（全國通用）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 微專題44 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律加練半小時（含解析）

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.某課外活動小組利用豎直上拋運(yùn)動“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”：(1)某同學(xué)用20分度游標(biāo)卡尺測量小球的直徑，讀數(shù)如圖1甲所示，小球直徑為_cm.用圖乙所示的彈射裝置將小球豎直向上拋出，先后通過光電門A、B，計(jì)時裝置測出小球通過A、B的時間分別為2.55ms、5.15ms，由此可知小球通過光電門A、B時的速度分別為vA、vB，其中vA_m/s.圖1(2)用刻度尺測出光電門A、B間的距離h，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，只需比較_與_是否相等就可以驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒(用題目中涉及的物理量符號來表示).(3)通過多次的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小球通過光電門A的時間越短，(2)中要驗(yàn)證的兩數(shù)值差別越大，試分析實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的主要原因是_.2.某同學(xué)用如圖2所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.一根細(xì)線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點(diǎn)，光電門固定在A的正下方.在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條.將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t可由計(jì)時器測出，取v作為鋼球經(jīng)過A點(diǎn)時的速度.記錄鋼球每次下落的高度h和計(jì)時器示數(shù)t，計(jì)算并比較鋼球在釋放點(diǎn)和A點(diǎn)之間的勢能變化大小Ep與動能變化大小Ek，就能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒.圖2(1)用Epmgh計(jì)算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測量釋放時的鋼球球心到_之間的豎直距離A.鋼球在A點(diǎn)時的頂端B.鋼球在A點(diǎn)時的球心C.鋼球在A點(diǎn)時的底端(2)用Ekmv2計(jì)算鋼球動能變化的大小，用刻度尺測量遮光條寬度，示數(shù)如圖3所示，其讀數(shù)為_cm.某次測量中，計(jì)時器的示數(shù)為0.0100s，則鋼球的速度為v_m/s.圖3(3)下表為該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：Ep/(×102J)4.8929.78614.6915.5929.38Ek/(×102J)5.0410.115.120.029.8他發(fā)現(xiàn)表中的Ep與Ek之間存在差異，認(rèn)為這是由于空氣阻力造成的.你是否同意他的觀點(diǎn)？請說明理由._(4)請你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議._3.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)時器設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)裝置，如圖4所示.當(dāng)有不透光物體從光電門間通過時，光電計(jì)時器就可以顯示物體的擋光時間，所用的光電門傳感器可測的最短時間為0.01ms.將具有很好擋光效果的寬度為d3.8×103m的黑色磁帶水平貼在透明直尺上.實(shí)驗(yàn)時，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間ti與圖中所示的高度差hi，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4ti(103s)vi(m·s1)EkiMvi2Mv12hi(m)Mghi11.213.1321.153.310.58M0.060.58M31.003.782.24M0.232.25M40.954.003.10M0.323.14M50.904.224.01M0.41(1)從表格中數(shù)據(jù)可知，直尺上磁帶通過光電門的瞬時速度是利用vi求出的，請你簡要分析該同學(xué)這樣做的理由是_.(2)請將表格中的數(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)，下列Ekh圖象中正確的是_.答案精析1.(1)1.0204.0(2)gh(3)小球上升過程中受到空氣阻力的作用，速度越大，所受阻力越大解析(1)根據(jù)游標(biāo)卡尺讀數(shù)原理知題圖甲所示的小球直徑為d10mm0.05×4mm1.020cm.由于小球通過光電門的時間很短，可以用通過光電門的平均速度代替瞬時速度，由速度定義可知，vAm/s4.0m/s.(2)小球從A到B，重力勢能增加mgh，動能減少mvA2mvB2，則要驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，只需比較gh與是否相等即可.(3)小球通過光電門A的時間越短，說明小球速度越大.(2)中要驗(yàn)證的兩數(shù)值差越大，說明機(jī)械能損失越大，克服空氣阻力做功越大，阻力越大，這說明小球上升過程中受到空氣阻力的作用，速度越大，所受阻力越大.2.(1)B(2)1.50(1.491.51均可)1.50(1.491.51均可)(3)不同意，因?yàn)榭諝庾枇斐蒃k小于Ep，但表中Ek大于Ep.(4)分別測出光電門和球心到懸點(diǎn)的長度L和l，計(jì)算Ek時，將v折算成鋼球的速度vv.解析(2)讀數(shù)時要注意最小分度值是1毫米，要估讀到最小分度值的下一位，速度v1.50m/s.(3)因?yàn)榭諝庾枇箘幽艿脑黾恿縀k小于重力勢能的減少量Ep，但表中Ek大于Ep，所以不同意他的觀點(diǎn).(4)據(jù)題圖可看出，光電門計(jì)時器測量的是遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間，而此時遮光條經(jīng)過光電門時的速度比小球的速度大，因?yàn)樗鼈冏龅氖且詰尹c(diǎn)為圓心的圓周運(yùn)動，半徑不等，所以速度不能等同，而這位同學(xué)誤以為相同，從而給實(shí)驗(yàn)帶來了系統(tǒng)誤差.改進(jìn)方法：根據(jù)它們運(yùn)動的角速度相等，分別測出光電門和球心到懸點(diǎn)的長度L和l，計(jì)算Ek時，將v折算成鋼球的速度vv.3.(1)瞬時速度等于極短時間或極短位移內(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能的增加量(4)C5