（全國通用）2020版高考物理一輪復習 第五章 微專題44 實驗：驗證機械能守恒定律加練半小時（含解析）

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1、實驗：驗證機械能守恒定律 [方法點撥]　要明確“誰”在“哪個過程”中機械能守恒，列出守恒方程，明確要測量的物理量. 1.某課外活動小組利用豎直上拋運動“驗證機械能守恒定律”： (1)某同學用20分度游標卡尺測量小球的直徑，讀數(shù)如圖1甲所示，小球直徑為________cm.用圖乙所示的彈射裝置將小球豎直向上拋出，先后通過光電門A、B，計時裝置測出小球通過A、B的時間分別為2.55ms、5.15ms，由此可知小球通過光電門A、B時的速度分別為vA、vB，其中vA＝________m/s. 圖1 (2)用刻度尺測出光電門A、B間的距離h，已知當?shù)氐闹亓铀俣葹間，只需比較_______

2、_____與____________是否相等就可以驗證機械能是否守恒(用題目中涉及的物理量符號來表示). (3)通過多次的實驗發(fā)現(xiàn)，小球通過光電門A的時間越短，(2)中要驗證的兩數(shù)值差別越大，試分析實驗中產(chǎn)生誤差的主要原因是______________________________________________. 2.某同學用如圖2所示的裝置驗證機械能守恒定律.一根細線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點，光電門固定在A的正下方.在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條.將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t可由計時器測出，取v＝作為鋼球經(jīng)過A點時的速度.記錄鋼

3、球每次下落的高度h和計時器示數(shù)t，計算并比較鋼球在釋放點和A點之間的勢能變化大小ΔEp與動能變化大小ΔEk，就能驗證機械能是否守恒. 圖2 (1)用ΔEp＝mgh計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應測量釋放時的鋼球球心到________之間的豎直距離 A.鋼球在A點時的頂端 B.鋼球在A點時的球心 C.鋼球在A點時的底端 (2)用ΔEk＝mv2計算鋼球動能變化的大小，用刻度尺測量遮光條寬度，示數(shù)如圖3所示，其讀數(shù)為________cm.某次測量中，計時器的示數(shù)為0.0100s，則鋼球的速度為v＝______m/s. 圖3 (3)下表為該同學的實驗結(jié)果： Δ

4、Ep/(×10－2J) 4.892 9.786 14.69 15.59 29.38 ΔEk/(×10－2J) 5.04 10.1 15.1 20.0 29.8 他發(fā)現(xiàn)表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認為這是由于空氣阻力造成的.你是否同意他的觀點？請說明理由. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ (4)請你提

5、出一條減小上述差異的改進建議. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 3.為了“驗證機械能守恒定律”，某研究性學習小組的同學利用透明直尺和光電計時器設計了一套實驗裝置，如圖4所示.當有不透光物體從光電門間通過時，光電計時器就可以顯示物體的擋光時間，所用的光電門傳感器可測的最短時間為0.01ms.將具有很好擋光效果的寬度為d＝3.8×10－

6、3m的黑色磁帶水平貼在透明直尺上.實驗時，將直尺從一定高度由靜止釋放，并使其豎直通過光電門.某同學測得各段黑色磁帶通過光電門的時間Δti與圖中所示的高度差Δhi，并將部分數(shù)據(jù)進行了處理，結(jié)果如下表所示(表格中M為直尺質(zhì)量，g取9.8m/s2). 圖4 Δti(10－3s) vi＝(m·s－1) ΔEki＝Mvi2－Mv12 Δhi(m) MgΔhi 1 1.21 3.13 2 1.15 3.31 0.58M 0.06 0.58M 3 1.00 3.78 2.24M 0.23 2.25M 4 0.95 4.00 3.10M

7、0.32 3.14M 5 0.90 4.22 4.01M 0.41 (1)從表格中數(shù)據(jù)可知，直尺上磁帶通過光電門的瞬時速度是利用vi＝求出的，請你簡要分析該同學這樣做的理由是____________________________________________________. (2)請將表格中的數(shù)據(jù)填寫完整. (3)通過實驗得出的結(jié)論是______________________________________________________. (4)根據(jù)該實驗，下列ΔEk—Δh圖象中正確的是______. 答案精析 1.(1)1.020　4.0　(

8、2)gh?。?3)小球上升過程中受到空氣阻力的作用，速度越大，所受阻力越大 解析　(1)根據(jù)游標卡尺讀數(shù)原理知題圖甲所示的小球直徑為d＝10mm＋0.05×4mm＝1.020cm.由于小球通過光電門的時間很短，可以用通過光電門的平均速度代替瞬時速度，由速度定義可知，vA＝＝m/s＝4.0m/s. (2)小球從A到B，重力勢能增加mgh，動能減少mvA2－mvB2，則要驗證機械能是否守恒，只需比較gh與－是否相等即可. (3)小球通過光電門A的時間越短，說明小球速度越大.(2)中要驗證的兩數(shù)值差越大，說明機械能損失越大，克服空氣阻力做功越大，阻力越大，這說明小球上升過程中受到空氣阻力的作

9、用，速度越大，所受阻力越大. 2.(1)B (2)1.50(1.49～1.51均可)　1.50(1.49～1.51均可) (3)不同意，因為空氣阻力會造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp. (4)分別測出光電門和球心到懸點的長度L和l，計算ΔEk時，將v折算成鋼球的速度v′＝v. 解析　(2)讀數(shù)時要注意最小分度值是1毫米，要估讀到最小分度值的下一位，速度v＝＝＝1.50m/s. (3)因為空氣阻力會使動能的增加量ΔEk小于重力勢能的減少量ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp，所以不同意他的觀點. (4)據(jù)題圖可看出，光電門計時器測量的是遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間，而此時遮光條經(jīng)過光電門時的速度比小球的速度大，因為它們做的是以懸點為圓心的圓周運動，半徑不等，所以速度不能等同，而這位同學誤以為相同，從而給實驗帶來了系統(tǒng)誤差.改進方法：根據(jù)它們運動的角速度相等，分別測出光電門和球心到懸點的長度L和l，計算ΔEk時，將v折算成鋼球的速度v′＝v. 3.(1)瞬時速度等于極短時間或極短位移內(nèi)的平均速度　(2)4.02M　(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，重力勢能的減少量等于動能的增加量　(4)C 5