2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 第46講 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律加練半小時(shí) 教科版.docx

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第46講 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 [方法點(diǎn)撥]　要明確“誰”在“哪個(gè)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(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(jì)時(shí)器記錄下小球通過光電門的時(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的變化圖像如圖丙所示，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)量均取國際單位)時(shí)，可判斷小球下落過程中機(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的過程中，系統(tǒng)動(dòng)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(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圖像，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)用簡易裝置驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室借來打點(diǎn)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)，還需要測量臺(tái)階的高度h和臺(tái)階與地面間木板的長度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)能一定小于小車減少的重力勢能 D．在該實(shí)驗(yàn)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(yàn)證機(jī)械能守恒定律，器材為：鐵架臺(tái)，約50cm的不可伸長的細(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(shí)記錄時(shí)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__________________________________________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)卡尺測量產(chǎn)生的誤差，再寫出一個(gè)主要的誤差來源： ________________________________________________________________________. 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的最短時(shí)間為0.01ms.將具有很好擋光效果的寬度為d＝3.810－3m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，并使其豎直通過光電門．某同學(xué)測得各段黑色磁帶通過光電門的時(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9.8m/s2)． 圖5 Δti(10－3s) vi＝(ms－1) ΔEki＝Mv－Mv 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 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(shí)速度是利用vi＝求出的，請(qǐng)你簡要分析該同學(xué)這樣做的理由是___________________________________________________ ________________________________________________________________________. (2)請(qǐng)將表格中的數(shù)據(jù)填寫完整：________________________________________________. (3)通過實(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圖像中正確的是(　　) 答案精析 1．(1)0.715　(2)2gH0t＝d2　(3)增加 解析　(1)由圖可知，主尺刻度為7mm；游標(biāo)對(duì)齊的刻度為3；故讀數(shù)為：7mm＋30.05mm＝7.15mm＝0.715cm. (2)若減小的重力勢能等于增加的動(dòng)能時(shí)，可以認(rèn)為機(jī)械能守恒；則有：mgH＝mv2，即：2gH0＝()2，解得：2gH0t＝d2. (3)由于該過程中有阻力做功，而高度越高，阻力做功越多，故增加下落高度后，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圖像中圖線的斜率k＝g. 3．(1)＝－ (2)AC 解析　(1)要驗(yàn)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(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)過程中，小車重力勢能減少量為ΔEp＝Mg(d2＋d3)，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(v－v)，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20mm，而游標(biāo)尺讀數(shù)為290.02mm，故游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為 (20＋290.02) mm＝2.058cm. (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(dòng)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(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)，重力勢能的減少量等于動(dòng)能的增加量 (4)C