2022版《紅對(duì)勾講與練》高三物理人教版總復(fù)習(xí)課堂效果檢測(cè)：實(shí)驗(yàn)6驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律-

1．用如上圖所示試驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．通過電磁鐵把握的小鐵球從A點(diǎn)自由下落，下落過程中經(jīng)過光電門B時(shí)，通過與之相連的毫秒計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)記錄下?lián)豕鈺r(shí)間t，測(cè)出AB之間的距離h.試驗(yàn)前應(yīng)調(diào)整光電門位置使小球下落過程中球心通過光電門中的激光束．(1)為了驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，還需要測(cè)量下列哪些物理量________．A．A點(diǎn)與地面間的距離HB．小鐵球的質(zhì)量mC．小鐵球從A到B的下落時(shí)間tABD．小鐵球的直徑d(2)小鐵球通過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度v＝________，若下落過程中機(jī)械能守恒，則eq\f(1,t2)與h的關(guān)系式為eq\f(1,t2)＝________.解析：(1)要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，除知道小鐵球下落的高度外，還需要計(jì)算小鐵球通過光電門時(shí)的速度v，因此需要測(cè)量出小鐵球的直徑d.(2)小鐵球通過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度v＝eq\f(d,t).若下落過程中機(jī)械能守恒，則mgh＝eq\f(1,2)mv2，解得eq\f(1,t2)＝eq\f(2g,d2)h.答案：(1)D(2)eq\f(d,t)eq\f(2g,d2)h2．利用右圖試驗(yàn)裝置探究重物下落過程中動(dòng)能與重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化問題．(1)試驗(yàn)操作步驟如下，請(qǐng)將步驟B補(bǔ)充完整：A．按試驗(yàn)要求安裝好試驗(yàn)裝置；B．使重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，接著先________，后________，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn)；C．下圖為一條符合試驗(yàn)要求的紙帶，O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一點(diǎn)．分別測(cè)出若干連續(xù)點(diǎn)A、B、C……與O點(diǎn)之間的距離h1、h2、h3…….(2)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T，重物質(zhì)量為m，重力加速度為g，結(jié)合試驗(yàn)中所測(cè)得的h1、h2、h3，可得重物下落到B點(diǎn)時(shí)的速度大小為________，紙帶從O點(diǎn)下落到B點(diǎn)的過程中，重物增加的動(dòng)能為________，削減的重力勢(shì)能為________．(3)取打下O點(diǎn)時(shí)重物的重力勢(shì)能為零，計(jì)算出該重物下落不同高度h時(shí)所對(duì)應(yīng)的動(dòng)能Ek和重力勢(shì)能Ep，建立坐標(biāo)系，橫軸表示h，縱軸表示Ek和Ep，依據(jù)以上數(shù)據(jù)在下圖中繪出圖線Ⅰ和圖線Ⅱ.已求得圖線Ⅰ斜率的確定值k1＝2.94J/m，請(qǐng)計(jì)算圖線Ⅱ的斜率k2＝________J/m(保留三位有效數(shù)字)．重物和紙帶下落過程中所受平均阻力與重物所受重力的比值為________(用k1和k2表示)．(4)通過對(duì)k1和k2的比較分析，可得到的結(jié)論是(只要求寫出一條)：__________________________________.解析：(3)對(duì)圖線Ⅰ：Ep＝－mgh，即k1＝mg.對(duì)圖線Ⅱ：Ek＝(mg－Ff)h，即k2＝mg－Ff，所以Ff＝k1－k2，eq\f(Ff,mg)＝eq\f(k1－k2,mg)＝eq\f(k1－k2,k1).答案：(1)接通電源放開紙帶(2)eq\f(h3－h(huán)1,2T)eq\f(mh3－h(huán)12,8T2)mgh2(3)2.80(2.73～2.87均可)eq\f(k1－k2,k1)(k1用mg表示也可)(4)k2小于k1，動(dòng)能的增量小于重力勢(shì)能的削減量．(其他結(jié)論合理的也可)3．“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)裝置可以接受如圖所示的甲或乙方案來(lái)進(jìn)行．(1)比較這兩種方案，________(填“甲”或“乙”)方案好些．(2)該同學(xué)開頭試驗(yàn)時(shí)情形如圖丙所示，接通電源釋放紙帶，請(qǐng)指出該同學(xué)在試驗(yàn)操作中存在的兩種明顯錯(cuò)誤或不當(dāng)?shù)牡胤剑孩賍_____________；②______________.(3)該試驗(yàn)中得到一條紙帶，且測(cè)得每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖丁中所示．已知相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T＝0.1s．則物體運(yùn)動(dòng)的加速度a＝________；該紙帶是接受________(填“甲”或“乙”)試驗(yàn)方案得到的．解析：(3)由Δx＝aT2，利用逐差法得到物體運(yùn)動(dòng)的加速度a＝4.8m/s2.若用自由落體試驗(yàn)測(cè)得物體運(yùn)動(dòng)的加速度a應(yīng)當(dāng)接近10m/s2，所以該紙帶是接受“乙答案：(1)甲(2)①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接了直流電源②重物離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)(3)4.8m/s24．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0.05s閃光一次，右圖中所標(biāo)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?0m/s2，小球質(zhì)量m＝0.2時(shí)刻t2t3t4t5速度(m/s)5.595.084.58(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(shì)能增加量ΔEp＝________J，動(dòng)能削減量ΔEk＝________J.(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEp與ΔEk近似相等，從而驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．由上述計(jì)算得ΔEp________ΔEk(填“>”、“<”或“＝”)，造成這種結(jié)果的主要緣由是____________________________________________________________________________________.解析：(1)由vn＝eq\f(xn＋xn－1,2T)可知，v5＝eq\f(19.14＋21.66,0.05×2)cm/s＝408cm/s＝4.08m/s(2)由題給條件知h25＝(26.68＋24.16＋21.66)cm＝72.5cm＝ΔEp＝mgh25＝0.2×10×0.725J＝1.45JΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,5)＝eq\f(1,2)×0.2×(5.592－4.082)J≈1.46J(3)由(2)中知ΔEp<ΔEk，由于存在空氣摩擦等緣由，導(dǎo)致重力勢(shì)能的增加量小于動(dòng)能的削減量．答案：(1)4.08(2)1.451.46(3)<緣由見解析5．DIS試驗(yàn)是利用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行的試驗(yàn)．老師上課時(shí)“用DIS爭(zhēng)辯機(jī)械能守恒定律”的裝置如圖甲所示，在某次試驗(yàn)中，選擇DIS以圖象方式顯示試驗(yàn)的結(jié)果，所顯示的圖象如圖乙所示．圖象的橫軸表示小球距D點(diǎn)的高度h，縱軸表示擺球的重力勢(shì)能Ep、動(dòng)能Ek或機(jī)械能E.試回答下列問題：(1)圖乙的圖象中，表示小球的重力勢(shì)能Ep、動(dòng)能Ek、機(jī)械能E隨小球距D點(diǎn)的高度h變化關(guān)系的圖線分別是________(按挨次填寫相應(yīng)圖線所對(duì)應(yīng)的文字)．(2)依據(jù)圖乙所示的試驗(yàn)圖象，可以得出的結(jié)論是______________________________________________________________________.解析：(1)小球由A到D過程中重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，由題圖乙的圖象知機(jī)械能總量不變，故表示小球的重力勢(shì)能Ep、動(dòng)能Ek、機(jī)械能E隨小球距D點(diǎn)的高度h變化關(guān)系的圖線分別是乙、丙、甲．(2)由試驗(yàn)結(jié)果知：在誤差允許的范圍內(nèi)，在只有重力做功的狀況下，小球的機(jī)械能守恒．答案：(1)乙、丙、甲(2)在誤差允許的范圍內(nèi)，在只有重力做功的狀況下，小球的機(jī)械能守恒6．利用氣墊導(dǎo)軌裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，先格外認(rèn)真地把導(dǎo)軌調(diào)成水平，然后按如圖所示的方式，用墊塊把導(dǎo)軌一端墊高H，滑塊m上面裝l＝3cm的擋光框，使它由軌道上端任一處滑下，測(cè)出它通過光電門G1和G2時(shí)的速度v1和v2，就可以算出它由G1到G2這段過程中動(dòng)能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)m(veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1))，再算出重力勢(shì)能的削減量ΔEp＝mgh，比較ΔEk與ΔEp的大小，便可驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒．(1)滑塊的速度v1、v2如何求出？滑塊通過G1、G2時(shí)的高度差h如何求出？(2)若測(cè)得圖中L＝1m，x＝0.5m，H＝20cm，m＝500g，滑塊通過G1和G2的時(shí)間分別為5×10－2s和2×10－2s，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.80解析：(1)由于擋光框?qū)挾群苄＝3cm，而滑塊通過光電門的時(shí)間極短，故可以認(rèn)為滑塊通過光電門做勻速運(yùn)動(dòng)，則通過兩光電門時(shí)的平均速度就等于通過G1和G2兩位置的瞬時(shí)速度，即v1＝eq\f(l,Δt1)，v2＝eq\f(l,Δt2)；由三角形相像學(xué)問可知eq\f(h,x)＝eq\f(H,L)，可求得h＝eq\f(H,L)x，H、L、x都是事先設(shè)定的．(2)令Δt1＝5×10－2s，Δt2＝2×10－2s，則v1＝eq\f(l,Δt1)＝eq\f(3×10－2,5×10－2)m/s＝0.6m/sv2＝eq\f(l,Δt2)＝eq\f(3×10－2,2×10－2)m/s＝1.5m/