2024高考物理一輪復(fù)習(xí)專題46驗證機械能守恒定律的實驗練習(xí)含解析新人教版

PAGE7-專題46驗證機械能守恒定律的試驗1．[2024·武漢調(diào)研]如圖所示是某同學(xué)在“探究動能定理”和“驗證機械能守恒定律”的試驗中分別得到的兩條紙帶．已知打點計時器運用的溝通電源的頻率為50Hz，紙帶上各點是打點計時器打出的計時點，紙帶上記錄的數(shù)據(jù)的單位均為厘米．(1)紙帶________(填“甲”或“乙”)是在“驗證機械能守恒定律”的試驗中得到的．(2)任選一條紙帶，計算在記錄計時點5時，物體運動的速度v5＝________m/s.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)2．[2024·貴州凱里聯(lián)考]某探討性學(xué)習(xí)小組利用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律，試驗裝置如圖甲所示，在氣墊導(dǎo)軌上安裝一個光電門，滑塊上固定一遮光條．(1)用天平測得重物的質(zhì)量為m1，滑塊的質(zhì)量為m2.(2)用螺旋測微器測遮光條的寬度d，測量結(jié)果如圖乙所示，則d＝________cm.(3)按圖甲所示組裝試驗裝置，將滑塊由靜止釋放，測得遮光條起始位置到光電門的距離為x，遮光條通過光電門的時間為t.若試驗結(jié)果表明，重物和滑塊運動過程中機械能守恒，則機械能守恒的表達式為m1gx＝________(用已知量相應(yīng)的字母表示，g為重力加速度)．3．[2024·湖南師大附中聯(lián)考]如圖甲所示，一位同學(xué)利用光電計時器等器材做“驗證機械能守恒定律”的試驗．有始終徑為d、質(zhì)量為m的金屬球從A處由靜止釋放，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(H?d)，光電計時器記錄下金屬球通過光電門的時間為t，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間.則：(1)如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測得金屬球的直徑d＝________________________________________________________________________mm.(2)多次變更高度H，重復(fù)上述試驗，作出eq\f(1,t2)隨H的變更圖象如圖丙所示，當(dāng)圖中已知量t0、H0和重力加速度g及金屬球的直徑d滿意以下表達式：________時，可推斷小球下落過程中機械能守恒．(3)試驗中發(fā)覺動能增加量ΔEk總是稍小于重力勢能削減量ΔEp，增加下落高度后，則ΔEp－ΔEk將________(填“增加”“減小”或“不變”)．4．[2024·石家莊質(zhì)檢]小明同學(xué)利用如圖甲所示的試驗裝置驗證機械能守恒定律，其中紅外線放射器、接收器可記錄小球的擋光時間．小明同學(xué)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________；重力勢能削減量的表達式為__________________(用所給字母表示)．(3)變更小球下落高度h，多次重復(fù)試驗，發(fā)覺小球動能的增加量總是小于重力勢能的削減量，你認為可能的緣由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________(至少寫出一條)．5．[2024·陜西摸底]某試驗小組的同學(xué)利用自由落體法驗證機械能守恒定律，試驗裝置如圖甲所示，該小組的同學(xué)完成了如下的操作：(1)首先利用螺旋測微器測出了小球的直徑，其示數(shù)如圖乙所示，則該小球的直徑d＝________cm.(2)將該小球由光電門1的正上方無初速度釋放，測得小球先后通過光電門1和光電門2所用的時間為Δt1和Δt2，則小球通過兩光電門的速度分別為v1＝________，v2＝________.(用所測量的物理量符號表示)(3)該小組的同學(xué)測出了兩光電門之間的距離為H，重力加速度用g表示，若小球的機械能守恒，則須要驗證的關(guān)系式為__________________．(用所測量的物理量符號表示)6．[2024·超級生全能聯(lián)考]如圖所示為利用氣墊導(dǎo)軌(滑塊在該導(dǎo)軌上運動時所受阻力可忽視)驗證機械能守恒定律的試驗裝置，完成以下填空．試驗步驟如下：①將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平；②測出擋光條的寬度l和兩光電門中心之間的距離s；③將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待托盤和砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求托盤和砝碼落地前擋光條已通過光電門2；④測出滑塊分別通過光電門1和光電門2的擋光時間Δt1和Δt2；⑤用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m.回答下列問題：(重力加速度為g)(1)用最小分度為1mm的刻度尺測量出光電門1和2之間的距離s，以下數(shù)據(jù)合理的是________．(填正確答案標(biāo)號)A．50cmB．50.00cmC．50.0cmD．50.000cm(2)滑塊通過光電門1和光電門2時的速度分別為v1和v2，則v1＝________.(3)若系統(tǒng)機械能守恒，則M、m、g、s、v1、v2的關(guān)系是____________________．7．[情境創(chuàng)新]某同學(xué)利用圖示裝置，驗證以下兩個規(guī)律：①兩物塊通過不行伸長的細繩相連接，沿繩方向分速度大小相等；②系統(tǒng)機械能守恒．P、Q、R是三個完全相同的物塊，上面固定有相同的遮光片，P、Q用細繩連接，放在水平氣墊導(dǎo)軌上．物塊R與輕質(zhì)滑輪連接，放在細繩正中間，三個光電門分別放置于a、b、c處，調(diào)整三個光電門的位置，能實現(xiàn)同時遮光．最初細繩水平，現(xiàn)將三個物塊由靜止釋放．(忽視R上的遮光片到輕質(zhì)滑輪間的距離)(1)為了能完成試驗，除了記錄P、Q、R上面三個遮光片的遮光時間t1、t2、t3外，還需測量的物理量有________(多選)．A．P、Q、R的質(zhì)量MB．兩個定滑輪間的距離dC．R的遮光片到c的距離HD．遮光片的寬度x(2)依據(jù)裝置可以分析出P、Q的速度大小相等，則驗證的表達式為________________．(3)若要驗證物塊R沿繩方向分速度與物塊P速度大小相等，則驗證的表達式為________________．(4)若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭，則驗證系統(tǒng)機械能守恒的表達式為________________．8．某同學(xué)用如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可由計時器測出，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點之間的勢能變更大小ΔEp與動能變更大小ΔEk，就能驗證機械能是否守恒．(1)用ΔEp＝mgh計算鋼球重力勢能變更的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)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計算鋼球動能變更的大小，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0.0100s，則鋼球的速度為v＝________m/s.(3)下表為該同學(xué)的試驗結(jié)果：ΔEp(×10－2J)4.8929.78614.6919.5929.38ΔEk(×10－2J)5.0410.115.120.029.8他發(fā)覺表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認為這是由于空氣阻力造成的．你是否同意他的觀點？請說明理由．(4)請你提出一條減小上述差異的改進建議．專題46驗證機械能守恒定律的試驗1．(1)乙(2)1.75或2.42解析：(1)驗證機械能守恒定律時，物體始終做勻加速直線運動，紙帶甲先勻加后勻速，故乙是在“驗證機械能守恒定律”的試驗中得到的．(2)對紙帶甲，由中間時刻的瞬時速度等于這段時間的平均速度得v5＝eq\f(3.50＋3.49×10－2,2×0.02)m/s＝1.75m/s，對乙紙帶v5＝eq\f(35.63－25.94×10－2,2×0.02)m/s＝2.42m/s.2．(2)0.5500(3)eq\f(1,2)(m1＋m2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2解析：(2)由螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則可知d＝(5＋50.0×0.01)mm＝5.500mm＝0.5500cm.(3)若系統(tǒng)機械能守恒則物塊重力勢能減小等于系統(tǒng)動能的增加，即m1gx＝eq\f(1,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m1＋m2))eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2.3．(1)7.25(2)2gH0teq\o\al(2,0)＝d2(3)增加解析：(1)依據(jù)游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)則得讀數(shù)為7mm＋5×0.05mm＝7.25mm.(2)若要滿意機械能守恒，則金屬球減小的重力勢能等于金屬球增加的動能mgH0＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t0)))2，化簡得2gH0teq\o\al(2,0)＝d2.(3)重力勢能的削減量等于動能的增加量和克服阻力做功之和，下落高度增加，則克服阻力做功增加，ΔEp－ΔEk將增加．4．(1)15.220(15.219～15.221均可)(2)eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2mgh(3)陰力做負功(表述合理，體現(xiàn)出阻力作用，即可)解析：(1)螺旋測微器要估讀，它的讀數(shù)為主尺讀數(shù)＋螺旋尺讀數(shù)，圖示讀數(shù)為15mm＋0.220mm＝15.220mm.(2)ΔEk＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2－0＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2，ΔEp＝mgh.(3)小球下落的過程要克服阻力做功，所以小球動能的增加量總是小于重力勢能的削減量．5．(1)0.3800(2)eq\f(d,Δt1)eq\f(d,Δt2)(3)2gH＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))2－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))26．(1)B(2)eq\f(l,Δt1)(3)mgs＝eq\f(1,2)(M＋m)veq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)(M＋m)veq\o\al(2,1)解析：(1)用最小分度值為1mm的刻度尺測量長度，有效數(shù)字應(yīng)保留在毫米的下一位，故B正確．(2)滑塊通過光電門1的速度v1＝eq\f(l,Δt1).(3)若系統(tǒng)機械能守恒，則托盤和砝碼削減的重力勢能等于系統(tǒng)增加的動能，即mgs＝eq\f(1,2)(M＋m)(veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1))．7．(1)BCD(2)t1＝t2(3)eq\f(t3,t1)＝eq\f(2H,\r(4H2＋d2))(4)eq\f(2gH,x2)＝eq\f(1,t\o\al(2,3))＋eq\f(1,t\o\al(2,2))＋eq\f(1,t\o\al(2,1))解析：(1)要證明①，須要測量d和H，通過幾何關(guān)系可證明沿繩方向分速度大小相等；要證明②，須要測量H和x，通過驗證系統(tǒng)重力勢能削減量和動能增加量相等來驗證機械能守恒，故須要測量的物理量有d、H、x，故BCD三項正確．(2)物塊P的速度vP＝eq\f(x,t1)，物塊Q的速度vQ＝eq\f(x,t2)，因此要驗證P、Q的速度大小相等須要驗證t1＝t2.(3)物塊R的速度vR＝eq\f(x,t3)，要驗證物塊R沿繩方向分速度與物塊P速度大小相等，則須要驗證表達式vRcosθ＝vP，即vR·eq\f(H,\r(H2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))2))＝vP，代入解得eq\f(t3,t1)＝eq\f(2H,\r(4H2＋d2)).(4)整個系統(tǒng)削減的重力勢能是ΔEp＝MgH，增加的動能是ΔEk＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,P)＋eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,Q)＋eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,R)，要驗證機械能守恒，需驗證