高中物理练习探究动能定理实验.doc

第5章 第4讲

一、选择题
1．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要用工具测量的有(　　)
A．重锤的质量
B．重力加速度
C．重锤下落的高度
D．与重锤下落高度对应的重锤的瞬时速度
[答案]　C
[解析]　由机械能守恒定律列方程，等式两边都有质量可消去，故不用测质量，只需测重锤下落高度，计算出对应点的速度，故选C.
2．某同学在做利用橡皮筋探究功与速度变化关系的实验时，拖着纸带的小车在橡皮筋的作用下由静止运动到木板底端，在此过程中打点计时器在纸带上打下的相邻点间的距离变化情况是(　　)
A．始终是均匀的　　　　 B．先减小后增大
C．先增大后减小 D．先增大后均匀不变
[答案]　D
[解析]　橡皮筋对小车作用过程中小车速度增大，所以点间距增大，当小车离开橡皮筋后做匀速直线运动，点的间距不再变化，所以选D.
3．用如图所示实验装置来验证机械能守恒定律时，某同学的以下说法中正确的是(　　)

A．必须用秒表测出重物下落的时间
B．实验操作时，注意手提着纸带使重物靠近计时器，先接通计时器电源，然后松开纸带
C．如果打点计时器不竖直，重物下落时，其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上，就会造成重力势能的变化小于动能的变化
D．验证时，可以不测量重物的质量或重力
[答案]　BD
[解析]　因为实验中运用打点计时器， 不需要测时间，A错误；打点计时器不竖直，重物下落时，其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上，造成重力势能的减少大于动能的增量，C错误；实验时，为节约纸带，便于测量，应使重物靠近计时器，应先通电后放手，B正确；因为动能和势能表达式中都含有质量，可以消去，故不需测质量，D正确．
4．用橡皮筋探究功与速度变化的实验中小车会受到阻力，可以使木板倾斜作为补偿，则下面操作正确的是(　　)
A．使拖着纸带的小车由静止释放，小车不下滑即可
B．使拖着纸带的小车由静止释放，小车能下滑即可
C．沿木板推小车(后面拖着纸带)，打点计时器在纸带上打下的点均匀分布
D．不用挂纸带，轻推小车，小车能匀速下滑即可
[答案]　C
[解析]　因为纸带在运动中也会受到摩擦力，恰好平衡摩擦力的情况，应是小车拴有纸带时所受的阻力与重力的分力平衡，故D错C对；平衡摩擦力后小车应是匀速下滑，A、B不能说明小车处于受力平衡状态，所以不正确．
5．某同学在进行“验证机械能守恒定律”实验时，获得了数条纸带，则正确的是(　　)
A．必须挑选第一、二两点间的距离接近2mm的纸带进行测量
B．在纸带上选取点迹清楚的、方便测量的某点作计数点的始点
C．用毫米刻度尺量出各计数点到始点点迹之间的距离，得出重物下落的相应高度h1、h2…hn
D．用公式vn＝，计算出各计数点对应的重物的瞬时速度
[答案]　CD
[解析]　由实验的原理和操作知道，CD都是正确的，对于A，无论何时释放纸带，只要方法正确，则仍能验证机械能守恒定律，不必选第一、二两点之间的距离接近2mm的纸带，故A错．始点应是打的第一个点，不能从中间选取，故B错．
6．(2010·厦门)“验证机械能守恒定律”的实验中，使用电磁式打点计时器(所用交流电的频率为50Hz)，得到如图所示的纸带．图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列说法正确的是(　　)

A．实验时应先放开纸带再接通电源
B．(s6－s1)等于(s2－s1)的6倍
C．由纸带可求出计数点B对应的速率
D．相邻两个计数点间的时间间隔为0.02s
[答案]　C
[解析]　使用打点计时器时应先接通电源后松开纸带，选项A错；T＝5×s＝0.1s，s6－s1＝5aT2，s2－s1＝aT2，所以(s6－s1)＝5(s2－s1)，选项BD错误；由于s2、s3已知，计数点间的时间T＝0.1s，所以可求得计数点B对应的速度，选项C正确．
二、非选择题
7．(1)用公式mv2＝mgh时对纸带上起点的要求是____，为此，所选择的纸带第一、第二两点间距离应接近________．
(2)若实验中所用重物的质量m＝1kg，打点纸带如图甲所示，打点时间间隔为0.02s，则记录B点时，重物的速度vB＝________，重物动能EkB＝________.从开始下落到至B点，重物的重力势能减少量是________，因此可得出的结论是________．

(3)根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图线应是如图乙中的________．
[答案]　(1)初速为零　2mm
(2)0.59m/s　0.17J　0.17J
在实验误差范围内，重物动能的增加等于重物重力势能的减少
(3)C
[解析]　(1)若重物是从初速度为零开始下落，由自由落体运动规律s＝gt2，t取0.02s，g取9.8m/s2，可计算得s＝1.96mm≈2mm.
(2)由匀变速直线运动规律可知
vB＝AC/2T，EkB＝mvB2，ΔEpB＝mgOB
由此可求得vB＝0.59m/s
EkB＝0.17J；ΔEpB＝0.17J
在实验误差范围内，重物动能的增加等于重物重力势能的减少．
(3)因为mv2＝mgh，约去m，得＝gh，所以－h图象应是一条过原点的有斜率的直线，直线的斜率大小等于g，所以C正确．
8．(2010·安徽理综)利用图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＝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速度，测算出瞬时速度v，并通过h＝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，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)
[答案]　d
[解析]　本题考查验证机械能守恒定律实验的原理．根据实验原理，h是用刻度尺从纸带测量得到的，而某点速度由相邻两点的平均速度相等得出的，故选项d正确．
9．(2010·淄博)(1)在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，为了平衡小车运动中受到的阻力，应该采用下面所述的________方法(填“a”、“b”或“c”)．

(a)逐步调节木板的倾斜程度，使静止的小车开始运动
(b)逐步调节木板的倾斜程度，使小车在木板上保持静止
(c)逐步调节木板的倾斜程度，使夹在小车后面的纸带上所打的点间隔均匀
(2)在上述实验操作中，打点计时器使用的交流电频率为50Hz.某同学打出的一段纸带如图所示，O、A、B……E为打点计时器连续打出的计时点，则小车匀速运动时的速度大小为________m/s.(计算结果保留3位有效数字)

(3)若某同学分别用1根、2根…5根相同橡皮筋进行实验，测得小车匀速运动时的速度分别为0.52m/s、0.78m/s、0.96m/s、1.08m/s、1.22m/s.请根据实验数据在下面的坐标纸上画出橡皮筋所做功(W)与小车获得的速度(v)之间的关系图象．

[答案]　(1)C　(2)1.40　(3)如图所示

10．(2010·安徽省级名校联考)某实验小组用“落体法”验证机械能守恒定律，在用正确的方法进行实验后：
(1)有关该实验的注意事项及结论，下列说法正确的是(　　)
A．打点计时器安装时，必须使纸带跟两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力
B．实验时，需保持提纸带的手不动，待接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重锤下落
C．由于摩擦和空气阻力的影响，本实验的系统误差总是重力势能的减少量小于动能的增加量
D．为了增加实验的可靠性，可以重复多次实验
(2)实验小组中有同学提出，在处理实验数据时，所选纸带必须要求第一、二点间距离接近2mm且第一个点迹要清楚，你是否赞同这位同学的观点？说出你的理由
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
[答案]　(1)ABD　(2)不赞同
[解析]　(1)ABD
(2)因为纸带上某两点(不一定包含第一个点)的距离等于重物下落的高度，这样就能计算出重物下落过程中重力势能的减少量，如果再分别算出这两点的速度，便可以算出这两点对应重锤的动能，进一步计算出此过程中动能的增加量，若在实验误差允许的范围内，重力势能的减少量和相应过程动能的增加量相等，便可以验证机械能守恒定律．这样，重力势能减少的计算不必从起始点开始计算．于是，纸带打出的起始点O后的第一个0.02s内的位移是否接近2mm，以及第一个点是否清晰也就无关紧要了．
11．(2010·江苏南通一模)某同学利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律．该同学经正确操作得到打点纸带，在纸带后段每两个计时间隔取一个计数点，依次为1、2、3、4、5、6、7，测量各计数点到第一个打点的距离h，并正确求出打相应点时的速度v.各计数点对应的数据见下表：
计数点
1
2
3
4
5
6
7
h/m
0.124
0.194
0.279
0.380
0.497
0.630
0.777
v/(m·s－1)

1.94
2.33
2.73
3.13
3.50

v2/(m·s－1)2

3.76
5.43
7.45
9.80
12.3

(1)请在图乙坐标中，描点作出v2－h图线；由图线可知，重锤下落的加速度g′＝________m/s2(保留三位有效数字)；
(2)若当地的重力加速度g＝9.80m/s2，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的重锤机械能守恒的依据是________．

[答案]　(1)如图所示　9.75(9.69～9.79均可)

(2)g′ 与g基本相等
[解析]　由机械能守恒定律得，mv2＝mg′h，即v2＝2g′h，图线的斜率k＝2g′＝，代入数据，得g′＝9.75m/s2.
12．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．

(1)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________(填选项前编号)．
①物块的质量m1、m2；
②物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间；
③物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间；
④绳子的长度．
(2)为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：
①绳的质量要轻；
②在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；
③尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；
④两个物块的质量之差要尽可能小．
以上建议中确实对提高准确程度有作用的是______(填选项前编号)．
(3)写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议：________________________________________________________________________.
[答案]　(1)①②或①③　(2)①③
(3)例如：“对同一高度进行多次测量取平均值”；“选取受力后相对伸长尽量小的绳”等．(任选一条即可)
[解析]　A和B在运动过程中，速度大小始终相等．需要验证的式子为(m1－m2)gh＝m1v2＋m2v2
即(m1－m2)gh＝(m1＋m2)v2
因此，必须测出m1、m2、h并利用v＝at求得速度，其中由于m1g－FT＝m1a，FT－m2g＝m2a，所以a＝g.因此选①②或①③均可．结合此实验原理易知绳子适当长一些便于操作，但不可过长；m1与m2越接近，摩擦力等阻力对实验测量的影响越明显，为提高实验结果的准确度，应选①③.多次测量求平均值的方法在测量型实验中经常应用．另外选取受力后相对伸长尽量小的绳也可提高实验结果准确程度．
13．为了“探究外力做功与物体动能变化的关系”，查资料得知，弹簧的弹性势能Ep＝kx2，其中k是弹簧的劲度系数，x是弹簧长度的变化量．
某同学就设想用压缩的弹簧推静止的小球(质量为m)运动来探究这一问题．
为了研究方便，把小铁球O放在水平桌面上做实验，让小球O在弹力作用下运动，即只有弹簧推力做功．
该同学设计实验如下：
首先进行如图甲所示的实验：将轻质弹簧竖直挂起来，在弹簧的另一端挂上小铁球O，静止时测得弹簧的伸长量为d.

在此步骤中，目的是要确定物理量________，用m、d、g表示为________．
接着进行如图乙所示的实验：将这根弹簧水平放在桌面上，一端固定，另一端被小铁球O压缩，测得压缩量为x，释放弹簧后，小铁球O被推出去，从高为h的水平桌面上抛出，小铁球O在空中运动的水平距离为L.
小铁球O的初动能Ek1＝________.
小铁球O的末动能Ek2＝________.
弹簧对小铁球O做的功W＝________.(用m、x、d、g表示)
对比W和Ek2－Ek1就可以得出“外力做功与物体动能变化的关系”，即在实验误差允许范围内，外力所做的功等于物体动能的变化．
[答案]　弹簧劲度系数k　　0　　
[解析]　该题也是探究做功与物体动能变化的关系，但是在课本实验的基础上进行了变化和创新，主要考查了灵活应用知识的能力和创新能力．
在图甲所示的步骤中，目的是确定弹簧的劲度系数k，由平衡条件得：
mg＝kd　即k＝.
在图乙所示的实验中，小铁球的初动能Ek1＝0.
又根据小球做平抛运动得：
h＝gt2　L＝vt
所以EK2＝mv2＝m(L)2＝
弹簧对小铁球做的功等于弹性势能的减少
所以W＝kx2＝.