2020年高考物理考点练习7.12 气垫导轨验证机械能守恒定律(解析版).doc
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1、2020年高考物理100考点最新模拟题千题精练(物理实验)第七部分 力学实验专题7.12 气垫导轨验证机械能守恒定律1(2019洛阳二模)某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置如图甲所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B,滑块P上固定一遮光条,若光线被遮光条遮挡,光电传感器会输出一定电压,两光电传感器与计算机相连滑块在细线的牵引下向左加速运动,遮光条经过光电传感器A、B时,通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图象。(1)实验前,接通气源,将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上,轻推滑块,当图乙中的t1_t2 (选填m“=”或“”)时,说明气垫导轨
2、已经水平。(2)用螺旋测微器测遮光条宽度d测量结果如图丙所示,则d=_mm。(3)滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码Q相连,将滑块P由图甲所示位置释放,通过计算机得到的图象如图乙所示若t1、t2和d已知,重力加速度为g,要验证滑块和钩码组成的系统机械能是否守恒,还应测出两光电门间距离L和_(写出物理量的名称及符号)。(4)若上述物理量间满足关系式_,则表明在上述过程中,滑块和钩码组成的系统机械能守恒。【参考答案】【命题意图】本题考查利用气垫导轨验证机械能守恒定律实验及其相关知识点。【实验攻略】用测量的物理量表示出钩码Q减小的重力势能和滑块和钩码增加的动能,若两者相等,则表明在
3、上述过程中,滑块和钩码组成的系统机械能守恒。【解题思路】(1)实验前,接通气源,将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上,轻推滑块,当图乙中的t1=t2时,说明滑块做匀速直线运动,则气垫导轨已经水平。(2)根据螺旋测微器的读数规则,遮光条宽度d=8mm+0.474mm=8.474mm。(3)要验证滑块和钩码组成的系统机械能是否守恒,需要得到钩码Q减小的重力势能等于滑块和钩码增加的动能,因此还应测出两光电门间距离L和滑块质量M。(4)滑块通过两个光电门的速度分别为v1=,v2=,滑块通过两个光电门的过程中,钩码Q减小的重力势能为mgL,滑块和钩码增加的动能为(M+m) v22-(M+m) v12=(M+
4、m)()2-(M+m) ()2,若上述物理量间满足关系式mgL=(M+m)()2-(M+m) ()2,则表明在上述过程中,滑块和钩码组成的系统机械能守恒。2.(2019云南楚雄州姚安一中期末)为了“验证机械能守恒定律”,某学生想利用气垫导轨和光电门及质量为m的小车来进行实验,如图所示,他将长为L、原来已调至水平的气垫导轨的左端垫高H,在导轨上的两点处分别安装光电门A和B,然后将小车从导轨上端释放,光电门自动记录小车经过A、B光电门时,车上挡光片的挡光时间t1、t2,用游标卡尺测得挡光片宽度为d。(1)要验证小车在运动过程中机械能守恒,还必须测出_。(2)本实验验证机械能守恒定律的原理式为_。(
5、用上面已知测量量和还必须测出的物理量的符号表示)【参考答案】.两光电门之间的距离l 2g=()2-()2【名师解析】(1)根据v2-v02=2ax可知,还需要测出两光电门之间的距离l。(2)重力势能的减少量为:Ep=mglsin=mglH/L,动能增加量为:EK=mvB2-mvA2=m()2-m()2,需要验证Ep=Ek,可得需要验证的表达式为:2g=()2-()2。故答案为:(1)两光电门之间的距离l;(2)2g=()2-()2。3.(2018黑龙江齐齐哈尔一模)某同学用气垫导轨验证机械能守恒定律,在气垫导轨的滑块上装上一个挡光片和一个方盒,测得滑块、方盒及挡光片的总质量为M,气垫导轨的右端
6、固定一个定滑轮,细线绕过定滑轮,一端与滑块相连,另一端挂有6个钩码,每个钩码的质量为m,当地的重力加速度为g。(桌面足够高)(1)先用游标卡尺测出挡光片的宽度,读数如图所示,则宽度d= mm。(2)实验前应先调节气垫导轨水平,方法是:取下砝码,接通气垫导轨装置的电源,调节导轨下面的螺母,若滑块放在气垫导轨上任意位置都能 ,则导轨水平。 (3)先挂上6个钩码,将横跨由某一固定位置由静止释放,滑块上的挡光片通过光电门的时间为t,则滑块通过光电门的速度为 (用题中所给字母表示)。(4)每次将1个钩码移放到滑块上的方盒中,滑块均由同一位置由静止释放,重复实验,记录每次悬挂钩码的个数n及挡光片通过光电门
7、的时间t,在坐标纸上作出n图象,如图所示。要验证机械能守恒定律,还需要测量的物理量是 。设此物理量的测量值为x,要验证机械能守恒定律,在误差允许的范围内,作出的图象斜率k= 。【参考答案】(1)5.20 (2)保持静止 (3)d/t (4)滑块开始滑动时挡光片到光电门的距离 【名师解析】(1)根据游标卡尺读数规则,游标卡尺读数d=5mm+40.05mm=5.20mm(2)调节气垫导轨水平时,通过调节导轨下面的螺母,使滑块放在气垫导轨上任意位置都能保持静止,则导轨调节水平。(3)根据速度的定义可知,滑块通过光电门的速度为v=。(4)要验证机械能守恒定律,还需要测量的物理量是滑块开始滑动时挡光片到
8、光电门的距离。根据机械能守恒定律,nmgx=(M+6m)( )2,解得n=。因此要验证机械能守恒定律, n图象为一条过原点的倾斜直线。设需要测量的物理量的测量值为x,要验证机械能守恒定律,在误差允许的范围内,作出的图象斜率k=。4、(2018江西赣州14县联考)实验小组的同学做“验证机械能守恒定律”的实验。量角器中心O点和细线的一个端点重合,并且固定好;细线另一端系一个小球,当小球静止不动时,量角器的零刻度线与细线重合,在小球所在位置安装一个光电门。实验装置如图所示。本实验需要测的物理量有:小球的直径d,细线长度L,小球通过光电门的时间t,小球由静止释放时细线与竖直方向的夹角为。(1)除了光电
9、门、量角器、细线外,还有如下器材可供选用:A直径约2 cm的均匀铁球 B直径约5 cm的均匀木球C天平 D时钟E最小刻度为毫米的米尺 F游标卡尺实验小组的同学选用了最小刻度为毫米的米尺,他们还需要从上述器材中选择_(填写器材前的字母标号)。(2)测出小球的直径为d,小球通过光电门的时间为t,可得小球经过最低点的瞬时速度v=_。测小球直径时游标尺位置如下图所示,用精确度为0.1mm的游标卡尺测得一物体的长度为1.34cm,这时候游标尺上的第 条刻度线与主尺上的 mm刻度线对齐(3)若在实验误差允许的范围内,满足_,即可验证机械能守恒定律(用题给字母v、L、d、表示,当地重力加速度为g)。(4)通
10、过改变小球由静止释放时细线与竖直方向的夹角,测出对应情况下,小球通过光电门的速度v,为了直观地判断机械能是否守恒,应作_图象。【参考答案】、(1)AF (2); 4 ; 17(3) (漏d得1分) (4)【名师解析】(1)利用摆球法做“验证机械能守恒定律”的实验,为减小空气阻力的影响,应该选用密度大、体积小的铁球,即选用直径约2 cm的均匀铁球A;测量铁球通过光电门的时间,需要采用游标卡尺测量铁球直径,因此选用游标卡尺F。(2)小球经过最低点的瞬时速度v=;用精确度为0.1mm的游标卡尺测得一物体的长度为1.34cm,这时候游标尺上的第4条刻度线与主尺上的17 mm刻度线对齐(3)摆球重力势能
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