2022年高中物理 7-9 實(shí)驗 驗證機(jī)械能守恒定律同步檢測 新人教版必修2

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1、2022年高中物理 7-9 實(shí)驗 驗證機(jī)械能守恒定律同步檢測 新人教版必修2 1.(xx·黃崗中學(xué)高一檢測)為驗證在自由落體過程中物體的機(jī)械能是守恒的，某同學(xué)利用實(shí)驗系統(tǒng)設(shè)計了一個實(shí)驗，實(shí)驗裝置如圖所示，圖中A、B兩點(diǎn)分別固定了兩個速度傳感器，速度傳感器可以測出運(yùn)動物體的瞬時速度．在實(shí)驗中測得一物體自由下落經(jīng)過A點(diǎn)時的速度是v1，經(jīng)過B點(diǎn)時的速度是v2，為了證明物體經(jīng)過A、B兩點(diǎn)時的機(jī)械能相等，這位同學(xué)又設(shè)計了以下幾個步驟，你認(rèn)為其中不必要或者錯誤的是(　　) A．用天平測出物體的質(zhì)量 B．測出A、B兩點(diǎn)間的豎直距離 C．利用mv22－mv12算出物體從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)的過程中動能的變化

2、量 D．驗證v22－v12與2gh是否相等 答案：AC 2．在利用自由落體運(yùn)動驗證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗中： (1)打點(diǎn)計時器所接交流電的頻率為50Hz，甲、乙兩條實(shí)驗紙帶如圖所示，應(yīng)選________紙帶好． (2)若通過測量紙帶上某兩點(diǎn)間距離來計算某時刻的瞬時速度，進(jìn)而驗證機(jī)械能守恒定律．現(xiàn)已測得2、4兩點(diǎn)間距離為s1,0、3兩點(diǎn)間距離為s2，打點(diǎn)周期為T，為了驗證0、3兩點(diǎn)間機(jī)械能守恒，則s1、s2和T應(yīng)滿足的關(guān)系為________． 答案：(1)甲　(2)T2＝ 解析：(1)由于甲圖中1、2兩點(diǎn)間的距離(1.9mm)接近于2mm，故選甲圖． 3．(xx·南宮中學(xué)高一檢

3、測)在利用自由落體“驗證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗中， (1)下列器材中不必要的是________(只需填字母代號)． A．重物　　　　　　　 B．紙帶 C．天平 D．電源 (2)如圖所示為實(shí)驗得到的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，把第一個點(diǎn)記做O，另選連續(xù)的4個點(diǎn)A、B、C、D作為測量的點(diǎn)，經(jīng)測量知道A、B、C、D各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為62.78cm、70.00cm、77.58cm、85.52cm.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)，重力勢能的減少量等于________J，動能的增加量等于________J．(已知所用重物的質(zhì)量為1.00kg，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.80m/s2，取3位有效數(shù)

4、字．) 答案：(1)C　(2)6.86　6.85 解析：(1)本實(shí)驗不需要測量重錘的質(zhì)量m. (2)ΔEp＝mgh＝1×9.8×0.70J＝6.86J ΔEk＝mvB2＝m()2＝6.85J 4．(遼寧實(shí)驗中學(xué)高一檢測)在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗中：所用電源的頻率為50Hz.某同學(xué)選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測得各計數(shù)點(diǎn)到O的距離(單位：mm)如圖所示，圖中O點(diǎn)是打點(diǎn)計時器打出的第一個點(diǎn)，A、B、C、D、E分別是每打兩個點(diǎn)取出的計數(shù)點(diǎn)． (1)從下列器材中選出實(shí)驗所必須的，其編號為________． A．打點(diǎn)計時器(包括紙帶)　B．重錘　C．天平 D．毫米刻度尺　

5、E．秒表(或停表)　F．運(yùn)動小車 (2)若重錘的質(zhì)量為mkg，則重錘從開始下落到打B點(diǎn)時，減少的重力勢能是________J，從重錘下落到打B點(diǎn)時增加的動能是______J，得到的結(jié)論是_____________．(取g＝9.8m/s2，結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 答案：(1)ABD　(2)1.91m　1.88m　在實(shí)驗誤差允許的范圍內(nèi)，重錘的機(jī)械能守恒 5.在利用打點(diǎn)計時器驗證自由下落物體機(jī)械能守恒的實(shí)驗中，設(shè)物體在打O點(diǎn)時釋放，打點(diǎn)計時器打A點(diǎn)時物體速度為v，如圖所示，一同學(xué)在實(shí)驗報告中填寫如下： v＝2.36m/s.h＝28.76cm，＝2.785m2/s2，gh＝2.718m2

6、/s2.由以上數(shù)據(jù)說明在誤差范圍內(nèi)相等，故機(jī)械能守恒． 老師批閱：“數(shù)據(jù)非實(shí)驗所得！” 老師作此批閱的理由是什么？ 答案：在本實(shí)驗中，由于空氣阻力和摩擦力不可避免，所以重力勢能的減少量大于動能的增加量，或者說物體下落的實(shí)際加速度a＜g.所以實(shí)驗所測數(shù)據(jù)的實(shí)際結(jié)果應(yīng)是v2＜gh.而不是這位同學(xué)的v2＞gh. 6．(xx·聊城高一檢測)在驗證“機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗中，已知打點(diǎn)計時器所用電源的頻率為50Hz，查得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.8m/s2.某同學(xué)選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測量時各計數(shù)點(diǎn)對應(yīng)刻度尺的讀數(shù)如圖所示，圖中O點(diǎn)是打點(diǎn)計時器打出的第一個點(diǎn)，A、B、C、D分別是每打兩個點(diǎn)取出

7、的計數(shù)點(diǎn)，則重物由O點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)時，(重物質(zhì)量為m)求： (1)重力勢能減少量為多少？ (2)動能增加量為多少？ (3)根據(jù)數(shù)據(jù)得出什么結(jié)論？產(chǎn)生誤差的原因是什么？ 答案：(1)1.911mJ　(2)1.89mJ　(3)在實(shí)驗誤差允許范圍內(nèi)，重錘重力勢能減少量等于動能的增加量即機(jī)械能守恒；下落過程中克服摩擦阻力做功 解析：(1)重力勢能減少量ΔEP＝mghOB＝1.91mJ (2)重物下落到B點(diǎn)時速度vB＝＝1.944m/s 增加的動能為ΔEk＝mvB2＝1.89mJ (3)重錘的重力勢能減小略大于其動能增加，其原因是下落中克服阻力做功，機(jī)械能略有減少． 能力提升 1．

8、(xx·唐山一中高一檢測)在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗中： (1)供實(shí)驗選擇的重物有以下四個，應(yīng)選擇：(　　) A．質(zhì)量為10g的砝碼 B．質(zhì)量為200g的木球 C．質(zhì)量為50g的塑料球 D．質(zhì)量為200g的鐵球 (2)下列敘述正確的是(　　) A．實(shí)驗中應(yīng)用秒表測出重物下落的時間 B．可用自由落體運(yùn)動的規(guī)律計算重物的瞬時速度 C．因為是通過比較和mgh是否相等來驗證機(jī)械能是否守恒，故不需要測量重物的質(zhì)量 D．釋放重物前應(yīng)手提紙帶的上端，使紙帶豎直通過限位孔 (3)質(zhì)量m＝1kg的物體自由下落，得到如圖所示的紙帶，相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔為0.04s，那么從打點(diǎn)計時器打下

9、起點(diǎn)O到打下B點(diǎn)的過程中， 物體重力勢能的減少量Ep＝________J，此過程中物體動能的增加量Ek＝________J．(g＝9.8m/s2，保留三位有效數(shù)字) 答案：(1)D　(2)CD　(3)2.28　2.26 2．(福建廈門六中高一檢測)在驗證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗中，質(zhì)量為m＝1.00kg的重錘拖著紙帶下落，在此過程中，打點(diǎn)計時器在紙帶上打出一系列的點(diǎn)．在紙帶上選取五個連續(xù)的點(diǎn)A、B、C、D和E，如圖所示．其中O為重錘開始下落時記錄的點(diǎn)，各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別是31.4mm、49.0mm、70.5mm、95.9mm、124.8mm.當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.8m/s2. 本實(shí)驗所用

10、電源的頻率f＝50Hz.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) (1)打點(diǎn)計時器打下點(diǎn)B時，重錘下落的速度vB＝________m/s，打點(diǎn)計時器打下點(diǎn)D時，重錘下落的速度vD＝________m/s. (2)從打下點(diǎn)B到打下點(diǎn)D的過程中，重錘重力勢能減小量ΔEp＝________J，重錘動能增加量ΔEk＝________J. (3)在誤差允許范圍內(nèi)，通過比較________就可以驗證重錘下落過程中機(jī)械能守恒了． (4)設(shè)重錘在下落過程中受到恒定不變的阻力F，則可根據(jù)本實(shí)驗數(shù)據(jù)求得阻力F的表達(dá)式為________(用題中所給字母m，g，s1，s2，f表示)． 答案：(1)0.978　1.36　

11、(2)0.459　0.447 (3)重力勢能的減小量和動能的增加量相等 (4)mg－m(s2－s1)f2 3．如圖甲所示，用包有白紙的質(zhì)量為1.00kg的圓柱棒替代紙帶和重物，蘸有顏料的毛筆固定在電動機(jī)上并隨之轉(zhuǎn)動，使之替代打點(diǎn)計時器．當(dāng)燒斷懸掛圓柱棒的線后，圓柱棒豎直自由下落，毛筆就在圓柱棒表面的紙上畫出記號，如圖乙所示，設(shè)毛筆接觸棒時不影響棒的運(yùn)動．測得記號之間的距離依次為26.0mm、42.0mm、58.0mm、74.0mm、90.0mm、106.0mm，已知電動機(jī)銘牌上標(biāo)有“1440r/min”的字樣，由此驗證機(jī)械能守恒．根據(jù)以上內(nèi)容，回答下列問題： (1)毛筆畫相鄰兩條線

12、的時間間隔T＝________s，圖乙中的圓柱棒的________端是懸掛端(填“左”或“右”)． (2)根據(jù)乙所給的數(shù)據(jù)，可知毛筆畫下記號C時，圓柱棒下落的速度vC＝________m/s；畫下記號D時，圓柱棒下落的速度vD＝________m/s；記號C、D之間圓柱棒的動能的變化量為______J，重力勢能的變化量為________J(g＝9.8m/s2)．由此可得出的結(jié)論是________．(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 答案：(1)T＝＝s＝0.042s，左端相鄰筆跡間間距大，故左端是懸掛端． (2)vC＝m/s＝1.2m/s， vD＝m/s＝1.6m/s， ΔEK＝m(vD2－v

13、C2)＝0.53J，ΔEP＝mg＝0.57J， 在誤差允許范圍內(nèi)，圓柱體的機(jī)械能是守恒的． 4．一士兵乘飛機(jī)巡查，用一部自動照相機(jī)在空中攝影，他選好快門開啟的時間間隔1s，鏡頭放大率為，將一蘋果從飛機(jī)上自由落下開始到落地的拍攝照片如下圖所示． (1)該地的重力加速度為________m/s2. (2)飛機(jī)離地面的高度________m. (3)試根據(jù)此照片驗證機(jī)械能守恒定律． 答案：(1)9.8　(2)78.2　(3)見解析 解析：由底片和放大率可得連續(xù)相等時間內(nèi)的位移x1＝4.9m，x2＝14.6m，x3＝24.5m，x4＝34.2m，由Δx＝aT2＝gT2和逐差法得g

14、＝＝9.8m/s2. (2)因飛機(jī)離地面的高度是底片上起點(diǎn)和終點(diǎn)間距離的100倍． 所以h＝78.2×10－2×100m＝78.2m (3)取C、O兩點(diǎn)研究 ΔEk＝mv2＝m[]2＝430.7mJ |ΔEp|＝mg·×102＝431.2mJ 在誤差允許范圍內(nèi)ΔEk＝|ΔEp| 所以在只有重力做功的條件下機(jī)械能守恒． 5．圖中甲、乙兩圖都是利用“驗證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗來測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭值的裝置示意圖．已知打點(diǎn)計時器的打點(diǎn)頻率為50Hz. (1)這兩圖相比較，用哪個圖所示的裝置實(shí)驗較好？簡單說明理由． (2)上圖中的丙是采用較好的裝置并按正確的實(shí)驗步驟進(jìn)行實(shí)驗打

15、出的一條紙帶，其中O點(diǎn)為打點(diǎn)的第一個點(diǎn)，標(biāo)為1，后面依次打下的一系列點(diǎn)跡分別為2、3、4、5…….經(jīng)測量，第15至17點(diǎn)間的距離為11.69cm，第1至第16點(diǎn)間的距離為43.83cm，則打下第16個點(diǎn)時，重物下落的速度大小為________m·s－1.在實(shí)驗誤差允許的范圍內(nèi)，可認(rèn)為重物在下落的過程中機(jī)械能守恒，由此求得重力加速度值為g＝________m·s－2(要求保留3位有效數(shù)字)． 答案：甲圖　2.92m·s－1　9.74m·s－2 解析：(1)用甲圖所示的裝置實(shí)驗較好．因為用夾子固定，可以避免乙圖由于手的抖動而造成紙帶上的第1個點(diǎn)跡被拖長和位置不確定的現(xiàn)象．另外由于用夾子固定紙帶，便于紙帶調(diào)整到豎直方向，以避免紙帶與打點(diǎn)計時器(限位孔)之間產(chǎn)生較大的摩擦，而乙圖中用手握住紙帶，難于做到這一點(diǎn)． (2)v16＝＝2.9225(m·s－1)． 由mgh＝mv162，得： g＝＝＝9.74(m·s－2) 注：本題中利用“驗證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗來完成測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭值，這是對教材中實(shí)驗方法的拓展．這種拓展，是近年來高考實(shí)驗題的變化趨勢．學(xué)習(xí)中需重視更新實(shí)驗情景，變換實(shí)驗方式，不斷提高觀察的思維能力．