新课标高中物理7.9《实验：验证机械能守恒定律》课时练人教版必修二

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 (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

1

致实验结果mgh____mv2(选填“>”或“<”)．

2

图3

4．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vn＝gnT

B．N点是第n－1个点，则vn＝g(n－1)T

sn＋sn＋1

C．vn＝

2T

dn＋1－dn－1

D．vn＝

2T

5.

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)

图5

6．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. 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

v2

速度，测算出瞬时速度v，并通过h＝计算出高度h.

2g

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， 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6

7．(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

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vB、vC，并测出B、C两点间的距离为h

112

F．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mv2C－mvB，从而 22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/s2，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vB＝____ m/s，从起点O到打下B点的过 程中，重力势能的减少量ΔEp＝________ J，此过程中物体动能的增量ΔEk＝________ 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hOC，利用v2C＝2ghOC计算得到了C点的速度，然

1

后验证mghOC与mv2相等．

2C

hOC－hOA

乙同学测出了A、B、C、D各点到第一点O的距离hOA、hOB、hOC、hOD，利用vB＝、

2T

hOD－hOB112vC＝计算B、C点的速度，然后验证了mg(hOC－hOB)与mv2－mv是否相等．

2T2C2B

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11

量mv2之间的大小关系．若机械能守恒，则有mgh＝mv2，两边都有质量，可约去，即验证221

gh＝v2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、

2E.]

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)>

1

解析 (1)本实验需要验证mgh与mv2的关系，所以不需要测量重物质量m，C正确．

21

(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>

2

2mv.

4．CD

5．(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．

hAC(2)vB＝vAC＝ 2T

7.06－3.14＝×10－2 m/s＝0.98 m/s

2×0.02从点O到点B，重力势能的减少量 ΔEp＝mghOB＝1×9.8×5.01×10－2 J≈0.49 J 此过程物体动能的增量

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ΔEk＝mv2B＝×1×0.98 J≈0.48 J. 228．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v2犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒C＝2ghOC，hOD－hOB的错误．计算vC可以选择vC＝. 2T

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．