《(江蘇專用)高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 課時(shí)46 實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律加練半小時(shí)-人教版高三物理試題》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《(江蘇專用)高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 課時(shí)46 實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律加練半小時(shí)-人教版高三物理試題(6頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、46 實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律
[方法點(diǎn)撥] 要明確“誰(shuí)”在“哪個(gè)過(guò)程”中機(jī)械能守恒,列出守恒方程,明確要測(cè)量的物理量.
1.(2018·湖北黃岡模擬)如圖1甲所示,一位同學(xué)利用光電計(jì)時(shí)器等器材做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn),有一直徑為d、質(zhì)量為m的金屬小球從A處由靜止釋放,下落過(guò)程中能通過(guò)A處正下方、固定于B處的光電門,測(cè)得A、B間的距離為H(H?d),光電計(jì)時(shí)器記錄下小球通過(guò)光電門的時(shí)間為t,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間.則:
圖1
(1)如圖乙所示,用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)得小球的直徑d=________ cm.
(2)多次改變高度H,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),作出隨H的變化圖象如圖丙所
2、示,當(dāng)圖中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直徑d滿足以下表達(dá)式:________________(用t0、H0、g、d表示,四個(gè)量均取國(guó)際單位)時(shí),可判斷小球下落過(guò)程中機(jī)械能守恒.
(3)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)動(dòng)能增加量ΔEk總是稍小于重力勢(shì)能減少量ΔEp,增加下落高度后,則ΔEp-ΔEk將________(選填“增加”“減小”或“不變”).
2.用如圖2甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.實(shí)驗(yàn)時(shí)接通電源,質(zhì)量為m2的重物從高處由靜止釋放,質(zhì)量為m1的重物拖著紙帶打出一系列的點(diǎn),圖乙是實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶,A是打下的第1個(gè)點(diǎn),計(jì)數(shù)點(diǎn)E、F、G到A點(diǎn)距離分別為d1、d2、d3,每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間
3、間隔為T,當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間.(以下所求物理量均用已知符號(hào)表示)
圖2
(1)在打點(diǎn)A~F的過(guò)程中,系統(tǒng)動(dòng)能的增加量ΔEk=________________________________,系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量ΔEp=________________________,比較ΔEk、ΔEp大小即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.
(2)某同學(xué)根據(jù)紙帶算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)速度,并作出-d圖象,如圖丙所示,若圖線的斜率k=__________________,即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.
3.(2017·四川成都模擬)某小組同學(xué)用簡(jiǎn)易裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,他們找來(lái)一塊平整且比較光滑的木板,從實(shí)驗(yàn)室借來(lái)打點(diǎn)
4、計(jì)時(shí)器、刻度尺、小車和紙帶.他們把木板搭在臺(tái)階上.如圖3甲安裝好實(shí)驗(yàn)器材,得到如圖乙所示的一條紙帶.
(1)在驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒時(shí),還需要測(cè)量臺(tái)階的高度h和臺(tái)階與地面間木板的長(zhǎng)度L,已知紙帶上相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為T,紙帶上所標(biāo)數(shù)據(jù)為已知量,可知該組同學(xué)需要驗(yàn)證的機(jī)械能守恒的表達(dá)式為_________________________(用題中所給物理量的字母表示).
圖3
(2)在該實(shí)驗(yàn)中下列說(shuō)法正確的是________.
A.該實(shí)驗(yàn)中先接通電源,后釋放小車
B.由于摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響,所以把木板搭在臺(tái)階上是為了平衡摩擦力
C.由于阻力的存在,該實(shí)驗(yàn)中小車增加的動(dòng)能
5、一定小于小車減少的重力勢(shì)能
D.在該實(shí)驗(yàn)中還需要用天平測(cè)量小車的質(zhì)量
4.某同學(xué)利用如圖4甲所示裝置來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,器材為:鐵架臺(tái),約50 cm的不可伸長(zhǎng)的細(xì)線,帶孔的小鐵球,光電門和計(jì)時(shí)器(可以記錄擋光的時(shí)間),量角器,刻度尺,游標(biāo)卡尺.
實(shí)驗(yàn)前先查閱資料得到當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間,再將細(xì)線穿過(guò)小鐵球,懸掛在鐵架臺(tái)的橫桿上,在小球軌跡的最低點(diǎn)安裝好光電門,依次測(cè)量擺線的長(zhǎng)度l,擺球的直徑d,測(cè)量擺角θ,從靜止開始釋放小球,擺球通過(guò)光電門時(shí)記錄時(shí)間t.
圖4
(1)用50分度游標(biāo)卡尺測(cè)量小球直徑,刻度線如圖乙(中間若干刻度線未畫出),則d=_____ cm.
(2)若___
6、_______________________________________等式在誤差范圍內(nèi)成立,則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒.(用題中物理量符號(hào)表示)
(3)除空氣阻力以及量角器、刻度尺、游標(biāo)卡尺測(cè)量產(chǎn)生的誤差,再寫出一個(gè)主要的誤差來(lái)源:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
5.為了驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)利用透明直尺和光電
7、計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)裝置,如圖5所示.當(dāng)有不透光物體從光電門間通過(guò)時(shí),光電計(jì)時(shí)器就可以顯示物體的擋光時(shí)間,所用的光電門傳感器可測(cè)的最短時(shí)間為0.01 ms.將具有很好擋光效果的寬度為d=3.8×10-3 m的黑色磁帶水平貼在透明直尺上.實(shí)驗(yàn)時(shí),將直尺從一定高度由靜止釋放,并使其豎直通過(guò)光電門.某同學(xué)測(cè)得各段黑色磁帶通過(guò)光電門的時(shí)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(表格中M為直尺質(zhì)量,g取9.8 m/s2).
圖5
Δti(10-3 s)
vi=(m·s-1)
ΔEki=Mv-Mv
Δhi(m)
MgΔhi
1
1.21
3.1
8、3
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
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(guò)光電門的瞬時(shí)速度是利用vi=求出的,請(qǐng)你簡(jiǎn)要分析該同學(xué)這樣做的理由是_____________________________________________.
(2)請(qǐng)將表格中的數(shù)據(jù)填寫完整:_____________________________________
9、________.
(3)通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是____________________________________________.
(4)根據(jù)該實(shí)驗(yàn),請(qǐng)你判斷下列ΔEk—Δh圖象中正確的是( )
答案精析
1.(1)0.715 (2)2gH0t02=d2 (3)增加
解析 (1)由圖可知,主尺刻度為7 mm;游標(biāo)對(duì)齊的刻度為3;故讀數(shù)為:7 mm+3×0.05 mm=7.15 mm=0.715 cm.
(2)若減小的重力勢(shì)能等于增加的動(dòng)能時(shí),可以認(rèn)為機(jī)械能守恒;則有:mgH=mv2,即:2gH0=()2,解得:2gH0t02=d2.
(3)由于該過(guò)程中有阻力做
10、功,而高度越高,阻力做功越多,故增加下落高度后,ΔEp-ΔEk將增加.
2.(1) (m2-m1)gd2 (2)g
解析 (1)打F點(diǎn)時(shí)的速度vF=,因?yàn)榇駻點(diǎn)時(shí)的速度為零,所以系統(tǒng)動(dòng)能的增加量ΔEk=(m1+m2)v=;系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量ΔEp=(m2-m1)gd2.
(2)根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒可得(m2-m1)gd=(m1+m2)v2,即在-d圖象中圖線的斜率k=g.
3.(1)=-
(2)AC
解析 (1)要驗(yàn)證小車下滑過(guò)程中機(jī)械能守恒,則需要確定小車減少的重力勢(shì)能與增加的動(dòng)能是否近似相等.從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下M點(diǎn)到打下N點(diǎn)過(guò)程中,小車重力勢(shì)能減少量為ΔEp=Mg(d2+d3)·
11、,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下M點(diǎn)時(shí),小車的速度vM=,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下N點(diǎn)時(shí),小車的速度vN=,因此小車增加的動(dòng)能為ΔEk=M(vN2-vM2),由機(jī)械能守恒定律有:ΔEp=ΔEk,整理可得:=-.(2)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)需要先接通電源,后釋放小車,A項(xiàng)正確;此實(shí)驗(yàn)不需要平衡摩擦力,B項(xiàng)錯(cuò)誤;整個(gè)過(guò)程中只有重力和阻力做功,合外力做的功使小車動(dòng)能增加,由于阻力的存在,小車增加的動(dòng)能一定小于減少的重力勢(shì)能,C項(xiàng)正確;由(1)所得表達(dá)式可知,此實(shí)驗(yàn)不需要測(cè)量小車質(zhì)量,D項(xiàng)錯(cuò).
4.(1)2.058 (2)g(l+)(1-cosθ)= (3)光電門中心未完全與小球球心對(duì)齊(或細(xì)線在擺動(dòng)過(guò)程中長(zhǎng)度發(fā)生變化)
解析 (1)根據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則知,游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為20 mm,而游標(biāo)尺讀數(shù)為29×0.02 mm,故游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為
(20+29×0.02) mm=2.058 cm.
(2)若機(jī)械能守恒,小球應(yīng)滿足mg(l+)(1-cosθ)=mv2,而小球通過(guò)光電門的速度v=,兩式整理得
g(l+)(1-cosθ)=.
(3)產(chǎn)生誤差的原因:細(xì)線在擺動(dòng)過(guò)程中長(zhǎng)度發(fā)生變化或光電門中心未完全與小球球心對(duì)齊等.
5.(1)瞬時(shí)速度等于極短時(shí)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(shì)能的減少量等于動(dòng)能的增加量
(4)C