8.5 实验：验证机械能守恒定律 同步练-2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

8.5实验：验证机械能守恒定律 姓名：__________ 班级：__________ 考号：__________ 1.(1)D (2)　　 　　 (3)C (4)该同学先释放纸带之后才接通了打点计时器的电源或打第一个点时重物下落的速度不为0 【解析】(1)为了减小空气阻力的影响，重物应选用质量大、密度大的小球，则最优选择为质量为200g的铁球。故选D。 (2)打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减少量为， 根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度，则重物在B点的速度大小为，，打O点到打B点的过程中，动能变化量为， (3)使用该公式计算可以得出速度大小从而求出动能变化量，但这默认了机械能是守恒的，重力势能变化大小等于动能变化大小，故AB错误； 实验中重力势能的减少量大于动能的增加量，原因为空气阻力和摩擦阻力的影响，故C正确； 没有采用多次实验取平均值的方法会导致偶然误差较大，不会使大多数实验结果相同，故D错误。故选C。 (4)图线不过原点，说明开始时物体已经具有速度，因此该同学先释放纸带之后才接通了打点计时器的电源或打第一个点时重物下落的速度不为0。 2.(1)B；(2)(3)1， 【解析】(1)根据动能定理有，可知等式两边的小球质量可以约掉，不需要天平测量小球质量，需要刻度尺测量两个光电门的高度，以计算得到图像中纵截距的大小，证明小球下落过程中机械能守恒，故A错误；为了使得小球在竖直方向运动，需要两光电门要在同一竖直线上，故B正确；为了尽可能减小空气阻力的影响，需要使用质量大，体积小的物体，即密度大的物体，故C错误。故选B。 (2)由于小球通过光电门的时间极短，且小球本身体积较小，用小球通过光电门的平均速度代替瞬时速度，即小球通过光电门1的速度。 (3)由根据动能定理可得，得到，因此如果图像的斜率为1，图线与纵轴的交点为，则机械能守恒定律得到验证。 3.(1)　小　A；(2)mgh＝(m＋2M)；(3)D 【解析】(1)根据步骤c中，则可得系统的末速度为，挡光片中心通过光电门中心的实际速度为中间位移的瞬时速度，而用这种方法测出来的速度是平均速度，所以比实际速度要小；所以为让平均速度越接近瞬时速度，即通过光电门的时间要短，所以可采用的最合理的方法是减小挡光片宽度d，A正确，BCD错误。故选A。 (2)系统重力势能的减小量，系统动能的增加量为，若系统机械能守恒，则有mgh= (3)绳子、滑轮并非轻质而有一定质量，会导致系统重力势能减小量大于系统动能增加量，A错误，不符合题意；轮与绳子之间产生滑动摩擦，会导致系统重力势能减小量大于系统动能增加量，B错误，不符合题意；计算重力势能错误地将g的数值取做10m/s2，会导致系统重力势能减小量大于系统动能增加量，C错误，不符合题意；挂物块C时不慎使B具有向上的初速度，使得BC下落的高度比静止时下落的高度更高，则A通过光电门的速度更大，故会导致系统重力势能减小量小于系统动能增加量，D正确，符合题意。故选D。 4.(1)增加　　(2) 　　 　　(3)2.0 【解析】(1)该实验中A及砝码的总质量必须大于B及其中砝码的总质量才能完成实验，A从静止下落过程中做加速运动，B同样做加速运动，且二者加速度大小及速度大小始终相同，对B箱与B箱中砝码而言，在该过程中除了重力做功，绳子上的拉力对该整体做正功，因此可知B箱与B箱中砝码整体机械能增加。 (2)因A挡住光的时间极短，由平均速度代替A到达F处的瞬时速度，可得， 对A根据速度与位移的关系有，，联立解得， (3)对A、B及砝码组成的系统整体由牛顿第二定律有，，整理得，，结合图像可得，，，联立解得， 5.(1)　mgL－MgLsin θ　(2)9.6 【解析】(1)由题意，滑块经过点B时速度为vB＝ 故小球和滑块组成的系统的动能增加量为：ΔEk＝(m＋M)＝； 系统的重力势能减少量为：ΔEp＝mgL－MgLsin θ (2)m和M组成的系统机械能守恒，有： mgL－MgLsin θ＝(m＋M)v2 整理得：v2＝L 结合v2－L图像可得：＝ 得：g≈9.6 m/s2. 6.(1)不需要；(2)，；(3) 【解析】（1）对砝码和滑块系统来说，验证机械能守恒律，只需验证砝码及托盘减少的重力势能与系统增加的动能是否相等，并不需要测量拉力，故不需要满足m远小于M。 （2）滑块由静止释放至光电门的过程，系统的重力势能减少了，根据极短时间的平均速度等于瞬时速度，滑块通过光电门时速度大小为，系统动能增加了，若系统机械能守恒，则重力势能减少量等于动能增加量，则系统机械能守恒成立的表达式是 （3）由（2）可知系统机械能守恒成立的表达式是，整理得挡光条到光电门的距离为，对比图像的斜率为，解得当地的重力加速度大小为 7.(1)B　(2)3mg－2mgsin θ　(3)多次测量取平均值(其他答案合理即可) 【解析】(1)小球沿轨道下滑过程中，只有重力做功，重力势能转化为小球的动能，根据机械能守恒定律得mgR(1－sin θ)＝mv2，① 在轨道最低位置处，根据牛顿第二定律得F－mg＝m，② 联立①②式可得mgR(1－sin θ)＝R(F－mg)， 整理得mg(1－sin θ)＝ (F－mg)，③ 由上式可知，要验证小球沿轨道下滑过程中机械能是否守恒，实验中还必须测量小球的质量m，故B项正确，A、C、D三项错误． (2)由(1)问中③式可得F＝3mg－2mgsin θ. (3)为提高实验精确度，可以多次测量取平均值，或者是减小空气阻力的影响(减小小球体积或增大其密度等)． 8.(1)ABC　(2)x2=4l(h-l) 【解析】若小球运动过程中机械能守恒，则有mgh=mg(h-l)+，化简得x2=4l(h-l)，由此式可知，要测量的有细绳的长度l、O点到地面的高度h、O点在地面的投影到小球落点的水平距离x，而小球的质量不需要测量，A、B、C正确。 第1页 共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 8.5实验：验证机械能守恒定律 姓名：__________ 班级：__________ 考号：__________ 一、常规实验 1.在利用如图所示的装置“验证机械能守恒定律”的实验中 (1)供实验选择的重物有以下四个，应选择__________。 A．质量为10g的砝码 B．质量为200g的木球 C．质量为50g的塑料球 D．质量为200g的铁球 (2)实验中，某实验小组得到如图所示的一条理想纸带，在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为、、，已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T，重物的质量为m，从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减少量　　，动能增加量　　。 (3)大多数同学的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，主要原因是__________ A．利用公式计算重物速度 B．利用公式计算重物速度 C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D．没有采用多次实验取平均值的方法 (4)某同学利用他自己实验时打出的纸带，分别测量出打出的各点到第一个点之间的距离h，算出各点对应的速度v，以h为横轴，为纵轴画出了如图所示的图线，图线未过原点O的原因是　　　　　　　　　　。 2.某实验小组用如图甲所示装置验证机械能守恒定律。光电门1、光电门2固定在铁架台上，两光电门分别与数字计时器连接。实验前先测量小球的直径d，两个光电门的高度差h，查出当地的重力加速度为g。 (1)关于实验，下列说法正确的是______; A．天平和刻度尺是实验中必须使用的仪器 B．两光电门要在同一竖直线上 C．小球的密度不影响实验结果 (2)让小球从光电门1正上方某位置由静止释放，小球通过光电门1和光电门2时，小球的挡光时间分别为、，则小球通过光电门1时的速度大小为          (用所给物理量的符号表示); (3)改变小球在光电门1上方释放的位置，重复实验多次，测得多组通过光电门1和光电门2的挡光时间t1、t2，作图像，如果图像的斜率为       ，图线在纵轴的截距为      (用题目中相关物理量符号表示)，则机械能守恒定律得到验证。 二、系统机械能守恒 3.如图(a)所示的装置叫阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律。某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图(b)所示。实验时，该同学进行了如下步骤： a．将质量均为M(A的含挡光片)的重物A、B用轻质细绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出A上挡光片中心到光电门中心的竖直距离h。 b．在B的下端挂上质量为m的物块C，让系统(重物A、B以及物块C)中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为Δt。 c．测出挡光片的宽度d，计算重物运动的速度v。 d．利用实验数据验证机械能守恒定律。 (1)步骤c中，计算重物的速度v＝      (用实验中字母表示)，利用这种方法测量的速度总是比挡光片中心通过光电门中心的实际速度      (选填“大”或“小”)，为使v的测量值更加接近真实值，减小系统误差，可采用的合理的方法是      。 A．减小挡光片宽度d B．减小挡光片中心到光电门中心的竖直距离h C．将光电门记录挡光时间Δt的精度设置得更高些 D．将实验装置更换为纸带和打点计时器 (2)步骤d中，如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒，应满足的关系为      (已知当地重力加速度为g，用实验中字母表示)。 (3)某次实验分析数据发现，系统重力势能减少量小于系统动能增加量，造成这个结果的原因可能是      。 A．绳子、滑轮并非轻质而有一定质量         B．滑轮与绳子之间产生滑动摩擦 C．计算重力势能时g的取值比实际值偏大        D．挂物块C时不慎使B具有向上的初速度 4.高一年级某班实验小组同时测量A、B两个箱子质量的装置图如图甲所示。其中D为铁架台，E为固定在铁架台上的轻质滑轮(质量和摩擦忽略不计)，F为光电门，C为固定在A上、宽度为d的细遮光条(质量不计)。另外，该实验小组还准备了刻度尺和一套总质量的砝码。 (1)在铁架台上标记一位置O，并测得该位置与光电门F之间的距离为h。取出质量为m的砝码放在A箱子中，剩余砝码全部放在B箱子中，让A从位置O由静止开始下降，则A下落到F处的过程中，B箱与B箱中砝码的整体机械能是　　　 (选填“增加”、“减少”或“守恒”)的。 (2)测得遮光条通过光电门的时间为，根据所测数据计算得到，A箱通过光电门的速度大小　　　 ，下落过程中的加速度大小　　　 (结果均用d、、h等表示) (3)改变m，测得相应遮光条通过光电门的时间，算出加速度a，得到多组m与a的数据，作出图像如图乙所示，可得A的质量　　 。(取重力加速度大小，计算结果中保留两位有效数字) 5.利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”，实验装置如图甲所示．水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上有一装有长方形挡光片的滑块，总质量为M，滑块左端由跨过光滑轻质定滑轮的细绳和一质量为m的小球相连．导轨上的B点有一光电门，可以测量挡光片经过光电门的时间t.实验时滑块由A处静止释放，用L表示A、B两点间的距离，d表示挡光片的宽度． (1)某次实验导轨的倾角为θ，设重力加速度为g，则滑块从A点到通过B点时m和M组成的系统的动能增加量ΔEk＝________，系统的重力势能减少量ΔEp＝________，在误差允许的范围内，若ΔEk＝ΔEp，则可认为系统的机械能守恒． (2)设滑块经过B点的速度为v，某同学通过改变A、B间的距离L，测得倾角θ＝37°时滑块的v2－L的关系如图乙所示，并测得M＝0.5m，则重力加速度g＝________ m/s2(结果保留两位有效数字，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)． 6.图为某实验小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律的装置，实验的主要步骤有： A．将气垫导轨放在水平桌面上并调至水平； B．测出挡光条的宽度d； C．分别测出滑块与挡光条的总质量M及托盘与砝码的总质量m； D．将滑块移至图示位置，测出挡光条到光电门的距离L； E.由静止释放滑块，读出挡光条通过光电门的时间t； F.改变挡光条到光电门的距离，重复步骤D、E，测出多组L和t。已知重力加速度为g，请回答下列问题： (1)本实验中______（填“需要”或“不需要”）满足m远小于M。 (2)若某次测得挡光条到光电门的距离为L，挡光条通过光电门的时间为t，滑块由静止释放至光电门的过程，系统的重力势能减少了________________；若系统机械能守恒，应满足___________________。（用实验步骤中各测量量符号表示） (3)多次改变挡光条到光电门的距离，重复步骤D、E，测出多组L和t，作出L随的变化图像如图所示，图线为过坐标原点的直线，如果在误差允许的范围内当地的重力加速度大小为g=___________时，可以判断槽码带动滑块运动过程中机械能守恒。（用题中已知量和测得的物理量符号表示） 3、 创新实验 7.（用圆周运动验证机械能守恒定律）某同学利用如图所示装置验证机械能守恒定律．四分之一圆弧轨道竖直放置，轨道边缘标有表示圆心角的刻度，轨道最低点装有压力传感器．现将小球置于轨道上θ刻度处由静止释放，当其通过最低位置时，读出压力传感器的示数F.已知当地重力加速度为g. (1)为验证小球在沿轨道下滑过程中机械能守恒，实验中还必须测量的物理量有________． A．轨道的半径R B．小球的质量m C．每次小球释放点离地面的高度h D．每次小球在轨道上运动的时间t (2)根据实验测得的物理量，则小球在运动过程中机械能守恒应满足的关系式为F＝________. (3)写出一条提高实验精确度的建议__________________________________________． 8.（用平抛运动验证机械能守恒定律）某同学设计出如图所示验证机械能守恒定律的实验装置，小球用轻质细绳悬挂于O点，在O点正下方固定一刀片，并在水平地面上用重锤记录下O点在水平面的投影，将小球拉至与O等高的水平位置处，绳被拉直，从静止释放小球，当小球到达O点正下方时，刀片割断细绳，小球做平抛运动，记录下小球的落点。 (1)下列物理量中需要测量的是　　　　(填选项前的字母)。  A.细绳的长度l B.O点到地面的高度h C.O点在地面的投影到小球落点的水平距离x D.小球的质量m (2)利用题(1)中的字母，需要验证的等式是　　　　　　　　　　　。 第1页 共1页 学科网（北京）股份有限公司 $