高考物理一輪復(fù)習(xí) 第5章 機(jī)械能 第7講 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課時(shí)作業(yè)含解析

1、7、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律基礎(chǔ)訓(xùn)練1如圖所示為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平回答下列問題：(1)為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材，還需要的器材有_(填入正確選項(xiàng)前的字母)a米尺 b秒表c012 v的直流電源 d012 v的交流電源(2)實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因有_(寫出兩個(gè)原因)答案：(1)ad(2)見解析解析：(1)需要米尺來測量紙帶上兩點(diǎn)之間的距離，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需用交流電源，故a、d正確(2)紙帶與電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間存在摩擦力；測量兩點(diǎn)之間距離時(shí)的讀數(shù)有誤差；計(jì)算勢能變化時(shí)，選取的兩點(diǎn)距離過近；交流電源頻率不穩(wěn)定(選取兩個(gè)原因

2、即可)2(2018·安徽江南十校聯(lián)考)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，所用電源的頻率f50 hz，某次實(shí)驗(yàn)選擇一條較理想紙帶，某同學(xué)用毫米刻度尺測量從起始點(diǎn)o依次到a、b、c、d、e、f各點(diǎn)的距離分別記作x1、x2、x3、x4、x5、x6，并記錄在下表中.符號x1x2x3x4x5x6數(shù)值(×102 m)0.190.761.713.064.786.87(1)在實(shí)驗(yàn)過程中需要用工具進(jìn)行直接測量的是()a重錘的質(zhì)量 b重力加速度c重錘下降的高度 d重錘的瞬時(shí)速度(2)該同學(xué)用重錘在oe段的運(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律已知重錘的質(zhì)量為1 kg，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.80 m/s2.則此過

3、程中重錘重力勢能的減少量為_j，而動(dòng)能的增加量為_j(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)(3)另一位同學(xué)根據(jù)這一條紙帶來計(jì)算重錘下落過程中的加速度a，為了充分利用記錄數(shù)據(jù)，盡可能減少實(shí)驗(yàn)操作和測量過程中的誤差，他的計(jì)算式應(yīng)為a_，代入數(shù)據(jù)，求得a_m/s2(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)因此_(填“能”或“不能”)用vgt求重錘在e點(diǎn)處的速度答案：(1)c(2) 0.4680.454(3)9.58不能解析：(1)在實(shí)驗(yàn)過程中重錘下降的高度需要用工具進(jìn)行直接測量，c項(xiàng)正確(2)重力勢能減少量為mgh1×9.80×4.78×102 j0.468 j.由ve，t，ekemv，解得eke0

4、.454 j.(3)據(jù)xat2得：af29.58 m/s2.3某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，頻閃儀每隔0.05 s閃光一次，如圖所示數(shù)據(jù)為實(shí)際距離，該同學(xué)通過計(jì)算得到不同時(shí)刻的速度如下表(當(dāng)?shù)刂亓铀俣热9.8 m/s2，小球質(zhì)量m0.2 kg，結(jié)果保留3位有效數(shù)字)時(shí)刻t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98(1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算t5時(shí)刻小球的速度v5_m/s.(2)從t2到t5時(shí)間內(nèi)，重力勢能的增量ep_j，動(dòng)能的減少量ek_j.(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若ep與ek近似相等，即可驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律由上述計(jì)算得ep_(填“>”“<”

5、或“”)ek，造成這種結(jié)果的主要原因是_.答案：(1)3.48(2)1.241.28(3)<存在空氣阻力解析：(1)v5×102 m/s3.48 m/s.(2)重力勢能的增量epmgh，代入數(shù)據(jù)可得ep1.24 j，動(dòng)能減少量為ekmvmv，代入數(shù)據(jù)可得ek1.28 j(3)由計(jì)算可得ep<ek，主要是由于存在空氣阻力4在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，使質(zhì)量m0.30 kg的重物自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔t0.02 s打一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間9.8 m/s2.(1)同學(xué)甲選取一條紙帶如圖所示，在點(diǎn)跡較清晰的部分選取某點(diǎn)o作為起始點(diǎn)，

6、圖中a、b、c、d為紙帶上選取的四個(gè)連續(xù)點(diǎn)根據(jù)vc計(jì)算出c點(diǎn)的速度，然后利用mghmv驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，這樣處理存在的錯(cuò)誤是_(2)同學(xué)乙利用同學(xué)甲的紙帶測量出：ob15.55 cm，oc19.20 cm，od23.23 cm.根據(jù)測量數(shù)據(jù)計(jì)算重物和紙帶下落的加速度a_m/s2，進(jìn)一步計(jì)算重物和紙帶下落過程中所受的阻力ff_n.(3)同學(xué)丙通過實(shí)驗(yàn)得到一條紙帶，測量出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下第一個(gè)點(diǎn)的距離h，算出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的速度v，以h為橫軸，以v2為縱軸畫出了如圖所示的圖線，圖線未過原點(diǎn)o.試分析同學(xué)丙在實(shí)驗(yàn)操作過程中可能出現(xiàn)的問題是_答案：(1)o點(diǎn)不是打出來的第一個(gè)點(diǎn)，速度不為零

7、，動(dòng)能不為零 (2)9.5 0.09 (3)該同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)先釋放了紙帶，然后再合上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的開關(guān)解析：(1)o點(diǎn)不是打出來的第一個(gè)點(diǎn)，速度不為零，動(dòng)能不為零，所以驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式為：mghmvmv.(2)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式xat2可以求出加速度的大小，得：am/s29.5 m/s2.由牛頓第二定律得mgffma解得阻力ff0.09 n.(3)圖線不過原點(diǎn)，說明開始時(shí)，重物已經(jīng)具有了動(dòng)能，因此該同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)先釋放了紙帶，然后再合上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的開關(guān)5(2018·陜西西安八校聯(lián)考)某課外活動(dòng)小組利用豎直上拋運(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律：甲乙(1)某同學(xué)用20分度的游標(biāo)卡尺

8、測量小球的直徑，讀數(shù)如圖甲所示，小球直徑為_cm.用如圖乙所示的彈射裝置將小球豎直向上拋出，先后通過光電門a、b，計(jì)時(shí)裝置測出小球通過a、b的時(shí)間分別為2.55 ms、5.15 ms，由此可知小球通過光電門a、b時(shí)的速度分別為va、vb，其中va_m/s(保留兩位有效數(shù)字)(2)用刻度尺測出光電門a、b間的距離h，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，只需比較2gh與_是否相等就可以驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒(用題目中涉及的物理量符號來表示)(3)通過多次的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小球通過光電門a的時(shí)間越短，(2)中要驗(yàn)證的兩數(shù)值相差越大，試分析實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的主要原因：_.答案：(1)1.0204.0(2)vv(3)速度越大

9、，小球克服空氣阻力做功越多解析：(1)小球的直徑為d10 mm0.05×4 mm10.20 mm1.020 cm；va m/s4.0 m/s.(2)分析實(shí)驗(yàn)?zāi)孢^程，即小球從b到a的運(yùn)動(dòng)情況，若動(dòng)能的增加量和重力勢能的減少量相等，則機(jī)械能守恒，重力勢能的減少量為mgh，動(dòng)能的增加量為mvmv，則比較2gh和vv是否相等就可以驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒(3)由于受到空氣阻力作用，小球通過光電門a的時(shí)間越短，速度越大，克服空氣阻力做功越多能力提升6(2018·福建泉州五校聯(lián)考)如圖甲所示，一位同學(xué)利用光電計(jì)時(shí)器等器材做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)有一直徑為d、質(zhì)量為m的金屬小球由a處由靜

10、止釋放，下落過程中能通過a處正下方、固定于b處的光電門，測得a、b間的距離為h(hd)，光電計(jì)時(shí)器記錄下小球通過光電門的時(shí)間為t，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間.則： 甲 乙(1)如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測得小球的直徑d_mm.(2)小球經(jīng)過光電門b時(shí)的速度表達(dá)式為vb_. (3)多次改變高度h，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，作出隨h的變化圖象如圖丙所示，當(dāng)圖中已知量t0、h0和重力加速度g及小球的直徑d滿足表達(dá)式_時(shí)，可判斷小球下落過程中機(jī)械能守恒丙(4)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)動(dòng)能增加量ek總是稍小于重力勢能減少量ep，增加下落高度后，則epek將_(填“增大”“減小”或“不變”)答案：(1)7.25 (2) (3)d22gh0t

11、 (4)增大解析：(1)主尺刻度為7 mm，游標(biāo)尺對齊的刻度為5，讀數(shù)為7 mm5×0.05 mm7.25 mm.(2)小球經(jīng)過光電門時(shí)的速度v.(3)若機(jī)械能守恒，則有mghmv2，結(jié)合圖中數(shù)據(jù)得d22gh0t.(4)小球的動(dòng)能增加量ek總是稍小于重力勢能減少量ep，主要原因是運(yùn)動(dòng)過程中克服阻力做功，使小球的一部分重力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，當(dāng)增大h時(shí)，阻力做功隨之增大7在進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中：甲乙(1)兩實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)分別采用了如圖甲和乙所示的裝置，采用兩種不同的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)在圖甲中，下落物體應(yīng)選擇密度_(填“大”或“小”)的重物；在圖乙中，兩個(gè)重物的質(zhì)量關(guān)系是m1_(填

12、“>”“”或“<”)m2；采用圖乙的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，還需要的實(shí)驗(yàn)器材有交流電源、刻度尺和_；比較兩種實(shí)驗(yàn)方案，你認(rèn)為圖_(填“甲”或“乙”)所示實(shí)驗(yàn)方案更合理，理由是_(2)有一同學(xué)采用了圖甲所示的方案，選出一條紙帶如圖丙所示，其中o點(diǎn)為起始點(diǎn)，a、b、c為三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通以50 hz交流電，在計(jì)數(shù)點(diǎn)a和b之間、b和c之間還各有一個(gè)點(diǎn)，重物的質(zhì)量為0.5 kg，取g9.8 m/s2.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，打b點(diǎn)時(shí)重物的重力勢能比開始下落時(shí)減少了_j，這時(shí)它的動(dòng)能是_j，根據(jù)上面這兩個(gè)數(shù)據(jù)你能得到的結(jié)論是：_.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)丙答案：(1)大>天平甲圖乙中還受到細(xì)線與滑輪的阻力的影響(2)0.8670.852在誤差允許的范圍內(nèi)，重物下落時(shí)機(jī)械能守恒解析：(1)在甲圖中為了減少空氣阻力的影響，選擇體積小、密度大的重物；在圖乙中，m2在m1的拉力作用下向上運(yùn)動(dòng)，所以m1>m2.兩重物質(zhì)量不等，分析系統(tǒng)損失的重力勢能是否近似等于增加的動(dòng)能時(shí)，兩邊質(zhì)量不能約去，故需要天平測量兩重物的質(zhì)量題圖乙中所示實(shí)驗(yàn)還受到細(xì)線與滑輪的阻力的影響，機(jī)械能損失較大，故題圖甲所示實(shí)驗(yàn)方案較為合理(2)重力勢能減少量為epmghob0.867 j；打b點(diǎn)時(shí)重物的速度為vb，打b點(diǎn)時(shí)重物的動(dòng)能為ekbm20.852 j，可見在誤差允許的范圍內(nèi)