专题24 验证机械能守恒定律（测）-2019年高考物理一轮复习讲练测 12页

‎ ‎ 第24讲 验证机械能守恒定律——测 ‎【满分：110分 时间：90分钟】‎ 实验题 ‎1．（9分）在验证机械能守恒定律的实验中，使质量m=0.30kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，已知打点计时器每隔T=0.02s打一个点，当地的重力加速度为g=9.8m/s2．‎ ‎(1)同学甲选取一条纸带如图1所示．在点迹较清晰的部分选取某点O作为起始点，图中A、B、C、D为纸带上选取的四个连续点．根据计算出C点的速度，然后利用mgh=mvc2验证机械能守恒，这样处理存在的错误是____．‎ ‎(2)同学乙利用同学甲的纸带测量出：OB=15.55cm，OC=19.20cm，OD=23.23cm．根据测量数据计算重物和纸带下落的加速度a=____ m/s2，进一步计算重物和纸带下落过程中所受的阻力f=___ N．（计算结果均保留2位有效数字）‎ ‎(3)同学丙通过实验得到一条纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，以h为横轴，以为纵轴画出了如图2所示的图线，图线未过原点O．试分析同学丙在实验操作过程中可能出现的问题_____________．‎ ‎【答案】 O点不是打出来的第一个点，速度不为零，动能不为零． 9.5 0.090 该同学做实验时先释放了纸带，然后再合上打点计时器的开关 ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小，根据牛顿第二定律求出下落过程中所受的 ‎(3)图线不过原点，说明开始时，物体已经具有了动能，因此该同学做实验时先释放了纸带，然后再合上打点计时器的开关．‎ ‎【点睛】‎ 明确实验原理，熟记处理纸带问题的思路和方法，注意求瞬时速度的方法，分清理论推导与实验探索的区别，学会求加速度的方法．‎ ‎2．（9分）在“验证机械能守恒定律”的实验中，小明同学利用传感器设计实验：如图，将质量为m、直径为d的金属小球在一定高度h由静止释放，小球正下方固定一台红外线计时器，能自动记录小球挡住红外线的时间t，改变小球下落高度h，进行多次重复实验．此方案验证机械能守恒定律方便快捷．‎ ‎（1）用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径d＝__________mm；‎ ‎（2）为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应作下列哪一个图象________；‎ A．h－t图象 B．h－图象 C．h－t2图象 D．h－图象 ‎（3）若（2）问中的图象斜率为k，则当地的重力加速度为__________（用“d”、“k”表示，忽略空气阻力）．‎ ‎【答案】 17.806 D ‎ ‎【解析】(1)螺旋测微器的固定刻度为17.5mm，可动刻度为30.5×0.01mm=0.305mm，所以最终读数为17.5mm+0.305mm=17.805mm，‎ ‎(2) 已知经过光电门时的时间小球的直径；则可以由平均速度表示经过光电门时的速度；所以 ，若减 ‎【点睛】对于基本测量仪器如游标卡尺、螺旋测微器等要了解其原理，要能正确使用这些基本仪器进行有关测量。本题为创新型实验，要注意通过分析题意明确实验的基本原理才能正确求解。‎ ‎3．（9分）用图甲所示装置验证机械能守恒定律 ‎(1)电火花计时器的工作电压为________‎ ‎(2)下列做法正确的有________‎ A．图甲中两限位孔必须在同一直线上 B．实验前，手应提住纸带上端，并使纸带竖直 C．实验时，先放手松开纸带再接通打点计时器电源 D．数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置 ‎ ‎(3)实验打出的纸带如乙图所示，则实验时纸带的________端(选填“左”或“右”)应和重物相连接．重物质量为m，若选取A、C两点为初末位置研究机械能守恒，则减少的重力势能是________(当地重力加速度为g)．‎ ‎【答案】 (1)220v (2)AB (3)右 mgS1‎ ‎【解析】(1)电火花计时器的工作电压为220 V；‎ ‎(2)A、图甲中两限位孔必须在同一直线上，故A正确；‎ B、实验前，手应提住纸带上端，并使纸带竖直，减小纸带与打点计时器限位孔之间的摩擦，故B正确；‎ C ‎、开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较 ‎4．（9分）如图1所示，气垫导轨a端固定在水平桌面上，b端到桌面的高度h可调，让滑块A沿导轨下滑，位移传感器B能将A、B间的距离数据实时传送到计算机。‎ ‎（1）甲同学用该装置验证机械能守恒定律，实验时测得导轨ab长度L=1.20 m，将高度h调节为0.60 m，让滑块A从紧靠传感器B的位置由静止释放，经计算机处理后得到的x–t图象和对应的v–t图象如图2、图3所示，若物块质量m=0.20 kg，取，则在0~0.50 s内，物块的重力势能减少量为=_____J；动能的增加量为=________J。（计算结果均保留两位有效数字）‎ ‎（2）乙同学用此装置验证“质量一定时，加速度与合外力成正比”的关系。‎ ‎①图4为他某次实验通过传感器和计算机拟合得到的v–t图象，由图线可得物块下滑的加速度大小为______。（计算结果保留2位有效数字）；‎ ‎②保持气垫导轨a端固定在水平桌面上，测得气垫导轨长度为L，多次调节b端距离水平桌面的高度h，得到每次实验中物块下滑的v–t图象，实验得到多组a和h的数据，若a和h的关系符合图5中的__________（选填A或B或C），可得“物块质量一定时，加速度与其所受合外力成正比”‎ 的结论，该图象的斜率为________________（用L和g表示）。‎ ‎【答案】 0.660或0.665都对0.55开始滑块静止时遮光条到光电门的距离sC ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎（1）由游标卡尺读数规则可得遮光条的宽度d=6 mm+0.05 mm×13=0.665 cm。‎ ‎（2）滑块经过光电门时的瞬时速度为 ‎（3）令细线拉力为T，则有T=Ma及mg−T=ma，所以，当M>>m时，细线拉力所做的功与钩 ‎5．（9分）某实验小组在做“验证机械能守恒定律”的实验中，提出了如图所示的甲、乙两种方案：甲方案为用自由落体运动进行实验，乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验。‎ ‎（1）两种方案中能够完成实验的是_____，理由是____________________。‎ ‎（2）该小组采用正确的装置打出的一条纸带如图丙所示，相邻两点间的时间间隔为0.02 s，则根据纸带计算出B点对应的速度为_______m/s（结果保留三位有效数字）。‎ ‎（3）该小组根据纸带，计算出了各点对应的速度v和各点与打下的第一个点间的距离h，作出的v2–h图象如图丁所示，根据图象可得当地的重力加速度g=_______m/s2（结果保留三位有效数字）。‎ ‎【答案】 甲乙方案中小车与斜面间有摩擦力，且不能忽略，小车运动过程中机械能不守恒1.379.75‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎6．（9分）某同学利用如图所示探究“机械能守恒定律”。实验步骤如下：‎ ‎（1）用游标卡尺测出挡光片的宽度d；‎ ‎（2）按图竖直悬挂好轻质弹簧，将轻质遮光条水平固定在弹簧下端；在铁架台上固定一位置指针，标示出弹簧不挂钩码时遮光条下边缘的位置，并测出此时弹簧长度x0；‎ ‎（3）测量出钩码质量m，用轻质细线在弹簧下方挂上钩码，测量出平衡时弹簧的长度x1，并按图所示将光电门组的中心线调至与遮光条下边缘同一高度，已知当地重力加速度为g，则此弹簧的劲度系数k=_______；‎ ‎（4）用手缓慢地将钩码向上托起，直至遮光条恰好回到弹簧原长标记指针的等高处（保持细线竖直），迅速释放钩码使其无初速下落，光电门组记下遮光条经过的时间Dt，则此时重锤下落的速度=________；‎ ‎（5）弹簧的弹性势能增加量__________，（用题目所给字母符号表示）；‎ ‎（6）钩码减小的机械能∆E=________；（用题目所给字母符号表示）‎ ‎（7）若∆EP与∆E近似相等时，说明系统的机械能守恒。‎ ‎【答案】 ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎（3）根据平衡条件可得，解得此弹簧的劲度系数；‎ ‎7．（9分）某同学利用如图所示的气垫导轨验证机械能守恒定律。在气垫导轨上安装光电门1、2，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连。‎ ‎（1）不挂钩码和细线，接通气源，滑块从导轨右端向左运动的过程中，发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间。则下列措施能够达到实验调整目标的是______。‎ A．调节P使导轨左端升高一些 B．调节Q使导轨右端降低一些 C．遮光条的宽度应适当大一些 D．滑块的质量增大一些 ‎（2）实验时，测出光电门1、2间的距离L，遮光条的宽度d，滑块和遮光条的总质量M，钩码质量m。由数字计时器读出遮光条通过光电门1、2的时间t1、t2，则系统机械能守恒成立的表达式是__________________。‎ ‎【答案】 AB2mgL=（m+M）（）d2‎ ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 明确实验原理以及气垫导轨装置的特点可正确解答；表示出钩码的重力势能减少量和系统动能增加量的大小来验证机械能守恒定律。‎ ‎【详解】‎ ‎（1）滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间，说明滑块向左做加速运动，右端过高，故可以调节P使导轨左端升高一些，或调节Q使导轨右端降低一些，故选AB。‎ ‎（2）滑块通过两光电门的速度分别为和，滑块从光电门2到光电门1过程，重力势能的变化量 ΔEp=–mgL，动能的变化量ΔEk=（m+M）（）2–（m+M）（）2，若系统机械能守恒成立，则有ΔEp+ΔEk=0，可得2mgL=（m+M）（–）d2。‎ ‎【点睛】‎ 解决本题的关键掌握实验的原理，知道研究的对象为系统，抓住系统重力势能的减小量和系统动能的增加量相等分析求解。‎ ‎8．（9分）如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。‎ ‎（1）对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是______________。‎ A．重物选用质量和密度较大的金属锤 B．两限位孔在同一竖直面内上下对正 C．精确测量出重物的质量 D．用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物 ‎（2）某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有____________。‎ A．OA、AD和EG的长度 B．OC、BC和CD的长度 C．BD、CF和EG的长度 D．AC、BD和EG的长度 ‎【答案】 ABBC ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎（1）重物选用质量和密度较大的金属锤，减小空气阻力，以减小误差，A正确；两限位孔在同一竖直面内 ‎9．（9分）某同学利用如图所示探究“机械能守恒定律”．实验步骤如下：‎ ‎（1）用游标卡尺测出挡光片的宽度d；‎ ‎（2）按图竖直悬挂好轻质弹簧，将轻质遮光条水平固定在弹簧下端；在铁架台上固定一位置指针，标示出弹簧不挂钩码时遮光条下边缘的位置，并测出此时弹簧长度x0；‎ ‎（3）测量出钩码质量m，用轻质细线在弹簧下方挂上钩码，测量出平衡时弹簧的长度x1，并按图所示将光电门组的中心线调至与遮光条下边缘同一高度，已知当地重力加速度为g，则此弹簧的劲度系数k =_______；‎ ‎（4）用手缓慢地将钩码向上托起，直至遮光条恰好回到弹簧原长标记指针的等高处（保持细线竖直），迅速释放钩码使其无初速下落，光电门组记下遮光条经过的时间Dt，则此时重锤下落的速度=________；‎ ‎（5）弹簧的弹性势能增加量__________，（用题目所给字母符号表示）；‎ ‎（6）钩码减小的机械能∆E=________； （用题目所给字母符号表示）‎ ‎（7）若∆EP与∆E近似相等时，说明系统的机械能守恒。‎ ‎【答案】 ‎ ‎【解析】【分析】根据平衡条件解得此弹簧的劲度系数；在很短时间内，根据平均速度等于瞬时速度求得此时重锤下落的速度，根据弹簧的弹性势能表达式求出)弹簧的弹性势能增加量，钩码减小的机械能等于重力势能的减小量与动能的增加量的代数和，若∆EP与∆E近似相等时，说明系统的机械能守恒；‎ ‎10．（10分）用如图甲所示的装置可验证机械能守恒定律。装置的主体是一个有刻度尺的立柱，其上装有可移动的铁夹A和光电门B。‎ 主要实验步骤如下：‎ ‎①用游标卡尺测量小球的直径d，如图乙所示；‎ ‎②用细线将小球悬挂于铁架台上，小球处于静止状态 ‎③移动光电门B使之正对小球，固定光电门；‎ ‎④在铁夹A上固定一指针（可记录小球释放点的位置）‎ ‎⑤把小球拉到偏离竖直方向一定的角度后由静止释放，读出小球释放点到最低点的高度差h和小球通过光电门的时间t；‎ ‎⑥改变小球释放点的位置，重复步骤④⑤。‎ 回答下列问题：‎ ‎（1）由图乙可知，小球的直径d=____mm；‎ ‎（2）测得小球摆动过程中的最大速度为_____（用所测物理量的字母表示）；‎ ‎（3）以h为纵轴，以____为横轴，若得到一条过原点的直线，即可验证小球在摆动过程中机械能守恒。‎ ‎（4）小球从释放点运动到最低点的过程中，不考虑细线形变的影响，小球减小的重力势能大于增加的动能的原因是_____。‎ ‎【答案】 （1）10.60 （2） （3） （4）克服空气阻力做功 ‎（3）根据机械能守恒有，整理可得，以h为纵轴，以为横轴，若得到一条过原点的直线，即可验证小球在摆动过程中机械能守恒 ‎（4）小球运动过程中重力势能的减小量大于增加的动能原因是克服空气阻力做功，一部分重力势能转化为内能 ‎【点睛】解决本题的关键知道 实验的原理，知道极短时间内的平均速度等于瞬时速度，掌握游标卡尺的读数方法，注意不需要估读 ‎11．（10分）用如图1实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒．m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．图2给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），计数点间的距离如图所示．已知m1=50g、m2=150g，则（g取10m/s2，结果保留两位有效数字）‎ ‎（1）在纸带上打下记数点5时的速度v=_____m/s；‎ ‎（2）在打点0～5过程中系统动能的增量△EK=_____J，系统势能的减少量△EP=_____J，由此得出的结论是_____．‎ ‎【答案】 (1)2.4 (2)0.58 0.60 因此在在误差允许的范围内，m1、m2组成的系统机械能守恒．‎ 考点：验证系统机械能守恒 ‎【名师点睛】本题验证系统机械能守恒，关键得出系统动能的增加量和系统重力势能的减小量，要掌握求瞬时速度的方法。‎ ‎ ‎