【物理】2020届信阳一高一轮复习人教新课标版7-9实验验证机械能守恒定律限时过关练（解析版） 16页

信阳一高2020年高考物理一轮复习限时过关练：7.9实验验证机械能守恒定律（解析版)‎ ‎1．为了验证机械能守恒定律，同学们设计了如图甲所示的实验装置：‎ ‎（1）实验时，一组同学进行了如下操作：‎ ‎①用天平分别测出重物A、B的质量M1和M2 (A的质量含挡光片、B的质量含挂钩，且M2>M1)，用螺旋测微器测出挡光片的宽度d，测量结果如图丙所示，则d=___mm；‎ ‎②将重物A、B用绳连接后，跨放在定滑轮上，一个同学用手托住重物B，另一个同学测量出____(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，之后释放重物B使其由静止开始下落；‎ ‎③记录挡光片经过光电门的时间Δt。‎ ‎（2）如果系统(重物A、B)的机械能守恒，应满足的关系式为____ (用质量M1、M2，重力加速度为g，经过光电门的时间为Δt，挡光片的宽度d和距离h表示结果)。‎ ‎（3）实验进行过程中，有同学对实验作了改进，如图乙所示，在B的下面挂上质量为m的钩码，让M1=M2=m，经过光电门的速度用v表示，距离用h表示，仍释放重物B使其由静止开始下落，若系统的机械能守恒，则有=_____(已知重力加速度为g)。‎ ‎（4）为提高实验结果的准确程度，以下建议中确实对提高准确程度有作用的是（______）‎ A.绳的质量要轻且尽可能光滑 ‎ B.在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好 C.尽量保证重物只沿竖直方向运动，不要摇晃 D.挡光片的宽度越小越好 ‎2．在“验证机械能守恒定律”的实验中：若实验中所用重物的质量为m ‎，某次实验打出的一条纸带如图所示．在纸带上选取五个连续的点A、B、C、D和E，量得相邻点间的距离分别为，当地的重力加速度为g．本实验所用电源的频率为f．从打下点B到打下点D的过程中，重锤重力势能减小量△Ep=______，重锤动能增加量△Ek=_____。在误差允许的范围内，通过比较就可以验证重物下落过程中机械能是否守恒．‎ ‎3．在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m＝‎1.00kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示。O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点。已知打点计时器每隔0.02s打一个点，当地的重力加速度为g＝‎9.80m/s2，那么：‎ ‎(1)根据图所得的数据，应取图中O点到_____点来验证机械能守恒定律；‎ ‎(2)从O点到(1)问中所取的点，重物重力势能的减少量△Ep＝_____J，动能增加量△Ek＝_____J（结果取三位有效数字）；‎ ‎(3)若测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及物体下落的高度h，则以v2为纵轴，以h为横轴画出的图象是如图中的_____。‎ A. B. C. D. ‎ ‎4．为验证物体自由落体过程中的机械能守恒，某同学利用DIS设计了一个实验，实验装置如图甲所示，A为电磁铁，B为光电门，有一直径为d、质量为m的金属小球通过电磁铁从A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方固定于B处的光电门，测得A、B间的高度差为H，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g，且小球直径d远小于H．则：‎ ‎（1）用螺旋测微器测得小球的直径d如图乙所示，则d=________mm；‎ ‎（2）若小球经过光电门的时间t=0.00251s，则速度vB=________m/s（结果保留两位有效数字）；‎ ‎（3）多次改变H，重复上述实验，作出-H图象如图丙所示，若小球下落过程中机械能守恒，则图线斜率k=________（用已知量g、d表示）；‎ ‎（4）实验发现小球动能增加量△Ek总是稍小于重力势能减少量△Ep，增加下落高度后，重力势能减少量与动能增加量的差值△Ep-△Ek将_______（选填“增加”“减少”或“不变”）．‎ ‎5．（1）螺旋测微器和游标卡尺如下图所示，它们的读数是________mm、_________mm.‎ ‎（2）某同学用如图所示的装置测定重力加速度：实验中所用电源的频率为50Hz，实验中在纸带上连续打出点1、2、3、…、9，如图所示，由纸带所示数据可算出实验时重物下落的加速度为_______m/s2．（结果保留三位有效数字）‎ ‎（3）下面是一些有关高中物理实验的描述，其中正确的是_________‎ A．在“研究匀变速直线运动”实验中，不需要平衡摩擦力 B．在“验证机械能守恒定律”的实验中，必须用天平测物体的质量 C．在“探究力的平行四边形定则”的实验中，在同一次实验中橡皮条拉长的结点Ｏ位置可以不同 D．在用橡皮筋“探究功与速度变化的关系”的实验中不需要直接求出合外力做的功 E．在用欧姆表“×‎10”‎挡测量电阻时发现指针偏转角太小，应该换“×‎1”‎挡进行测量 ‎6．在“验证机械能守恒定的实验中 ‎（1）有些器材类型不同但功能相向，下图中的甲和乙都是________（填“计时”、“测速”或“测距”）的仪器。其中使用交流220V电源的是________（填“甲”或“乙”）。‎ ‎ ‎ ‎（2）某同学将实验器材组装好，释放重锤前瞬间的情景如图所示，其中操作合理的是________ ‎ ‎ ‎ ‎（3）该实验中，下列方法有助于减小实验差的是________‎ A.在重锤的正下地面铺海绵 ‎ B.根据计算重锤下降高度h时所获得动能 C.重复多次实验，重物必须从同一位置开始下落 ‎ D.重物的密度尽量大一些 ‎（4）采用交流电源的频率为，打点计时器打下O点（图中未标出）时，质量重锤开始下落，得到如图所示的纸带。A、B、C是打点计时器连续打下的3个点，刻度尺0刻线与O点对齐，A、B、C三个点所对刻度如图所示。从开始到下落至B点，重锤下降过程中减少的重力势能是，增加的动能是________J。（计算结果保留2位有效数字）‎ ‎7．用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验所用的电源为学生电源，输出电压为6v的交流电荷直流电两种。重锤从高处静止开始下落，重锤上拖着的纸袋打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即可验证机械能守恒定律。‎ ‎（1）下面列举了该实验的几个操作步骤：‎ A．按照图示的装置安装器件 B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上 C．用天平测出重锤的质量 D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带 E. 测量纸带上某些点间的距离 F. 根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能 其中没有必要进行的或者操作不当的步骤，将其选项对应的字母填在下面的空行内，并说明其原因。‎ 答：________________________________________________________________________________________________________‎ ‎（2）某同学按照正确的操作选得纸带如右。其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点。该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中（单位cm）。‎ 该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g=‎9.80m/s2,他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的即时速度，则该段重锤重力势能的减少量为____________，而动能的增加量为____________，（均保留3为有效数字，重锤质量用m表示）。这样验证的系统错误总是使重力势能的减少量____________动能的增加量（选填“大于”、“小于”或“等于”）原因是____________；‎ 该同学又在纸带上继续选取计数点D、E、F······后，测量它们到起始点O的距离h,并计算出打相应计数点时重锤的速度v，通过描绘-h图象去研究机械能是否守恒。若实验中重锤所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不变，从理论上分析，合理的-h图象是图中的________________。‎ ‎8．甲同学准备做探究功与物体速度变化的关系实验,乙同学准备做验证机械能守恒定律实验。丙同学准备做研究匀变速直线运动速度与时间关系实验。‎ ‎(1)甲同学用电磁打点计时器与学生电源相接，需要连接的电压是________.‎ ‎(2)关于甲、乙两同学的实验下列说法正确的是____(填字母代号)。 ‎ A.甲同学可以利用纸带上任意两计时点的距离求所需速度 B.甲同学实验时,通过改变小车的释放位置来探究做功与速度变化关系 C.乙同学可以利用v=gt求出某计时点的瞬时速度 D.乙同学实验时使重物靠近打点计时器释放的目的是为了获取更多的计时点 ‎(3)三个同学实验正确操作后各自获得了一条纸带,下图是某位同学实验中打出的一条纸带的一部分(单位:cm),纸带上标出了连续的6个计数点,相邻计数点之间还有4个点没有画出。打点计时器打“‎3”‎点时,小车的速度为____m/s(结果保留两位有效数字)。 ‎ 通过分析可得出:这条纸带是____同学得到;以上三个实验中必须要平衡摩擦力是____同学的实验。(以上两空选填“甲”“乙”或“丙”)‎ ‎9．某组同学用如图1所示的装置验证机械能守恒定律，实验中，让重锤拖着纸带从静止开始下落，打点计时器在纸带上打下一系列点。‎ ‎（1）他们拿到了所需的打点计时器（带导线）、纸带、复写纸、铁架台、纸带夹和重物，此外还需要__________。（选填选项前的字母）‎ A.交流电源 B.毫米刻度尺 C.天平及砝码 D.秒表 ‎（2）先接通打点计时器的电源，再释放重物，打出的某条纸带如图2所示，O是纸带静止时打出的点，A、B、C是标出的3个计数点，测出它们到O点的距离分别为=‎12.16cm、=‎19.1cm和=‎‎27.36cm ‎，其中有一个数值在记录时有误，是__________（选填选项前的字母）‎ A.‎ B.‎ C.‎ ‎（3）已知重锤的质量为m，当地重力加速度为g，两相邻计数点间的时间间隔为T。为了验证机械能守恒定律，需要将重锤动能的增加量m与重锤重力势能的减少量__________进行比较。（选填选项前的字母）‎ A. ‎ B.‎ C.‎ ‎（4）他们在纸带上选取多个计数点，分别测量它们到起始点O的距离h，计算对应各计数点的重物速度v，描绘出图像，如下图所示，正确的是__________。（选填选项前的字母）‎ ‎（5）推导题（4）中图线的斜率表达式___________（所需物理量自行设定）‎ ‎10．利用图所示的装置可以验证机械能守恒定律。实验中让重锤拖着纸带从静止开始下落，打点计时器在纸带上打出一系列清晰的点，要验证机械能是否守恒，需要比较的是________________。右图是某次实验得到的一条纸带，O点事重锤开始下落时打出的点，A、B、C是按打点先后顺序选出的三个计数点。通过测量得到O、A间的距离为h1，O、B间距离为h2，O、C间距离为h3。已知重锤的质量为m，两个相邻的时间为T，重力加速度为g。从重锤开始下落到打点计时器打B 点的过程中，重锤动能的增加量为__________。‎ 参考答案 ‎1．5.315 挡光片中心 AC ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎(1)[1][2]根据螺旋测微器的读数方法可知：‎ 需要测量系统重力势能的变化量，则应该测量出挡光片中心到光电门中心的距离。‎ ‎(2)[3]系统的末速度为：‎ 则系统重力势能的减小量：‎ 系统动能的增加量为：‎ ‎.‎ 若系统机械能守恒则有：‎ ‎(3)[4]若机械能守恒则：‎ 计算得出：‎ ‎(3) [5]如果绳子较重，系统的重力势能就会有一部分转化为绳子的动能造成实验误差，故绳子要轻，所以A正确；绳子不宜太长，长了形变对实验的影响越大，所以B错误；物体末速度是根据匀变速直线运动求出的，故要保证物体在竖直方向运动，所以C正确；挡光片的宽度越小测量误差就越大，所以D错误.‎ ‎2． ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎[1]B到D的过程中，重力势能的减少量为：‎ ‎[2]B点的速度为：‎ D点的速度为：‎ 所以B到D动能的增加量为：‎ ‎3．B 1.88 ‎1.84 A ‎ ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 该实验的原理是验证物体下降的距离从O点到B点，动能的增加量和重力势能的减小量是否相等．根据△Ep=mg△h求重力势能的减小量，根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B点的速度，从而求出动能的增加量 ‎【详解】‎ ‎（1）因为通过某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度可以求出B点的速度，所以取图中O点到B点来验证机械能守恒定律．‎ ‎（2）重物重力势能的减少量：‎ ‎△Ep=mg△h=9.80×0.192=1.88J．‎ B点的速度：‎ 则B点的动能：‎ 所以动能的增加量△Ek=1.84J．‎ ‎（3）根据，即 与h成正比．故A是符合题意的．‎ ‎4．0.807 增加 ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎（1）[1]由图示螺旋测微器可知，其示数为：‎ ‎0.5mm‎+30.7×‎0.01mm=‎‎0.807mm ‎（2）[2]小球经过光电门时的速度：‎ ‎（3）[3]小球减小的重力势能：△EP=mgH，小球增加的动能：‎ 由机械能守恒定律得：‎ 整理得：‎ 图象的斜率：。‎ ‎（4）[4]由于该过程中有阻力做功，而高度越高，阻力做功越多，故增加下落高度后，则△Ep-△Ek将增加。‎ ‎5．（1）0.996-1.000 10.10 （2）9.70 （3）AD ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎（1）螺旋测微器的读数是：‎0.5mm+‎0.01mm×49.8=‎0.998mm；‎ 游标卡尺读数：‎1cm+‎0.05mm×2=‎10.10mm.‎ ‎（2）根据∆x=aT2可得：，解得 ‎ ‎（3）在“研究匀变速直线运动”实验中，只需要小车做匀加速运动即可，不需要平衡摩擦力，选项A正确；在“验证机械能守恒定律”的实验中，由mgh=mv2可知，两边的m 可以消掉，则没必要用天平测物体的质量，选项B错误；在“探究力的平行四边形定则”的实验中，在同一次实验中橡皮条拉长的结点O位置必须相同，选项C错误；在用橡皮筋“探究功与速度变化的关系”的实验中不需要直接求出合外力做的功，选项D正确；在用欧姆表“×10”挡测量电阻时发现指针偏转角太小，说明档位选取的太低，则应该换“×100”挡进行测量，选项E错误.‎ ‎6．计时 乙 A D 0.51 ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎(1)[1][2].电磁打点计时器和电火花计时器都是计时仪器，电磁打点计时器使用4-6V的电压，电火花计时器使用220V的电源，即使用交流220V电源的是乙。 (2)[3].在验证机械能守恒定律的实验中，实验时，应让重物紧靠打点计时器，手拉着纸带的上方，保持纸带竖直，由静止释放。故A正确，BCD错误； (3)[4].A.在重锤的正下方地面铺海绵，是防止损坏仪器，对减小实验误差没有帮助，故A错误； B.重锤下降过程不是自由落体运动，加速度不等于g，故B错误； C.重复多次实验时，重物不需要从同一位置开始下落，故C错误； D.选重物的密度尽量大一些，可以减小受到的阻力的影响，可减少实验误差，故D正确； (4)[5].根据刻度尺的指示可知：AC之间的距离为：xAC=‎22.60cm-15.20cm=‎7.40cm， 根据匀变速直线运动中时间中的速度等于该过程中的平均速度，可以求出B点瞬时速度的大小为：‎ 增加的动能为：‎ ‎7．B说法错误，打点计时器应接在交流电源上。‎ C本实验可以不测重锤的质量。‎ D说法错误，应先打开电源，在释放纸带 小于 重锤在下落的过程由阻力的作用，减小的重力势能没有全部转化为重锤的动能。 A ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎（1）[1]B说法错误，打点计时器应接在交流电源上。‎ C本实验可以不测重锤的质量。‎ D说法错误，应先打开电源，在释放纸带 ‎（2）[2]重锤重力势能的减少量为 ‎ [3]打点计时器打下B点的速度，所以重锤增加的动能为 ‎[4]这样验证的系统错误总是使重力势能的减少量小于动能的增加量 ‎[5]重锤在下落的过程由阻力的作用，减小的重力势能没有全部转化为重锤的动能。‎ ‎[6]由动能定理可得，化简可得，可看出和是正比例关系，所以图象是过坐标原点的直线，故A正确。‎ ‎8．交流6V以下 D 0.23 丙 甲 ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎(1)[1].电磁打点计时器使用低压交流电源，电压为4V～6V； (2)[2].A.探究功与物体速度变化的关系的实验中，合外力做的功等于物体动能的变化，所以需选取纸带上相邻的两点距离最大且近似相等的点进行测量，不能是纸带上任意两计时点的距离求所需速度。故A错误； B.在探究功与物体速度变化的关系的实验中，由于探究的过程中，要求每一条橡皮筋做的功都相等，所以小车的释放位置不能变化。故B错误；‎ C.乙同学做“验证机械能守恒定律”实验，不能使用v=gt求速度，故C错误；‎ D.乙同学实验时使重物靠近打点计时器释放的目的是为了获取更多的计时点，提高纸带的使用率。故D正确。 (3)[3].计算纸带点3的速度，24间距为‎6.42cm-1.75cm=‎4.67cm=‎0.0467m，故点3速度为：‎ ‎；‎ ‎[4].甲得到的纸带应该是点迹先逐渐变大，然后均匀分布，则该纸带不是甲同学得到的；纸带上相邻的点之间的距离的变化：△x=（‎3.89cm-1.75cm）‎-1.75cm=‎0.39cm=‎0.0039m 由△x=aT2可得：‎ 因加速度远小于g可知不是乙得到的纸带，则该纸带应为丙得到的纸带；‎ ‎[5].三个实验中必须要平衡摩擦力是探究功与物体速度变化的关系实验，即甲同学的实验。‎ ‎9．AB B B A k=‎2g ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎(1)[1]. “验证机械能守恒定律”的实验中除所需的打点计时器（带导线）、纸带、复写纸、铁架台、纸带夹和重物，此外还需要交流电源和毫米刻度尺，故选AB；‎ ‎(2)[2].毫米刻度尺应估读到‎0.01cm，所以hB的读数有误，故选B；‎ ‎(3)[3].由求解的是重物从开始下落到B时的动能增量，则重锤重力势能的减少量应该对应于mghB，故选B；‎ ‎(4)[4].由 可得 ‎，‎ 则图像应该是过原点的直线，故选A；‎ ‎(5)[5].在(4)中图像斜率的表达式为k=‎2g。‎ ‎10． ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎[1]若机械能守恒，则有：‎ 变形得：‎ 所以，要验证机械能是否守恒，需要比较的是；‎ ‎[2] 打点计时器打B点的速度 重锤从静止下落，所以从重锤开始下落到打点计时器打B点的过程中，重锤动能的增加量为