8　课时分层训练(六)　科学验证：机械能守恒定律-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理必修第二册(鲁科版2019)

课时分层训练(六)　科学验证：机械能守恒定律 一、实验原理与操作 1．在做“用落体法验证机械能守恒定律”的实验时，除了铁架台、低压交流电源、刻度尺、纸带等实验器材外，还必需的器材应包括(　　) A. 秒表 B. 天平 C. 打点计时器 D. 弹簧测力计 C　本实验需要测量物体下落的高度来计算重力势能，测定速度来计算物体的动能增加量，故还需要用打点计时器， 则C正确，A、B、D错误。 2．如图所示，用此装置验证机械能守恒定律，由于电火花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的阻力，这样实验造成的结果是(　　) A. 重力势能的减少量明显大于动能的增加量 B. 重力势能的减少量明显小于动能的增加量 C. 重力势能的减少量等于动能的增加量 D. 以上几种情况都有可能 A　由于重物下落时要克服阻力做功，重物减少的重力势能转化为重物的动能和系统的内能，故重力势能的减少量大于动能的增加量，A正确。 3．“验证机械能守恒定律”的实验装置已安装完毕，请完成如下实验操作： (1)将纸带穿过打点计时器的__________________________，纸带下端固定在重锤上，上端用手提住，纸带不与限位孔接触。 (2)接通打点计时器的电源使它工作，让纸带从__________状态开始释放，打点计时器在纸带上打出一系列的点。 (3)更换纸带重复进行四次实验，从打出的几条纸带中挑选点迹清晰的纸带进行下面的测量。 (4)在纸带上选取打下的第1个点记为O，在这个点后距离较远处任意选取一点P，数出由O到P____________数目n，用刻度尺测出____________的距离。 (5)打点计时器工作电源频率为50 Hz，则打点间隔时间为________s，根据公式____________计算出P点对应的速度。 (6)由上面的h和v分别计算________________________和________ ____，看两者____________。 (7)在其他纸带上再另选几个点，重复步骤(4)(5)(6)。 答案：(1)限位孔(并在复写纸下面经过) (2)静止　(4)自然点间隔的　O点到P点 (5)0.02　vn＝ (6)重锤重力势能的减少量ΔEp　重锤动能增加量ΔEk　是否近似相等 二、数据处理 4．在“用自由落体法验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所接交流电频率为50 Hz，取g＝9.8 m/s2。实验选用重锤质量为 m(kg)，O是打下的第1点，从所打纸带中选择一条合适的纸带，此纸带第1、2点间的距离接近__________(结果取1位有效数字)。纸带上连续的点A、B、C、D至第1点O的距离如图所示，则重锤从点O运动到点C，重力势能减少____________。重锤经过点C时的速度为________m/s。其动能增加________。 解析：第1、2点的距离h＝gt2＝×9.8×0.022 m＝1.96 mm＝2 mm，重锤从点O运动到点C，重力做功WG＝mghOC＝9.8m×56.1×10－2 J＝5.50m J，故重力势能减少5.50m J， 重锤过C点时的速度 vC＝＝ m/s＝3.3 m/s 增加的动能 ΔEk＝mv＝×m×3.32 J＝5.45m J。 答案：2 mm　5.50m J　3.3　5.45m J 5．如图所示利用此装置验证机械能守恒定律。图中AB是固定的光滑斜面，斜面的倾角为30°，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的光电计时器都没有画出。让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为5.00×10－2 s、2.00×10－2 s。已知滑块质量为 2.00 kg，滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm，光电门1和2之间的距离为0.54 m，取g＝9.80 m/s2，滑块经过光电门时的速度为其平均速度。 (1)滑块经过光电门1时的速度v1＝________m/s，经过光电门2时的速度v2＝________m/s。 (2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为________J，重力势能的减少量为________J。 解析：(1)v1＝＝ m/s＝1.00 m/s v2＝＝ m/s＝2.50 m/s。 (2)动能增加量 ΔEk＝×2.00×(2.502－1.002) J＝5.25 J 重力势能的减少量 ΔEp＝2.00×9.80×0.54×sin 30° J＝5.29 J。 答案：(1)1.00　2.50　(2)5.25　5.29 6．用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置如图所示。(取g＝9.80 m/s2) (1)选出一条清晰的纸带如图甲所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以频率为50 Hz的交变电流。用分度值为1