2025版高考物理一輪總復(fù)習(xí)考點(diǎn)突破第6章機(jī)械能實(shí)驗(yàn)7驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律考點(diǎn)1教材原型實(shí)驗(yàn)

考點(diǎn)1教材原型試驗(yàn)(基礎(chǔ)考點(diǎn)·自主探究)【跟蹤訓(xùn)練】(試驗(yàn)原理、試驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中，試驗(yàn)裝置如圖甲所示。(1)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)步驟有：A．把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，并用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在低壓溝通電源上B．將連有重物的紙帶穿過(guò)限位孔，用手提著紙帶，讓手盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器C．松開(kāi)紙帶，接通電源D．更換紙帶，重復(fù)幾次，選用點(diǎn)跡清晰且第1、2兩點(diǎn)間距為2mm的紙帶E．用天平稱出物體的質(zhì)量F．利用mgh＝eq\f(1,2)mv2驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律在上述試驗(yàn)步驟中錯(cuò)誤的是_B__和_C__；多余的是_E__。(2)下列物理量中，須要通過(guò)計(jì)算得到的有_D__。A．重錘的質(zhì)量B．重錘下落的時(shí)間C．重錘下落的高度D．與重錘下落高度對(duì)應(yīng)的重錘的瞬時(shí)速度(3)某同學(xué)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”試驗(yàn)，不慎將一條選擇好的紙帶的前面一部分破壞了，剩下了一段紙帶上的各個(gè)點(diǎn)間的距離，他測(cè)出的結(jié)果如圖乙所示，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50Hz。①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)數(shù)點(diǎn)2、5兩點(diǎn)時(shí)，重錘下落的速度v2＝_1.50__m/s，v5＝_2.08__m/s(保留三位有效數(shù)字)；②重錘通過(guò)2、5兩點(diǎn)的過(guò)程中，設(shè)重錘的質(zhì)量為m，重錘重力勢(shì)能削減量ΔEp＝_1.06m__J，重錘動(dòng)能增加量ΔEk＝_1.04m__J(保留三位有效數(shù)字，重力加速度g取9.8m/s2)。[解析](1)將連有重物的紙帶穿過(guò)限位孔，用手提著紙帶，應(yīng)當(dāng)讓手盡量遠(yuǎn)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，讓重物盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)先接通電源，后松開(kāi)紙帶，所以上述試驗(yàn)步驟中錯(cuò)誤的是B和C。因?yàn)楣絤gh＝eq\f(1,2)mv2兩側(cè)的質(zhì)量可以消退，所以該試驗(yàn)沒(méi)有必要用天平稱出物體的質(zhì)量，故多余的是E。(2)重錘質(zhì)量不須要測(cè)量更不須要計(jì)算；因?yàn)榇螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器是計(jì)時(shí)的儀器，可以干脆得到重錘下落的時(shí)間；重錘下落的高度可以干脆用刻度尺測(cè)量，不須要計(jì)算。而與重錘下落高度對(duì)應(yīng)的重錘的瞬時(shí)速度須要通過(guò)相鄰兩點(diǎn)間的平均速度來(lái)計(jì)算。故選D項(xiàng)。(3)①由題意知，打點(diǎn)周期為T(mén)＝eq\f(1,f)＝0.02s，由紙帶數(shù)據(jù)可得v2＝eq\f(x13,2T)＝eq\f(2.8＋3.2×10－2,0.04)m/s＝1.50m/s，v5＝eq\f(x46,2T)＝eq\f(4.0＋4.3×10－2,0.04)m/s≈2.08m/s。②由題意得，重錘重力勢(shì)能削減量為ΔEp＝mgΔh＝m×9.8×(3.2＋3.6＋4.0)×10－2J≈1.06mJ，重錘動(dòng)能增加量為ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,5)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)＝eq\f(1,2)m(2.082－1.502)J≈1.04mJ。(誤差分析)(2024·浙江6月選考·17(1))在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”試驗(yàn)中，小王用如圖甲所示的裝置，讓重物從靜止起先下落，打出一條清晰的紙帶，其中的一部分如圖乙所示。O點(diǎn)是打下的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C和D為另外4個(gè)連續(xù)打下的點(diǎn)。(1)為了減小試驗(yàn)誤差，對(duì)體積和形態(tài)相同的重物，試驗(yàn)時(shí)選擇密度大的理由是_阻力與重力之比更小(或其他合理說(shuō)明)__。(2)已知溝通電頻率為50Hz，重物質(zhì)量為200g，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.80m/s2，則從O點(diǎn)到C點(diǎn)，重物的重力勢(shì)能變更量的確定值|ΔEp|＝_0.547__J、C點(diǎn)的動(dòng)能EkC＝_0.588__J(計(jì)算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)。比較EkC與|ΔEp|的大小，出現(xiàn)這一結(jié)果的緣由可能是_C__。A．工作電壓偏高B．存在空氣阻力和摩擦力C．接通電源前釋放了紙帶[解析](1)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”試驗(yàn)中，阻力越小越好，體積和形態(tài)相同的重物，密度大的阻力與重力之比更小。(2)由題圖乙可知OC之間的距離為xOC＝27.90cm，因此重力勢(shì)能的削減量為|ΔEp|＝mgxOC＝0.2×9.8×0.2790J≈0.547J勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，中間時(shí)刻的速度等于這段時(shí)間的平均速度，因此vC＝eq\f(xBD,2T)＝eq\f(0.330－0.233,2×0.02)m/s＝2.425m/s因此動(dòng)能的增加量為EkC＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)＝eq\f(1,2)×0.2×2.4252J≈0.588J工作電壓偏高不會(huì)影響試驗(yàn)的誤差，存在摩擦力會(huì)使重力勢(shì)能的削減量大于動(dòng)能的增加量，只有提前釋放了紙帶，紙帶的初速度不為零，下落到同一位置的速度偏大才會(huì)導(dǎo)致動(dòng)能的增加量大于重力勢(shì)能的削減量。(探討物體沿斜面下滑時(shí)機(jī)械能守恒)(2024·海南卷，15)為了驗(yàn)證物體沿光滑斜面下滑的過(guò)程中機(jī)械能守恒，某學(xué)習(xí)小組用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置(包括導(dǎo)軌、氣源、光電門(mén)、滑塊、遮光條、數(shù)字毫秒計(jì))進(jìn)行試驗(yàn)。此外可運(yùn)用的試驗(yàn)器材還有：天平、游標(biāo)卡尺、刻度尺。(1)某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下的試驗(yàn)步驟，其中不必要的步驟是_②④__。①在導(dǎo)軌上選擇兩個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢肁、B安裝光電門(mén)Ⅰ、Ⅱ，并連接數(shù)字毫秒計(jì)；②用天平測(cè)量滑塊和遮光條的總質(zhì)量m；③用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d；④通過(guò)導(dǎo)軌上的標(biāo)尺測(cè)出A、B之間的距離l；⑤調(diào)整好氣墊導(dǎo)軌的傾斜狀態(tài)；⑥將滑塊從光電門(mén)Ⅰ左側(cè)某處，由靜止起先釋放，從數(shù)字毫秒計(jì)讀出滑塊通過(guò)光電門(mén)Ⅰ、Ⅱ的時(shí)間Δt1、Δt2；⑦用刻度尺分別測(cè)量A、B點(diǎn)到水平桌面的高度h1、h2；⑧變更氣墊導(dǎo)軌傾斜程度，重復(fù)步驟⑤⑥⑦，完成多次測(cè)量。(2)用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d時(shí)，游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖所示，則d＝_5.00__mm；某次試驗(yàn)中，測(cè)得Δt1＝11.60ms，則滑塊通過(guò)光電門(mén)Ⅰ的瞬時(shí)速度v1＝_0.431__m/s(保留3位有效數(shù)字)；(3)在誤差允許范圍內(nèi)，若h1－h(huán)2＝eq\f(\f(1,2)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))2－\f(1,2)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))2,g)(用上述必要的試驗(yàn)步驟干脆測(cè)量的物理量符號(hào)表示，已知重力加速度為g)，則認(rèn)為滑塊下滑過(guò)程中機(jī)械能守恒。(4)寫(xiě)出兩點(diǎn)產(chǎn)生誤差的主要緣由：_滑塊在下滑過(guò)程中受到空氣阻力作用，產(chǎn)生誤差；遮光條寬度不夠窄，測(cè)量速度不精確，產(chǎn)生誤差__。[解析](1)滑塊沿光滑的斜面下滑過(guò)程機(jī)械能守恒，須要通過(guò)光電門(mén)測(cè)量通過(guò)滑塊運(yùn)動(dòng)的速度v＝eq\f(d,Δt)滑塊下滑過(guò)程中機(jī)械能守恒，削減的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，有mg(h1－h(huán)2)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))2－eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))2整理化簡(jiǎn)得g(h1－h(huán)2)＝eq\f(1,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))2－eq\f(1,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))2所以②測(cè)量滑塊和遮光條的總質(zhì)量m不必要，④測(cè)量A、B之間的距離l不必要，故選②④。(2)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為d＝5.00mm＋0×0.05mm＝5.00mm滑塊通過(guò)光電門(mén)Ⅰ的速度v1＝eq\f(d,Δt1)＝eq\f(5×10－3,11.60×10－3)m/s≈0.431m/s。(3)依據(jù)(1)問(wèn)可知若h1－h(huán)2＝eq\f(\f(1,2)\b