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1、（讲练测）2017年高考物理一轮复习专题25验证机械能守恒定律（测）（含解析）专题25 验证机械能守恒定律（测）【满分：110分 时间：90分钟】实验题（共10小题，每题11分）1如图所示为利用自由落体“验证机械能守恒定律”的实验装置。安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图所示（其中一段纸带图中未画出）。图中O点为打出的起始点，且速度为零。选取在纸带上连续打出的点A、B、C、D、E、F、G作为计数点。其中测出D、E、F点距起始点O的距离如图所示。已知打点计时器打点周期为T=0.02s。由此可计算出物体下落到E点时的瞬时速度vE=_ m/s（结果保留三位有效数字
2、）。若已知当地重力加速度为g，代入图3中所测的数据进行计算，并将与进行比较（用题中所给字母表示），即可在误差范围内验证，从O点到E 点的过程中机械能是否守恒。某同学进行数据处理时不慎将纸带前半部分损坏，找不到打出的起始点O了，如图所示。于是他利用剩余的纸带进行如下的测量：以A点为起点，测量各点到A点的距离h，计算出物体下落到各点的速度v，并作出v2-h图像。图5中给出了a、b、c三条直线，他作出的图像应该是直线_；由图像得出，A点到起始点O的距离为_cm（结果保留三位有效数字）。BCDEAFGs小刀lh铁锁 某同学在家里做“验证机械能守恒定律”的实验，他设计的实验装置如图6所示，用细线的一端系
3、住一个较重的小铁锁（可看成质点），另一端缠系在一支笔上，将笔放在水平桌面的边上，用较重的书压住。将铁锁拉至与桌面等高处（细线拉直），然后自由释放。在笔的正下方某合适位置放一小刀，铁锁经过时，细线立即被割断，铁锁继续向前运动，落在水平地面上。测得水平桌面高度为h，笔到铁锁的距离为l，笔到铁锁落地的水平距离为s。若满足s2=_（用l、h表示），即可验证铁锁从释放至运动到笔的正下方的过程中机械能守恒。【答案】3.04 gh2 a10.0 4l（h-l）【名师点睛】解决本题的关键掌握实验的原理，会通过原理确定测量的物理量以及掌握纸带的处理，会通过纸带求解瞬时速度，某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时
4、速度求出E点的瞬时速度。2为了验证机械能守恒定律，同学们设计了如图甲所示的实验装置：（1）实验时，该同学进行了如下操作：将质量分别为M1和M2的重物A、B（A的含挡光片、B的含挂钩）用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出_（填“A的上表面”、“A的下表面”或“挡光片中心”）到光电门中心的竖直距离h如果系统（重物A、B）的机械能守恒，应满足的关系式为（已知重力加速度为g，经过光电门的时间为，挡光片的宽度d以及M1和M2和h）（2）实验进行过程中，有同学对装置改进，如图乙所示，同时在B的下面挂上质量为m的钩码，让M1=M2=m,经过光电门的速度用v表示，距离用h表示，若机械能守恒，则有.
5、（已知重力加速度为g）【答案】 挡光片中心；（2）若机械能守恒，则（2m-m）gh=3mv2，解得：【名师点睛】解决本题的关键知道实验的原理，知道误差产生的原因；明确验证机械能守恒定律的实验方法，根据系统机械能守恒，得出系统重力势能的减小量和系统动能的增加量，根据极短时间内的平均速度表示瞬时速度求出系统末动能；此题难度适中。3如图13甲所示为验证机械能守恒定律的实验装置示意图。现有的器材为：带铁夹的铁架台、打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题。（1）为完成此实验，除了所给的器材，还需要的一个器材是_（2分）A螺旋测微器 B秒表C多用电表 D交流电源（2）下面列举了该实验的几个操作
6、步骤中，其中操作不当的一个步骤是_（2分）A用天平测出重锤的质量 B按照图示的装置安装器件C先释放纸带，后接通电源D测量纸带上某些点间的距离（3）利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值。根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图13乙所示。使用交流电的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式a_（2分）（用x1、x2、x3、x4及f表示）图13乙【答案】（1）AD（2）B （3）纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻力；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算势能变化时，选取初末两点距离过近；交流电频率不稳定；（4）a=【名师点睛】只有明确了实验原
7、理以及实验的数据测量，才能明确各项实验操作的具体含义，这点要在平时训练中加强练习4（1）关于“验证机械能守恒定律”的实验中，以下说法中正确的是A实验时需要称出重物的质量B实验中摩擦是不可避免的，因此纸带越短越好，因为纸带越短，克服摩擦做的功就少，误差就小C纸带上打下的第1、2点间距超过2mm，则无论怎样处理数据，实验误差都会很大D实验处理数据时，可直接利用打下的实际点迹，而不必采用“计数点”的方法（2）若正确的操作完成实验，正确的选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点O的距离如下图所示（相邻计数点时间间隔为0.02s），当地重力加速度的值为9.8m/s2，那么（结果均保留两位有效数
8、字）cm第22题图纸带的端与重物相连打下计数点B时，重物的速度m/s在从起点O到打下计数点B的过程中，测得重物重力势能的减少量略大于动能的增加量，这是因为.【答案】（1）D；（2）左，0.98，存在阻力做功（2）重物在开始下落时速度较慢，在纸带上打的点较密，越往后，物体下落得越快，纸带上的点越稀，所以纸带上靠近重物的一端的点较密，因此纸带的左端与重物相连。根据匀变速直线运动中间时刻的速度等于该过程的平均速度有：.说明有部分重力势能变成了其它能，是因为下落存在摩擦阻力和空气阻力的影响。【名师点睛】正确解答实验问题的前提是明确实验原理，从实验原理出发进行分析所需实验器材、所测数据、误差分析等，会起
9、到事半功倍的效果通过该题理解验证性实验的特点，把握实验原理，提升实验能力，该题是考查基础实验知识的好题5如图甲所示，跨过定滑轮的细线两端系着质量均为M的物块A、B，A下端与通过打点计时器的纸带相连，B上放置一质量为m的金属片C，固定的金属圆环D处在B的正下方。系统静止时C、D间的高度差为h。先接通电磁打点计时器，再由静止释放B，系统开始运动，当B穿过圆环D时C被D阻挡而停止。 整个运动过程中纸带上计数点的间距如图乙所示，其中每相邻两点之间还有4个点未画出，已知打点计时器的工作频率为50Hz。由此可计算出C被阻挡前B的加速度大小a=_m/s；B刚穿过D时的速度大小v=_m/s2（结果保留两位有效
10、数字）。 若用该装置验证机械能守恒定律，则需验证等式_是否成立。还可运用图象法加以验证：改变物块B的释放位置，重复上述实验，记录每次C、D间的高度差h，并求出B刚穿过D时的速度v，作出v2h图线如图丙所示，根据图线得出重力加速度的表达式g=_，代入数据再与当地的重力加速度大小比较，判断系统机械能是否守恒（均用题中物理量的字母表示）。在不增加实验器材的情况下，请提出减小实验误差的一个办法：_。【答案】4.8；2.6 ；如：适当增大C、D间的高度差；适当增加金属片C的质量；保证打点计时器的限位孔在同一竖直线上减小误差的方法：适当增加C、D间的高度差；适当增加金属片C的质量；保证打点计时器的限位孔在
11、同一竖直线上【名师点睛】此题是研究匀变速直线运动的规律以及验证机械能守恒定律的实验；解决本题的关键掌握实验的原理，即验证系统重力势能的减小量与系统动能的增加量是否相等；掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解加速度。6用如图甲所示的装置“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器接在频率为f的交流电源上，从实验中打出的几条纸带中选出一条理想纸带，如图乙所示，从第一个点O开始选取纸带上打出的5个连续的点O、A、B、C、D，各点距起始点。的距离分别为s0、s1、s2、s3，已知重锤的质量为m，当地的重力加速度为g，则从打下起始点O到打下C点的过程中，重锤重力势能减少量的表达式为， 重锤动能增加量的表达式为
12、。（均用题中所给字母表达）【答案】mgs2；【名师点睛】此题考查了验证机械能守恒定律的实验，解题时要明确实验的原理及数据处理方法；注意“验证机械能守恒定律”的实验中数据处理仍然是以纸带问题为基础，要会准确应用匀变速直线运动的推论求瞬时速度。7某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律，频闪仪每隔0.05 s闪光一次，如图所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表。（当地重力加速度取9.8 m/s2，小球质量m0.4 kg） （结果保留3位有效数字）时刻t2t3t4t5 速度（m/s） 4.994.483.98（1）由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5_ m/s（
13、2）从t2到t5时间内，重力势能增量Ep_ J，动能减少量Ek_ J；（3）在误差允许的范围内，若Ep与Ek近似相等，即可验证了机械能守恒定律。由上述计算得Ep_Ek（选填“”“”或“”），造成这种结果的主要原因是_。【答案】（1）3.48 m/s（2）2.49 J 、2.56 J（3）、存在空气阻力【名师点睛】本题的关键是知道三点：一、在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，据此可以求t5时刻的速度大小；二、根据重力做功和重力势能之间的关系可以求出重力势能的减小量，根据起末点的速度可以求出动能的增加量三、由于纸带和打点计时器的摩擦以及空气阻力的存在，导致动能的减小量没有
14、全部转化为重力势能。8某课外活动小组用竖直上抛运动验证机械能守恒定律（1）某同学用20分度游标卡尺测量小球的直径，读数如图甲所示小球直径为mm（2）图乙所示弹射装置将小球竖直向上抛出，先后通过光电门A、B，计时装置测出小球通过A的时间为25510-3s，小球通过B的时间为51510-3s，由此可知小球通过光电门A、B时的速度分别为VA、VB，其中VA=m/s（保留两位有效数字）（3）用刻度尺测出光电门A、B间的距离h，已知当地的重力加速度为g，只需比较和是否相等，就可以验证机械能是否守恒（用题目中给出的物理量符号表示）【答案】（1）1020 （2）4.0（3）gh和-【名师点睛】解决本题的关键掌握验证机械能守恒定律的实验原理，知道游标卡尺的读数方法：游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标读数，不需估读以及知道极短时间的平均速度可以表示瞬时速度9如图所示是利用自由落体运动进行“验证机械能守恒定律”的实验装置，所用的打点计时器通以50Hz的交流电。（1）甲同学按照正确的实验步骤操作后，选出一条纸带如图所示，其中O点为重物刚要下落时打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，用刻度尺测得OA=12.41cm，OB=18.60cm，OC=27.21cm，在计数点A和B、B和C之间还各有
