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  • 2021-05-24 发布

2021高考物理新高考版一轮习题:第五章 微专题40 实验:验证机械能守恒定律 Word版含解析

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要明确“谁”在“哪个过程”中机械能守恒,列出守恒方程,明确要测量的物理量.‎ ‎1.(2019·河南开封市第一次模拟)利用如图1所示装置验证机械能守恒定律,轻绳与轻滑轮间摩擦不计,绳子不可伸长.物体A(含遮光片)和B的质量分别为m和M,物体B由静止释放后向下运动,遮光片经过光电门的时间为Δt.测得释放处遮光片到光电门中心的竖直距离为h.‎ 图1‎ ‎(1)用游标卡尺测出物体A上遮光片的宽度d如图2所示,则d=________mm.‎ 图2‎ ‎(2)若满足关系式_______________________________________(用题中已知量的符号表示,已知重力加速度为g),则可验证机械能守恒定律.‎ ‎2.(2020·安徽黄山市检测)某同学设计出如图3甲所示的实验装置来“验证机械能守恒定律”,让小球从A点自由下落,下落过程中经过A点正下方的光电门B时,光电计时器记录下小球通过光电门的时间t,当地的重力加速度为 g.‎ 图3‎ ‎(1)为了验证机械能守恒定律,该实验还需要测量下列哪些物理量________.‎ A.小球的质量m B.A、B之间的距离H C.小球从A到B的下落时间tAB D.小球的直径d ‎(2)小球通过光电门时的瞬时速度v=________(用题中所给的物理量表示).‎ ‎(3)调整AB之间距离H,多次重复上述过程,作出随H的变化图象如图乙所示,当小球下落过程中机械能守恒时,该直线斜率k0=________.‎ ‎(4)在实验中根据数据实际绘出-H图象的直线斜率为k(k<k0),则实验过程中所受的平均阻力Ff与小球重力mg的比值=________________(用k、k0表示).‎ ‎3.(2019·陕西宝鸡市高考模拟检测(二))某同学利用如图4甲所示装置来验证“机械能守恒定律”.将长为L的轻绳一端固定在O点,另一端拴在一个质量为m的正立方体小铁块A上,在小铁块A的上表面边缘放一个小铁片.将铁块拉起,使绳拉直且偏离竖直方向成θ角时由静止开始释放铁块,当其到达最低点时,受到竖直挡板P阻挡而停止运动,之后铁片将飞离铁块A而做平抛运动.‎ 图4‎ ‎(1)用20分度的游标卡尺测量正立方体铁块厚度d的结果如图乙所示,则d=___________ cm;‎ ‎(2)若测得小铁片从水平抛出到落到地面的水平位移x和竖直位移y,就可求得小铁片做平抛运动的初速度v0=________________(已知重力加速度为g).若实际测得铁块与小铁片运动到最低点时的速度为v,则v与v0的大小关系为v________v0(选填“=”“>”或“<”);‎ ‎(3)该同学在实验中发现,若θ角改变,小铁片平抛运动的水平位移x随之发生改变.于是他多次实验,得到了多组(θ,x)值,通过计算分析得出了“铁块与小铁片一起由静止释放到运动到最低点过程中机械能守恒”的结论,并做出了x2随cos θ变化的x2-cos θ图象,你认为他做出的x2-cos θ图象应该是图中的________(实验中近似认为v=v0).‎ 答案精析 ‎1.(1)5.45 (2)(M-m)gh=(M+m)()2‎ 解析 (1)游标卡尺的主尺读数为5 mm,游标尺上第9个刻度和主尺上某一刻度对齐,所以游标尺读数为9×0.05 mm=0.45 mm,所以最终读数为:5 mm+0.45 mm=5.45 mm;‎ ‎(2)物体A通过光电门中心的瞬时速度v=,根据动能定理有:Mgh-mgh=(M+m)v2-0,整理得:(M-m)gh=(M+m)()2.‎ ‎2.(1)BD (2) (3) (4) 解析 (1)根据机械能守恒的表达式可知,方程两边可以约掉质量,因此不需要测量质量,故A错误;根据实验原理可知,需要测量的是A点到光电门B的距离H,故B正确;利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度,不需要测量下落时间,故C错误;利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度时,需要知道挡光物体的尺寸,因此需要测量小球的直径,故D正确.‎ ‎(2)已知小球经过光电门时的时间t,直径d,则可以由平均速度表示经过光电门时的速度,‎ 即v=.‎ ‎(3)若减小的重力势能等于增加的动能,可以认为机械能守恒,则有:mgH=mv2‎ 即:2gH=()2‎ 解得:=·H,那么该直线斜率k0=.‎ ‎(4)题图乙图线的表达式:=kH,因存在阻力,则有:‎ mgH-FfH=mv2,‎ 所以重物和纸带下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值为=.‎ ‎3.(1)2.350 (2) > (3)C 解析 (1)游标卡尺的主尺刻度为23 mm,游标尺刻度为10×0.05 mm=0.50 mm,所以d=23 mm+0.50 mm=23.50 mm=2.350 cm;‎ ‎(2)根据铁片做平抛运动有:‎ x=v0t①‎ y=gt2②‎ 联立①②可解得:v0=; ‎ 由于存在阻力作用,根据平抛运动的规律计算的速度小于实际速度;‎ ‎(3)铁块与小铁片下落过程中机械能守恒,由mgh=mv2得:‎ gL(1-cos θ) = 可得:x2=-4yLcos θ+4yL 所以x2-cos θ图象应该是题图中的C.‎

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