2018年秋东方思维高三物理第一轮复习课时跟踪练：第五章第六讲实验六：验证机械能守恒定律 Word版含解析.pdf

第五章第五章 机械能机械能 第六讲第六讲 实验六：验证机械能守恒定律实验六：验证机械能守恒定律 课时跟踪练课时跟踪练 1(2018·郴州模拟郴州模拟)如图所示为“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、电磁打点计时器、纸 带、带铁夹的重锤、天平回答下列问题： 如图所示为“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、电磁打点计时器、纸 带、带铁夹的重锤、天平回答下列问题： (1)(多选多选)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有 _(填入正确选项前的字母填入正确选项前的字母) A米尺 米尺 B秒表秒表 C012 V 的直流电源的直流电源 D012 V 的交流电源的交流电源 (2)实验中误差产生的原因有实验中误差产生的原因有_(写出两个 原因 写出两个 原因) 解析：解析：(1)需要米尺来测量纸带上的点之间的距离，电磁打点计 时器需用交流电源，故 需要米尺来测量纸带上的点之间的距离，电磁打点计 时器需用交流电源，故 A、D 正确正确 (2)纸带与电磁打点计时器之间存在摩擦力；测量两点之间 距离时的读数有误差；计算势能变化时，选取的两点距离过近； 交流电源频率不稳定 纸带与电磁打点计时器之间存在摩擦力；测量两点之间 距离时的读数有误差；计算势能变化时，选取的两点距离过近； 交流电源频率不稳定(选取两个原因即可)选取两个原因即可) 答案：答案：(1)AD (2)见解析见解析 2(2018·邵阳模拟邵阳模拟)如图甲是“验证机械能守恒定律”的实 验小圆柱由一根不可伸长的轻绳拴住，轻绳另一端固定将轻绳拉 至水平后由静止释放 在最低点附近放置一组光电门， 测出小圆柱运 动到最低点的挡光时间 如图甲是“验证机械能守恒定律”的实 验小圆柱由一根不可伸长的轻绳拴住，轻绳另一端固定将轻绳拉 至水平后由静止释放 在最低点附近放置一组光电门， 测出小圆柱运 动到最低点的挡光时间t， 再用游标卡尺测出小圆柱的直径， 再用游标卡尺测出小圆柱的直径 d， 如图 乙所示，重力加速度为 ， 如图 乙所示，重力加速度为 g.则则 (1)小圆柱的直径小圆柱的直径 d_cm. (2)测出悬点到圆柱重心的距离测出悬点到圆柱重心的距离 l，若等式，若等式 gl_成立， 说明小圆柱下摆过程机械能守恒 成立， 说明小圆柱下摆过程机械能守恒 (3)若在悬点若在悬点 O 安装一个拉力传感器，测出绳子上的拉力安装一个拉力传感器，测出绳子上的拉力 F，则 要验证小圆柱在最低点的向心力公式还需要测量的物理量是 ，则 要验证小圆柱在最低点的向心力公式还需要测量的物理量是 _(用 文 字 和 字 母 表 示用 文 字 和 字 母 表 示 )， 若 等 式， 若 等 式 F _成立，则可验证小圆柱在最低点的向心力公式成立，则可验证小圆柱在最低点的向心力公式 解析：解析：(1)小圆柱的直径小圆柱的直径 d10 mm2××0.1 mm10.2 mm1.02 cm. (2)根据机械能守恒定律得根据机械能守恒定律得 mgl mv2， 所以只需验证， 所以只需验证 gl v2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 ，就说明小圆柱下摆过程中机械能守恒，就说明小圆柱下摆过程中机械能守恒 ( d d t t) 2 2 (3)若测量出小圆柱的质量若测量出小圆柱的质量 m， 则在最低点由牛顿第二定律得， 则在最低点由牛顿第二定律得 F mgm，若等式，若等式 Fmg成立，则可验证小圆柱在最低点的成立，则可验证小圆柱在最低点的 v v2 l l m md d2 2 l lt t2 2 向心力公式向心力公式 答案：答案：(1)1.02 (2) (3)小圆柱的质量小圆柱的质量 m mg 1 1 2 2( d d t t) 2 2 m md d2 2 l lt t2 2 3在“验证机械能守恒定律”的实验中，使质量在“验证机械能守恒定律”的实验中，使质量 m200 g 的重 物自由下落， 打点计时器在纸带上打出一系列的点， 选取一条符合实 验要求的纸带如图所示 的重 物自由下落， 打点计时器在纸带上打出一系列的点， 选取一条符合实 验要求的纸带如图所示O 为纸带下落的起始点，为纸带下落的起始点，A、B、C 为纸带 上选取的三个连续的点已知打点计时器每隔 为纸带 上选取的三个连续的点已知打点计时器每隔 T0.02 s 打一个点， 当地的重力加速度为 打一个点， 当地的重力加速度为 g 取取 9.8 m/s2，那么：，那么： (1)计算计算 B 点瞬时速度时， 甲同学采用点瞬时速度时， 甲同学采用 v 2gxOB， 乙同学采用， 乙同学采用 vB 2 2B B ，其中，其中_(选填“甲”或“乙”选填“甲”或“乙”)同学所选择的方法更符合同学所选择的方法更符合 x xA AC C 2 2T T 实验的要求实验的要求 (2)在计算重力势能时，关于重力加速度在计算重力势能时，关于重力加速度 g 的数值，丙同学用当 地的实际重力加速度代入，丁同学通过对纸带上的数据进行分析计 算，用纸带下落的加速度代入，其中 的数值，丙同学用当 地的实际重力加速度代入，丁同学通过对纸带上的数据进行分析计 算，用纸带下落的加速度代入，其中_(选填“丙”或“丁”选填“丙”或“丁”) 同学的做法是正确的同学的做法是正确的 (3)某同学想根据纸带上的测量数据进一步计算重物和纸带下落 过程中所受到的阻力， 他先算纸带下落的加速度， 进而算出阻力 某同学想根据纸带上的测量数据进一步计算重物和纸带下落 过程中所受到的阻力， 他先算纸带下落的加速度， 进而算出阻力 Ff _ N(保留一位有效数字保留一位有效数字) 解析 ：解析 ： 由该实验的原理可知，实验中的速度不能用自由落体运动 规律来计算， 因此乙同学的方法更符合实验要求 由于要验证机械能 守恒定律，因此要代入当地的重力加速度，而不是纸带的加速度，所 以丙同学的做法正确 ； 由牛顿运动定律结合纸带中得到的实际加速度 可以计算出阻力 由该实验的原理可知，实验中的速度不能用自由落体运动 规律来计算， 因此乙同学的方法更符合实验要求 由于要验证机械能 守恒定律，因此要代入当地的重力加速度，而不是纸带的加速度，所 以丙同学的做法正确 ； 由牛顿运动定律结合纸带中得到的实际加速度 可以计算出阻力 答案：答案：(1)乙 乙 (2)丙 丙 (3)0.06 4(2018·青岛模拟青岛模拟)在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学 按照正确的操作选得纸带如图所示其中 在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学 按照正确的操作选得纸带如图所示其中 O 是起始点，是起始点，A、B、C 是是 打点计时器连续打下的打点计时器连续打下的 3 个点， 电源频率为个点， 电源频率为 50 Hz.该同学用毫米刻度 尺测量 该同学用毫米刻度 尺测量 O 到到 A、B、C 各点的距离，并记录在图中各点的距离，并记录在图中(单位单位 cm) (1)这三个数据中不符合读数要求的是这三个数据中不符合读数要求的是_，应记作，应记作 _cm. (2)该同学用重锤在该同学用重锤在 OB 段的运动来验证机械能守恒， 已知当地的 重力加速度 段的运动来验证机械能守恒， 已知当地的 重力加速度 g9.80 m/s2，他用，他用 AC 段的平均速度作为跟段的平均速度作为跟 B 点对应的 物体的瞬时速度， 则该段重锤重力势能的减少量为 点对应的 物体的瞬时速度， 则该段重锤重力势能的减少量为_， 而动能 的增加量为 ， 而动能 的增加量为_(均保留三位有效数字，重锤质量用均保留三位有效数字，重锤质量用 m 表示表示)， 这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量 ， 这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量_动能的增加 量，原因是 动能的增加 量，原因是_ 解析 ：解析 ： (1)本实验测量长度用的是毫米刻度尺，故三个数据中本实验测量长度用的是毫米刻度尺，故三个数据中 15.7 是不合理的，应记做是不合理的，应记做 15.70，最后一位是估读，最后一位是估读 (2)O 点到点到 B 点的距离点的距离 h12.54 cm，故减少的势能，故减少的势能Epmgh 1.23m；计算；计算 O 点到点到 B 点的动能增加量，应先计算出点的动能增加量，应先计算出 B 点的瞬时速 度 点的瞬时速 度 vB，由题图可知，由题图可知 vB m/s1.547 5 m/s， x xA AC C 2 2T T 0 0. .1 15 57 7 0 00.095 1 2 ×× 0.02 故故Ek mv 1.20m. 1 1 2 2 2 2B B 由以上数据可知由以上数据可知EpEk， 其原因在于纸带与限位孔之间有摩 擦或空气阻力对实验也带来影响 ， 其原因在于纸带与限位孔之间有摩 擦或空气阻力对实验也带来影响 答案：答案：(1)15.7 15.70 (2)1.23m 1.20m 大于 大于 有阻力做 负功 有阻力做 负功 5(2018·太原模拟太原模拟)某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实 验中，提出了如图所示的甲、乙两种方案 ： 甲方案为用自由落体运动 进行实验，乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验 验中，提出了如图所示的甲、乙两种方案 ： 甲方案为用自由落体运动 进行实验，乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验 图甲 图乙 图甲 图乙 (1)组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析，最终确定了一 个大家认为误差相对较小的方案，你认为该小组选择的方案是 组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析，最终确定了一 个大家认为误差相对较小的方案，你认为该小组选择的方案是 _，理由是，理由是_ (2)若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图丙所示，相邻 两点之间的时间间隔为 若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图丙所示，相邻 两点之间的时间间隔为 0.02 s， 请根据纸带计算出， 请根据纸带计算出 B 点的速度大小为点的速度大小为 _m/s(结果保留三位有效数字结果保留三位有效数字) 图丙图丙 (3)该小组内同学根据纸带算出了相应点的速度，作出该小组内同学根据纸带算出了相应点的速度，作出 v2h 图线 如 图 丁 所 示 ， 请 根 据 图 线 计 算 出 当 地 的 重 力 加 速 度 图线 如 图 丁 所 示 ， 请 根 据 图 线 计 算 出 当 地 的 重 力 加 速 度 g _m/s2(结果保留两位有效数字结果保留两位有效数字) 图乙图乙 解析：解析：(1)采用乙方案时，由于小车与斜面间存在摩擦力的作用， 且不能忽略， 所以小车在下滑的过程中机械能不守恒， 故乙方案不能 用于验证机械能守恒定律 采用乙方案时，由于小车与斜面间存在摩擦力的作用， 且不能忽略， 所以小车在下滑的过程中机械能不守恒， 故乙方案不能 用于验证机械能守恒定律 (2)vB m/s （ （12.406.93） ） ×× 10 2 0 0. .0 04 4 1.37 m/s. (3)因为因为 mgh mv2， 1 1 2 2 所以所以 g k，k 为图线的斜率，求得为图线的斜率，求得 g9.8 m/s2. 1 1 2 2v v 2 2 h h 1 1 2 2 答案：答案：(1)甲 理由见解析 甲 理由见解析 (2)1.37 (3)9.8 6(2018·吉林模拟吉林模拟)某同学利用如图甲所示的实验装置验证机械 能守恒定律 该同学经正确操作得到打点纸带， 在纸带后段每两个计 时间隔取一个计数点，依次为 某同学利用如图甲所示的实验装置验证机械 能守恒定律 该同学经正确操作得到打点纸带， 在纸带后段每两个计 时间隔取一个计数点，依次为 1、2、3、4、5、6、7，测量各计数点 到第一个点的距离 ，测量各计数点 到第一个点的距离 h， 并正确求出打相应点时的速度， 并正确求出打相应点时的速度 v.各计数点对应 的数据见下表： 各计数点对应 的数据见下表： 图甲图甲 计数点计数点1234567 h/m0.1240.1940.2790.3800.4970.6300.777 v/(m··s 1) 1.942.332.733.133.50 v2/(m2··s 2) 3.765.437.459.8012.3 请在如图乙所示的坐标系中，描点作出请在如图乙所示的坐标系中，描点作出 v2h 图线；由图线可知， 重锤下落的加速度 图线；由图线可知， 重锤下落的加速度 g_m/s2(保留三位有效数字保留三位有效数字)；若当地的 重力加速度 ；若当地的 重力加速度 g9.80 m/s2，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的 重锤机械能守恒的依据是 ，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的 重锤机械能守恒的依据是_ _. 图乙图乙 解析：解析：若机械能守恒，则满足若机械能守恒，则满足 v22gh，则，则 v2h 图线的斜率表示 当地的重力加速度的 图线的斜率表示 当地的重力加速度的 2倍， 所作的图线可求出斜率为倍， 所作的图线可求出斜率为19.5， 故， 故g9.75 m/s2，误差允许的范围内，误差允许的范围内 gg，故机械能守恒，故机械能守恒 答案：答案：如图所示 如图所示 9.75(9.699.79 均可均可) 图线为通过坐标原点的一条直线，所求图线为通过坐标原点的一条直线，所求 g与与 g 基本相等基本相等 7(2018·恩施模拟恩施模拟)某同学利用如图所示的气垫导轨装置验证系 统机械能守恒定律在气垫导轨上安装了两光电门 某同学利用如图所示的气垫导轨装置验证系 统机械能守恒定律在气垫导轨上安装了两光电门 1、2，滑块上固，滑块上固 定一遮光条，滑块用细线绕过轻质定滑轮与钩码相连定一遮光条，滑块用细线绕过轻质定滑轮与钩码相连 (1)实验时要调整气垫导轨水平不挂钩码和细线，接通气源， 如果滑块 实验时要调整气垫导轨水平不挂钩码和细线，接通气源， 如果滑块_， 则表示气垫导轨调整至水平状态则表示气垫导轨调整至水平状态 (2)(多选多选)不挂钩码和细线，接通气源，滑块从轨道右端向左运动 的过程中，发现滑块通过光电门 不挂钩码和细线，接通气源，滑块从轨道右端向左运动 的过程中，发现滑块通过光电门 1 的时间小于通过光电门的时间小于通过光电门 2 的时 间实施下列措施能够让导轨水平的是 的时 间实施下列措施能够让导轨水平的是_ A调节调节 P 使轨道左端升高一些使轨道左端升高一些 B调节调节 Q 使轨道右端降低一些使轨道右端降低一些 C遮光条的宽度应适当大一些遮光条的宽度应适当大一些 D滑块的质量增大一些滑块的质量增大一些 E气源的供气量增大一些气源的供气量增大一些 (3)实验时，测出光电门实验时，测出光电门 1、2 间的距离间的距离 L，遮光条的宽度，遮光条的宽度 d，滑 块和遮光条的总质量 ，滑 块和遮光条的总质量 M，钩码质量，钩码质量 m.由数字计时器读出遮光条通过 光电门 由数字计时器读出遮光条通过 光电门 1、2 的时间的时间 t1、t2，则系统机械能守恒成立的表达式是，则系统机械能守恒成立的表达式是 _ 解析 ：解析 ： 滑块从轨道右端向左运动的过程中，发现滑块通过光电门滑块从轨道右端向左运动的过程中，发现滑块通过光电门 1 的时间小于通过光电门的时间小于通过光电门 2 的时间，说明滑块加速向左运动，导轨右 端较高， 能够让导轨水平的是 ： 调节 的时间，说明滑块加速向左运动，导轨右 端较高， 能够让导轨水平的是 ： 调节 Q 使轨道右端降低一些或调节使轨道右端降低一些或调节 P 使轨道左端升高一些，选项使轨道左端升高一些，选项 A、B 正确根据机械能守恒定律，系统 重力势能减少量 正确根据机械能守恒定律，系统 重力势能减少量 mgL 应该等于动能增加量应该等于动能增加量 (mM) (mM) 1 1 2 2( d d t t1 1) 2 2 1 1 2 2 ， ( d d t t2 2) 2 2 即即 mgL (mM) (mM). 1 1 2 2( d d t t1 1) 2 2 1 1 2 2( d d t t2 2) 2 2 答案：答案：(1)能在气垫导轨上静止或做匀速运动或滑块经两个光电 门的时间相等 能在气垫导轨上静止或做匀速运动或滑块经两个光电 门的时间相等 (2)AB (3)mgL (mM) (mM) 1 1 2 2( d d t t1 1) 2 2 1 1 2 2( d d t t2 2) 2