2020人教版高中物理必修二第七章第9节实验：验证机械能守恒定律同步练习

2020人教版高中物理必修二第七章第9节实验：验证机械能守恒定律同步练习

文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持 . 1文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 . 7.9 实验：验证机械能守恒定律 建议用时 实际用时 满分 实际得分 45 分钟 100 分 一、实验原理及步骤 （第 1 题 10 分，第 2 题 18 分， 共 28 分） 1. 用如图 1 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6 V的交流电 和直流电两种 . 重锤从高处 由静止开始落下， 重锤上拖着 的纸带通过打点计时器打出一 系列的点， 对纸带上点的痕迹进 行测量， 即可验证机械能守恒定 图 1 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端上； C. 用天平测量出重锤的质量； 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. 测量打出的纸带上某些点之间的距离； 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 . 指出其中没有必要进行或者操作不恰当的步骤， 将 其对应的字母填在下面的横线上，并说明原因 . 2. 图 2 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 50 Hz. 3、4、5 经测量，第 1、2 两点间的距离小于 . 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 , 这样的纸带不能进行实 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是因为打第 1 个点时纸带速度 不为 0，所以不要从第 1 个点开始计算，我们必须从 后面的计数点中取点算出速度与高度来验证 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的主要 原因是： . （3）如果以为纵轴， 以为横轴， 根据实验数据绘出 - 图线是 ，该线的斜率是 . 二、纸带选择的技巧 （本题 12 分） 3. 在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验 中： （1）打点计时器所接交流电的频率为 50 Hz ，甲、 乙两条实验纸带如图 3 所示，应选 纸带好 . （2）若通过测量纸带上某两点间距离来计算某时刻 的瞬时速度，进而验证机械能守恒定律 . 现已测得 2、4 两点间距离为， 0、3 两点间距离为，打点周 期为，为了验证 0、3 两点间机械能守恒，则和应满 足的关系为 . 三、求瞬时速度图的3方法 （本题 10 分） 图 4 图 2 （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 1 个点，标为 1，后面依次打下的一系列点分别为 2、 4. 利用图 4 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 瞬时速度和下落高度 . 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，并测出下落时 间，通过计算出瞬时速度 . b. 用刻度尺测出物体下落的高度， 并通过公式 计 算出瞬时速度 . 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速度， 测算出 文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持 . 2文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 . 瞬时速度，并通过计算出高度 . d. 用刻度尺测出物体下落的高度， 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 邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度 . 以上方案中只有一种正确， 正确的是 （填入 相应的字母） . 四、实验数据的处理 （本题 28 分） 5. 现要通过实验验 证机械能守恒定律 . 实验装置如图 5 所示： 水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨； 导 轨上点处有一带长方形遮光片的滑块， 其总质量为， 左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与 一质量为的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂 直；导轨上的点有一光电门， 可以测量图遮光5 片经过 光电门时的挡光时间 . 用表示点到导轨底端点的距离， 表示与的高度差， 表示遮光片的宽度， 表示两 点间的距离， 将遮光片通过光电门的平均速度看做滑 块通过点时的瞬时速 度. 用表示重力加速度 . 完成下列填空和作图： （1） 若将滑块自点由静 止释放，则在滑块从运 动至的过程中， 滑块、 遮光片与砝码组成的系统重 力势能的减小量可表示为 ，动能的增加量可 表示为 . 若在运动过程中机械能守恒，与的 关系式为 . (2) 多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一 点（点） 下滑， 测量相 应的与值 . 结果如下表所示： 以为横坐标， 为纵坐标， 在坐标纸上描出第 1 个和 第 5 个数据点；根据 5 个数据点作直线，求得该直 线的斜率 ( 保留 3 位有效数字 ). 由测得的和数值可以计算出 - 直线的斜率，将和进 行比较， 若其差值在误差允许的范围内， 则可认为 此实验验证了机械能守恒定律 . 五、实验设计 （本题 22 分） 6. 某同学利用如图 6 所示的实验装置验证机械能守 恒定律 . 弧形轨道末端水平， 离地面的高度为 . 将钢 球从轨道的不同高度处由静止释放， 钢球的落点距 请在坐标纸上作出 - 关系 图. （3）对比实验结果与理论计算得到的 - 关系图 线 （图中已画出） ，自同一高度静止释放的钢球， 水 平抛出的速率 （填“小于”或“大于”）理 论值 . （4）从 - 关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率 差十分显著，你认为造成上述偏差的可能原因 是 . 轨道末端的水平距离为 . 图 6 （1）若轨道完全光滑，与的理论关系应满足 . （用表示） （2）该同学经实验测量得到一组数据， 如下表所示：