课时训练22 实验：验证机械能守恒定律-【志鸿优化训练】2025-2026学年高中物理必修第二册 (人教版)

、第八章 机械能守恒定律 5实验：验证机械能守恒定律 ■■■课时训练22■■ 核心素养达标夯实基础 一、选择题 短越好，因为纸带越短，克服摩擦力做的 1.在“验证机械能守恒定律”的实验中，需要直 功就越小，误差就越小 接测量的物理量是( B.实验时需称出重锤的质量 A.重锤的质量 C.纸带上第1、2两点间距若不接近2mm, B.重锤下落的时间 则无论怎样处理实验数据，实验误差一 C.重锤下落的高度 定较大 D.重锤的瞬时速度 D.处理打完点的纸带时，可以直接利用打点 2.在做“验证机械能守恒定律”的实验时，以下 计时器打出的实际点迹，而不必采用“计 说法正确的是() 数点”的方法 A.选用重锤时，密度大体积小的比密度小 5.某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验， 体积大的好 下列操作步骤中错误的是() B.选用重锤时，密度小体积大的比密度大体 A.把打点计时器固定在铁架台上，用导线 积小的好 连接到低压交流电源 C.选用的重锤一定要测其质量 B.将连有重锤的纸带穿过限位孔，将纸带和 D.重锤的质量大小与实验准确性无关 重锤提升到一定高度 3.“验证机械能守恒定律”的 打点 纸带 C.先释放纸带，再接通电源 实验装置如图所示，实验 计时器 D.更换纸带，重复实验，根据记录处理数据 中发现重物增加的动能略 夹子 6.用自由落体法“验证机械能守恒定律”，就是 小于减少的重力势能，其 重物 主要原因是( ) 看mu2是香等于mgk.(m为计数点的编 A.重物的质量过大 号0、1、2…)。下列说法正确的是( B.重物的体积过小 A.打点计时器打第一个点0时，重物的速度 C.电源的电压偏低 为零 D.重物及纸带在下落时受到阻力 B.hn是计数点n到点1的距离 4.关于“验证机械能守恒定律”的实验中，以下 C.必须测量重物的质量 说法正确的是( ) D.可以用n=gtn计算vm,其中tn=(n-l) A.实验中摩擦是不可避免的，因此纸带越 T(T为打点周期) 92 ·物理· 课时夯基过关练， 7.下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实 0.02s,g取9.8m/s2。求： 验误差的说法正确的是() 0. ←3.13 A.重物质量的称量不准会造成较大误差 4.86 单位：cm -7.02 B.重物质量选用得大些，有利于减小误差 (1)打点计时器打下计数点B时，物体的速 C.重物质量选用得较小些，有利于减小误差 度VB= m/s(保留两位有效数字)。 D.打点计时器选用电磁打点计时器比电火 (2)某同学根据纸带上的O点到B点的数 花计时器误差要小 据，计算出物体的动能增加量△Ek=0.47J, 8.利用如图所示装置进行 重力势能减小量△E。=0.48J,经过多次实 “验证机械能守恒定律”的 计时器 一纸带 验均发现△Ek略小于△E。,试分析或解释形 实验时，需要测量物体由 夹子 成这个现象的原因： 静止开始自由下落到某点 0重物 时的瞬时速度ⅴ和下落高 度h。某班同学利用实验 10.图甲是研究自由下落物体机械能的实验装 得到的纸带，设计了四种测量方案，正确的 置。重物由静止自由下落，带着纸带打出 是() 一系列的点并对纸带上的点进行测量。图 A.用刻度尺测出物体下落的高度h,并测出 乙是实验中获取的一条纸带，O是起始点， 下落时间t,通过v=gt计算出瞬时速 在纸带上选取三个相邻的点A、B、C,测得 度v 它们与O之间的距离分别是hA、hB、h。,打 B.用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过 点计时器的打点周期为T,重力加速度大 v=√2gh计算出瞬时速度v 小为g。 C.根据做匀变速直线运动时纸带上某点的 瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的 平均速度，测算出瞬时速度v,并通过h= 后计算出高度么 白重物 D.用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做 匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速 度，等于这点前后相邻两点间的平均速 B 度，测算出瞬时速度 二、非选择题 -h 9.在“验证机械能守恒定律”的实验中，与纸带 乙 相连的质量为1kg的重锤自由下落，打出 (1)重物下落hB时的瞬时速度oB= 的纸带如图所示，相邻计数点的时间间隔为 (用hA、hB、hc、T中的几个或全部字 。物理· 93 、第八章机械能守恒定律 母表示)； (选填“gha”、“ghs”或“ghc”)近似相等，可 (2)在误差允许的条件下，者 认为重物在自由下落的过程中机械能 与 守恒。 核心素养培优拓展提升 1.某同学用如图甲所示的装置“验证机械能守 恒定律”，他进行的部分操作步骤如下： 白光电门1 25 20 白光电门2 0 采集数据线厅 光电门 分 甲 (1)将两光电门固定在铁架台上，如图甲。 0cm 2 (2)用螺旋测微器测量圆柱形重锤的高度L 乙 如图乙所示，则L= mm。 (1)将宽度d=0.5cm的黑色胶带等间隔贴 (3)接通光电门电源。 在 (选填“透明塑料”或“铁质”)直 (4)将重锤从光电门正上方由静止释放，让 尺上，相邻胶带中心线之间的距离 重锤下落并穿过两光电门。 △h=2.5cm。 (2)图乙为某条胶带在刻度尺上的位置，该 (5)若重锤通过光电门1、光电门2时，计时 胶带右侧边缘所对应的读数为 cm。 器记录下的时间分别为△t1、△t2。重锤的高 (3)将光电门固定在铁架台上，由静止竖直 度用L表示，若已知当地的重力加速度为 释放直尺，测得第1个和第4个胶带通过光 g,要验证重锤从光电门1到光电门2的过 电门的时间分别为t1和t4。已知直尺质量 程中机械能守恒，还需要测量的物理量是 m=0.4kg,t=0.010s,则第1个胶带经过 (写出物理量 光电门时直尺的动能为 J(保留两 并用相关字母表示)。 位有效数字)。 (6)需要验证的表达式为 (4)在误差允许范围内，若关系式 (用相关字母表示)。 (用△h、d、t、t4、g表示)成立，说明直尺下 2.某实验小组利用光电门遮光时可测速度的 落过程中机械能守恒。 特性来做“验证机械能守恒定律”实验。实 (5)某同学实验时，因为直尺上黑色胶带的 验装置主体如图甲所示。 宽度d不是足够小，导致胶带通过光电门时 直尺的动能计算值和真实值相比 (填“偏大”“相等”或“偏小”)。 94 物理·m)·Vmax2,由以上方程联立可解得vBmx= 2g√品所以A荧得的最大建度为2g√层B m 正确；对B球进行受力分析可知，刚释放A时， B所受合力最大，此时B具有最大加速度，C错 误；从释放A到C刚离开地面的过程中，A、B、 C及弹簧组成的系统机械能守恒，A、B两小球 组成的系统机械能不守恒，D错误。故选B。 4.答案：(1)3R(2)(2W2-1)R 解析：(1)设小球到达B点的速度为1，因为到达 B点时管壁对小球的弹力大小是小球重力大小的 9倍，所以有9mg-mg三mR 从最高点到B点的过程中，由动能定理得 mgh+R)=号m-0 联立解得h=3R。 (2)设小球到达圆孤最高点的速度为2，落点C 与A点的水平距离为x 从B到最高点的过程中，由动能定理得 -mg·2R=7m2-2mn2 由平抛运动的规律得R=2 R十x=w2t 联立解得x=(22-1)R。 5.答案：(127m/(2)营m(3)M9m 解析：(1)小球从A到B,M、m系统机械能守恒 M)-Mgxm-mg sin 53 在Rt△OAB中，得xaB三an3,解得=27m/s。 (2)小球从B到C,根据机械能守恒有 mv'+mgR(1-cos 53) 小球离开C后做平抛运动，x=ct h-8 4 解得x=3m。 (3)小球从A到B:M、m组成的系统机械能守恒 (M+m)vB=MgxAn-mgzAn sin 535 细线断裂后，小球从B到C,c≥0 mgk(1-cos 53) 1 18 联立解得M>9m. 后再释放纸带。故选C。 6.A解析：根据题意可知，物体动能的增加量应为 6.答案：(1)a=2m/s2(2)R=0.32m 解析：(1)物块在倾斜滑道运动时，由牛顿第二定 △E=Ew一Eo,而题目中看之mu,2是否等于 律，有 mghm,将Eko看成零，即打点计时器打第一个点0 mgsin 0-umgcos =ma 时，重物的速度为零，A正确；根据题意可知，物体 得a=2m/s2。 重力势能的减少量应为△E。=Em一E0,而题目 (2)由速度位移关系，物块到达B点的速度为 中看2mu,2是否等于mgh,即将h,看成起点即 Up2=2aL 零势能面，故hm为点n到0的距离，B错误；根据 物块恰好运动到圆孤滑轨的最高点D,根据牛顿 第二定律有 题意可知，题目中看2m,2是否等于mgh.,m可 UD mg-m R 以消掉，故不需测量重物的质量，C错误；实验中 从B到D的过程，由动能定理，有 应用公式u.=h+1,h。已来计算u,如果用u=gt 2T -mg2R-mmvn 计算速度的话，相当于默认物体做的是自由落体 运动，那物体的机械能必然守恒，D错误。故 得R=0.32m。 选A。 5 实验：验证机械能守恒定律 7.B解析：为减小实验误差，重物应选质量大些 课时训练22 的，且重物质量不需称量，A、C错误，B正确；电磁 打点计时器的振针与纸带间有摩擦，电火花计时 核心素养达标·夯实基础 器对纸带的阻力较小，故选用电磁打点计时器误 1.C解析：在不需要求动能和势能值时，不必测出 差大些，D错误。故选B。 重锤的质量，只要号(2一2)=g△h就能验证 8.D解析：自由落体运动只受重力，机械能守恒。 如果把重物的实际运动看成自由落体运动，再运 机械能守恒；重锤下落的时间不需要测；重锤的瞬 用自由落体的规律求解速度，那么就不需要验证， 时速度不是直接测量的物理量。故选C。 A、B、C错误，D正确。故选D。 2.A解析：验证机械能守恒定律实验中，由于重锤 要克服空气阻力做功，从而产生系统误差，选用密 1.利用gh=号来验运机械能守担定律时，须保 度大体积小的重锤能减小空气阻力的影响，从而 证打第一个点时的速度为零。 减小误差，A正确，B、D错误；因验证量中都含有 方 质量，故不用测重锤的质量，C错误。故选A。 指 2无论是利用B助与号还是6心与要-受来验 3.D解析：本实验中重物增加的动能略小于减少的 证机械能守恒定律，速度飞均应利用该点前后相邻两 重力势能的原因是重物及纸带在下落时受到阻力，D 点间的平均速度来求解，而不能用v=√2gh或v=gt 来求解。 正确。选项D。 4.D解析：在打纸带时，纸带太短了，不易打出符 9.答案：(1)0.97(2)由于要克服空气阻力和纸带 。1 合实验要求的纸带，A错误；由于mgh=2mU, 所受阻力做功，重锤的机械能略减少 故称出重锤的质量是多余的，B错误；纸带上第 解折：1)w-等-a022是0X10 2×0.02 -m/s≈ 1、2两，点的间距不接近2mm,是由于通电后释放 0.97m/s。 重锤时操作不同步造成的，不会影响验证结果，C (2)由于重锤下落过程中要克服空气阻力及纸带 错误；处理纸带时，由于自由落体加速度较大，纸 所受阻力做功，所以下落过程中，重锤的机械能有 带上，点迹距离较大，故可直接用实际点迹测量研 少量损失，增加的动能总是略小于减少的重力 究。选项D。 势能。 5.C解析：“在验证机械能守恒定律”的实验中，应 10.答案：(1)c,4(2)gha 先接通打，点计时器的电源，打点计时器稳定工作 2T 解析：(1)根据匀变速直线运动中时刻的瞬时速 度等于该过程平均速度可得 祭- (2)设重物质量为若机械能守恒，则有 mgha-2 mvn 约去质量可得 罗-6 即在误差允许的条件下，若罗与近似相年， 可认为重物在自由下落的过程中机械能守恒。 核心素养培优·拓展提升 1.答案：(2)11.206(11.204~11.207) (5)光电门1与光电门2之间的高度差h a-(总广-（货） 解析：(2)螺旋测微器的读数等于固定刻度读数加 上可动刻度读数，需估读。螺旋测微器的固定刻度 读数为11mm,可动刻度读数为0.01×20.6mm= 0.206mm,则最终读数为11.206mm。 (5)(6)根据极限的思想可知，极短时间内的平均 速度等于瞬时速度，重锤通过两个光电门的瞬时 速废山=品助=，动能的增加量△B= 合mi-名m=名m(点)广-n(点)广。重力 势能的减少量△E。=mgh。则需要验证的表达式 是msh-n(品)广-言m(品)八，即为2gh (品厂一（低）”，由表达式可知还离要测量的物 理量是光电门1与光电门2之间的高度差h。 2.答案：(1)透明塑料(2)3.00(3)0.050 468M=()广-（号）(6偏小 解析：(1)光电门遮光时可测速度，所以应该用透 光的塑料直尺贴上不透光的黑胶带，光电门测黑 胶带处的速度； (2)读数应读到最小刻度的下一位所以读数为 3.00cm; (3)第1个胶带经过光电门时直尺的速度为)1一 -0.5m/s,动能为Ea=2m2=0.050J； t (4)若直尺下落过程中机械能守恒，则有mg3△h -合mw-合mn3-之m(只》‘-m(保)八， 88 即6g△h=()-(),所以，若关系式6g△M =(侣)”-()成立，说明直尺下落过程中机战 能守恒； (⑤)由于。=号，测量的是道过黑胶带时的平均选 度，而匀变速直线运动的平均速度等于中间时刻 的速度，而我们需要测量的是过胶带中间位置的 速度，由于胶带宽度d不是足够小，所以测得的中 间时刻的速度小于中间位置的速度，即胶带通过 光电门时直尺的速度测量值偏小，动能计算值和 真实值相比偏小。 专题集训突破练 专题1功和功率 1.C解析：物体的受力和位移如图所示。支持力 F、与位移的方向的夹角a<90°，故支持力做正 功，选项D错误；重力mg与位移的方向垂直，故 重力不做功，选项A错误；摩擦力F:与位移的夹 角大于90°，故摩擦力做负功，选项C正确；物体 做匀速直线运动，所受合力为零，合力不做功，选 项B错误。故选C mg 2.B解析：以相同功率在两种不同的水平路面上 行驶达最大速度时，有F=F:=kmg;由P=Fv 可如求大地度一君-局则哈一会-会，故 则2一F,k1 =,B正确。故选B。 3.C解析：设物块与地面间的动摩擦因数为，图 中F2与水平方向的夹角为α，对物块B进行受力 分析，则有FN=mg-F2sina,F2=uFN= F2cosa,联立解得F2= cosa十ksin&'而F,= umg umg,则是=cosa十na,令tan0=,则sin0= 'F2 2+7,cos0- 1 √，上式可变形为尼二 √十1cos(a一0)，则当a=20时，有F1=F2,A 错误；F2有竖直向上的分量，则图中物块B所受 的支持力较小，则地面对物块A、B的滑动摩擦力 大小关系一定是Fa>F2,B错误；由物块在水平 19 方向受力平衡可得F1>F2cosa,则一定有P1= (2)53 F1v>P2=F2cosa·v,C正确，D错误。故选C。 解析：(1)分析可知，在B球移动前，A球的机械能守 专题2动能定理 4.A解析：重力势能的表达式E。=mgh,重力势能 恒，mngL(1-cos0)=7mw2 减少了4J,而mg=5N,故h=0.8m,A正确、B 解得v=√2gL(1-cos0)。 错误；木板转动，木板的支持力对物块做负功，则 (2)设A球绕B球转动角度为α时，B球将离开 物块的机械能必定减少，重力势能减少4J,则重 墙壁。 力对物块做功为4J,木板支持力对物块做负功， 分析B球的受力情况，杆的作用力为F,如图，则 外力对物体做的总功小于4J,由动能定理知，物 块获得的动能小于4J,C、D均错误。故选A。 5.B解析：要使推力做功最少，应缓慢将木板推至 木板的重心离开平台，推动的位移为号十5，摩擦 力微功W=一mg(侵十)，根据动能定理可知， ↓m8 W一mg(台十=0，联立解得，W- Fsin a=u(mBg-Fcos a) A球做圆周运动，根据牛顿第二定律可知 mg(径+，B正确，A.C,D错误。故选B. ,v2 mAg COS a十F=AT 6.答案：(1)mz=0.5kg 在转动过程中，A球机械能守恒，则 (2)u=35 m/s 1 magL (1-cos a)=2mav, (3)w=-9J 联立解得a=53°。 解析：(1)甲恰好不下滑时，由平衡条件得 动能定理与机械能守恒定律的选择 me g+umgcos 0=mgsin 0 (1)一般来讲，能用机械能守恒定律求解的问题用 解得mz=0.5kg。 动能定理也能解决，但能用动能定理解决的问题用机 (2)若物块乙的质量为m'乙=0.4kg,将甲、乙静 械能守恒定律不一定就能解决。 止释放后，甲沿斜面向下运动，由动能定理可得 方法指 (2)两种方法都能解题时，一般应用动能定理解题 1 较为方便，因为这样可以省去判断机械能是否守恒和 mgLsin 0-umgLcos 0-m gL-(mm 选定参考平面的麻烦。 (3)只有重力做功时，动能定理的表达式W。= 解得o=V35 m/s。 7 Ea一Eu=E一Ee,显然该式也是机械能守恒 (3)对乙由动能定理 定律的方程式。 1 W-m'c gL-2mv 解得w9J 易错排查矫正练 则拉力对甲做负功 易错点1功的概念及正功、负功 w=-号1 1.C解析：苹果箱在水平地面上向右做匀减速直 线运动，加速度向左，则对于箱子正中央的一只苹 专题3机械能守恒定律 果，它周围的苹果对它作用力的合力有水平向左 7.C解析：根据机械能守恒条件：只有重力（或弹力） 的分力和竖直向上与重力平衡的分力，因此合力 做功的情况下，物体的机械能才能守恒，由此可见， 方向左上，因位移向右，可知合力对这只苹果做负 A、B均有外力F参与做功，D中有摩擦力做功，故 功。故选C。 A、B、D均不符合机械能守恒的条件，故选C。 2.A解析：对整体受力分析可知F=(mA十mB)a 8.答案：(1)√2gL(1-cos0) 可知，A、B两物体的加速度向右，隔离物体A,通 过受力分析可知，B对A的摩擦力F2向右，而A 向右运动，由W=Fl可知，F2对A做正功，A对 B的摩擦力F1向左，故F1对B做负功，故A正 确，B、C、D错误。故选A。 3.B解析：对人进行受力分析，人受到自身的重 力、垂直梯面的支持力和沿斜面向上的静摩擦 力，支持力方向与位移方向垂直，故支持力不 做功，静摩擦力方向与位移方向同向，故静摩 擦力做正功，重力方向与位移方向的夹角大于 90°，故重力做负功。故选B。 4.BCD解析：要确定金属块的动能最大位置和动 能为零时的情况，就要分析它的运动全过程。为 了弄清运动性质，需做好受力分析。可以从图看 出运动过程中的情景。 F、<mg mg T7T77777 77777777 (a) (b) N>mg 1=0 m mg/// 77777 77777777 (c) (d) 从图上可以看到在弹力Fv<mg时，a的方向向 下，的方向向下，金属块做加速运动。当弹力 FN等于重力mg时，a=0,加速停止，此时速度最 大，C选项正确；弹力方向与位移方向始终反向， 所以弹力没有做正功，B选项正确；重力方向始终 与位移同方向，重力做正功，没有做负功，A选项 错误；速度为零时，恰是弹簧形变最大时，所以此 时弹簧弹性势能最大，D选项正确。故选BCD。 易错点2平均功率和瞬时功率 5.C解析：由于是光滑斜面，物体m下滑过程中机 械能守恒，滑至底端时的瞬时速度V=√2gh。据 瞬时功率P=Fucos0,由图可知，F、v夹角0为 90°一α，则滑至底端重力做功的瞬时功率P= mgsin a·√2gh,C正确。故选C。 mg 90°-a 90