（新課標(biāo)）2020高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)作業(yè)26 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（含解析）新人教版

《（新課標(biāo)）2020高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)作業(yè)26 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（含解析）新人教版》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（新課標(biāo)）2020高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)作業(yè)26 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（含解析）新人教版（7頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 1．利用圖1裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)． ①為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點(diǎn)間的(　　) A．動能變化量與勢能變化量 B．速度變化量和勢能變化量 C．速度變化量和高度變化量 ②除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(含鐵夾)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是(　　) A．交流電源　　　　　　 B．刻度尺 C．天平(含砝碼) ③實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到圖2所示的一條紙帶．在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為hA、hB、hC. 已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)

2、計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T.設(shè)重物的質(zhì)量為m.從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，重物的重力勢能變化量ΔEp＝________，動能變化量ΔEk＝________． ④大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，重力勢能的減少量大于動能的增加量，原因是________． A．利用公式v＝gt計(jì)算重物速度 B．利用公式v＝計(jì)算重物速度 C．存在空氣阻力和摩擦力阻力的影響 D．沒有采用多次實(shí)驗(yàn)取平均值的方法 ⑤某同學(xué)想用下述方法研究機(jī)械能是否守恒，在紙帶上選取多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，測量它們到起始點(diǎn)O的距離h，計(jì)算對應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的重物速度v，描繪v2-h圖像，并做如下判斷：若圖像是一條過原點(diǎn)的直線，則重物下落過程中機(jī)械能守恒，請你分析

3、論證該同學(xué)的判斷是否正確． 答案?、貯?、贏B?、郏璵ghB　m()2?、蹸　⑤該同學(xué)的判斷依據(jù)不正確 解析?、俑鶕?jù)機(jī)械能守恒定律，可得mgh＝mv2－0，故需要比較動能變化量與勢能變化量，A項(xiàng)正確；②電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源，故A項(xiàng)正確；因?yàn)樵谟?jì)算重力勢能變化量時(shí)，需要用到紙帶上兩點(diǎn)之間的距離，所以還需要刻度尺，故B項(xiàng)正確；根據(jù)mgh＝mv2－0可得等式兩邊的質(zhì)量抵消，故不需要天平，C項(xiàng)錯誤；③重力勢能改變量為Ep＝－mghB，由于下落過程中是勻變速直線運(yùn)動，所以根據(jù)中間時(shí)刻速度規(guī)律可得B點(diǎn)的速度為vB＝，所以ΔEk＝mvB2＝m()2；④實(shí)驗(yàn)過程中存在空氣阻力，紙帶運(yùn)動過程中存在

4、摩擦力，C項(xiàng)正確；⑤該同學(xué)的判斷依據(jù)不正確，在重物下落h的過程中，若阻力f恒定，根據(jù)mgh－fh＝mv2－0?v2＝2(g－)h可知，v2-h圖像就是過原點(diǎn)的一條直線．要想通過v2-h圖像的方法驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，還必須看圖像的斜率是否接近2g. 2．(2018·濰坊一模)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，一實(shí)驗(yàn)小組讓小球自傾角為30°的斜面上滑下，用頻閃相機(jī)記錄了小球沿斜面下滑的過程，如圖所示，測得B、C、D、E到A的距離分別為x1、x2、x3、x4，已知相機(jī)的頻閃頻率為f，重力加速度為g＝9.8 m/s2. (1)滑塊經(jīng)過位置D時(shí)的速度vD＝________． (2)選取A為位移

5、起點(diǎn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出v2-x圖線，若圖線斜率k＝________，則小球下滑過程機(jī)械能守恒． (3)若改變斜面傾角進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，請寫出斜面傾角大小對實(shí)驗(yàn)誤差的影響． ________________________________________________________________________. 答案　(1)　(2)9.8　(3)斜面傾角越大，誤差越小 解析　(1)根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度可以求出D點(diǎn)的速度為： vD＝＝f； (2)若減小的重力勢能等于增加的動能時(shí)，可以認(rèn)為機(jī)械能守恒； 則有：mgH＝mv2； 即：gxsin30°＝v2 解

6、得：v2＝gx； 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出v2-x圖線，若圖線斜率k＝g＝9.8 m/s2，則小球下滑過程機(jī)械能守恒． (3)當(dāng)斜面傾角越大，壓力越小，則摩擦阻力越小，因此阻力做功越少，則誤差越?。? 3．(2018·邯鄲一模)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證質(zhì)量分別為m1、m2的兩物塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒．質(zhì)量為m2的物塊在高處由靜止開始下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在質(zhì)量為m1的物塊拖著的紙帶上打出一系列的點(diǎn)，對紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．圖乙所示是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)，所用電源的頻率為50 Hz，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示．已知m1＝

7、100 g、m2＝200 g，取當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.8 m/s2.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字) (1)打計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)物塊的速度大小為________ m/s. (2)在打計(jì)數(shù)點(diǎn)0到5的過程中，系統(tǒng)動能的增量ΔEk＝________ J；系統(tǒng)重力勢能的減少是ΔEp＝________ J. 答案　(1)1.64　(2)0.403　0.404 解析　(1)計(jì)數(shù)點(diǎn)5的瞬時(shí)速度v5＝＝×10－2 m/s＝1.64 m/s. (2)系統(tǒng)增加的動能ΔEk＝(m1＋m2)v52＝×0.3×1.642 J≈0.403 J， 系統(tǒng)重力勢能的減小量ΔEp＝(m2－m1)gh＝0.1×10×(0.266

8、4＋0.146 1) J≈0.404 J. 4．(2018·石家莊一模)小明同學(xué)利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其中紅外線發(fā)射器、接收器可記錄小球的擋光時(shí)間．小明同學(xué)進(jìn)行了如下操作： (1)用螺旋測微器測小球的直徑如圖乙所示，則小球的直徑為________ mm； (2)該小球質(zhì)量為m、直徑為d.現(xiàn)使小球從紅外線的正上方的高度h處自由下落，記錄小球擋光時(shí)間t，已知重力加速度為g，則小球下落過程中動能增加量的表達(dá)式為________；重力勢能減少量的表達(dá)式為________(用所給字母表示)． (3)改變小球下落高度h，多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)小球動能的增加量總是小于重力勢能的

9、減少量，你認(rèn)為可能的原因是________(至少寫出一條)． 答案　(1)18.305　(2)m()2　mgh　(3)阻力做負(fù)功 解析　(1)螺旋測微器的固定刻度為18.0 mm，可動刻度為30.5×0.01 mm＝0.305 mm， 所以最終讀數(shù)為18.0 mm＋0.305 mm＝18.305 mm， (2)已知經(jīng)過光電門時(shí)的時(shí)間小球的直徑；則可以由平均速度表示經(jīng)過光電門時(shí)的速度； 所以v＝， 則小球下落過程中動能增加量的表達(dá)式為ΔEk＝m()2； 重力勢能減少量的表達(dá)式為ΔEp＝mgh. (3)根據(jù)能量守恒定律分析，重力勢能的減少量ΔEp往往大于動能的增加量ΔEk的原因是阻

10、力做負(fù)功． 5.(2018·湖南一模)如圖所示是某同學(xué)設(shè)計(jì)的“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)裝置圖，已知細(xì)線長為L，在懸點(diǎn)下方離懸點(diǎn)略小于L的位置有一很鋒利的刀片，當(dāng)細(xì)線碰到刀片時(shí)，細(xì)線即可被切斷且不影響小球的速度，實(shí)驗(yàn)時(shí)，將小球拉離平衡位置，使細(xì)線與豎直方向的夾角為θ，由靜止釋放擺球，細(xì)線碰到刀片后，細(xì)線斷開，小球飛出，小球落到距離懸點(diǎn)豎直高度為H的水平地面上，測得小球落地點(diǎn)距離懸點(diǎn)在水平面的投影點(diǎn)的距離為x，改變θ角，重復(fù)實(shí)驗(yàn)可得到一系列x的值． (1)如果利用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用縱坐標(biāo)表示x2并且要使圖像是一條直線，那么橫坐標(biāo)應(yīng)表示________； (2)如果正確作出的圖像的斜率

11、為k，那么，圖像的縱軸上的截距________，只要滿足k＝________．(用題中字母表示)，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律． 答案　(1)cosθ　(2)4L(H－L)?。?L(H－L) 解析　(1)平拋運(yùn)動的高度h＝H－L，則平拋運(yùn)動的時(shí)間為：t＝，平拋運(yùn)動的初速度為：v＝＝x， 從靜止釋放到最低點(diǎn)過程中，動能的增加量為：ΔEk＝mv2＝，重力勢能的減小量為：ΔEp＝mgL(1－cosθ)， 若機(jī)械能守恒有：＝L(1－cosθ)， 即有：x2＝4(H－L)L(1－cosθ)． 用縱坐標(biāo)表示x2并且要使圖像是一條直線，那么橫坐標(biāo)應(yīng)表示cosθ. (2)若機(jī)械能守恒有：x2＝4(H－

12、L)L(1－cosθ)＝4L(H－L)－4(H－L)Lcosθ，圖線的縱軸上的截距為4L(H－L)，圖線的斜率k＝－4L(H－L)． 6．(2018·貴州模擬)某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)主要步驟如下： ①將光電門安放在固定于水平地面上的長木板上； ②將細(xì)繩一端連在小車上，另一端繞過兩個(gè)定滑輪后懸掛一鉤碼，調(diào)節(jié)木板上滑輪的高度，使該滑輪與小車間的細(xì)繩與木板平行； ③測出小車遮光板與光電門之間的距離L，接通電源，釋放小車，記下小車遮光板經(jīng)過光電門的時(shí)間t； ④根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出小車與鉤碼組成的系統(tǒng)動能的增加量和鉤碼重力勢能的減少量． (1)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)步驟

13、，實(shí)驗(yàn)中還需測量的物理量有____ A．小車上遮光板的寬度d B．小車的質(zhì)量m1 C．鉤碼的質(zhì)量m2 D．鉤碼下落的時(shí)間t′ (2)由實(shí)驗(yàn)步驟和(1)選項(xiàng)中測得的物理量，可得到系統(tǒng)動能增加量的表達(dá)式為________，鉤碼重力勢能減少量的表達(dá)式為________； 改變L的大小，重復(fù)步驟③、④.若在誤差范圍內(nèi)，系統(tǒng)動能的增加量均等于鉤碼重力勢能的減少量，說明該系統(tǒng)機(jī)械能守恒． 答案　(1)ABC　(2)　m2gL 解析　小車通過光電門的瞬時(shí)速度v＝，則系統(tǒng)動能的增加量ΔEk＝(m1＋m2)v2＝，鉤碼重力勢能的減小量ΔEp＝m2gL. 可知還需要測量的物理量有：小車上遮光板的寬度

14、d，小車的質(zhì)量m1，鉤碼的質(zhì)量m2，故選：A、B、C三項(xiàng)． 7.(2018·咸陽模擬)某同學(xué)利用圖示的裝置來研究機(jī)械能守恒問題，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，A、B是質(zhì)量均為m的小物塊，C是質(zhì)量為M的重物．A、B間有輕質(zhì)彈簧相連，A、C間有輕質(zhì)細(xì)繩相連．在物塊B下放置一壓力傳感器，重物C下放置一速度傳感器，壓力傳感器和速度傳感器相連，當(dāng)壓力傳感器為零時(shí)，就觸發(fā)速度傳感器測定此時(shí)重物C的速度．整個(gè)實(shí)驗(yàn)中彈簧均處于彈性限度內(nèi)，重力加速度為g，實(shí)驗(yàn)操作如下： (1)開始時(shí)，系統(tǒng)在外力作用下保持靜止，細(xì)繩拉直但張力為零，現(xiàn)釋放C，使其向下運(yùn)動，當(dāng)壓力傳感器示數(shù)為零時(shí)，觸發(fā)速度傳感器測出C的速度為v. (2

15、)實(shí)驗(yàn)中保持A、B質(zhì)量不變，改變C的質(zhì)量多次重復(fù)第(1)步． ①該實(shí)驗(yàn)中，M和m的關(guān)系必須滿足M________(填“小于”“等于”或“大于”)m. ②為便于研究速度v與質(zhì)量M的關(guān)系，每次測重物的速度時(shí)，其已下降的高度應(yīng)________(填“相同”或“不同”)． ③根據(jù)所測數(shù)據(jù)，為得到線性關(guān)系圖線，應(yīng)作出________(填“v2-M”“v2-”“v2-”)圖線． 答案　①大于?、谙嗤、踲2- 解析?、僖_保壓力傳感器的示數(shù)為零，彈簧要從壓縮狀態(tài)到伸長狀態(tài)，那么C的質(zhì)量M要大于A的質(zhì)量m；即M＞m. ②要剛釋放C時(shí)，彈簧處于壓縮狀態(tài)，若使壓力傳感器為零，則彈簧的拉力為：F＝mg 壓力傳感器示數(shù)為零時(shí)，A物體上升與C下落的高度總相同：Δx＝Δx1＋Δx2＝＋＝； ③選取A、C及彈簧為系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)械能守恒定律，則有：(M－m)g·＝(M＋m)v2； 整理可知：v2＝－·＋； 為了得到線性關(guān)系圖線，因此應(yīng)作出v2-的圖像． 7