4.6 验证机械能守恒定律（同步练习）-高中物理粤教版（2019）必修第二册（含解析）

Word文档版

学考宝(xuekaobao.com)友情提示：html格式不完整，如有需要请根据文末提示下载并进行二次校对Word文档。

4.6 验证机械能守恒定律
一、单选题
1．某同学利用利用重锤和打点计时器做“验证机械能守恒定律”实验，请回答下列问题。如图，释放纸带前的瞬间，重锤和手的位置合理的是( )
A. B. C. D.
2．在《验证机械能守恒定律》的实验中，下面叙述正确的是( )
A.应用天平称出重物的质量
B.应当选用点迹清晰，第一、二两点距离约2mm的纸带进行测量
C.操作时应先放纸带，后接通电源
D.打点计时器应接在电压为4~6V的直流电源上
3．在“探究用电火花打点计时器验证机械能守恒定律”实验中，需要下列器材中的是( )
①.天平 ②.纸带 ③.秒表 ④.刻度尺
A.①② B.②③ C.①③ D.②④
4．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是( )
A.必须要用天平称出重锤的质量
B.实验时，当松开纸带让重锤下落的同时，立即接通电源
C.开始时用手提着纸带比用夹子夹着纸带效果更好
D.实验结果应该是动能的增加量略小于重力势能的减小量
5．某同学用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验，下列说法正确的是( )
A.应先释放纸带，再接通电源
B.必须测量重物的质量
C.电磁打点计时器使用的是直流电源
D.实验时，因存在阻力，所以重物减少的重力势能略大于增加的动能
6．“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
7．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 Hz
D.交流电源的频率小于50 Hz
8．某小组利用图示装置做“验证机械能守恒定律”实验，小球释放后，通过光电门1和2，实验中不是必须测量的物理量是( )
A.小球的质量 B.小球的直径
C.两光电门间的距离 D.小球分别通过两光电门的时间
二、多选题
9．为验证在自由落体过程中物体的机械能是守恒的，某同学利用数字实验系统设计了一个实验，实验装置如图，图中两点分别固定了两个速度传感器，速度传感器可以测出运动物体的瞬时速度。在实验中测得一物体自由下落经过A点时的速度是，经过B点时的速度是，为了证明物体经过两点时的机械能相等，这位同学又设计了以下几个的步骤，你认为其中不必要或者错误是( )
A.用天平测出物体的质量
B.测出两点间的竖直距离
C.利用﹣算出物体从A点运动到B点的过程中重力势能的变化量
D.验证与是否相等
10．用落体法“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示。实验中，如下哪些操作是必要的( )
A.用秒表测出重物下落的时间
B.用天平测量重物的质量
C.先接通电源后释放重物
D.释放重物前，重物应尽量靠近打点计时器
11．如图所示“用DIS研究机械能守恒定律”实验装置.下列步骤正确的是( )
A.让摆锤自然下垂,调整标尺盘,使其竖直线与摆锤线平行
B.将摆锤置于释放器内,释放杆进行伸缩调整,使摆锤的系线松弛一点便于摆锤释放
C.调整光电门的位置,使光电门的接收孔与测量点位于同一水平面内
D.将释放器先后置于A,B,C点,将光电门置于标尺盘的D点,分别测量释放器内的摆锤由A,B,C三点静止释放摆到D点的势能和动能
三、填空题
12．用如图1所示的装置“验证机械能守恒定律"。图2是某次实验中打出的一条点迹清晰的纸带。打O点时，重锤的速度为零，打A点时，重锤的速度用表示，O、A间的距离用h表示。此实验中，不必测量的物理量是_____。（选填“重锤质量”或“重锤下降高度”），已知重力加速度为g，在误差允许范围内，若、g、h满足关系式_____，即可验证重锤下落过程的机械能守恒。
13．用自由落体法验证机械能守恒定律，打出如图甲所示的一条纸带。已知打点计时器工作频率为50Hz。
（1）根据纸带所给数据，打下C点时重物的速度为_____________m/s（结果保留三位有效数字）。
（2）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，画出图象，并求出图线的斜率k，如图乙所示，由图象可知a的质量_____________（选填“大于”或“小于”）b的质量。
（3）通过分析发现造成值偏小的原因是实验中存在各种阻力，已知实验所用重物的质量，当地重力加速度，求出重物所受的平均阻力_____________N。（结果保留两位有效数字）
14．用如图所示的装置验证机械能守恒定律，并测量小钢球的质量.将拉力传感器固定在天花板上，一根轻质细线一端连接在传感器上，另一端连接直径为d的小钢球，悬点与小钢球之间的细线的长度为，在传感器的正下方安装一个光电门.现拉起小钢球从与悬点等高处由静止释放（细线伸直），小钢球做圆周运动，运动到最低点能通过光电门，测得小钢球通过光电门的时间为t，当地重力加速度大小为g，回答下列问题：
（1）小钢球通过光电门时的速度大小为________，若________（用g、d、t表示），则小钢球下落过程中机械能守恒.
（2）改变悬点与小钢球之间的细线的长度L，当小钢球运动到最低点时，读出拉力传感器的示数F，重复上面的实验过程，根据实验数据绘出的图像是一条过原点、斜率为k的倾斜直线.通过数据发现，悬点与小钢球之间的细线越长，小钢球运动到最低点时，通过光电门的时间________（填“越长”“越短”或“不变”），拉力传感器的示数________（填“越大”“越小”或“不变”）.若某次实验时，拉力传感器的示数为，则小钢球的质量为________（用k、、d表示）.
四、计算题
15．如图所示，有一水平向左的匀强电场，场强为，一根长、与水平方向的夹角为的光滑绝缘细直杆固定在电场中，杆的下端固定一个带电小球，电荷量；另一带电小球穿在杆上可自由滑动，电荷量，质量.现将小球从杆的上端N静止释放，小球开始运动.（静电力常量，取，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8）求：
（1）小球在杆的上端N受到带电小球的库仑力为多大？
（2）小球开始运动时的加速度为多大？
（3）小球的速度最大时，与端的距离为多大？
16．如图所示，将一质量的带负电荷的小球A用绝缘线挂起来，用带电荷量的小球B靠近A，当A球静止时悬线与竖直方向成45°角，此时两球位于同一水平面上，相距。重力加速度，静电力常量，求：
（1）A球受到的库仑力大小；
（2）A球所带电荷量；
（3）此时B球在A球平衡处产生的电场强度的大小。
参考答案
1．答案：C
解析：由于重锤下落速度较快，且运动距离有限，打出的纸带长度也有限，为了能在长度有限的纸带上尽可能多地获取间距适当的数据点，重锤应靠近打点计时器释放。另外，为了尽可能减小纸带与打点计时器之间的摩擦，释放前应保持提起的纸带保持竖直状态。故选C。
2．答案：B
解析：A.因质量从要验证的式子两边消掉了，故不需用天平称出重物的质量，选项A错误；
B.应当选用点迹清晰，第一、二两点距离约2mm的纸带进行测量，这样的纸带表明物体释放的初速度为零，选项B正确；
C.操作时应先接通电源，后放纸带，选项C错误；
D.打点计时器应接在电压为4~6V的交流电源上，选项D错误。
故选B。
3．答案：D
解析：打点计时器的工作电源是交流电源，在实验中需要刻度尺测量纸带上点与点间的距离从而可知道重锤下降的距离，以及通过纸带上两点的距离，求出平均速度，从而可知瞬时速度。纸带上相邻两计时点的时间间隔已知，所以不需要秒表。重锤的质量可以不测，故需要用到纸带和刻度尺，不需要天平和秒表。
故选D。
4．答案：D
解析：A.验证机械能守恒的实验中，根据实验原理，需要验证下列方程成立，即
则不需要天平称量质量，故A错误；
B.如果先放开纸带让重物下落，立即接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差；应先接通电源，再释放重锤，故B错误；
C.应用夹子夹住纸带上端避免手提纸带因抖动而造成摩擦的增大，故C错误；
D.由于阻力的影响，产生内能，根据能量守恒定律知，实验结果总是动能的增量略小于重力势能的减小量，故D正确。
故选D。
5．答案：D
解析：A.使用打点计时器方法是先接通电源，后释放重物，故A项错误；
B.实验中验证动能的增加量和重力势能的减少量是否相等，式子两边都有质量，可以约去，实验不需要测量重物的质量，故B项错误；
C.电磁打点计时器使用的是交流电源，故C项错误；
D.实验时，因存在阻力，所以重物减少的重力势能略大于增加的动能，故D项正确。
故选D。
6．答案：B
解析：A.为了让重物的运动接近自由落体，忽略阻力；重物应选择密度大体积小的物体；故A错误；
B.为了减小摩擦力，限位孔应在同一竖直线上；故B正确；
C.打点计时器利用振针的振动打点，应采用交流电源；故C错误；
D.开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故D错误。
故选：B。
7．答案：D
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，因此造成的结果是重锤减少的重力势能大于重锤增加的动能，A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错误；若交流电的频率，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，则可能出现的结果，C错误，D正确。
8．答案：A
解析：小球通过光电门的速度
小球通过两光电门过程，根据机械能守恒定律有
解得
可知，必须测量的物理量有小球的直径、两光电门间的距离与小球分别通过两光电门的时间，不是必须测量的物理量是小球的质量。
故选A。
9．答案：AC
解析：A.根据机械能守恒的表达式，可知不需要测量质量，故A错误，符合题意；
B.实验中需要测量从A到B过程中重力势能的减小量，因此需要测量AB之间的距离h，故B正确，不符合题意；
C.A点运动到B点的过程中重力势能的变化量
利用
算出物体从A点运动到B点的过程中动能增加量，故C错误，符合题意；
D.根据机械能守恒有
质量可以约去，故验证与是否相等，故D正确，不符合题意。
故选AC。
10．答案：CD
解析：A.实验中重物下落的时间可以通过打点计时器直接得出，不需要用秒表测量，故A错误；
B.因为是通过比较和是否相等来验证机械能是否守恒，质量可以约去，所以不需要测量重物的质量，故B错误；
C.打点计时器工作时，必须先接通电源，后释放重物，故C正确；
D.释放重物前应手提纸带的上端，使纸带竖直通过限位孔，同时重物应尽量靠近打点计时器，故D正确。
故选CD。
11．答案：AC
解析：让摆锤自然下垂,以摆线为基准,调整标尺盘的放置位置,使标尺盘上的竖直线与摆线平行,故A正确;
将摆锤置于释放器内并对释放杆进行伸缩调整,应该使摆锤的细线刚好绷紧释放摆锤,故B错误;
调整光电门的位置,使光电门的接收孔与测量点位于同一水平面内,以保证竖直的高度测量准确,故C正确;
应该把光电门置于标尺盘的B,C,D点,释放器的摆锤始终在A点,故D错误.
12．答案：重锤质量；2gh
解析：由实验原理可知
即验证
此实验中，不必测量的物理量是“重锤质量”，在误差允许范围内，若、g、h满足关系式
13．答案：（1）2.25
（2）大于
（3）0.031
解析：（1）在匀变速直线运动中，某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度，所以C点的速度
（2）根据动能定理
得
所以图线斜率
由图知b的斜率小，所以b的质量小于a的质量；
（3）根据动能定理
得
所以图线斜率
代入数据解得
14．答案：（1）；（2）越短；不变；
解析：（1）小钢球通过光电门时的速度大小为
根据机械能守恒定律得
解得
若,则小钢球下落过程中机械能守恒.
（2）根据得
悬点与小钢球之间的细线越长，小钢球运动到最低点时，通过光电门的时间越短;
最低点根据牛顿第二定律得
根据机械能守恒定律得
解得
悬点与小钢球之间的细线越长，小钢球运动到最低点时，拉力传感器的示数等于不变：
根据得
斜率为
解得
根据题意得
解得
15．答案：（1）小球在杆的上端受到带电小球的库仑力为．
（2）小球开始运动时的加速度为．
（3）小球的速度最大时，与端的距离为．
解析：
16．答案：（1）（2）（3）
解析：（1）对A球进行受力分析，如图所示，设A球受到B球的库仑力为F，则有
（2）由库仑定律
解得
（3）B球在A球平衡处产生的电场强度

图片资源预览