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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（练）（含解析）专题25 验证机械能守恒定律（练）1用如图所示实验装置，验证机械能守恒定律，重物P（含遮光片），Q用跨过轻滑轮的细绳相连，现让P从光电门1的上侧由静止释放，P竖直向下运动，分别测出遮光片经过光电门1和光电门2的时间和，另测得遮光片的宽度为d，两光电门之间的距离为h，已知重力加速度为g（1）实验中还需要测量的物理量有_（填写物理量名称以及表示符号）（2）写出验证机械能守恒定律的等式为_（用以上测得的物理量符号表示）（3）本实验还可以测出重物Q上升的加速度，其大小是_【答案】（1）重物P的质量和重物Q的质量（2）（3），
2、所以还需要测量重物P的质量和重物Q的质量；Q与P的加速度是相等的，由运动学的公式：所以：【名师点睛】此题为一验证性实验题要求根据物理规律选择需要测定的物理量，运用实验方法判断系统重力势能的变化量是否与动能的变化量相同是解题的关键2实验“用DIS研究机械能守恒定律”的装置如下图a所示，某组同学在一次实验中，选择DIS以图像方式显示实验的结果，所显示的图像如下图b所示。图像的横轴表示小球距D点的高度h，纵轴表示摆球的重力势能EP、动能EK或机械能E，图b的图像中，表示小球的重力势能EP、动能EK和机械能E随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是A乙、丙、甲B乙、甲、丙C甲、乙、丙D丙、甲、乙【答案
3、】A【名师点睛】本题比较新颖，要注意结合实验的原理进行分析，从而找出符合该实验的原理；根据小球在静止释放后，重力在做正功，重力势能EP不断减少，动能EK不断增加，而重力势能和动能的总量即机械能不变来选择图线。3如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为d、质量为m的金属小球由A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H（Hd），光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g。则：如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d =mm。H丙OH0小球经过光电门B时的速度表达式为。乙B光电门金属球A接计时器甲
4、多次改变高度H，重复上述实验，作出随H的变化图象如图丙所示，当图中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直径d满足以下表达式：时，可判断小球下落过程中机械能守恒。实验中发现动能增加量EK总是稍小于重力势能减少量EP，增加下落高度后，则将（选填“增加”、“减小”或“不变”）。【答案】725mm （2）d/t （3）gH0=d2/2t2 （4）增大【名师点睛】本题主要考查了验证机械能守恒定律。属于中等难度的题目。本题为创新型实验，要注意通过分析题意明确实验的基本原理才能正确求解。本实验采用光电门利用平均速度法求解落地时的速度；则根据机械能守恒定律可知，当减小的机械能应等于增大的动能；由原理即可明确
5、注意事项及数据的处理等内容4在用重锤下落来验证机械能守恒时，某同学按照正确的操作得出的纸带如图所示。已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，查得当地重力加速度g980 m/s2，测得所用的重锤的质量为100 kg实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，另选连续的四个点A、B、C、D作为测量点经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为6299 cm，7018 cm，7776 cm，8573 cm根据以上数据，可知重物由O点运动到C点时：（1）重力势能的减少量等于_ J。（2）动能的增加量等于_J（取三位有效数字）【答案】（1）762（2）756【解析】根据测量数据，重物从O点运动到
6、C点下落的高度h07776 m，故重力势能减少量Epmgh10098007776 J762 J重物动能的增加量EkmvC2mv02根据实验情况，重物在O点的速度v00，C点的速度vC等于重物从B点到D点这一段时间t2s内的平均速度由实验数据可得vCm/s38875 m/s重物的动能增加量EkmvC2100388752 J756 J【名师点睛】要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用由于纸带通过时受到较大的阻力和重锤受到的空气阻力，重力势能有相当一部分转化给摩擦产生的内能，所以重力势能的减小量明显大于动能的增加量5某活动小组利用图甲所示的装置验
7、证机械能守恒定律。钢球自由下落过程中，先后通过光电门A、B，计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为tA、tB。用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的距离为h，当地的重力加速度为g。（1）如图乙用游标卡尺测量钢球的直径为d，要验证机械能守恒，只要比较_。A与gh是否相等 B与2gh是否相等C与gh是否相等 D与2gh是否相等（2）钢球通过光电门的平均速度_。（选填“”或“”）钢球球心通过光电门的瞬时速度，由此产生的误差_（选填“能”或“不能”）通过增加实验次数减小。【答案】（1）D （2） 不能【名师点睛】解决本题的关键是用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球
8、心通过光电门的瞬时速度，根据匀变速直线运动规律得钢球通过光电门的平均速度等于这个过程中中间时刻速度，所以钢球通过光电门的平均速度小于球心通过光电门的瞬时速度，由此产生的误差属于系统误差。1用如图1实验装置验证组成的系统机械能守恒，从高处由静止开始下落，上拖着的纸带带出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律，图2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），计数点间的距离如图2所示，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，纸带上打下计数点5时的速度=_m/s；在打05点过程中系统动能的增量=_J，系统重力势能的减少量=_J；由此得
9、出的结论是_若某同学作出了图线（如图3），据图线得到的重力加速度为g=_m/s2【答案】、 在误差允许的范围内，组成的系统机械能守恒（3）根据机械能守恒可知，即有，所以图象中图象的斜率表示重力加速度，由图可知，斜率k=97，故当地的实际重力加速度【名师点睛】根据在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度，可以求出打下记数点5时的速度大小；根据物体的初末动能大小可以求出动能的增加量，根据物体重力做功和重力势能之间的关系可以求出系统重力势能的减小量，比较动能增加量和重力势能减小量之间的关系可以得出机械能是否守恒；根据图象的物理意义可知，图象的斜率大小等于物体的重力加速度大小2如
10、图所示的装置可用来验证机械能守恒定律摆锤A拴在长L的轻绳一端，另一端固定在O点，在A上放 一个小铁片，现将摆锤拉起，使绳偏离竖直方向成角时静止开始释放摆锤，当其到达最低位置时，受到竖直挡板P阻挡而停止运动，之后铁片将飞离摆锤而做平抛运动（1）为了验证摆锤在运动中机械能守恒，必须求出摆锤在最低点的速度为了求出这一速度，实验中还应该测得的物理量是_（2）根据测得的物理量表示摆锤在最低点的速度v_（3）根据已知的和测量的物理量，写出摆锤在运动中机械能守恒的关系式为_【答案】（1）铁片竖直下落的高度h和水平位移s；（2）s；（3）gs2/4h=gL（1-cos）【名师点睛】本题比较简单，考查了平抛运动
11、的基本规律和机械能守恒的基本知识，对于基础知识要加强理解和应用铁片飞出的速度大小即为重锤摆到最低点的速度大小，铁片做平抛运动，根据平抛运动的特点可正确求出铁片平抛出去的水平速度大小；重锤下落过程中机械能守恒，由mgh=mv2可以求出其机械能守恒的表达式3某同学利用自由落体运动验证机械能守恒定律，它在同一竖直线上不同高度处安装两个光电门，然后在高处的光电门正上方一定距离处由静止释放小球，下落中小球球心经过两光电门的细光束，光电门显示的遮光时间分别为和。（1）为验证机械能守恒定律，它还必须测出的物理量有_A、小球的质量mB、小球的直径DC、两光电门中心的距离LD、小球在两光电门中心间运动的时间（2
12、）为验证机械能守恒定律，需要比较小球在两光电门间运动时重力势能的减少量与小球增加的动能是否相等，若运用所测量物理量及相关常量表示，则=_；=_；（3）为了减小实验误差，对选择小球的要求是_【答案】（1）BC（2）、（3）质量大，体积小，外表面光滑（3）为了减小实验误差，需要减小小球受到的空气阻力，则应选取质量大，体积小，外表面光滑的小球【名师点睛】无论采用什么样的方法来验证机械能守恒，明确其实验原理都是解决问题的关键，同时在处理数据时，要灵活应用所学运动学的基本规律4如图甲所示，两物块A、B分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，利用光电门验证A、B所构成的系统机械能守恒，遮光板质量不计，（1）用游
13、标卡尺和螺旋测微器分别测出遮光板的宽度如图乙所示，游标卡尺测得遮光板的宽度d=_mm，螺旋测微器测得遮光板的宽度为d=_mm。（2）验证此过程机械能守恒，除了需要记录运动时间，测量遮光板的宽度外，还需要测量的物理量有_【答案】（1）36、35813584（2）物块A、B的质量，两光电门的高度差H，【名师点睛】游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标读数，不需估读根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度，求出系统通过光电门的瞬时速度，从而求出系统动能的增加量，通过B的重力势能减小，A的重力势能增加，求出系统重力势能的减小量。5某同学利用电磁打点计时器打出的纸带来验证机械能守恒定律，该同学在实验中得到一条纸
14、带，如图所示，在纸带上取6个计数点，两个相邻计数点间的时间间隔为T=002s，其中1、2、3相邻，4、5、6相邻，在3点和4点之间还有若干点，是1、3两点的距离，是2、5两点的距离，是4、6两点的距离，（1）实验过程中，下列操作正确的是_A、电磁打点计时器应接在220V的交流电源上B、实验时应先松开纸带，然后迅速打开打点计时器C、实验时应先打开打点计时器，然后松开纸带D、纸带应理顺，穿过限位孔并保持竖直（2）点2速度的表达式=_（3）该同学测得的数据，重物（质量为m）在竖直方向上运动从点2运动到点5过程中，动能增加量为_m，势能减小量为_m，（结果保留三位有效数字，重力加速度取）【答案】（1）CD（2）（3）、【解析】
