2020屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時作業(yè) 第22講 實驗：探究功與速度變化的關(guān)系 驗證機(jī)械能守恒定律

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1、2020屆高三物理總復(fù)習(xí)精品課時作業(yè) 第22講 實驗：探究功與速度變化的關(guān)系 驗證機(jī)械能守恒定律 1．用電磁打點(diǎn)計時器做“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中，有下列操作： A．用刻度尺測出選定的0到1、2、3……點(diǎn)間的距離，查出當(dāng)?shù)氐膅值 B．在支架上豎直架好打點(diǎn)計時器 C．測出重物的質(zhì)量 D．算出各對應(yīng)點(diǎn)的勢能和動能，并通過比較得出結(jié)論 E．提著紙帶，使重物靜止在靠近打點(diǎn)計時器的地方 F．把電池接到打點(diǎn)計時器的接線柱上 G．將50 Hz的低壓交流電源接到打點(diǎn)計時器的接線柱上 H．接通電源再松開紙帶 請你選出其中正確的操作步驟，并按合理的操作順序排列：_________

2、_______.(用字母填寫) 【答案】BGEHAD 2．在“用打點(diǎn)計時器驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中，質(zhì)量m＝1.00 kg的重物自由下落，打點(diǎn)計時器在紙帶上打出一系列點(diǎn)，圖示為選取的一條符合實驗要求的紙帶，O為第一個點(diǎn)(速度恰好為零)，每兩個計數(shù)點(diǎn)之間還有四個點(diǎn)未畫出，選連續(xù)的3個計數(shù)點(diǎn)A、B、C作為測量的點(diǎn)，經(jīng)測量知道A、B、C各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為50.50 cm、86.00 cm、130.50 cm.已知打點(diǎn)計時器每隔0.02 s打一次點(diǎn)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.8 m/s2. 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可計算出打B點(diǎn)時的速度vB＝____m/s，重物由O點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)，重力勢能減少了_

3、_______J，動能增加了________J．根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)，還可以求出物體實際下落的加速度為______m/s2，重物在從A下落到B的過程中所受的平均阻力為______N．(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字) 【解析】vB＝＝4.00 m/s |ΔEp|＝mg·OB＝8.43 J EkB＝mv＝8.00 J a＝＝9.00 m/s2 根據(jù)牛頓第二定律有：f＝m(g－a)＝0.800 N. 【答案】4.00　8.43　8.00　9.00　0.800 3．在利用重物自由下落驗證機(jī)械能守恒定律的實驗中 (1)某同學(xué)在實驗中得到的紙帶如圖所示，其中A、B、C、D是打下的相鄰的四個點(diǎn)

4、，它們到運(yùn)動起始點(diǎn)O的距離分別為62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80 m/s2，打點(diǎn)計時器所用電源的頻率為50 Hz，重物的質(zhì)量為1.00 kg.請根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算重物由O點(diǎn)運(yùn)動到C點(diǎn)的過程中，重力勢能的減少量為______J，動能的增加量為______J．(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字) (2)甲、乙、丙三名同學(xué)通過實驗各得到一條紙帶，它們前兩個點(diǎn)間的距離分別是1.0 mm、1.9 mm、4.0 mm.那么操作上一定存在錯誤的同學(xué)是________，造成錯誤的原因是________________________________

5、______． 【解析】(1)ΔEp＝mg·OC＝7.62 J vC＝＝3.89 m/s EkC＝mv＝7.57 J. (2)丙得到的距離為4.00 mm，而自由落體運(yùn)動中在前0.02 s內(nèi)下落的距離h＝gt2＝2 mm，故其錯誤，說明打第一個點(diǎn)時紙帶有初速度．但當(dāng)摩擦力較大時，相距1 mm還是可能的． 【答案】(1)7.62　7.57　(2)丙　先釋放重物，后接通電源 4．某同學(xué)利用透明直尺和光電計時器來驗證機(jī)械能守恒定律，實驗的簡易示意圖如圖所示．當(dāng)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．所用的西甌XDS－007光電門傳感器可測得最短時間為0.01 m

6、s.將擋光效果好、寬度d＝3.8×10－3 m的黑色磁帶貼在透明直尺上．現(xiàn)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(xué)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?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了處理，結(jié)果如下表所示．(取g＝9.8 m/s2，表格中M為直尺的質(zhì)量) Δti(×10－3 s) vi＝ (m·s－1) ΔEki＝Mv－Mv Δhi(m) MgΔhi 1 1.21 3.14 2 1.15 3.30 0.52M 0.06 0.52M 3 1.00 3.80 2.29M 0.24 2.35M 4

7、 0.95 4.00 3.07M 0.32 3.14M 5 0.90 0.41 (1)從表格中的數(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(xué)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：______________________. 【答案】(1)極短時間或極短位移內(nèi)的平均速度趨近于瞬時速度 (2)4.22　4.00M　4.02M (3)在誤差允許的范圍內(nèi)，機(jī)械能守恒 5．某實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動能定理

8、”，如圖甲所示，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細(xì)線將其通過一個定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大?。谒阶烂嫔舷嗑?0.0 cm的A、B兩點(diǎn)各安裝一個速度傳感器，記錄小車通過A、B時的速度大小．小車中可以放置砝碼． (1)實驗主要步驟如下： ①測量________和拉力傳感器的總質(zhì)量M1；把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需電路． ②將小車停在C點(diǎn)，________，小車在細(xì)線拉動下運(yùn)動，記錄細(xì)線拉力及小車通過A、B時的速度． ③在小車中增加砝碼，或_________，重復(fù)②的操作． (2)下表是他們測得的一組數(shù)據(jù)

9、，其中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量之和，|v－v| 是兩個速度傳感器記錄速度的平方差，可以據(jù)此計算出動能變化量ΔE，F(xiàn)是拉力傳感器受到的拉力，W是F在A、B間所做的功．表格中ΔE3＝________，W3＝________.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) (3)根據(jù)下表，請在圖乙中的方格紙上作出ΔE－W圖線． 數(shù)據(jù)記錄表 次數(shù) M/kg |v－v|/(m/s)2 ΔE/J F/N W/J 1 0.500 0.760 0.190 0.400 0.200 2 0.500 1.65 0.413 0.840 0.420 3 0.500 2.40 ΔE3 1.22

10、0 W3 4 1.000 2.40 1.20 2.420 1.21 5 1.000 2.84 1.42 2.860 1.43 【解析】(2)由各組數(shù)據(jù)可見規(guī)律ΔE＝ m|v－v|，可得ΔE3＝0.600；觀察F－W數(shù)據(jù)規(guī)律可得數(shù)值上W＝＝0.610. (3)在方格紙上作出ΔE－W圖線如圖丙所示． 　　 【答案】(1)①小車　 ②然后釋放小車?、蹨p少砝碼 (2)0.600　0.610 (3)ΔE－W圖線如圖丙所示 6．如圖所示，將輕彈簧放在凹形光滑軌道上，并將其一端與軌道的相應(yīng)端固定，軌道放在水平桌面的邊緣上，軌道中放一球．利用該裝置可以找出彈簧壓縮時

11、具有的彈性勢能與壓縮量之間的關(guān)系． (1)為完成實驗，除了圖中有的，還需要哪些器材？ 答：________________________________________. (2)如果在實驗中，得到彈簧的壓縮量l和小球離開桌面后落地的水平位移x的一些數(shù)據(jù)如下表所示，則得到的實驗結(jié)論是：____________________________________. 實驗次數(shù) 1 2 3 4 l/cm 2.00 3.00 4.00 5.00 x/cm 29.20 45.05 60.52 75.40 【解析】(2)由機(jī)械能守恒定律得：Ep＝mv 又由平拋運(yùn)動的

12、規(guī)律知：v0＝x 可得：本實驗中彈簧的彈性勢能Ep∝x2 又由實驗數(shù)據(jù)可得：x∝l 可得實驗結(jié)論：Ep∝l2. 【答案】(1)白紙、復(fù)寫紙、刻度尺 (2)彈簧的彈性勢能與彈簧壓縮量的平方成正比 7．某同學(xué)利用如圖甲所示的實驗裝置測量重力加速度． (1)請指出該同學(xué)在實驗操作中存在的兩處明顯錯誤或不當(dāng)： ①______________；②______________. (2)該同學(xué)經(jīng)正確操作得到如圖乙所示的紙帶，取連續(xù)的六個打點(diǎn)A、B、C、D、E、F為計數(shù)點(diǎn)，測得點(diǎn)A到B、C、D、E、F的距離分別為h1、h2、h3、h4、h5.若打點(diǎn)的頻率為f，則打E點(diǎn)時重物速度的表達(dá)

13、式為vE＝________；若分別計算出各計數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的速度數(shù)值，并在坐標(biāo)系中畫出速度的二次方(v2)與距離(h)的關(guān)系圖線，如圖丙所示，則重力加速度g＝________m/s2. (3)若當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎禐?.8 m/s2，你認(rèn)為該同學(xué)測量值存在偏差的主要原因是__________________． 【解析】打點(diǎn)計時器使用的是4～6 V的交流電源，重物要靠近打點(diǎn)計時器開始釋放vE＝＝.v2＝2gh，在v2-h圖象中，斜率為2g，可得g＝9.4 m/s2. 【答案】(1)①打點(diǎn)計時器不能接到電源的“直流輸出端”上 ②重物起始下落的位置過低 (2)　9.4 (3)存在摩擦和空氣阻力

14、 8．某實驗小組采用如圖甲所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系，小車在橡皮筋的作用下彈出后，沿木板滑行．打點(diǎn)計時器的工作頻率為50 Hz. (1)實驗中木板略微傾斜，這樣做________． A．是為了使釋放小車后，小車能勻加速下滑 B．是為了增大小車下滑的加速度 C．可使得橡皮筋做的功等于合力對小車做的功 D．可使得橡皮筋松弛后小車做勻速運(yùn)動 　　　　　　 (2)實驗中先后用同樣的橡皮筋1條、2條、3條……并起來掛在小車的前端進(jìn)行多次實驗，每次都要把小車?yán)酵晃恢迷籴尫判≤嚕训?次只掛1條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功記為W1，第二次掛2條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功為2W1……橡皮

15、筋對小車做功后而使小車獲得的速度可由打點(diǎn)計時器打出的紙帶測出．根據(jù)第四次的紙帶(如圖乙所示)求得小車獲得的速度為________m/s. (3)若根據(jù)多次測量數(shù)據(jù)畫出的W－v草圖如圖丙所示，根據(jù)圖線形狀，可知對W與v的關(guān)系作出的猜想肯定不正確的是________． A．W∝　　　　　B．W∝ C．W∝v2 D．W∝v3 (4)如果W∝v2的猜想是正確的，則畫出的W－v2圖象應(yīng)是____________________________________． (5)在本實驗中你認(rèn)為影響實驗效果的可能原因是_________________________________

16、____________ _______________________________________________________________．(只要回答出一種原因即可) 【解析】(1)使木板稍微傾斜的目的是平衡摩擦力，使得橡皮筋松動后小車能夠做勻速運(yùn)動，故選項C、D正確． (2)由紙帶后半部分兩點(diǎn)間距離相同可知小車開始做勻速運(yùn)動，可求得： v＝＝＝2 m/s. (3)由W－v圖象可知，隨速度增大，W變化率增大，故選項A、B是不可能的． (4)若W∝v2，由函數(shù)關(guān)系可知W－v2圖象應(yīng)該是過原點(diǎn)的直線． (5)影響實驗效果的因素很多，例如：橡皮筋規(guī)格不完全相同、小車質(zhì)量太

17、小、木板傾斜過大或過小、每次實驗不能讓小車從同一位置由靜止開始釋放等等． 【答案】(1)CD　(2)2　(3)AB　(4)過原點(diǎn)的一條直線　(5)橡皮筋的規(guī)格不完全相同、木板傾斜過大、小車質(zhì)量太小等(只要回答出一種原因即可) 9．光電計時器是物理實驗中經(jīng)常用到的一種精密計時儀器，它由光電門和計時器兩部分組成，光電門的一臂的內(nèi)側(cè)附有發(fā)光裝置(發(fā)射激光的裝置是激光二極管，發(fā)出的光束很細(xì))，如圖中的A和A′，另一臂的內(nèi)側(cè)附有接收激光的裝置，如圖中的B和B′，當(dāng)物體在它們之間通過時，二極管發(fā)出的激光被物體擋住，接收裝置不能接收到激光信號，同時計時器就開始計時，直到擋光結(jié)束光電計時器停止計時，故此裝

18、置能精確地記錄物體通過光電門所用的時間．現(xiàn)有一小球從兩光電門的正上方開始自由下落，如圖所示． (1)若要用這套裝置來驗證機(jī)械能守恒定律，則要測量的物理量有________________________(每個物理量均用文字和字母表示，如高度H) (2)驗證機(jī)械能守恒定律的關(guān)系式為________________． 【解析】(1)需要測量的物理量有：小球直徑D，兩光電門間的豎直高度H，小球通過上下兩光電門的時間Δt1、Δt2.則小球通過上下兩光電門處的速度分別為、. (2)驗證守恒關(guān)系式為：m()2－m()2＝mgH，化簡得：－＝2gH. 【答案】(1)小球直徑D、兩光電門間的豎直

19、高度H、小球通過上下兩光電門的時間Δt1、Δt2 (2)－＝2gH 10．如圖所示，兩個質(zhì)量各為m1和m2的小物塊A和B，分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端，已知m1>m2.現(xiàn)要利用此裝置驗證機(jī)械能守恒定律． (1)若選定物塊A由靜止開始下落的過程進(jìn)行測量，則需要測量的物理量有________．(在橫線上填入選項前的編號) ①物塊的質(zhì)量m1、m2； ②物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時間； ③物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時間； ④繩子的長度． (2)為提高實驗結(jié)果的準(zhǔn)確程度，某小組同學(xué)對此實驗提出以下建議： ①繩的質(zhì)量要輕； ②在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長越

20、好； ③盡量保證物塊只沿豎直方向運(yùn)動，不要搖晃； ④兩個物塊的質(zhì)量之差要盡可能大． 以上建議中確實對提高準(zhǔn)確程度有作用的是________．(在橫線上填入選項前的編號) (3)寫出一條上面沒有提到的對提高實驗結(jié)果準(zhǔn)確程度有益的建議：________________________________________________________________________. 【解析】(1)通過連結(jié)在一起的A、B兩物體驗證機(jī)械能守恒定律，即驗證系統(tǒng)的勢能變化與動能變化是否相等，A、B連結(jié)在一起，A下降的距離一定等于B上升的距離；A、B的速度大小總是相等的，故②、③只測其中之一即可，不

21、需要測量繩子的長度．填①②或①③. (2)如果繩子質(zhì)量不能忽略，則A、B組成的系統(tǒng)勢能將有一部分轉(zhuǎn)化為繩子的動能，從而為驗證機(jī)械能守恒定律帶來誤差；若物塊搖擺，則兩物塊的速度有差別，為計算系統(tǒng)的動能帶來誤差；兩個物塊質(zhì)量差較大時，就可以使兩物體下降過程時間變短，由計時所帶來的誤差影響就會越大，故正確選項為①③. 【答案】(1)①②或①③　(2)①③　(3)對同一高度進(jìn)行多次測量取平均值；選取受力后相對伸長盡量小的繩等(答一條即可) 11．人騎自行車由靜到動，除了要增加人和車的動能以外，還要克服空氣及其他阻力做功．如圖甲所示，為了測量人騎自行車的功率，某活動小組進(jìn)行了如下實驗：在離出發(fā)線5

22、 m、10 m、20 m、30 m……70 m的地方分別劃上8條計時線，每條計時線附近站幾個學(xué)生，手持秒表．聽到發(fā)令員的信號后，受測者全力騎車由出發(fā)線啟動，同時全體學(xué)生都開始計時．自行車每到達(dá)一條計時線，站在該計時線上的幾個學(xué)生就停止計時，記下自行車從出發(fā)線到該條計時線的時間．實驗數(shù)據(jù)記錄如下(每個計時點(diǎn)的時間都取這幾個同學(xué)計時的平均值)： 運(yùn)動 距離x(m) 0 5 10 20 30 40 50 60 70 運(yùn)動 時間t(s) 0 2.4 4.2 6.3 7.8 9.0 10.0 11.0 12.0 各段速 度(m/s) 0 2.08

23、 ① 4.76 6.67 8.33 ② 10.0 10.0 　　(1)以縱軸代表自行車運(yùn)動的距離x，橫軸代表運(yùn)動的時間t，試在圖乙所示坐標(biāo)上作出x－t圖． (2)根據(jù)(1)作出的x－t圖知，自行車在每一路段內(nèi)的速度變化不是很大，因此可以用每一段的平均速度代替該段的速度．請計算出上述表格中空缺的①、②處的數(shù)據(jù)：①________m/s；②________m/s. (3)本次實驗中，設(shè)運(yùn)動過程中，學(xué)生和自行車所受阻力與其速度大小成正比，其比例系數(shù)為15 N·s/m，則在20 m～30 m路段的平均阻力f1與30 m～40 m路段的平均阻力f2之比f1∶f2＝________；若整個過程中該同學(xué)騎車的功率P保持不變，則P＝________W. 【答案】(1)作出x－t圖象如圖丙所示 (2)①2.78?、?0.0 (3)0.8　1500