(江蘇專用)高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 課時46 實驗:驗證機(jī)械能守恒定律加練半小時-人教版高三物理試題

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1、46 實驗:驗證機(jī)械能守恒定律 [方法點撥] 要明確“誰”在“哪個過程”中機(jī)械能守恒,列出守恒方程,明確要測量的物理量. 1.(2018·湖北黃岡模擬)如圖1甲所示,一位同學(xué)利用光電計時器等器材做“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗,有一直徑為d、質(zhì)量為m的金屬小球從A處由靜止釋放,下落過程中能通過A處正下方、固定于B處的光電門,測得A、B間的距離為H(H?d),光電計時器記錄下小球通過光電門的時間為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)卡尺測得小球的直徑d=________ cm. (2)多次改變高度H,重復(fù)上述實驗,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,四個量均取國際單位)時,可判斷小球下落過程中機(jī)械能守恒. (3)實驗中發(fā)現(xiàn)動能增加量ΔEk總是稍小于重力勢能減少量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甲所示的實驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律.實驗時接通電源,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,圖乙是實驗中打出的一條紙帶,A是打下的第1個點,計數(shù)點E、F、G到A點距離分別為d1、d2、d3,每相鄰兩計數(shù)點的時間

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表示)   圖2 (1)在打點A~F的過程中,系統(tǒng)動能的增加量ΔEk=________________________________,系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp=________________________,比較ΔEk、ΔEp大小即可驗證機(jī)械能守恒定律. (2)某同學(xué)根據(jù)紙帶算出各計數(shù)點速度,并作出-d圖象,如圖丙所示,若圖線的斜率k=__________________,即可驗證機(jī)械能守恒定律. 3.(2017·四川成都模擬)某小組同學(xué)用簡易裝置驗證機(jī)械能守恒定律,他們找來一塊平整且比較光滑的木板,從實驗室借來打點

4、計時器、刻度尺、小車和紙帶.他們把木板搭在臺階上.如圖3甲安裝好實驗器材,得到如圖乙所示的一條紙帶. (1)在驗證機(jī)械能是否守恒時,還需要測量臺階的高度h和臺階與地面間木板的長度L,已知紙帶上相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔為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)在該實驗中下列說法正確的是________. A.該實驗中先接通電源,后釋放小車 B.由于摩擦力對實驗結(jié)果有影響,所以把木板搭在臺階上是為了平衡摩擦力 C.由于阻力的存在,該實驗中小車增加的動能

5、一定小于小車減少的重力勢能 D.在該實驗中還需要用天平測量小車的質(zhì)量 4.某同學(xué)利用如圖4甲所示裝置來驗證機(jī)械能守恒定律,器材為:鐵架臺,約50 cm的不可伸長的細(xì)線,帶孔的小鐵球,光電門和計時器(可以記錄擋光的時間),量角器,刻度尺,游標(biāo)卡尺. 實驗前先查閱資料得到當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間,再將細(xì)線穿過小鐵球,懸掛在鐵架臺的橫桿上,在小球軌跡的最低點安裝好光電門,依次測量擺線的長度l,擺球的直徑d,測量擺角θ,從靜止開始釋放小球,擺球通過光電門時記錄時間t. 圖4 (1)用50分度游標(biāo)卡尺測量小球直徑,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,則驗證了機(jī)械能守恒.(用題中物理量符號表示) (3)除空氣阻力以及量角器、刻度尺、游標(biāo)卡尺測量產(chǎn)生的誤差,再寫出一個主要的誤差來源:________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 5.為了驗證機(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、計時器設(shè)計了一套實驗裝置,如圖5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,所用的光電門傳感器可測的最短時間為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(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(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:_____________________________________

9、________. (3)通過實驗得出的結(jié)論是____________________________________________. (4)根據(jù)該實驗,請你判斷下列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)若減小的重力勢能等于增加的動能時,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點時的速度vF=,因為打A點時的速度為零,所以系統(tǒng)動能的增加量ΔEk=(m1+m2)v=;系統(tǒng)重力勢能的減少量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)要驗證小車下滑過程中機(jī)械能守恒,則需要確定小車減少的重力勢能與增加的動能是否近似相等.從打點計時器打下M點到打下N點過程中,小車重力勢能減少量為ΔEp=Mg(d2+d3)·

11、,打點計時器打下M點時,小車的速度vM=,打點計時器打下N點時,小車的速度vN=,因此小車增加的動能為ΔEk=M(vN2-vM2),由機(jī)械能守恒定律有:ΔEp=ΔEk,整理可得:=-.(2)使用打點計時器時需要先接通電源,后釋放小車,A項正確;此實驗不需要平衡摩擦力,B項錯誤;整個過程中只有重力和阻力做功,合外力做的功使小車動能增加,由于阻力的存在,小車增加的動能一定小于減少的重力勢能,C項正確;由(1)所得表達(dá)式可知,此實驗不需要測量小車質(zhì)量,D項錯. 4.(1)2.058 (2)g(l+)(1-cosθ)= (3)光電門中心未完全與小球球心對齊(或細(xì)線在擺動過程中長度發(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)線在擺動過程中長度發(fā)生變化或光電門中心未完全與小球球心對齊等. 5.(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

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