《（新課標）2020高考物理一輪復習 課時作業(yè)26 實驗：驗證機械能守恒定律（含解析）新人教版》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（新課標）2020高考物理一輪復習 課時作業(yè)26 實驗：驗證機械能守恒定律（含解析）新人教版（7頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、實驗：驗證機械能守恒定律 1．利用圖1裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗． ①為驗證機械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點間的(　　) A．動能變化量與勢能變化量 B．速度變化量和勢能變化量 C．速度變化量和高度變化量 ②除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(含鐵夾)、電磁打點計時器、導線及開關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是(　　) A．交流電源　　　　　　 B．刻度尺 C．天平(含砝碼) ③實驗中，先接通電源，再釋放重物，得到圖2所示的一條紙帶．在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為hA、hB、hC. 已知當?shù)刂亓铀俣葹間，打點

2、計時器打點的周期為T.設(shè)重物的質(zhì)量為m.從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能變化量ΔEp＝________，動能變化量ΔEk＝________． ④大多數(shù)學生的實驗結(jié)果顯示，重力勢能的減少量大于動能的增加量，原因是________． A．利用公式v＝gt計算重物速度 B．利用公式v＝計算重物速度 C．存在空氣阻力和摩擦力阻力的影響 D．沒有采用多次實驗取平均值的方法 ⑤某同學想用下述方法研究機械能是否守恒，在紙帶上選取多個計數(shù)點，測量它們到起始點O的距離h，計算對應(yīng)計數(shù)點的重物速度v，描繪v2-h圖像，并做如下判斷：若圖像是一條過原點的直線，則重物下落過程中機械能守恒，請你分析

3、論證該同學的判斷是否正確． 答案?、貯?、贏B?、郏璵ghB　m()2　④C?、菰撏瑢W的判斷依據(jù)不正確 解析?、俑鶕?jù)機械能守恒定律，可得mgh＝mv2－0，故需要比較動能變化量與勢能變化量，A項正確；②電磁打點計時器使用的是交流電源，故A項正確；因為在計算重力勢能變化量時，需要用到紙帶上兩點之間的距離，所以還需要刻度尺，故B項正確；根據(jù)mgh＝mv2－0可得等式兩邊的質(zhì)量抵消，故不需要天平，C項錯誤；③重力勢能改變量為Ep＝－mghB，由于下落過程中是勻變速直線運動，所以根據(jù)中間時刻速度規(guī)律可得B點的速度為vB＝，所以ΔEk＝mvB2＝m()2；④實驗過程中存在空氣阻力，紙帶運動過程中存在

4、摩擦力，C項正確；⑤該同學的判斷依據(jù)不正確，在重物下落h的過程中，若阻力f恒定，根據(jù)mgh－fh＝mv2－0?v2＝2(g－)h可知，v2-h圖像就是過原點的一條直線．要想通過v2-h圖像的方法驗證機械能是否守恒，還必須看圖像的斜率是否接近2g. 2．(2018·濰坊一模)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，一實驗小組讓小球自傾角為30°的斜面上滑下，用頻閃相機記錄了小球沿斜面下滑的過程，如圖所示，測得B、C、D、E到A的距離分別為x1、x2、x3、x4，已知相機的頻閃頻率為f，重力加速度為g＝9.8 m/s2. (1)滑塊經(jīng)過位置D時的速度vD＝________． (2)選取A為位移

5、起點，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出v2-x圖線，若圖線斜率k＝________，則小球下滑過程機械能守恒． (3)若改變斜面傾角進行實驗，請寫出斜面傾角大小對實驗誤差的影響． ________________________________________________________________________. 答案　(1)　(2)9.8　(3)斜面傾角越大，誤差越小 解析　(1)根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度可以求出D點的速度為： vD＝＝f； (2)若減小的重力勢能等于增加的動能時，可以認為機械能守恒； 則有：mgH＝mv2； 即：gxsin30°＝v2 解

6、得：v2＝gx； 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出v2-x圖線，若圖線斜率k＝g＝9.8 m/s2，則小球下滑過程機械能守恒． (3)當斜面傾角越大，壓力越小，則摩擦阻力越小，因此阻力做功越少，則誤差越?。? 3．(2018·邯鄲一模)用如圖甲所示的實驗裝置驗證質(zhì)量分別為m1、m2的兩物塊組成的系統(tǒng)機械能守恒．質(zhì)量為m2的物塊在高處由靜止開始下落，打點計時器在質(zhì)量為m1的物塊拖著的紙帶上打出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律．圖乙所示是實驗中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點(圖中未標出)，所用電源的頻率為50 Hz，計數(shù)點間的距離如圖乙所示．已知m1＝

7、100 g、m2＝200 g，取當?shù)刂亓铀俣葹?.8 m/s2.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字) (1)打計數(shù)點5時物塊的速度大小為________ m/s. (2)在打計數(shù)點0到5的過程中，系統(tǒng)動能的增量ΔEk＝________ J；系統(tǒng)重力勢能的減少是ΔEp＝________ J. 答案　(1)1.64　(2)0.403　0.404 解析　(1)計數(shù)點5的瞬時速度v5＝＝×10－2 m/s＝1.64 m/s. (2)系統(tǒng)增加的動能ΔEk＝(m1＋m2)v52＝×0.3×1.642 J≈0.403 J， 系統(tǒng)重力勢能的減小量ΔEp＝(m2－m1)gh＝0.1×10×(0.266

8、4＋0.146 1) J≈0.404 J. 4．(2018·石家莊一模)小明同學利用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，其中紅外線發(fā)射器、接收器可記錄小球的擋光時間．小明同學進行了如下操作： (1)用螺旋測微器測小球的直徑如圖乙所示，則小球的直徑為________ mm； (2)該小球質(zhì)量為m、直徑為d.現(xiàn)使小球從紅外線的正上方的高度h處自由下落，記錄小球擋光時間t，已知重力加速度為g，則小球下落過程中動能增加量的表達式為________；重力勢能減少量的表達式為________(用所給字母表示)． (3)改變小球下落高度h，多次重復實驗，發(fā)現(xiàn)小球動能的增加量總是小于重力勢能的

9、減少量，你認為可能的原因是________(至少寫出一條)． 答案　(1)18.305　(2)m()2　mgh　(3)阻力做負功 解析　(1)螺旋測微器的固定刻度為18.0 mm，可動刻度為30.5×0.01 mm＝0.305 mm， 所以最終讀數(shù)為18.0 mm＋0.305 mm＝18.305 mm， (2)已知經(jīng)過光電門時的時間小球的直徑；則可以由平均速度表示經(jīng)過光電門時的速度； 所以v＝， 則小球下落過程中動能增加量的表達式為ΔEk＝m()2； 重力勢能減少量的表達式為ΔEp＝mgh. (3)根據(jù)能量守恒定律分析，重力勢能的減少量ΔEp往往大于動能的增加量ΔEk的原因是阻

10、力做負功． 5.(2018·湖南一模)如圖所示是某同學設(shè)計的“驗證機械能守恒定律”實驗裝置圖，已知細線長為L，在懸點下方離懸點略小于L的位置有一很鋒利的刀片，當細線碰到刀片時，細線即可被切斷且不影響小球的速度，實驗時，將小球拉離平衡位置，使細線與豎直方向的夾角為θ，由靜止釋放擺球，細線碰到刀片后，細線斷開，小球飛出，小球落到距離懸點豎直高度為H的水平地面上，測得小球落地點距離懸點在水平面的投影點的距離為x，改變θ角，重復實驗可得到一系列x的值． (1)如果利用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)，用縱坐標表示x2并且要使圖像是一條直線，那么橫坐標應(yīng)表示________； (2)如果正確作出的圖像的斜率

11、為k，那么，圖像的縱軸上的截距________，只要滿足k＝________．(用題中字母表示)，即可驗證機械能守恒定律． 答案　(1)cosθ　(2)4L(H－L)?。?L(H－L) 解析　(1)平拋運動的高度h＝H－L，則平拋運動的時間為：t＝，平拋運動的初速度為：v＝＝x， 從靜止釋放到最低點過程中，動能的增加量為：ΔEk＝mv2＝，重力勢能的減小量為：ΔEp＝mgL(1－cosθ)， 若機械能守恒有：＝L(1－cosθ)， 即有：x2＝4(H－L)L(1－cosθ)． 用縱坐標表示x2并且要使圖像是一條直線，那么橫坐標應(yīng)表示cosθ. (2)若機械能守恒有：x2＝4(H－

12、L)L(1－cosθ)＝4L(H－L)－4(H－L)Lcosθ，圖線的縱軸上的截距為4L(H－L)，圖線的斜率k＝－4L(H－L)． 6．(2018·貴州模擬)某實驗小組利用如圖所示的裝置驗證機械能守恒定律，實驗主要步驟如下： ①將光電門安放在固定于水平地面上的長木板上； ②將細繩一端連在小車上，另一端繞過兩個定滑輪后懸掛一鉤碼，調(diào)節(jié)木板上滑輪的高度，使該滑輪與小車間的細繩與木板平行； ③測出小車遮光板與光電門之間的距離L，接通電源，釋放小車，記下小車遮光板經(jīng)過光電門的時間t； ④根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算出小車與鉤碼組成的系統(tǒng)動能的增加量和鉤碼重力勢能的減少量． (1)根據(jù)上述實驗步驟

13、，實驗中還需測量的物理量有____ A．小車上遮光板的寬度d B．小車的質(zhì)量m1 C．鉤碼的質(zhì)量m2 D．鉤碼下落的時間t′ (2)由實驗步驟和(1)選項中測得的物理量，可得到系統(tǒng)動能增加量的表達式為________，鉤碼重力勢能減少量的表達式為________； 改變L的大小，重復步驟③、④.若在誤差范圍內(nèi)，系統(tǒng)動能的增加量均等于鉤碼重力勢能的減少量，說明該系統(tǒng)機械能守恒． 答案　(1)ABC　(2)　m2gL 解析　小車通過光電門的瞬時速度v＝，則系統(tǒng)動能的增加量ΔEk＝(m1＋m2)v2＝，鉤碼重力勢能的減小量ΔEp＝m2gL. 可知還需要測量的物理量有：小車上遮光板的寬度

14、d，小車的質(zhì)量m1，鉤碼的質(zhì)量m2，故選：A、B、C三項． 7.(2018·咸陽模擬)某同學利用圖示的裝置來研究機械能守恒問題，設(shè)計了如下實驗，A、B是質(zhì)量均為m的小物塊，C是質(zhì)量為M的重物．A、B間有輕質(zhì)彈簧相連，A、C間有輕質(zhì)細繩相連．在物塊B下放置一壓力傳感器，重物C下放置一速度傳感器，壓力傳感器和速度傳感器相連，當壓力傳感器為零時，就觸發(fā)速度傳感器測定此時重物C的速度．整個實驗中彈簧均處于彈性限度內(nèi)，重力加速度為g，實驗操作如下： (1)開始時，系統(tǒng)在外力作用下保持靜止，細繩拉直但張力為零，現(xiàn)釋放C，使其向下運動，當壓力傳感器示數(shù)為零時，觸發(fā)速度傳感器測出C的速度為v. (2

15、)實驗中保持A、B質(zhì)量不變，改變C的質(zhì)量多次重復第(1)步． ①該實驗中，M和m的關(guān)系必須滿足M________(填“小于”“等于”或“大于”)m. ②為便于研究速度v與質(zhì)量M的關(guān)系，每次測重物的速度時，其已下降的高度應(yīng)________(填“相同”或“不同”)． ③根據(jù)所測數(shù)據(jù)，為得到線性關(guān)系圖線，應(yīng)作出________(填“v2-M”“v2-”“v2-”)圖線． 答案?、俅笥凇、谙嗤、踲2- 解析?、僖_保壓力傳感器的示數(shù)為零，彈簧要從壓縮狀態(tài)到伸長狀態(tài)，那么C的質(zhì)量M要大于A的質(zhì)量m；即M＞m. ②要剛釋放C時，彈簧處于壓縮狀態(tài)，若使壓力傳感器為零，則彈簧的拉力為：F＝mg 壓力傳感器示數(shù)為零時，A物體上升與C下落的高度總相同：Δx＝Δx1＋Δx2＝＋＝； ③選取A、C及彈簧為系統(tǒng)，根據(jù)機械能守恒定律，則有：(M－m)g·＝(M＋m)v2； 整理可知：v2＝－·＋； 為了得到線性關(guān)系圖線，因此應(yīng)作出v2-的圖像． 7