2022-2022学年高中物理课时作业16验证机械能守恒定律含解析粤教版必修.doc

课时分层作业(十六)　
(时间：40分钟　分值：100分)
[根底达标练]
非选择题(此题共5小题，共50分)
1．(8分)在“验证机械能守恒定律〞的实验中：
(1)以下物理量中需要用工具直接测量的有(　　)
A．重物的质量
B．重力加速度
C．重物下落的高度
D．与重物下落高度对应的重物的瞬时速度
(2)实验中，如果以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的­h图线应是________，才能符合实验验证的要求，­h图线的斜率等于________的数值．
[解析]　(1)在“验证机械能守恒定律〞的实验中，只需要用刻度尺测量重物下落的高度．重物的质量不用测量．重力加速度不需要测量．通过计算可以得到与重物下落高度对应的重物的瞬时速度．应选C.
(2)在验证机械能守恒定律的实验中，有mgh＝mv2，那么有＝gh，由于g是常数，所以­h图线为过原点的倾斜直线，图线的斜率等于g.
[答案]　(1)C
(2)过原点的倾斜直线　重力加速度g
2．(10分)如图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．答复以下问题：
(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．米尺
B．秒表
C．低压直流电源
D．低压交流电源
(2)实验中产生误差的原因有： _______________(写出两个原因即可)．
(3)实验中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，这样将造成________．
A．不清楚　　 B．mgh>mv2
C．mgh<mv2 D．mgh＝mv2
[解析]　(1)在处理数据时需要测量长度，故需要米尺；电磁打点计时器工作时需要使用低压交流电源；所以选项A、D正确．
(2)造成误差的原因有：①纸带和打点计时器之间有摩擦．②用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差．③计算势能变化时，选取始末位置过近．④交流电频率不稳定．
(3)由于阻力作用，物体重力势能的减少量大于动能的增加量，即mgh>mv2，选项B正确．
[答案]　(1)AD　(2)①纸带和打点计时器之间有摩擦．②用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差．③计算势能变化时，选取始末位置过近．④交流电频率不稳定．(任选其二)　(3)B
3．(10分)某同学在“验证机械能守恒定律〞时按如图甲所示安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图乙所示．图中O点为打点起始点，且速度为零．
甲　　　　　　　　 　　乙
(1)选取纸带上打出的连续点A、B、C…，测出其中E、F、G点距起始点O的距离分别为h1、h2、h3，重锤质量为m，当地重力加速度为g，打点计时器打点周期为T.为验证此实验过程中机械能是否守恒，需要计算出从打下O点到打下F点的过程中，重锤重力势能的减少量ΔEp＝________，动能的增加量ΔEk＝________.(用题中所给字母表示)
(2)以各点到起始点的距离h为横坐标，以各点速度的平方v2为纵坐标建立直角坐标系，用实验测得的数据绘出v2­h图线，如下图，该图象说明了________．
[解析]　(1)从打下O点到打下F点的过程中，重锤重力势能的减少量为ΔEp＝mgh2，F点的瞬时速度为vF＝，
那么动能增加量为ΔEk＝.
(2)物体下落时，只有重力做功，动能与重力势能相互转化，物体的机械能守恒。
[答案]　(1)mgh2　　(2)见解析
4．(10分)在验证机械能守恒定律的实验中，与纸带相连的质量为1 kg的重锤自由下落，打出的纸带如下图，相邻计数点时间间隔为0.02 s，g取9.8 m/s2.求：
(1)打点计时器打下计数点B时，物体的速度vB＝________m/s(保存两位有效数字)；
(2)某同学根据纸带上的O点到B点的数据，计算出物体的动能增加量ΔEk＝0.47 J，重力势能减小量ΔEp＝0.48 J，经过屡次实验均发现ΔEk略小于ΔEp，试分析或解释形成这个现象的原因：
_____________________________________________________.
[解析]　(1)vB＝AC＝＝m/s≈0.97 m/s
(2)由于重锤下落过程中要克服空气阻力及纸带所受阻力做功，所以下落过程中，重锤的机械能有少量损失，增加的动能总是略小于减少的重力势能．
[答案]　(1)0.97　(2)由于要克服空气阻力和纸带所受阻力做功，重锤的机械能略减少
5．(12分)某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律．频闪仪每隔0.05 s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取9.8 m/s2，小球质量m＝0.2 kg，计算结果保存三位有效数字)：
时刻
t2
t3
t4
t5
速度(m·s－1)
4.99
4.48
3.98

(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝________m/s；
(2)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝________J，动能减少量ΔEk＝__________ J；
(3)在误差允许的范围内，假设ΔEp与ΔEk近似相等，那么可验证机械能守恒定律．由上述计算得ΔEp________ΔEk(选填“＞〞“＜〞或“＝〞)，造成这种结果的主要原因是______________________
______________________________________________________.
[解析]　(1)t5时刻小球的速度v5＝×10－2 m/s＝3.48 m/s；
(2)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝mgh25＝0.2×9.8×(23.68＋21.16＋18.66)×10－2 J＝1.24 J，动能减少量ΔEk＝mv－mv＝1.28 J；
(3)ΔEp＜ΔEk，造成这种结果的主要原因是上升过程中存在空气阻力．
[答案]　(1)3.48　(2)1.24　1.28　(3)＜　存在空气阻力
[能力提升练]
非选择题(此题共4小题，共50分)
1．(10分)某同学研究小球摆动过程中机械能守恒，他用的DIS的装置如图(a)所示，在实验中，选择以图象方式显示实验的结果，所显示的DIS图象如图(b)所示，图象的横轴表示小球距D点的高度h，纵轴表示摆球的重力势能Ep、动能Ek或机械能E.
(1)在图(b)中，表示小球的动能Ek随小球距D点的高度h变化关系的图线是________．
(2)根据图(b)所示的实验图象，可以得出的结论是
_______________________________________________________
______________________________________________________.
[解析]　(1)小球在摆动过程中只有重力对小球做功，小球的机械能守恒，取D点所在位置为零势能点，设在D点小球的速度大小为vD，那么有mgh＋mv2＝mv，其中h表示小球所在位置距D点的高度，mv2表示小球的动能Ek，即Ek＝mv－mgh.因此小球的动能Ek随高度h的变化图线应是丙．
(2)根据题图(b)所示的实验图象可知，小球的动能与重力势能之和等于常数，即只有重力做功时，物体的机械能守恒．
[答案]　(1)丙　(2)只有重力做功时，物体的机械能守恒
2．(14分)利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如下图．
(1)实验步骤：
①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平．
②用游标卡尺测出挡光条的宽度l＝9.30 mm.
③由导轨标尺读出两光电门中心间的距离s＝____________cm.
④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2.
⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1、和Δt2.
⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.
(2)用表示直接测量量的字母写出以下物理量的表达式．
①滑块通过光电门1和光电门2时，瞬时速度分别为v1＝________________和v2＝________________.
②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1＝________和Ek2＝________.
③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔEp＝________(重力加速度为g)．
(3)如果ΔEp＝________，那么可认为验证了机械能守恒定律．
[解析]　(1)距离s＝80.30 cm－20.30 cm＝60.00 cm.
(2)①由于挡光条宽度很小，因此可以将挡光条通过光电门时的平均速度当成瞬时速度，挡光条的宽度l可用游标卡尺测量，挡光时间Δt可从数字计时器读出．因此，滑块通过光电门1和光电门2的瞬时速度分别为v1＝、v2＝.
②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统的总动能分别为Ek1＝(M＋m)v＝(M＋m)；
Ek2＝(M＋m)v＝(M＋m).
③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔEp＝mgs.
(3)如果在实验误差允许的范围内ΔEp＝Ek2－Ek1，那么可认为验证了机械能守恒定律．
[答案]　(1)60.00　(2)①　　②(M＋m) 　(M＋m) 　③mgs　(3)Ek2－Ek1
3．(12分)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)

1.94
2.33
2.73
3.13
3.50

v2(m2/s2)

3.76
5.43
7.45
9.80
12.25

(1)请在图乙坐标中，描点作出v2­h图线；
(2)由图线可知，重锤下落的加速度g′＝________m/s2(保存三位有效数字)；
(3)假设当地的重力加速度g＝9.8 m/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)作出v2­h图线如图
(2)9.75(答9.69～9.79均给分)
(3)图线为通过坐标原点的一条直线，斜率的一半与g根本相等(不交代“通过坐标原点〞也给分)
4．(14分)用如下图实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒．m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．图给出的是实验中获得的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如下图．m1＝50 g，m2＝150 g，那么：(结果均保存两位有效数字)
(1)从纸带上打下计数点5时的速度v＝________m/s；
(2)从打下第“0〞点到打下第“5〞点的过程中系统动能的增量ΔEk＝________J，系统势能的减少量ΔEp＝____________J；(当地的重力加速度g取10 m/s2)
(3)假设某同学作出v2­h图象如下图，那么当地的重力加速度g＝________m/s2.
[解析]　(1)在纸带上打下计数点5时的速度
v＝ m/s＝2.4 m/s.
(2)从打下第“0〞点到打下第“5〞点的过程中系统动能的增量ΔEk＝(m1＋m2)v2＝×(0.05＋0.15)×2.42 J≈0.58 J，系统势能的减少量ΔEp＝(m2－m1)gh＝(0.15－0.05)×10×(38.40＋21.60)×10－2 J＝0.60 J.
(3)根据(m1＋m2)v2＝(m2－m1)gh，
可得v2＝h，由图线可知
＝＝，那么g＝9.7 m/s2.
[答案]　(1)2.4　(2)0.58　0.60　(3)9.7
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