2022年高中物理 機(jī)械能守恒定律 第九節(jié) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課時(shí)作業(yè) 新人教版必修1

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1、2022年高中物理 機(jī)械能守恒定律 第九節(jié) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課時(shí)作業(yè) 新人教版必修1 一、選擇題 1．用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，下面哪些測(cè)量工具是必需的(　　) A．天平　　　　　　　　 B．彈簧測(cè)力計(jì) C．刻度尺 D．秒表 [解析]　驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，需用刻度尺測(cè)量計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離，不需用天平測(cè)出重物的質(zhì)量，也不需用秒表和彈簧測(cè)力計(jì)，故正確答案為C. [答案]　C 2．在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于自由下落的重物，下述選擇的條件哪種更為有利(　　) A．只要足夠重就可以 B．只要體積夠小就可以 C．既要足夠重，又要體積非常小 D．應(yīng)該密度大

2、些，還應(yīng)便于夾緊紙帶，使紙帶在運(yùn)動(dòng)時(shí)不致扭曲 [解析]　利用重物下落驗(yàn)證機(jī)械能守恒時(shí)，必須讓空氣阻力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響越小越好，所以重物的密度越大，阻力相對(duì)重力越小，越有利于減小實(shí)驗(yàn)誤差，同時(shí)還應(yīng)便于實(shí)驗(yàn)操作，故正確選項(xiàng)為C、D. [答案]　CD 3．某位同學(xué)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，下列操作步驟中正確的是(　　) A．把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，并用導(dǎo)線連接到低壓交流電源上 B．將連有重錘的紙帶穿過(guò)限位孔，將紙帶和重錘提升到一定高度 C．先釋放紙帶，再接通電源 D．更換紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)記錄處理數(shù)據(jù) [解析]　在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通電源，后釋放

3、紙帶，以保證打第一個(gè)點(diǎn)時(shí)紙帶的初速度為零，故只有C錯(cuò)誤，A、B、D均正確． [答案]　ABD 4．在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)重錘減少的重力勢(shì)能總是大于重錘增加的動(dòng)能，造成這種現(xiàn)象的原因是(　　) A．選用重錘的質(zhì)量過(guò)大 B．選用重錘的質(zhì)量過(guò)小 C．空氣對(duì)重錘的阻力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的阻力 D．實(shí)驗(yàn)時(shí)操作不仔細(xì)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)確 [解析]　在重錘下落過(guò)程中，重錘需克服空氣的阻力及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的阻力做功，重錘減少的重力勢(shì)能在克服阻力做功的過(guò)程中消耗掉一部分，因此重錘減少的重力勢(shì)能總是大于重錘增加的動(dòng)能，故只有C是正確的． [答案]　C 5．如下圖所示，是用自由

4、落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)得到的一條紙帶，我們選中N點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，下面舉出一些計(jì)算打N點(diǎn)時(shí)紙帶下落速度的方法，其中正確的是(T是打點(diǎn)周期)(　　) A．N點(diǎn)是第n個(gè)點(diǎn)，則vn＝gnT B．N點(diǎn)是第n個(gè)點(diǎn)，則vn＝g(n－1)T C．vn＝ D．vn＝ [解析]　在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使用測(cè)量值盡量接近真實(shí)值，只有C選項(xiàng)能達(dá)到此目的． [答案]　C 6．在利用重物自由下落驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生誤差的主要原因是(　　) A．重物下落的實(shí)際高度大于測(cè)量值 B．重物下落的實(shí)際高度小于測(cè)量值 C．重物實(shí)際末速度v大于gt(g為重力加速度，t為下落時(shí)間) D．重物實(shí)際末速

5、度v小于gt [解析]　由于紙帶與重物同步運(yùn)動(dòng)，故所測(cè)紙帶上兩點(diǎn)間距離與重物下落高度相同，A、B均錯(cuò)；由于存在阻力作用，重物下落加速度a

6、__________.紙帶上第1、2兩點(diǎn)間的距離等于1.96 mm，則說(shuō)明____________________；紙帶上第1、2兩點(diǎn)的間距小于1.96 mm則說(shuō)明__________． [答案]?、冱c(diǎn)跡清晰?、邳c(diǎn)跡在一直線上　③第一、二兩點(diǎn)間距接近2 mm　物體在打點(diǎn)時(shí)開(kāi)始下落，物體在打點(diǎn)后開(kāi)始下落 9．右圖為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖．現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平．回答下列問(wèn)題： (1)為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材，還需要的器材有__________．(填入正確選項(xiàng)前的字母) A．米尺 B．停表 C．0～12 V的直流電源

7、 D．0～12 V的交流電源 (2)實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因有__________．(寫(xiě)出兩個(gè)原因) [解析]　(1)需要米尺來(lái)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的距離，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需用交流電源，故選A、D. (2)①紙帶與電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間存在摩擦阻力；②測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間距離時(shí)的讀數(shù)有誤差；③計(jì)算勢(shì)能變化時(shí)，選取的兩點(diǎn)距離過(guò)近；④交變電流頻率不穩(wěn)定．(選取兩個(gè)原因即可) [答案]　(1)AD　(2)見(jiàn)解析 10．驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)步驟安排如下： A．把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，并用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在低壓交流電源上 B．將連有重物的紙帶穿過(guò)限位孔，用手提著紙帶，讓手盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 C．松開(kāi)

8、紙帶，接通電源 D．更換紙帶，重復(fù)幾次，選點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測(cè)量 E．用天平測(cè)量重物的質(zhì)量m 在上述實(shí)驗(yàn)步驟中錯(cuò)誤的是__________和__________，可有可無(wú)的是__________． [解析]　B步驟中應(yīng)讓重物盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，而不是手靠近；C步驟中應(yīng)先接通電源，后釋放紙帶；E步驟可有可無(wú)，不稱(chēng)量重物的質(zhì)量也可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律． [答案]　B　C　E 11．利用下圖甲所示的裝置做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)，按正確的實(shí)驗(yàn)操作得到幾條打上點(diǎn)跡的紙帶．通常要求從其中挑選頭兩點(diǎn)(即0、1兩點(diǎn))間距離接近2 mm的紙帶進(jìn)行測(cè)量．但一位同學(xué)未按此要求，卻選取了一條操作正確、

9、點(diǎn)跡清楚，但頭兩點(diǎn)(0與1點(diǎn))間的距離明顯小于2 mm的紙進(jìn)行標(biāo)點(diǎn)(標(biāo)出0、1、2、3……各實(shí)際點(diǎn)跡)、測(cè)量(測(cè)出各點(diǎn)與0點(diǎn)的高度差h1、h2、h3……)，見(jiàn)圖乙，那么能否用它正確計(jì)算比較點(diǎn)n位置處的動(dòng)能與重力勢(shì)能的對(duì)應(yīng)關(guān)系(n＝2,3,4，…)，即能否驗(yàn)證mv＝mghn？__________，理由是____________________________________，列出點(diǎn)n處瞬時(shí)速度的計(jì)算式(應(yīng)用從紙帶上讀取的數(shù)據(jù))vn＝__________. [解析]　本題的實(shí)驗(yàn)過(guò)程要求先接通電源，開(kāi)啟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，在紙帶上記下初始位置．然后將紙帶、重錘系統(tǒng)適時(shí)地 由靜止釋放使之自由下落．所謂“適

10、時(shí)”，最理想的情況是在振針剛好打在紙帶上的一瞬間釋放，紙帶上的頭兩點(diǎn)的間隔就是自由落體在第一個(gè)0.02 s內(nèi)下落的位移，即 h1＝gt＝×9.8×(0.02)2 m＝1.96 mm≈2 mm. 但這種情況的機(jī)會(huì)很少，通常是在振針兩次敲擊紙帶之間的某時(shí)刻松手釋放．但只要是由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)性質(zhì)仍然是自由落體，只是紙帶上頭兩點(diǎn)之間的距離h1由于所經(jīng)歷的時(shí)間小于0.02 s而較2 mm要短些．因此仍可以進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)械能守恒的計(jì)算，即比較點(diǎn)n位置的動(dòng)能mv與重力勢(shì)能減少量mghn的等量關(guān)系． 同樣道理，因下落高度h和速度都不能用理論計(jì)算值，而只能用實(shí)際測(cè)量值，故不從第一點(diǎn)開(kāi)始，如從第3點(diǎn)到第8點(diǎn)

11、之間的紙帶也能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，只要計(jì)算出勢(shì)能減少量是否等于對(duì)應(yīng)的動(dòng)能增加量即可． [答案]　能　因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)性質(zhì)仍為自由落體運(yùn)動(dòng)，只要將n＝1的位置除外即可 12．如下圖甲所示，將包有白紙的圓柱棒替代紙帶和重物，蘸有顏料的毛筆固定在馬達(dá)上并隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，使之替代打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．當(dāng)燒斷掛圓柱棒的線后，圓柱棒豎直自由落下，毛筆就在圓柱棒白紙上畫(huà)出記號(hào)，如下圖乙所示，測(cè)得記號(hào)之間的距離依次為26、42、58、74、90、106 mm，已知馬達(dá)銘牌上有“1440 r/min”字樣，請(qǐng)說(shuō)明如何由此驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律． [解析]　其方法如下： (1)由馬達(dá)銘牌“1440 r/min”算出毛筆畫(huà)的線距的時(shí)間間隔為　T＝＝ s≈0.04 s. (2)根據(jù)vn＝算出任意選取的畫(huà)相鄰兩條線時(shí)圓柱棒的瞬時(shí)速度， vC＝ m/s＝1.25 m/s， vD＝ m/s＝1.65 m/s. 故ΔEk＝mv－mv＝m(v－v) ＝m×(1.652－1.252) J＝0.58m J. 而－ΔEp＝mg·CD＝m×10×58×10－3 J＝0.58m J，可見(jiàn)ΔEk＝－ΔEp，這就驗(yàn)證了圓柱棒自由下落時(shí)，機(jī)械能是守恒的． [答案]　見(jiàn)解析