔE k ＝12mv 22≈0.48 J，由以上计算知，ΔE p >ΔE k ，这是因为实验中有摩擦力和空气阻力等阻力的存在，重锤要克服阻力做功而损失机械能；(5)在实验误差允许范围内机械能守恒．答案：(1)纸带C (2)左 (3)0.98 m/s(4)0.49 J 0.48 J > 实验中存在摩擦力和空气阻力，重锤克服阻力做功损失机械能(5)在实验误差允许范围内机械能守恒8．[2019·吉林长春市实验中学期末考试]某学校的物理兴趣实验小组在探究机械能守恒定律时，进行了如下的操作：A ．按照图甲所示的装置，组装实验器材B ．将连着重物的纸带穿过限位孔，用手提住，让重物尽量靠近打点计时器C ．先接通电源，后松开纸带，开始打点．并如此重复多次，以得到几条打点纸带D ．从打下的纸带中挑选一条点迹清晰的纸带，记下起始点O ，在距离O 点较远处连续选择几个计数点(或计时点)E ．测出各点到O 点的距离，即得到重物下落的高度，并计算出各点的速度值F ．计算出gh n 和12v 2n 进行比较，得出实验结论(已知低压交流电源的频率为50 Hz ，重力加速度为g ＝9.80 m/s 2)根据以上操作回答下列问题：(1)图乙中的O 点为第一个点迹清晰的计时点，且以后每隔一个计时点选取一个计数点，图中的数据分别为A 、B 、C 、D 到O 点的距离，如果选取B 点进行分析，则重物的重力势能减少了________J ，动能增加了________J ．(重物的质量用m 表示)(2)重物动能的增加量________(“略大于”或“略小于”)重力势能的减少量，出现该现象的原因是____________________________．(3)由以上的数据得出的结论为________________________________________________________________________________________________________________________________________________. 解析：(1)重力势能的减少量为ΔE p ＝mgh OB ＝m ×9.80×0.195 0 J＝1.911m J ，重物在打B 点时的速度为v B ＝h AC 4T ≈1.944 m/s，所以重物开始下落到打B 点时增加的动能为ΔE k ＝12mv 2B ≈1.89m J ；(2)ΔE k 略小于ΔE p ，由于空气阻力和限位孔的摩擦阻力做功，将部分机械能转化为了内能；(3)从以上计算的数据得出：在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其增加的动能，即机械能守恒．答案：(1)1.911m 1.89m(2)略小于 空气阻力和限位孔的摩擦阻力做功(3)在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其增加的功能，即机械能守恒9．某学校实验小组利用如图所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒．(1)实验前先调整气垫导轨底座使之水平；(2)利用游标卡尺测得遮光条的宽度为d ，实验时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光电门的时间为Δt ，那么，在本次实验中还需要测量的物理量有钩码的质量m 、________________和________________(文字说明并用相应的字母表示)；(3)本实验通过比较________________和________________(用测量的物理量符号表示)在实验误差允许的范围内相等，就可以验证系统的机械能守恒．解析：(2)由于遮光条通过光电门的时间极短，因此可以利用平均速度来代替瞬时速度，因此滑块经过光电门时的瞬时速度为v ＝d Δt ，此外还需要知道滑块上遮光条的初始位置到光电门的距离s ，计算动能需要知道滑块的质量M ，故还需要测量M .(3)以钩码和滑块(包括遮光条)所组成的系统为研究对象，其重力势能的减小量为mgs ，系统动能的增量为12(m ＋M )⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2.因此只要比较二者是否相等，即可验证系统机械能是否守恒．答案：(2)滑块上遮光条的初始位置到光电门的距离s 滑块(包含遮光条)的质量M(3)mgs 12(m ＋M )⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2能力达标10.[2019·山西现代双语学校期末考试]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．在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A 、B ，滑块P 上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连．滑块P 在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A 、B 时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U 随时间t 变化的图象．(1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的Δt 1________(选填“>”“＝”或“<”)Δt 2时，说明气垫导轨已经水平．(2)用游标卡尺测得遮光条宽度为d ，测量结果如图丙所示，则d ＝________mm.(3)滑块P 用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与钩码Q 相连，钩码Q 的质量为m .将滑块P 由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若Δt 1、Δt 2和d 已知，要验证滑块P 和钩码Q 组成的系统机械能是否守恒，还应测出________和________(写出物理量的名称及符号)．(4)若上述物理量间满足关系式__________________，则表明在上述过程中，滑块P 和钩码Q 组成的系统机械能守恒．解析：(1)导轨水平时，滑块P 做匀速运动，Δt 1＝Δt 2；(2)d ＝5 mm ＋0×0.1 mm＝5.0 mm ；(4)滑块P 通过光电传感器的速度为v 1＝d Δt 1，v 2＝d Δt 2，P 、Q 组成的系统机械能守恒，则mgL ＝12(M ＋m )⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 22－12(M ＋m )⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 12. 答案：(1)＝ (2)5.0 (3)滑块质量M 两光电门间距L (4)mgL ＝12(M ＋m )⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 22－12(M ＋m )⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 1211．[2019·山西高平一中期末考试]为了验证机械能守恒定律，小明设计了如图甲所示的实验，将一长为L 的气垫导轨如图甲所示固定在一平台上，将一宽度为b 的遮光条固定在滑块上，经测量可知遮光条和滑块的总质量为M ，气垫导轨的顶端到平台的高度为h ，将一质量为m 的钩码通过质量不计的细线与滑块相连，并跨过图甲中的摩擦不计的定滑轮；将一光电门固定在气垫导轨上，光电门到顶端的距离为x .将滑块由气垫导轨的顶端静止释放，滑块沿气垫导轨下滑，经测量遮光条的挡光时间为t ，重力加速度用g 表示．请回答下列问题：(1)上述过程中滑块和钩码的重力势能减少了________，滑块和钩码的动能增加了________，如果在误差允许的范围内系统的机械能守恒，则1t2关于x 的表达式为________； (2)小明进行了多次操作，并将每次测量的实验数据记录在表中：1 2 3 4 5 x (m)0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 1t 2(104 s －2) 1.48 1.95 2.41 2.92 3.39 直线斜率的大小为________m －1·s －2.(保留3位有效数字)解析：(1)重力势能的减少量ΔE p ＝Mg h L x －mgx ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫h L M －m gx ，到达光电门时的速度为v ＝b t ，动能的增加量ΔE k ＝12(M ＋m )v 2＝12(m ＋M )b 2t2.若误差允许的范围内机械能守恒，则由ΔE p ＝ΔE k 可得1t 2＝2hM －Lm g M ＋m Lb2x .(2)作图如图所示，利用图象可求得斜率为2.40×104 m －1·s －2，利用实验数据进行逐差法得直线斜率为2.399×104 m －1·s －2，保留3位有效数字为2.40×104m －1·s －2.答案：(1)⎝ ⎛⎭⎪⎫h L M －m gx 12(m ＋M )b 2t 2 1t2＝2hM －Lm g M ＋m Lb 2x (2)如解析图所示 2.40×104。

2021年高中物理 7.7 机械能守恒定律同步检测新人教版必修2【课前预习】一、机械能1．物体所具有的动能和势能（重力势能和弹性势能）统称为机械能。

2．动能与重力势能间的相互转化是通过重力做功来实现的，动能与弹性势能间的相互转化是通过弹力做功来实现的。

二、机械能守恒定律1．在物体和地球组成的系统中的机械能守恒（习惯上常说成物体的机械能守恒）内容：在只有重力做功的情况下，物体的动能和重力势能发生相互转化，而机械能总量保持不变，这个结论叫做机械能守恒。

机械能守恒的条件也可以表示为：除重力之外其它力不做功。

表达式：或或E K2- E K1 =E p1- E p2；2．在多个物体和地球组成的系统中的机械能守恒内容：除重力之外其它力不做功或所做的总功为零的情况下，系统中物体的动能和重力势能发生相互转化，而系统中所有物体的总机械能保持不变。

3．在物体、弹簧和地球组成的系统中的机械能守恒（习惯上常说成物体和弹簧系统的机械能守恒）内容：在只有重力和弹力做功的情况下，物体的动能和势能发生相互转化，而机械能总量保持不变，这个结论叫做机械能守恒。

机械能守恒的条件也可以表示为：除重力和弹力之外其它力不做功。

表达式：或E K2- E K1 =E p1- E p2；三、应用机械能守恒定律解题的基本步骤：(1)根据题意，选取研究对象(物体或系统)(2)明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中的受力情况，弄清各力做功情况，判断是否符合机械能守恒的条件．(3)恰当地选取参考平面，确定研究对象在过程的起始状态和末了状态的机械能(包括动能和重力势能)．(4)根据机械能守恒定律列方程，进行求解．【典型例题】[例1]下列物体中，机械能守恒的是（）A．做平抛运动的物体B．被匀速吊起的集装箱C．光滑曲面上自由运动的物体D．物体以g的加速度竖直向上做匀减速运动【变式训练1】如图所示，用平行于斜面向下的拉力F将一个物体沿斜面往下拉动后，拉力的大小等于摩擦力，则( )A．物体做匀速运动B．合外力对物体做功等于零C．物体的机械能减少D．物体的机械能不变[例2]如图所示，一轻弹簧固定于O点，另一端系一重物，将重物从与悬点O在同一水平面且弹簧保持原长的A点无初速地释放，让它自由摆下，不计空气阻力，在重物由A点摆向最低点的过程中（）A．重物的重力势能减少B．重物的重力势能增大C．重物的机械能不变D．重物的机械能减少[变式训练2]如图所示，A、B两球的质量相等，A球挂在不能伸长的绳上，B球挂在轻质弹簧上，把两球都拉到水平位置，然后释放，若小球通过悬点O正下方的C点时，弹簧和绳子等长，则( )A．在C点A、B两球的动能相等B．A、B两球重力势能的减少量相等C．A球的机械能守恒D．B球的机械能减小【巩固练习】1．下列说法中，正确的是 ( )A．机械能守恒时，物体可能不受阻力B．机械能守恒时，物体一定只受重力和弹力作用C．物体处于平衡状态时，机械能必守恒D．物体所受的外力不等于零，其机械能也可以守恒2．在下列几种运动中，遵守机械能守恒定律的有( )A．雨点匀速下落B．自由落体运动C．汽车刹车时的运动D．物体沿斜面匀速下滑3．下列说法中，正确的是 ( )A．用绳子拉着物体匀速上升，只有重力和弹力对物体做功，机械能守恒B．竖直上抛运动的物体，只有重力对它做功，机械能守恒C．沿光滑斜面自由下滑的物体，只有重力对物体做功，机械能守恒D．水平拉力使物体沿光滑水平面匀加速运动，机械能守恒4．绳子拉着物体沿竖直方向减速上升，下面关于物体上升过程中的叙述正确的是（）A．动能减少，重力势能增加B．机械能不变C．机械能一定增加D．机械能一定减少5．一个人站在阳台上，以相同速率v0分别把三个球竖直向上抛出、竖直向下抛出、水平抛出．不计空气阻力，则三球落地时 ( )A．上抛球的速率最大B．下抛球的速率最大C．平抛球的速率最大D．三球的速率一样大6．两个质量不同的物块A和B，分别从高度相同的光滑斜面和弧形曲面的顶点滑向底部，如图所示，它们的初速度为零，则下列说法正确的是( )A．下滑过程中重力所做的功相等B．它们到达底部时动能相等C．它们到达底部时速率相等D．物块A在最高点时的机械能和它到达最低点时的机械能相等7．如图所示，两个质量相同的物体A和B，在同一高度处，A物体自由落下，B物体沿光滑斜面下滑.则它们到达地面时（空气阻力不计）（）A．速率相同，动能相同B．B物体的速率大，动能也大C．A、B两物体在运动过程中机械能都守恒D．B物体重力所做的功比A物体重力所做的功多8．(2011·高考新课标全国卷)一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落，到最低点时距水面还有数米距离．假定空气阻力可忽略，运动员可视为质点，下列说法正确的是( )A．运动员到达最低点前重力势能始终减小B．蹦极绳张紧后的下落过程中，弹性力做负功，弹性势能增加C．蹦极过程中，运动员、地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒D．蹦极过程中，重力势能的改变与重力势能零点的选取有关9．气球以10 m/s的速度匀速上升，当它上升到离地15 m高时，从气球里掉下一个物体.如果不计空气阻力，则物体落地时的速度为______m/s.10．将物体由地面竖直上抛，不计空气阻力，物体能够达到的最大高度为H，当物体在上升过程中的某一位置，它的动能是重力势能的2倍.则这一位置的高度为_____（取地面为参考面）七、机械能守恒定律【典型例题】[例1]AC【变式训练1】D [例2] AD [变式训练2] BCD【巩固练习】1．AD 2．B 3．BC 4．AC 5．D 6．CD 7．AC 8．ABC 9．20 10．K24319 5EFF 廿326998 6976 楶37268 9194 醔30739 7813 砓26190 664E 晎25743 648F 撏>21809 5531 唱23873 5D41 嵁24488 5FA8 徨/33780 83F4 菴。

教材习题点拨教材习题全解1．(1)弹性势能不断减小转化为动能和重力势能，动能先增大后减小，重力势能一直增大；(2)0.6 J0.4 J。

点拨：(1)状态甲至状态丙的过程中，弹性势能不断减小转化为动能和重力势能，动能先增大后减小，重力势能一直增大。

当球到达C位置时，弹性势能全部转化为重力势能，且该过程中机械能守恒。

所以，状态甲中的弹性势能等于丙中的重力势能增加量，即E p甲＝mg(h AB ＋h BC)＝0.2×10×(0.1＋0.2) J＝0.6 J。

(2)从状态乙到状态丙的过程中，小球的动能逐渐减小，重力势能逐渐增大。

从状态乙到状态丙的过程中，小球和地球组成的系统机械能守恒，故在状态乙中小球的动能E k乙＝mgh BC ＝0.2×10×0.2 J＝0.4 J。

2．至少为5 2 R点拨：设小球的质量为m，小球运动到圆轨道最高点B时的速度为v，受到圆轨道的压力为F N。

小球从A点下滑至最低点B的过程中，由于只有重力做功，机械能守恒。

设在圆轨道最低点为重力势能的零参考平面，则在这个过程中，根据机械能守恒定律，有mg(2R)＋12mv2＝mgh在圆轨道的最高点B处，根据牛顿第二定律，有F N＋mg＝m2vR欲使小球顺利地通过圆轨道的最高点，则小球在最高点B处时，必须满足条件F N≥0，即mg≤m2 v R联立以上两式，可得h≥5 2 R可见，为了使小球顺利地通过圆轨道的最高点，h至少应为5,2R。

3．用平抛运动的知识测出的小球离开桌面时的速度要略小于小球从斜面上滚下过程中用机械能守恒定律算出的速度，这是因为小球从斜面和桌面上及在空中运动时所受空气阻力做负功。

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高考物理总复习第21讲实验：验证机械能守恒定律能力提升学案新人教版必修2实验原理的理解验证思路是比较mgh与的数量关系，操作上只需比较gh是否等于即可。

1、实验目的学会用打点计时器验证机械能守恒定律的实验方法和技能。

2、实验原理在物体自由下落的过程中，只有重力对物体做功，遵守机械能守恒定律，即重力势能的减少量等于动能的增加量、利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度h，计算出即时速度v，便可验证物体重力势能的减少量△Ep＝mgh与物体的动能增加量ΔEk＝mv2/2是否相等，即验证gh是否等于v2/ 2、3、实验器材铁架台(带铁夹)、打点计时器、重锤(带纸带夹子)、纸带几条、复写纸、导线、直尺、学生电源、若以重物下落过程中的某一点A为基准，设重物的质量为m，测出物体对应于A 点的速度vA，再测出物体由A点下落△h后经过B点的速度vB，则在误差允许范围内，由计算得出，机械能守恒定律即被验证、【考题1】要确定物体的动能，需测出物体下落一定高度时的速度。

根据已学过的知识，可有三种方法：(1)；(2)；(3)、你认为应选择哪种方法求解瞬时速度?请说明理由、【解析】第(1)种方法是根据机械能守恒定律得到的，而我们的目的是验证机械能守恒定律，显然不能用，根据这一定律得到的结论再去验证之，因而不可取。

第(2)种方法认为加速度为g，实际上，若物体的运动加速度为g，则物体的加速度必定守恒，故也同样犯了用机械能守恒去验证机械能守恒的错误。

并且，由于各种摩擦阻力不可避免，所以实际下落加速度必将小于g，而下落高度h是直接测量的，这样将得到机械能增加的结论，有阻力作用机械能应是减小的，故这种方法也不能用。

总之，本实验中速度看似有很多方法求得，但正确的只有一种，即从纸带上宜接求出物体实际下落的速度，而不能用理论值计算，同样的道理，重物下落的高度h也只能用刻度尺直接测量，而不能用或计算得到。

【变式11把电火花计时器安装在铁架台上，用导线把电火花计时器与学生电源连接好。

人教版高一物理必修2课时提升精品练习7.9实验验证机械能守恒定律（解析版）1.关于“验证机械能守恒定律”实验的误差，下列说法中正确的是()A.重物质量的称量不准会造成较大误差B.重物质量选得大些，有利于减小误差C.重物质量选得较小些，有利于减小误差D.先释放纸带后接通电源会造成较大误差【答案】B、D解析：在“验证机械能守恒定律”实验中，我们只需比较gh n与的值即可验证机械能守恒定律是否成立，与重物质量无关，A错误。

若将重物质量选得大些，则在重物下落过程中空气阻力的影响较小，有利于减小误差，B正确，C错误。

先释放纸带后接通电源时，会造成纸带先下落而后打点，此时，纸带上最初两点的点迹间隔较正常时略大，用此纸带进行数据处理，其结果是，重物在打第一个点时就有了初动能，而我们计算动能增加量时认为初动能为零，因此重物动能的增加量比重物重力势能的减少量大，会造成较大误差，故D正确。

2.甲同学准备做“验证机械能守恒定律”的实验，乙同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”的实验。

(1)图中A、B、C、D、E表示部分实验器材，甲同学需在图中选用的器材有________；乙同学需在图中选用的器材有________。

(用字母表示)(2)乙同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图所示的两条纸带①和②。

纸带______(选填“①”或“②”)的加速度大，其加速度大小为__________。

【答案】(1)A、B B、D、E(2)① 2.50m/s2(2.48～2.52m/s2均可)【解析】(1)要采用落体法验证机械能守恒定律，需要下落的重物A和计时用的打点计时器B；要探究加速度与力、质量关系的实验，需要研究对象小车D，拉动小车的钩码E及打点计时器B。

(2)纸带①的加速度为a1==m/s2=2.50m/s2纸带②的加速度为a2==m/s2=1.25m/s2因此纸带①的加速度大，大小为2.50m/s2。

3.在用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中：(1)所用重物的质量m=1.0kg，打点计时器所用电源频率为50Hz，打下的纸带如图甲所示(图中的数据为从起始点O到该点的距离)，则在打B点时，重物的速度v B=________m/s，重物的动能E kB=________J，从开始下落到打B点时，重物的重力势能减少量是________J。

7.9 实验：验证机械能守恒定律 每课一练（人教版必修2）1．在“验证机械能守恒定律”的实验中，要验证的是重物重力势能的减少量等于其动能的增加量，以下步骤仅是实验中的一部分，在这些步骤中多余或错误的有( ) A ．用天平称出重物的质量B ．把打点计时器固定到铁架台上，并用导线把它和低压交流电源连接起来C ．把纸带的一端固定到重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，把重物提升到一定 高度D ．接通电源，释放纸带E ．用停表测出重物下落的时间2．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 3．在“验证机械能守恒定律”的实验中[来源:Z_xx_] (1)不需测量或计算的物理量是( ) A ．下落高度 B ．瞬时速度 C ．重物质量 D ．时间(2)由于打点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阻力，这样会导致实验结果mgh____12mv 2(选填“>”或“<”)．图34．如图3所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，我们选中N点来验证机械能守恒定律．下面举出一些计算N点速度的方法，其中正确的是() A．N点是第n个点，则v n＝gnTB．N点是第n－1个点，则v n＝g(n－1)T[来源:学科网]C．v n＝s n＋s n＋12TD．v n＝d n＋1－d n－12T5.图4图4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、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤．回答下列问题：(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有________．(填入正确选项前的字母)A．刻度尺B．秒表C．0～12 V的直流电源D．0～12 V的交流电源(2)实验中误差产生的原因有____________________________________________________________________________________________________________.(写出两个原因)[来源:学科网ZXXK]图56．利用图5所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案：A．用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过v＝gt计算出瞬时速度v.[来源:Z*xx*]B．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v＝2gh计算出瞬时速度v.C．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均[来源:学科网]速度，测算出瞬时速度v，并通过h＝v22g计算出高度h.D．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，[来源:学&科&网]等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v.以上方案中只有一种正确，正确的是________(填入相应的字母)．图67．(1)用如图6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______(填字母代号) A ．按照图示的装置安装器件[来源:学§科§网] B ．将打点计时器接到学生电源的直流输出端上 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v B 、v C ，并测出B 、C 两点间的距离为hF ．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12mv 2C －12mv 2B ，从而 验证机械能守恒定律图7(2)在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点周期为0.02 s ，自由下落的重物质量为1 kg ，打出一条理想的纸带，数据如图7所示，单位是cm ，g 取9.8 m /s 2，O 、A 之间有多个点 没画出，打点计时器打下点B 时，物体的速度v B ＝____ m /s ，从起点O 到打下B 点的过[来源:学科网]程中，重力势能的减少量ΔE p ＝________ J ，此过程中物体动能的增量ΔE k ＝________ J ．(答案保留两位有效数字)8．在验证机械能守恒定律的实验中，已知打点计时器打点间隔为T ，某一组同学得到了 一条如图8所示的纸带，在填写实验报告时甲、乙两个同学选择了不同的数据处理方法：图8甲同学测出了C 点到第一点O 的距离h OC ，利用v 2C ＝2gh OC 计算得到了C 点的速度，然后验证mgh OC 与12mv 2C相等．乙同学测出了A 、B 、C 、D 各点到第一点O 的距离h OA 、h OB 、h OC 、h O D ，利用v B ＝h OC －h OA2T、[来源:学*科*网] v C ＝h OD －h OB 2T 计算B 、C 点的速度，然后验证了mg(h OC －h OB )与12mv 2C －12mv 2B 是否相等． 请你对甲乙两位同学的做法逐一分析，不合理之处提出完善方法．参考答案1．AE [在“验证机械能守恒定律”的实验中，需验证重力势能减少量mgh 和动能增加量12m v 2之间的大小关系．若机械能守恒，则有mgh ＝12m v 2，两边都有质量，可约去，即验证gh ＝12v 2成立即可，无需用停表测量时间，因此E 选项也多余，其余选项都需要，故应选A 、E.]2．B [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．]3．(1)C (2)>解析 (1)本实验需要验证mgh 与12m v 2的关系，所以不需要测量重物质量m ，C 正确．(2)重物在下落过程中克服阻力做功，使减小的重力势能不能完全转化为动能，所以mgh >12m v 2.4．CD5．(1)AD (2)见解析解析 (1)需要米尺来测量两点之间的距离，电磁打点计时器需用交流电源，故选A 、D. (2)①纸带与电磁打点计时器之间存在摩擦阻力；②测量两点之间距离时的读数有误差；③计算势能变化时，选取的两点距离过近；④交变电流频率不稳定．(选取两个原因即可)6．D [在验证机械能守恒定律的实验中，物体下落的高度是用刻度尺测出；瞬时速度的测量则是采用匀变速直线运动的规律，根据纸带上某点的瞬时速度等于该点前后相邻两点间的平均速度进行计算得出的，故只有D 方案符合要求．]7．(1)BCD (2)0.98 0.49 0.48解析 (1)步骤B 错，应该接到电源的交流输出端；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．(2)v B ＝v AC ＝h AC2T＝7.06－3.142×0.02×10－2 m /s ＝0.98 m/s[来源:]从点O 到点B ，重力势能的减少量ΔE p ＝mgh OB ＝1×9.8×5.01×10－2 J ≈0.49 J 此过程物体动能的增量ΔE k ＝12m v 2B ＝12×1×0.982J ≈0.48 J. 8．见解析解析 本题主要考查学生对验证机械能守恒定律实验原理的理解．甲同学选择从O 到C 段验证机械能守恒，计算C 点的速度用v 2C ＝2gh OC ，犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误．计算v C 可以选择v C ＝h OD －h OB2T.乙同学选择了从B 到C 段验证机械能守恒，由于B 、C 较近可造成误差偏大，可选择BD 段相对较为合适．。

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9 实验:验证机械能守恒定律学习目标1。

理解实验的思路,明确测量的物理量。

2。

能正确地进行实验操作。

3。

会根据纸带测定下落的距离,掌握瞬时速度测量的方法。

4。

能根据实验数据得出实验结论。

自主探究1.本实验的实验目的是通过研究物体下落过程中，能和能的变化来验证。

2。

实验原理：做自由落体运动的物体,设质量为m，下落高度为h时的速度为v，则减少的重力势能为,增加的动能为.若两个量在误差允许的范围内相等,就验证了机械能守恒定律.3。

速度的测量:做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于。

4。

本实验中，用到的实验器材主要有打点计时器及学生电源、、、重物、、带铁夹的铁架台、导线。

合作探究一、实验介绍1。

实验目的：验证机械能守恒定律.2.实验原理:本实验验证自由落体运动情形下的机械能守恒。

思考1：选择重物时,选轻一点的好还是重一点的好？为什么?思考2：本实验要不要测量垂物的质量？3.实验器材：铁架台、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、重物(带铁夹）、毫米刻度尺等。

二、实验步骤1。

按图安装实验器材,电源接4～6V学生电源。

接通电源前，用手提升纸带至重物靠近打点计时器处。

2.先接通电源,再松开纸带，让重物自由下落.关闭电源,取下纸带备用.3。

人教版必修2《7.9 实验：验证机械能守恒定律》练习题一、单选题（本大题共5小题，共20.0分）1.“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示。

关于该实验，下列说法不正确的是()A. 重物应选用质量较大的物体B. 两个限位孔应在同一竖直线上C. 打点计时器应接低压交流电源D. 应先释放纸带，后接通电源2.如图所示，滑块A、B的质量均为m，A套在固定竖直杆上，A、B通过转轴用长度为L的刚性轻杆连接，B放在水平面上并靠着竖直杆，A、B均静止．由于微小的扰动，B开始沿水平面向右运动．不计一切摩擦，滑块A、B视为质点．在A下滑的过程中，则下列说法中不正确的是(以水平面为零势能面)()A. 滑块A下滑到地面过程中两球和杆组成的系统机械能守恒B. 滑块A下滑到地面过程中轻杆一直对B球做正功C. 滑块A着地时的速度为√2gLmgLD. 滑块B机械能最大值为4273.图示为“验证机械能守恒定律”的实验装置．关于该实验，下列说法正确的是()A. 应选择体积大、质量小的重物B. 可用公式v=gt计算重物的速度C. 接通电源和释放纸带必须同时进行D. 重物增加的动能略小于其减少的重力势能4.利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中，下面叙述正确的是()A. 应该用天平称出物体的质量B. 应该选用点迹清晰且第一点和第二点的距离为2mm的纸带C. 操作时应在接通电源的同时放开纸带D. 打点计时器应接在电压为4～6V的交流电源上5.用图示装置验证机械能守恒定律，由于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二、填空题（本大题共4小题，共16.0分）6.(1)根据打出的纸带，如图，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为s0，点A、C间的距离为s1，点C、E间的距离为s2，交流电的周期为T，则根据这些条件计算重锤下落的加速度a的表达式为：a=______ ．(2)在“验证机械能守恒定律”的实验中发现，重锤减少的重力势能总是______ 重锤增加的动能，其原因主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用，我们可以通过该实验装置测定该阻力的大小．若已知当地重力加速度为g，还需要测量的物理量是______ (写出名称和符号)，重锤在下落过程中受到的平均阻力的大小f=______ ．7.在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50Hz，当地重力加速度的值为9.80m/s2，测得所用重物的质量为1.00kg.若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点的距离如图所示(相邻计数点时间间隔为0.02s)，那么，(1)打点计时器打下计数点B时，物体的速度v B=______；(2)从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是△E p=______，此过程中物体动能的增加量△E k=______(取g=9.8m/s2)；(3)通过计算，数值上△E p______△E k(填“>”“=”或“<”)，这是因为______．8.某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图所示，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.800m/s2，若重锤质量为1.000kg.(保留三位小数)①打点计时器打出B点时，重锤下落的速度v B=______ m/s，重锤的动能E kB=______ J.②从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为______ J.③根据纸带提供的数据，重锤从静止开始到打出B点的过程中，得到的结论是______ ．9.某同学用重锺做“验证机械能守恒定律”的实验．让重锤从高处由静止开始下落，打点计时器就在重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即可验证机械能守恒定律．(1)图1中图______(选填“甲”或“乙”)所示安装方案更好一些，按此示意图组装实验器材；(2)将打点计时器接到______(选填“直流”或“交流”)电源上；(3)在验证机械能守恒的实验中，所用电源的频率为50Hz，重锤的质量m=1.00kg，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点位置对应刻度尺上的读数如图2所示(图中O是打点计时器打的第一个点，A、B、C、D、E分别是以每打两个点的时间作为计时单位取的计数点).查得当地的重力加速度g=9.80m/s2.根据纸带求：(结果保留三位有效数字)①重锤下落的加速度______m/s2②重锤从起始下落至B时，减少的重力势能为______J③重锤下落到B时，动能为______J.三、实验题（本大题共9小题，共81.0分）10.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。

2021年高中物理 7-7 实验验证机械能守恒定律课后巩固提高训练新人教版必修2一、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1.8 m，在运动会上他参加跳高比赛，起跳后身体横着越过了1.8 m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10 m/s2)( ) A．2 m/s B．4 m/sC．6 m/s D．8 m/s5．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50 Hz，查得当地的重力加速度为9.8 m/s2，测得所用的重物的质量为1.00 kg.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62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.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50 Hz，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 ＝12mv 2，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E k1＋E p1＝E k2＋E p2得：12mv 20＋mgh 1＝mgh 2，其中h 1为起跳时人重心的高度，即h 1＝0.9 m ，代入数据得起跳速度v 0＝2g h 2－h 1＝2×10× 1.8－0.9m/s≈4.2 m/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h c ＝77.76 cm ，由此可知重力势能的减少量为mgh c ＝1.00×9.80×77.76×10－2≈7.62 J.不能错误认为动能增加量也为7.62 J ．C 点的速度v c ＝h BD /2T 代入数值可以解得v c ＝3.89m/s.所以重物动能的增量为12mv 2＝7.57 J ．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)9.688 m/s 2 (2)1.911 m J(3)1.889 m J (4)见解析解析：(1)要据逐差法求加速度 x AB ＝OB －OA ＝195.0 mm －125.0 mm＝70.0 mm ＝0.07 m ，x BC＝OC－OB＝280.5 mm－195.0 mm＝85.5 mm＝0.085 5 m，x CD＝OD－OC＝381.5 mm－280.5 mm＝101.0 mm＝0.101 m，x DE＝OE－OD＝498 mm－381.5 mm＝116.5 mm＝0.116 5 m. a1＝(x CD－x AB)/2T2，a2＝(x DE－x BC)/2T2，a＝a1＋a22＝(x CD＋x DE－x BC－x AB)/4T2，＝(0.101＋0.116 5－0.085 5－0.07)/[4×(0.04)2] m/s2≈9.688 m/s2.即重物下落的加速度为9.688 m/s2.(2)重物从开始下落到打B点时减少的重力势能为：ΔE p减＝mgh＝mg OB＝9.8×0.195 0 m J＝1.911 m J(3)重物下落到打B点时的速度为v B＝(x AB＋x BC)/2T＝(0.07＋0.085 5)/(2×0.04) m/s≈1.944 m/s则物体从开始下落到打B点增加的动能为ΔE k增＝mv2B/2≈1.889 m J(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＝0.02 s)(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＝9.8 m/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1 kg)，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v B＝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50 Hz，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m kg ，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m kg ，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9.8 m/s 2)答案10．(1)15.7 cm 15.70 (2)1.22 J 1.20 J 大于 重锤在下落的过程中受到阻力的作用 (3)1.23 J 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0.01 cm ，所以15.7 cm 不符合有效数字读数的要求，应记作15.70 cm.(2)重锤重力势能的减少量为mgh B ＝1.22 J ，动能的增加量为12mv 2B ＝12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫h C －h A 2T 2≈1.20 J， 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12mv 2B ＝12m (gt )2≈1.23 J，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)1.944 m/s 3.106 m/s(2)1.91m (J) 1.89m (J)(3)2.969m (J) 2.934m (J)(4)见解析(1)x AB ＝195.0 mm －125.0 mm ＝70.0 mm ＝0.070 0 m ，x BC ＝280.5 mm －195.0 mm ＝85.5 mm ＝0.085 5 m ，x DE ＝498.0 mm －381.5 mm ＝116.5 mm ＝0.116 5 m ，x EF ＝630.0 mm －498.0 mm ＝132.0 mm ＝0.132 0 m ，v B ＝x AB ＋x BC 2T ＝0.070 0＋0.085 52×0.04m/s≈1.944 m/s， v E ＝x DE ＋x EF 2T ＝0.116 5＋0.132 02×0.04m/s≈3.106 m/s. (2)重物从开始下落到打B 点时，减少的重力势能为ΔE p 减＝mgx BO ＝9.8×0.195m ≈1.91m J.增加的动能为ΔE k 增＝12mv 2B ＝12m ×(1.944)2≈1.89m J. (3)重物下落BE 高度时减少的重力势能为ΔE p 减＝mgx EB ＝9.8×(0.498 0－0.195 0)m ≈2.969m J ，增加的动能ΔE k 增＝12mv 2E －12mv 2B ＝12m ×(3.106)2－12m ×(1.944)2＝2.934m J. (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．c33756 83DC 菜22063 562F 嘯|39561 9A89 骉)+ a~32863 805F 聟e 38137 94F9 铹。