《2020年高考物理实验针对训练突破05 《验证机械能守恒定律》（解析版）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020年高考物理实验针对训练突破05 《验证机械能守恒定律》（解析版）（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验：验证机械能守恒定律针对训练 1如图所示，在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50 Hz，依次打出的点为0、1、2、3、4、n。则：（1）如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为_、_、_，必须计算出的物理量为_、_，验证的表达式为_。（2）下列实验步骤操作合理的排列顺序是_（填写步骤前面的字母）。A将打点计时器竖直安装在铁架台上B接通电源，再松开纸带，让重物自由下落C取下纸带，更换新纸带（或将纸带翻个面）重新做实验D将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带E选择一条纸带，用刻度尺测出重物下落的高度h1、h2、h3、hn，计算出对应
2、的瞬时速度v1、v2、v3、vnF分别算出mv和mghn，在实验误差允许范围内看是否相等【答案】（1）第2点到第6点之间的距离h26第1点到第3点之间的距离h13第5点到第7点之间的距离h57第2点的瞬时速度v2第6点的瞬时速度v6mgh26mvmv（2）ADBCEF【解析】（1）要验证从第2点到第6点之间的纸带对应重物的运动过程中机械能守恒，应测出第2点到第6点的距离h26，必须测出第1点到第3点之间的距离h13和第5点到第7点之间的距离h57，必须计算出第2点和第6点的瞬时速度v2和v6，机械能守恒的表达式为mgh26mvmv。（2）实验操作顺序为ADBCEF。2在一次实验验证课上，某同学
3、利用自由落体运动来验证机械能守恒定律，该同学开始实验时的情形如图所示，他将打点计时器接通低压电源后释放纸带。（1）请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方。_（2）该同学在教师的指导下规范了实验操作，重新进行实验，得到了几条（35条）打出一系列点的纸带，在选点验证机械能守恒时，有以下两种方案，其中对选取纸带的1、2两点间距离要求小于或接近2 mm的是方案_（填“一”或“二”）。方案一：利用起始点和第n点计算；方案二：任取两点计算。（3）该同学最终选择了方案一，结合图象法进行数据分析，他从纸带上选取多个点。测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，根据实验数据作
4、出v2h图象，其中图线的斜率表示_。【答案】（1）打点计时器接了直流电；重物离打点计时器太远（2）一（3）重力加速度g【解析】（1）打点计时器采用的是交流电源，而本实验中采用了直流电源；同时，由于加速度较大，故纸带应在1米左右，且应让重物紧靠打点计时器，而本实验中离打点计时器太远，故错误为：打点计时器接了直流电源；重物离打点计时器太远。（2）根据自由落体运动规律应有h10（0.02）2 m0.002 m2 mm选用点迹清晰，第1、2点间距离接近2 mm的纸带，也就以利用起始点和第n点计算，所以方案是一。（3）重物由静止开始下落距离h获得速度v，根据动能定理得mghmv2即v2gh，所以v2h图
5、线的斜率是重力加速度g。3小华设计了如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，提供的实验器材如下：A小车B钩码C一端带定滑轮的木板D细线E电火花计时器F纸带G毫米刻度尺H低压交流电源I220 V的交流电源（1）实验中不需要的器材是_（填写器材序号），还应补充的器材是_。（2）实验中得到了一条纸带如图乙所示，选择点迹清晰且便于测量的连续7个点（标号06），测出0到1、2、3、4、5、6点的距离分别为d1、d2、d3、d4、d5、d6，打点周期为 T则打点2时小车的速度v2_；若测得小车质量为M、钩码质量为m，打点1和点5时小车的速度分别用v1、v5表示，已知重力加速度为g，则验证点1与点5间系统的机械
6、能守恒的关系式可表示为_。（3）实验中，钩码减少的重力势能总是略大于系统增加的动能，主要原因是_。【答案】（1）H天平（2）或mg（d5d1）（Mm）（vv）（3）小车和纸带受到阻力【解析】（1）电火花计时器使用的是220 V的交流电源，不需要低压交流电源，不需要的器材是H。还需要天平测量钩码的质量。（2）由匀变速直线运动平均速度等于中间时刻的瞬时速度可算点2速度，即打点2时的瞬时速度等于点1、3间的平均速度，v2，也等于点0、4间的平均速度v2，把钩码和小车看成系统，系统减小的势能即为钩码减小的重力势能Epmg（d5d1）系统增加的动能为小车和钩码增加的动能Ek（Mm）v（Mm）v验证点1与
7、点5间系统的机械能是否守恒，就是验证EpEk，即mg（d5d1）（Mm）（vv）（3）小车在运动过程中受到阻力，以及纸带和打点计时器之间存在摩擦阻力，使得系统减少的重力势能没有完全转化为系统的动能，还有一小部分由于克服摩擦做功转化为内能。4在验证机械能守恒定律的实验中，某同学利用图甲中器材进行实验，正确地完成实验操作后，得到一条点迹清晰的纸带，如图乙所示。在实验数据处理中，某同学取A、B两点来验证实验。已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，g取9.8 m/s2，图中测量结果记录在下面的表格中。项目x1/cmA点瞬时速度/（ms1）x2/cmB点瞬时速度/ （ms1）A、B间距离/cm数据3.
8、920.9812.8050.00（1）观察纸带，可知连接重物的夹子应夹在纸带的_端（选填“左”或“右”）；（2）将表格中未填项目填写完整；（3）若重物和夹子的总质量为0.6 kg，那么在从A到B运动过程中，动能的增加量为_J，重力势能的减少量为_J。【答案】（1）左（2）3.20（3）2.782.94【解析】（1）重物刚开始运动时，速度较小，点迹比较密集，故夹子应夹在纸带的左端；（2）vB3.20 m/s；（3）在A到B运动过程中，动能的增加量Ekmvmv2.78 J，重力势能的减少量EmghAB2.94 J。5在验证机械能守恒定律的实验中，使质量m0.30 kg的重物自由下落，打点计时器在纸
9、带上打出一系列的点，已知打点计时器每隔T0.02 s打一个点，当地的重力加速度为g9.8 m/s2。（1）同学甲选取一条纸带如图所示，在点迹较清晰的部分选取某点O作为起始点，图中A、B、C、D为纸带上选取的四个连续点。根据vC计算出C点的速度，然后利用mghmv验证机械能守恒定律，这样处理存在的错误是_。（2）同学乙利用同学甲的纸带测量出：OB15.55 cm，OC19.20 cm，OD23.23 cm。根据测量数据计算重物和纸带下落的加速度a_m/s2，进一步计算重物和纸带下落过程中所受的阻力Ff_N。（3）同学丙通过实验得到一条纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下第一个点的距离h，算出了
10、各计数点对应的速度v，以h为横轴，以v2为纵轴画出了如图所示的图线，图线未过原点O。试分析同学丙在实验操作过程中可能出现的问题是_。【答案】（1）O点不是打出来的第一个点，速度不为零，动能不为零（2）9.50.09（3）该同学做实验时先释放了纸带，然后再合上打点计时器的开关【解析】（1）O点不是打出来的第一个点，速度不为零，动能不为零所以验证机械能守恒定律的表达式为：mghmvmv（2）根据匀变速直线运动的推论公式xaT2可以求出加速度的大小，得：a（0.23230.1920）（0.19200.1555）/0.0229.5 m/s2由牛顿第二定律得mgFfma解得阻力Ff0.09 N。（3）图
11、线不过原点，说明开始时，重物已经具有了动能，因此该同学做实验时先释放了纸带，然后再合上打点计时器的开关。6在“验证机械能守恒定律”实验中，某研究小组采用了如图7甲所示的实验装置，实验的主要步骤是：在一根不可伸长的细线一端系一金属小球，另一端固定于O点，记下小球静止时球心的位置A，在A处放置一个光电门，现将小球拉至球心距A高度为h处由静止释放，记下小球通过光电门时的挡光时间t。（1）如图乙，用游标卡尺测得小球的直径d_cm；（2）该同学测出一组数据如下：高度h0.21 m，挡光时间t0.005 2 s，设小球质量为m100 g，g9.8 m/s2。计算小球重力势能的减少量Ep_J，动能的增加量E
12、k_J，得出的结论是：_，分析误差产生的原因是_。（结果均保留三位有效数字）【答案】（1）1.04（2）0.2060.200在实验误差允许范围内，小球机械能守恒克服空气阻力做功【解析】（1）游标卡尺的读数为10 mm.14 mm10.4 mm1.04 cm。（2）小球重力势能的减少量Epmgh0.19.80.21 J0.206 J。小球通过最低点的速度v m/s2 m/s则动能的增加量Ekmv20.122 J0.200 J可以看出，在实验误差允许范围内，小球机械能守恒。误差产生的原因是克服空气阻力做功。7用如图所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落，m1上拖
13、着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。如图给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），所用电源的频率为50 Hz，计数点间的距离如图所示。已知m150 g、m2150 g，则：（结果均保留两位有效数字）（1）在纸带上打下计数点5时的速度v5_m/s；（2）在打下第0点到打下第5点的过程中系统动能的增量Ek_ J，系统重力势能的减少量Ep_J；（取当地的重力加速度g10 m/s2）（3）若某同学作出v2h图象如图所示，则当地的重力加速度g_m/s2。【答案】（1）2.4（2）0.580.60（3）9.7【解析】（1）v5m/s2.4 m/s（2）Ek（m1m2）v00.58 JEpm2gh5m1gh50.60 J（3）由（m2m1）gh（m1m2）v2知即图线的斜率k解得g9.7 m/s28利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图所示。（1）实验步骤：A将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平。B用游标卡尺测出挡光条的宽度为l60.0 mm。C由导轨标尺读出两光电门中
