高考物理一轮复习 机械能守恒定律 实验六验证机械能守恒定律课时训练 新人教版 5页

‎2012届高考一轮物理复习（人教版）课时训练第五章 机械能守恒定律第5讲　实验六 验证机械能守恒定律 ‎1．有4条用打点计时器(所用交流电频率为50 Hz)打出的纸带A、B、C、D，其中一条是做 ‎“验证机械能守恒定律”实验时打出的．为找出该纸带，某同学在每条纸带上取了点迹清 晰的、连续的4个点，用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为x1、x2、x3.请你根据下列x1、‎ x2、x3的测量结果确定该纸带为(已知当地的重力加速度为‎9.791 m/s2) (　　)‎ A．‎61.0 mm　‎65.8 mm　‎‎70.7 mm B．‎41.2 mm　‎45.1 mm　‎‎53.0 mm C．‎49.6 mm　‎53.5 mm　‎‎57.3 mm D．‎60.5 mm　‎61.0 mm　‎‎60.6 mm 解析：验证机械能守恒采用重锤的自由落体运动实现，所以相邻的0.02 s内的位移增加量 为Δx＝gT2＝9.791×‎0.022 m≈‎3.9 mm.‎ 答案：C ‎2．(2010·安徽理综，21Ⅲ)利用图5－5－8所示装置进行验证机械能守 恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬 时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下 四种测量方案：‎ a．用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过v＝gt 计算出瞬时速度v.‎ b．用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过v＝计算出瞬时速度v. 图5－5－8‎ c．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速 度，测算出瞬时速度v，并通过h＝计算出高度h.‎ d．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，‎ 等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v.‎ 以上方案中只有一种正确，正确的是________．(填入相应的字母)‎ 解析：在验证机械能守恒定律的实验中不能将物体下落的加速度看做g，只能把它当做 未知的定值，所以正确方案只有d项．‎ 答案：d ‎3.科技活动小组成员利用暑假进行社会实践活动时，发现可以利用古 代抛石机的模型来验证机械能守恒定律，其原理如图5－5－9所示．‎ 图中O为转轴，A球固定于杆上且质量为mA，B球放在勺形槽内且 质量为mB.由静止释放轻杆后，可以逆时针转动，轻杆转到竖直位置 图5－5－9‎ 时，B球被水平抛出．‎ ‎(1)要验证机械能守恒定律，首先需要测量mA、mB及两球距O点的距离LA、LB，除此之 外还需要测量的物理量有________．‎ A．A球从释放运动到最低点的时间t B．O离地面的高度h C．B球落地点与O的水平距离x D．释放轻杆时A球的高度h0‎ ‎(2)下列减小实验误差的措施中，可行的有________．‎ A．开始释放时，让轻杆水平 B．支架处地面与B球落地处地面要在同一水平面上 C．杆的硬度尽量高 D．在同一高度多次释放A球的前提下，取B球的平均落点，然后测量x E．尽量减小转轴O处的摩擦力 F．尽量减小B球的质量 ‎(3)在轻杆从水平状态无初速释放的前提下，结合上述测定的物理量，可求系统重力势能 减少量为________，动能增加量为________，正常情况下会出现前者________(填“大 于”或“小于”)后者．‎ 解析：(1)验证实验中A、B两球系统的机械能守恒，应先找出A、B两球初、末状态对 应的机械能，与轻杆转动时间无关，所以B、C、D三项正确．‎ ‎(2)A项满足h0＝h，便于计算两球初、末状态对应的机械能；B项可以保证测量操作容 易控制，且便于计算重力势能的变化量；C项避免弹性势能的参与；D项是多次测量求 平均值；E项减少摩擦力能减少机械能向内能的转化，F项中B球应当尽量选用密度大 的，以减小空气阻力，而与质量无关．所以A、B、C、D、E项均正确．‎ ‎(3)轻杆从水平状态无初速释放，达到最低点过程中，A球重力做正功，B球重力做负功，‎ 且B球脱离勺形槽后做平抛运动，所以系统势能的减少量为(mALA－mBLB)g，动能的增加 量为mAv＋mBv，vB＝，vA＝LA，联立解得动能的增加量为 ，因为有阻力，所以重力势能减小量一般大于动能增加量．‎ 答案：(1)BCD　(2)ABCDE　(3)(mALA－mBLB)g 　大于 ‎4．(2011·广州模拟)“验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图5－5－10所示的甲或乙方 案来进行．‎ ‎(1)比较这两种方案，________(选填“甲”或“乙”)方案好些，理由是_________________‎ ‎___________________________________________________________________________．‎ 自由落体实验　　　　　　斜面小车实验 验证机械能守恒定律　　　　验证机械能守恒定律 图5－5－10‎ ‎(2)如图5－5－11是该实验中得到的一条纸带，测得每两个计数点间的距离如图中所示，‎ 已知每两个计数点之间的时间间隔T＝0.1 s．物体运动的加速度a＝________；该纸带是 采用________(选填“甲”或“乙”)实验方案得到的，简要写出判断依据_____________‎ ‎__________________________________________________________________________.‎ 图5－5－11‎ ‎(3)如图5－5－12是采用甲方案时得到的一条纸带，在计算图中N点速度时，几位同学 分别用下列不同的方法进行，其中正确的是 (　　)‎ 图5－5－12‎ A．vN＝gnT B．vN＝ C．vN＝ D．vN＝g(n－1)T 答案：(1)甲　该方案摩擦阻力小，误差小，操作方便 ‎(2)‎4.83 m/s2　乙　因为物体的加速度比g小得多　(3)BC ‎5．(1)关于验证机械能守恒定律实验，下面列出一些实验步骤：‎ A．用天平称出重物和夹子的质量 B．将重物系在夹子上 C．将纸带穿过打点计时器，上端用手提着，下端夹在系有重物的夹子上，再把纸带向 上拉，让夹子静止靠近打点计时器处 D．把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6 V(电源暂不接通)‎ E．把打点计时器用铁夹固定在放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上 F．在纸带上选取几个点，进行测量并记录数据 G．用秒表测出重物下落时间 H．接通电源，待打点计时器工作稳定后释放纸带 I．切断电源 J．更换纸带，重新进行两次实验 K．在三条纸带中，选出较好的一条 L．进行计算，得出结论，完成实验报告 M．拆下导线，整理器材 对于本实验以上步骤中，不必要的有________；正确步骤的合理顺序是________(填写代 表字母)．‎ ‎(2)某同学利用如图5－5－13所示的装置探究弹簧的弹性势能与弹簧形变量的关系．在 水平桌面上贴有标尺，左端有一固定挡板，弹簧水平放置在桌面上，左端固定在挡板上，‎ 用一物块从弹簧的原长处挤压弹簧，然后释放物块．通过测量不同情况下弹簧的压缩量 x和相应的物块从开始运动到停止的位移L，就可以寻找到弹簧的弹性势能与形变量间的 关系．‎ 图5－5－13‎ ‎①假设物块与桌面间的动摩擦因数为μ，物块的质量为m，写出弹簧弹性势能与上述有 关物理量的表达式Ep＝________.‎ ‎②实验中是否需要测量物块的质量和物块与桌面间的动摩擦因数________(填“是”或 ‎“否”)？以L为纵坐标，以x2为横坐标，作出L－x2关系的图线，若图线是一条过原点 的直线，你得到的实验结论是________．‎ 解析：(1)根据实验原理和操作步骤可知不必要的有A、G；正确步骤的合理顺序是E、‎ D、B、C、H、I、J、K、F、L、M.‎ 答案：(1)A、G　EDBCHIJKFLM　(2)①Ep＝μmgL　②否　弹簧的弹性势能与形变量的 二次方成正比 ‎6．光电计时器结构如图5－5－14所示，当有物体从M、N间通过时，光电计时器就可以 显示物体的挡光时间，若知道物体的长度，就可知道物体通过光电门的速度．如图5－‎ ‎5－15，E、F为上下两个光电门，现要利用此装置探究机械能守恒定律．‎ 图5－5－14　　　图5－5－15　　　图5－5－16‎ ‎(1)如图5－5－16所示，游标卡尺测量的物块A厚度为________ cm.‎ ‎(2)让物块A从某一位置下落，通过测量并计算得出它通过光电门E和F的速度分别为 v1和v2，已知当地重力加速度为g，若要探究物块在E、F之间运动过程的机械能是否 守恒，还需测量的物理量为________________．若________和________在误差允许的范 围内相等，则可说明物块的机械能守恒．(用物理量的字母符号表示)‎ 答案：(1)1.21　(2)E、F之间的距离L m(v－v)　mgL(没有质量m也可)‎ ‎7．(2010·海南卷，14)利用气垫导轨验证机械能守恒定律．实验装置示意图如图5－5－17所 示：‎ 图5－5－17‎ ‎(1)实验步骤：‎ 图5－5－18‎ ‎①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于‎1 m，将导轨调至水平．‎ ‎②用游标卡尺测量挡光条的宽度l，结果如图5－5－18所示，由此读出l＝________mm.‎ ‎③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x＝_________cm.‎ ‎④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光 条已通过光电门2.‎ ‎⑤从数字计时器(图5－5－17中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用 的时间Δt1和Δt2.‎ ‎⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.‎ ‎(2)用表示直接测量量的字母写出下列所求物理量的表达式：‎ ‎①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1＝________和v2＝________.‎ ‎②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能 分别为Ek1＝________和Ek2＝________.‎ ‎③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少ΔEp＝________(重力加 速度为g)．‎ ‎(3)如果ΔEp≈________，则可认为验证了机械能守恒定律．‎ 答案：(1)②9.35　③60.00(在59.96～60.04之间的即可)‎ ‎(2)①　 ‎②(M＋m)2　(M＋m)2‎ ‎③mgx ‎(3)Ek2－Ek1‎