8.5 实验 验证机械能守恒定律-【名师大课堂】2025-2026学年高中物理必修 第二册同步小作业（人教版）

5.D以桌面为零势能面， 00000 零势能面 将链条分成水平部分和竖 2 直部分两段，水平部分的 重力势能为零，竖直部分 的重心在竖直段的中间，高度为一二L,如图所 4 示，而竖直部分的重力为mg,这样竖直部分的 重力势能为2mgX(仁L)小=-吉mgL,能条总 1 的重力势能为一 8mgL;链条上端刚离开桌面 时，链条总的重力势能为一了mgL,由机拔能守 恒得链条上端刚离开桌面时链条的动能为Ek= 8mg-（mgL)小ngL,故D正确。 1 5实验：验证机械能守恒定律 A级基础过关练 1.答案(1)B(2)A(3)CB 解析(1)要使重物做自由落体运动，需尽量减 小空气阻力的影响，则重物要选体积小、密度大 的物体，故A错误；实验时应先接通电源，后释 放纸带，B正确。 (2)打点计时器具有计时功能，所以不需要停表， 需要利用刻度尺测位移进而计算速度，故A正 确，C错误；验证重物的机械能守恒，需要验证的 是△E,=mgh=△E:=号m2,即只需验证gh 2,所以不需要测质量，不需要天平，故B 错误。 (3)由前面的分析可知，要验证机械能守恒定律， 不需要测量物体的质量，故没有必要的步骤 是C。打点计时器接在交流电源上才能正常使 用，故操作不当的步骤是B。 5 2.答案(1)0.9110.856(2)先释放重物，再接 通打点计时器电源等于(3)图线B 解析(1)所用的打点计时器连接50Hz的交流 电，打点计时器的打点时间间隔T==品 f50s 0.02s OB段对应的重物重力势能的减少量△E。=mg ·OB=0.50×9.80×18.60×10-2J≈0.911J。 做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均 速度等于中间时刻的瞬时速度，打B点时重物的 醉时速度B=0C-0A_27,2124×102 4T 4×0.02 m/5=1.85m/s,则重物动能的增加量△Ek=2 1 mum2=2×0.50×1.852J≈0.856J. (2)重物下落过程机械能守恒，若乙同学操作无 误，由机械能守恒定律得mg=m,整理得 2.2=gh:由题图3可知，当九为0时，重物的速 度不为0，说明该同学操作中先释放重物，再接 通打点计时器电源。虽然乙同学所作2-h图 线不过原点，但图线斜率k=g。 (3)根据机械能守恒，重物的高度越高，重力势能 越大，则动能越小，故动能随高度变化的图线为 图线B。 B级能力提升练 1.答案(1) .(2)3 解析(1)将遮光片通过光电门的平均速度看作 滑块通过B点时的瞬时速度，则=么。 t。 (2)滑块自A点由静止释放到B点的运动中，滑 块、遮光片和钩码组成的系统重力势能的减少量 △E,=Mg管-mgs=(M台-m)gs,系统动能 的增加量为△E=(M十m)m2,若系统的机械 能守恒，则△E。=△Ek,号(M+m)2 (M冬-m)gs,整理可得2 2M宁-mg M+m 5,由 2(M年-m)g 02一s图像的斜率k= 0.49 M+m 0.20 m·s-2,解得M=3m。 2.答案IBC(2)AC(3)F,h=F-R) 解析(1)用弹簧测力计代替力传感器进行实验 时，由于细线不断摆动，不方便读数与记录，A错 误；细线要选择伸缩性小的，避免摆长发生变化， 导致势能出现误差，B正确；球尽量选择密度大： 的，以减小空气阻力的影响，C正确。 (2)(3)本实验要验证机械能守恒，即要验证减小 的重力势能等于增大的动能，应满足mgh=2 1 v。小球静止在最低点时，力传感器的示数F。 与重力相等，即F。=mg;小球摆到最低点时力 传感器的最大示数为F,由向心力公式可得F一 2 mg=m号，联主可解得FA=(F-F),此即 为要验证的表达式，由此可知，为完成实验，要测 量的量为释放小球时的位置与自由静止时位置： 60 的高度差h与摆长1，故(2)问应选A、C。 3.答案(1)调高(2)1.560.4900.487 (3)D (m+M)d2 2mg 解析(1)不挂钩码，该同学在光电门1的右侧 向左轻推滑块，发现遮光条通过光电门1的时间 大于通过光电门2的时间，说明滑块做加速运 动，即气垫导轨左端低，右端高，他应调节左侧调 节旋钮将轨道左端适当调高。 (2)滑块通过光电门1时的速度大小为三 ≈1.56m/s,钩码和滑块（含遮光条）组成的系统 减少的重力势能为Ep=mgl1=0.490J,增加的 动能为=号(m+02≈0,487J。 (3)若钩码和滑块（含遮光条）组成的系统机械能 守恒，则mg1=合(m+Mr,又v= △，可得1 m+MDd× 2mg X,为了减小偶然误差，可以在坐 标纸上作出一 入2图像故选D。若所得图线是 一条过坐标原点的直线，且图线的斜率为k= (m十MDd,也可以验证钩码和滑块（含遮光条） 2mg 组成的系统机械能守恒。5实验：验证机械能守恒定律 A级基础巩固练 知识点一实验原理与操作 1.某同学用如图所示的实验 打点 计时器 纸带 装置验证“机械能守恒定 打点 计时器 纸带 律”。实验所用的电源为学 夹子 生电源，可以提供输出电压 重物 夹子 为8V的交变电流和直流 0一重物 电，交变电流的频率为50 Hz。重物从高处由静止开 图1 始下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点， (1)甲同学按照正确的实验步骤操作后，选出一 对纸带上的点测量并分析，即可验证机械能守恒 条纸带如图2所示，其中O点为打点计时器打下 定律。 的第一个点，A、B、C为三个计数点，用刻度尺测 (1)关于上述实验，下列说法正确的是 得OA=12.41cm、OB=18.60cm、OC-27.21 A.重物最好选择密度较小的木块 cm,在计数点A和B、B和C之间还各有一个 B.实验中应先接通电源，后释放纸带 点。已知重物质量为0.50kg,OB段对应的重物 (2)为了完成实验，除带夹子的重物、纸带、铁架台 重力势能的减少量△E。= J,重物的动能 (含铁夹)、学生电源、打点计时器、导线及开关外， 增加量△Ek= J。(结果均保留3位有效 在下列器材中，还必须使用的器材是 数字) A.刻度尺 B.天平（含砝码） C.停表 12.41cm (3)实验时该同学进行了下面几个操作步骤： 18.60cm A.按照图示装置安装器材； 27.21cm B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上； 图2 C.用天平测出重物的质量； (2)乙同学想利用该实验装置测定当地的重力加 D.先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带； 速度。他打出了一条纸带后，利用纸带测量出了 E.测量纸带上某些点间的距离： 各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离 F.根据测量的结果计算重物下落过程中减少的 h,算出了各计数点对应的速度，以h为横轴， 重力势能是否等于增加的动能。 其中没有必要进行的步骤是 ,操作不当的 以？子为纵轴画出了如图3所示的图线。由于 步骤是 。(均填步骤前的选项字母) 图线没有过原点，他又检查了几遍，发现测量和 知识点二数据处理与分析 计算都没有出现问题，其错误操作可能是 2.如图1所示是利用自由落体运动进行“验证机械 ；乙同学测出该图线的斜 能守恒定律”实验的装置。所用的打点计时器连 率为k,如果不计一切阻力，则当地的重力加速 接50Hz的交流电。 度g k(选填“大于”“等于”或“小于”)。 34 “图线A”或“图线B”)。 2 ↑E 1.5 图线 1.0 图3 (3)丙同学利用图1进行“验证机械能守恒定律” 0.5 实验，正确操作后，得到一条纸带，经过测量计算 图线B 后，画出了如图4所示的E-h图线，则图中表示 100200300 400 500 h/mm 重物动能随重物高度变化的图线为 (填 图4 B级能力提升练 知识点拓展与创新实验 B点时对应的速度v,作出的v2-5图像如图所 1.某同学验证机械能守恒定律的装置示意图如图 示，则M= m(已知重力加速度g取 甲所示。 9.80m/s2). +2m2·s2) 2.某实验小组设计实验验证机械能守恒定律，实验 遮光片 光电门 装置示意图如图所示，在铁架台铁夹上固定好一 M 0.49 B 个力传感器，一根细线上端连接在力传感器上， 下端系在小球上，把小球拉离平衡位置一个角 0.20s/m 度，由静止释放小球，力传感器可记录小球在摆 水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨：导轨上A 动过程中细线拉力的大小，记下力传感器的最大 点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为 示数F。 M,左端由跨过定滑轮的轻质细绳与一质量为m 力传感器 的钩码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨 上B点处有一光电门，可以测出遮光片经过光电 门时的挡光时间t,用d表示A点到导轨底端C 点的距离，s表示A、B两点间的距离，五表示A 与C的高度差，b表示遮光片的宽度，可以将遮 (1)关于实验，下列说法中正确的是 光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点 (填正确选项前的字母) 时的瞬时速度。重力加速度为g,不考虑各处摩 A.可以直接用弹簧测力计代替力传感器进行 擦对实验的影响，将滑块自A点由静止释放，发 实验 现滑块沿导轨加速滑下。 B.细线要选择伸缩性小的 (1)滑块通过光电门时的速度v= (用 C.球尽量选择密度大的 题目中给出的字母表示)。 (2)为完成实验，需要测量小球自由静止时力传 (2)根据上述实验方法，测得h=15cm,d= 感器的示数F。,还需要测量的物理量有 30cm,并多次改变A、B间的距离，测得滑块到 (填正确选项前的字母) 35 A.释放小球时的位置与自由静止时位置的高度 据此回答下列问题： 差h (1)在步骤b中不挂钩码，该同学在光电门1的 B.小球下落至平衡位置时的时间 右侧向左轻推滑块，发现遮光条通过光电门1的 C.摆长1 时间大于通过光电门2的时间，他应调节左侧调 D.小球的质量m 节旋钮将轨道左端适当 (选填“调高”或 (3)需要验证机械能守恒的表达式为 。(用已知量和测量量符号表示) “调低”)。 3.某同学用如图所示的实验装置验证“机械能守恒 (2)在某次实验中，测得遮光条到光电门1的距 定律”，主要实验步骤如下： 离为11=50.0cm,遮光条通过光电门的时间为 光电门2 光电门1 遮光条 △1=3.2×10-3s,则滑块通过光电门1时的速 一滑块 度大小为 m/s。钩码和滑块（含遮光 、调节旋钮 进气口 条)组成的系统减少的重力势能为J,增加 钩码 的动能为 J。(取重力加速度g=9.8 a.测出遮光条的宽度为d=0.5cm,钩码的质量 m/s2,计算结果均保留3位有效数字) 为m=100g,滑块（含遮光条）的质量为M= (3)为了减小偶然误差，另一同学认为可以在坐 300g: 标纸上作出 图像（填下列选项前的字母 b.将气垫导轨放在水平桌面上，调节调节旋钮将 、 代号)。若所得图像是一条过坐标原点的直线， 气垫导轨调至水平； 且图线的斜率为 (用M、m、g、d表示)， c.撤去光电门2，将滑块移至图示位置，测出遮光 条到光电门1的距离1； 也可以验证钩码和滑块（含遮光条）组成的系统 d.由静止释放滑块，记录遮光条通过光电门1的 机械能守恒。 时间△1； A.l-√J公 B.1-△2 e.改变滑块的释放位置，重复步骤c、d得到多组 : 实验数据； c- f 36