高考物理一輪復習訓練第5章實驗6驗證機械能守恒定律

第五章實驗6知識鞏固練習1．用下圖所示的裝置測量彈簧的彈性勢能．將彈簧放置在水平氣墊導軌上，左端固定，右端在O點；在O點右側(cè)的B、C位置各安裝一個光電門，計時器(圖中未畫出)與兩個光電門相連．先用米尺測得B、C兩點間距離s，再用帶有遮光片的滑塊壓縮彈簧到某位置A，靜止釋放，計時器顯示遮光片從B到C所用的時間t，用米尺測量A、O之間的距離x.(1)計算滑塊離開彈簧時速度大小的表達式是____________．(2)為求出彈簧的彈性勢能，還需要測量________．A．彈簧原長 B．當?shù)刂亓铀俣菴．滑塊(含遮光片)的質(zhì)量(3)增大A、O之間的距離x，計時器顯示時間t將____________．A．增大B．減小C．不變【答案】(1)eq\f(s,t)(2)C(3)B【解析】(1)滑塊離開彈簧后的運動可視為勻速運動，故可以用BC段的平均速度表示離開時的速度，則有v＝eq\f(s,t).(2)彈簧的彈性勢能等于物體增加的動能，故應求解物體的動能，根據(jù)動能表達式可知，應測量滑塊的質(zhì)量，故選C．(3)增大AO間的距離時，滑塊被彈出后的速度將增大，故通過兩光電門的時間將減?。?．(2021屆河北質(zhì)檢)某實驗小組利用圖甲所示的實驗裝置來驗證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機械能守恒．甲乙(1)實驗前需要調(diào)整氣墊導軌底座使之水平，利用現(xiàn)有器材如何判斷導軌是否水平？________________________________________________________________________.(2)如圖乙所示，用游標卡尺測得遮光條的寬度d＝__________cm；實驗時將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間Δt＝1.2×10－2s，則滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度為__________m/s.在本次實驗中還需要測量的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、________________________和____________________(文字說明并用相應的字母表示)．(3)本實驗通過比較__________和__________在實驗誤差允許的范圍內(nèi)相等(用測量的物理量符號表示)，從而驗證了系統(tǒng)的機械能守恒．【答案】(1)接通電源，將滑塊靜置于氣墊導軌上，若滑塊基本保持靜止，則說明導軌是水平的(或輕推滑塊，滑塊能基本做勻速直線運動)(2)0.520.43滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s滑塊的質(zhì)量M(3)mgseq\f(1,2)(m＋M)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2【解析】(1)當氣墊導軌接通電源后，導軌可以認為是光滑的，判斷是否水平的方法是：接通電源，將滑塊靜置于氣墊導軌上，若滑塊基本保持靜止，則說明導軌是水平的(或輕推滑塊，滑塊能基本做勻速直線運動)．(2)游標卡尺主尺讀數(shù)為0.5cm，游標尺上第2個刻度與主尺上某一刻度對齊，則游標讀數(shù)為2×0.1＝0.2mm＝0.02cm，所以最終讀數(shù)為0.5cm＋0.02cm＝0.52cm；由于遮光條通過光電門的時間極短，因此可以利用平均速度來代替其瞬時速度，即滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度為v＝eq\f(d,Δt)≈0.43m/s；根據(jù)實驗原理可知，該實驗中只要比較重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等即可判斷機械能是否守恒，故還需要測量的物理量為滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s，以及滑塊的質(zhì)量M.(3)以鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)為研究對象，其重力勢能的減小量為mgs，系統(tǒng)動能的增加量為eq\f(1,2)(m＋M)·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2，因此只要比較二者是否相等，即可驗證系統(tǒng)機械能是否守恒．3．在用“落體法”做“驗證機械能守恒定律”的實驗時，小明選擇了一條較為滿意的紙帶，如圖甲所示，他舍棄前面密集的點，以O(shè)為起點，從A點開始選取紙帶上連續(xù)點A、B、C、…，測出O到A、B、C的距離分別為h1、h2、h3、…，電源的頻率為f.(1)為減少阻力對實驗的影響，下列操作可行的是________．A．選用鐵質(zhì)重錘B．安裝打點計時器時使兩限位孔在同一豎直線上C．釋放紙帶前，手應提紙帶上端并使紙帶豎直D．重錘下落時手始終提住紙帶上端，保持紙帶豎直(2)打B點時，重錘的速度大小vB為________．(3)小明用實驗測得數(shù)據(jù)畫出v2－h(huán)圖像，如圖乙所示，圖線不過坐標原點的原因是______________________________________________________．(4)另有四位同學在圖乙的基礎(chǔ)上畫出沒有阻力時的v2－h(huán)圖線，并與其比較，其中正確的是_______．ABCD【答案】(1)ABC(2)eq\f(h3－h(huán)1f,2)(3)打下O點時重錘速度不為零(4)B【解析】(1)為了減少阻力的影響，重錘選擇質(zhì)量大一些、體積小一些的鐵質(zhì)重錘，故A正確；安裝打點計時器時使兩限位孔在同一豎直線上，故B正確；釋放紙帶前，手應提紙帶上端并使紙帶豎直，重錘下落時，手不需提著紙帶上端，故C正確，D錯誤．(2)B點的瞬時速度等于AC段的平均速度，則vB＝eq\f(h3－h(huán)1,2T)＝eq\f(h3－h(huán)1f,2).(3)小明用實驗測得數(shù)據(jù)畫出v2－h(huán)圖像，圖線不過坐標原點，即h＝0時，速度不為零，即打下O點時重錘速度不為零．(4)不論有無阻力，釋放點的位置相同，即初速度為零時，兩圖線交于橫軸的同一點，故B正確，A、C、D錯誤．4．(2021屆龍巖質(zhì)檢)用圖甲所示的實驗裝置驗證m1、m2組成的系統(tǒng)機械能守恒．m2從高處由靜止開始下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律．圖乙給出的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個打下的點(圖中未標出)，計數(shù)點間的距離如圖所示．已知m1＝50g、m2＝150g，則(計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)：甲乙(1)在紙帶上打下記數(shù)點5時的速度v＝______m/s；(2)從記數(shù)點0到點5過程中系統(tǒng)動能的增量ΔEk＝________J，為了簡化計算，設(shè)g＝10m/s2，則系統(tǒng)勢能的減小量ΔEp＝__________J；丙(3)在本實驗中，若某同學作出了eq\f(1,2)v2－h(huán)圖像，如圖丙，h為從起點量起的長度，則據(jù)此得到當?shù)氐闹亓铀俣萭＝________m/s2.【答案】(1)2.4(2)0.580.60(3)9.75．(2021屆湖北名校月考)圖甲所示為某同學用打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗裝置，計時器打點周期為0.02s.甲(1)釋放重物時，重物應______(填“靠近”或“遠離”)打點計時器．(2)實驗時，應使打點計時器的兩個限位孔在同一豎直線上．這樣做可以______(填“消除”“減小”或“增大”)紙帶與限位孔之間的摩擦．(3)若選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測量時各計時點位置對應刻度尺上的讀數(shù)如圖乙所示，圖中O是打點計時器打的第一個點，A、B、C、D、E分別是連續(xù)的計時點．若重錘質(zhì)量為0.10kg，取g＝9.8m/s2，則重錘由初始位置O到打下計時點C的過程中，減小的重力勢能為______J，打C點時重錘的速度為______m/s.(得出的結(jié)果均取2位有效數(shù)字)(4)算出重錘下落不同高度h時對應的速度v，為了能直觀地反映v隨h變化的關(guān)系，應作出______圖像．(填“v－h(huán)”或“v2－h(huán)”)【答案】(1)靠近(2)減小(3)0.483.1(4)v2－h(huán)【解析】(1)為了提高紙帶的利用率，重物應靠近打點計時器．(2)兩個限位孔在同一豎直線上可以減小紙帶與限位孔的摩擦阻力．(3)從O到C過程減小的重力勢能為mghOC＝0.10×9.8×0.492J≈0.48J，C點的速度vC＝eq\x\to(v)BD＝eq\f(xBD,2T)＝eq\f(55.6－43.2×10－2,2×0.02)m/s≈3.1m/s.(4)從理論角度看，物體自由下落過程中機械能守恒，可以得出mgh＝eq\f(1,2)mv2，即v2＝2gh，為了能直觀地反映v變化與h的關(guān)系，應作出v2－h(huán)圖像．綜合提升練習6．現(xiàn)準備通過以下實驗驗證動能定理，物體A放在帶滑輪的固定水平粗糙長板上，用跨過滑輪(滑輪的大小可不計)的細線將A與另一個物體B相連．開始時B離地面高度為h，A離長板右端距離也為h，從靜止釋放B后，B會帶動A做加速運動，當B落地時A正好離開長木板，最后A也落地(A在空中運動時細線始終處于松弛狀態(tài)，A、B落地后均不會反彈)．A與木板間摩擦因數(shù)為μ，重力加速度為g，測量工具僅有刻度尺和天平．(1)欲通過該實驗驗證A、B兩物塊組成的系統(tǒng)滿足動能定理．需要測量物體A的質(zhì)量mA，物體B的質(zhì)量mB，還需要測量的物理量為________________________________________________________________________．(2)該系統(tǒng)動能定理表達式為________________________________________________________________________．(3)為了實現(xiàn)上述運動過程，應該滿足條件為______．【答案】(1)A、B落地點的距離x，長板離地高度H(2)mBgh－μmAgh＝eq\f(x2gmA＋mB,4H)(3)μ<eq\f(mB,mA)【解析】(1)(2)以系統(tǒng)作為研究對象，根據(jù)動能定理知mBgh－μmAgh＝eq\f(1,2)(mA＋mB)v2，A離開木板后做平拋運動，根據(jù)H＝eq\f(1,2)gt2，x＝vt知，A做平拋運動的初速度v＝xeq\r(\f(g,2H))，則系統(tǒng)動能定理表達式為mBgh－μmAgh＝eq\f(x2gmA＋mB,4H)，所以還需要測量的物理量為A、B落地點的距離x，長板離地高度H.(3)為了滿足上述的運動過程，B的重力應大于A的滑動摩擦力，則mBg＞μmAg，即μ<eq\f(mB,mA).7．(2021屆銅仁檢測)某同學用圖甲所示的裝置驗證機械能守恒定律．一根細線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點，光電門固定在A的正下方．在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條．將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t時由計時器測出，取v＝eq\f(d,t)作為鋼球經(jīng)過A點時的速度．記錄鋼球每次下落的高度h和計時器示數(shù)t，計算并比較鋼球在釋放點和A點之間的勢能變化大小ΔEp與動能變化大小ΔEk，就能驗證機械能是否守恒．甲乙(1)根據(jù)ΔEp＝mgh計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應測量釋放時的鋼球球心到_____之間的豎直距離．A．鋼球在A點時的頂端B．鋼球在A點時的球心C．鋼球在A點時的底端(2)用ΔEk＝eq\f(1,2)mv2計算鋼球動能變化的大小，用刻度尺測量遮光條寬度，示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為______cm.某次測量中，計時器的示數(shù)為0.01s，則鋼球的速度v＝________m/s.(3)下表為該同學的實驗結(jié)果：ΔEp/(×10－2J)4.8929.78614.6919.5929.38ΔEk/(×10－2J)5.0410.115.120.029.8他發(fā)現(xiàn)表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認為這是由空氣阻力造成的．你是否同意他的觀點？請說明理由：__________________________________________________________.(4)請你提出一條減少上述差異的改進建議．________________________________________________________________________.【答案】(1)B(2)1.501.50(3)不同意，如果是空氣的阻力造成的，則ΔEk要小于ΔEp，與數(shù)據(jù)不符，所以誤差不是由空氣阻力造成的(4)分別測出小球的球心到懸點的距離和光電門到懸點的距離l和L，在計算小球的動能時，使用的速度為v球＝eq\f(l,L)v【解析】(1)小球落下的高度h是初末位置球心之間的高度差，所以要選B．(2)刻度尺讀數(shù)的方法，需估讀一位，所以讀數(shù)為1.50cm；某次測量中，計時器的示數(shù)為0.01s，則鋼球的速度為：v＝eq\f(d,t)＝eq\f(1.50×10－2,0.01)m/s＝1.50