2020届高考物理一轮复习 第5章 16 实验五 验证机械能守恒定律随堂检测巩固落实 4页

‎16 实验五 验证机械能守恒定律 ‎1．(2018·无锡摸底)某同学安装如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律．‎ ‎(1)此实验中，应当是让重物做__________运动，________(填“需要”或“不需要”)测出重物的质量．‎ ‎(2)打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，该同学选取如图乙所示的一段纸带，对BD段进行研究．求得B点对应的速度vB＝________m/s(保留两位有效数字)，若再求得D点对应的速度为vD，测出重物下落的高度为hBD，则还应计算________与______大小是否相等(填字母表达式)．‎ ‎(3)但该同学在上述实验过程中存在明显的问题．安装实验装置时存在的问题是________________________________________________________________________；‎ 研究纸带时存在的问题是______________________________________________，‎ 实验误差可能较大．‎ 解析：(1)由实验原理知，应让重物在松开手后做自由落体运动；根据机械能守恒，mgΔh＝m(v－v)，整理后，得gΔh＝(v－v)，所以不需要测量质量．‎ ‎(2)B点速度等于 AC段的平均速度，vB＝≈‎0.19 m/s；根据实验原理知，还应计算(v－v)与ghBD，看两者大小是否相等．‎ ‎(3)重物距离桌面太近，会落到桌面上；B、D时间间隔太短，实验误差较大．‎ 答案：(1)自由落体　不需要　(2)0.19　(v－v)　ghBD　(3)重物会落在桌面上(或“纸带打点过短”等与此类似的答案)　B、D两点时间间隔过短 ‎2．(2018·苏州中学模拟)如图甲所示的装置叫做阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律．某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示．‎ 4‎ ‎(1)实验时，该同学进行了如下操作：‎ ‎①将质量均为M(A的含挡光片，B的含挂钩)的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出____________(填“A的上表面”“A的下表面”或“挡光片中心”)到光电门中心的竖直距离h.‎ ‎②在B的下端挂上质量为m的物块C，让系统(重物A、B以及物块C)中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为Δt.‎ ‎③测出挡光片的宽度d，计算有关物理量，验证机械能守恒定律．‎ ‎(2)如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒，应满足的关系式为______________(已知重力加速度为g)．‎ ‎(3)引起该实验系统误差的原因有________________________(写一条即可)．‎ ‎(4)验证实验结束后，该同学突发奇想：如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒，不断增大物块C的质量m，重物B的加速度a也将不断增大，那么a与m之间有怎样的定量关系？a随m增大会趋于一个什么值？请你帮该同学解决：‎ ‎①写出a与m之间的关系式：________________(还要用到M和g)．‎ ‎②a的值会趋于____________．‎ 解析：(1)①实验时，测量出挡光片中心到光电门中心的竖直距离h.‎ ‎(2)重物A经过光电门时的速度为v＝；则如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒，应满足的关系式为mgh＝(‎2M＋m).‎ ‎(3)引起该实验系统误差的原因：绳子有一定的质量，滑轮与绳子之间有摩擦，重物运动受到空气阻力等．‎ ‎(4)①根据牛顿第二定律可知mg＝(m＋‎2M)a，解得：‎ a＝＝.‎ ‎②当m增大时，式子的分母趋近于1，则a的值会趋于重力加速度g.‎ 答案：(1)①挡光片中心　(2)mgh＝(‎2M＋m) 4‎ ‎(3)绳子有一定的质量、滑轮与绳子之间有摩擦、重物运动受到空气阻力等 ‎(4)①a＝　②重力加速度g ‎3．(2018·南京高三模拟考试)据报道，我国的第三艘航空母舰正在建造之中，其舰载机将采用弹射起飞方式．为了研究弹射器做功对飞机起飞速度的影响，某研究性学习小组用气垫导轨、光电门等器材做了如下实验：‎ ‎①用橡皮筋模拟弹射器，由于橡皮筋做的功不易测量，他们运用了一种叫做“倍分法”的思想：使用同种规格的橡皮筋，先后用一根、两根、三根…去弹射滑块，每次都将橡皮筋拉伸到同一位置释放，这样橡皮筋对滑块做的功分别是W0、2W0、3W0、…；‎ ‎②如图所示，测量出滑块弹射后遮光片通过光电门1的时间分别为t1、t2、t3、…；‎ ‎③利用以上数据作出图象，确定橡皮筋做功对滑块弹射后的速度具体有什么影响．‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)实验前需要调节气垫导轨水平：打开气源之后，给滑块一个初速度，使之向左运动，发现遮光片通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间，为使气垫导轨水平，应将气垫导轨________(选填“左”或“右”)端升高适当的高度．‎ ‎(2)采取图象法探究物理量间的规律时，需要选择合适的坐标系以得到直线图象．为了得到直线图象，以弹力做的功W为纵坐标，以________(选填“t‎2”‎“t”“t－‎1”‎或“t－‎2”‎)为横坐标(t为遮光片通过光电门1的时间)．‎ ‎(3)实验发现，总是很难得到比较标准的直线，研究小组分析了四种误差原因，其中属于系统误差的是________．‎ A．使用不同根数的橡皮筋弹射，不同速度下空气的阻力是不同的 B．使用不同根数的橡皮筋实验时，未能将橡皮筋拉至同一位置释放 C．实验所用的橡皮筋没有做到规格真正相同，劲度系数略有差异 D．描点作图时，由于标错了标度，把所有的点描在了错误的位置 ‎(4)“倍分法”是一种很有用的实验设计思想，下列科学研究中，科学家使用“倍分法”思想来帮助研究的是________．‎ A．伽利略研究力与运动的关系 B．开普勒研究行星绕太阳运动轨道的半长轴与周期的关系 C．库仑研究点电荷间相互作用力的规律 D．奥斯特研究电流的磁效应 解析：(1)遮光片通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间，说明滑块在减速，‎ 4‎ 故应将气垫导轨“右”端升高适当高度，使气垫导轨水平．‎ ‎(2)设遮光片的宽度为b，则遮光片通过光电门的速度v＝，根据W＝mv2可知，需要验证W与t－2的关系．‎ ‎(3)选项B、D属于操作错误，A、C属于系统误差，选项A、C正确．‎ ‎(4)伽利略研究力与运动的关系应用了理想实验法，开普勒研究行星绕太阳运动轨道的半长轴与周期的关系、奥斯特研究电流的磁效应都利用了观测法，库仑研究点电荷相互作用力的规律时利用了“倍分法”，选项C正确．‎ 答案：(1)右　(2)t－2　(3)AC　(4)C 4‎