2019届高考物理第五单元机械能题组层级快练26实验：验证机械能守恒定律新人教版.docx

题组层级快练(二十六)1(2017山东模拟)利用如图甲所示的实验装置探究重锤下落过程中动能与重力势能的转化问题，实验操作步骤如下：A按实验要求安装好实验装置；B使重锤靠近打点计时器；C同时接通电源和释放纸带，打点计时器在纸带上打下一系列的点；D重复上述实验步骤，得到多条纸带，从中选取一条符合实验要求的纸带，O点为打点计时器打下的第一点，分别测出若干连续点A、B、C与O点之间的距离(1)上述操作中错误的一项是_，应该改为_；(2)已知打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz，重锤质量为m0.1 kg，重力加速度g9.8 m/s2，纠正实验操作中错误后，得到一条较为理想的纸带如图乙所示，O点为打点计时器打下的第一点，分别测得点A、B、C与O点之间的距离h119.20 cm，h223.23 cm，h327.65 cm，则打点计时器打B点时重锤下落的速度大小为_ m/s，打点计时器从打O点到打B点的过程中，重锤增加的动能为_ J，减少的重力势能为_ J(结果均保留两位小数)答案(1)C先接通电源，后释放纸带(2)2.120.220.23解析(1)上述操作中错误的一项是C，应先给打点计时器通电打点，后释放纸带，如果同时接通电源和释放纸带，由于小车运动较快，不利于数据的采集和处理，无法得到物体完整的运动情况，会对实验产生较大的误差(2)xAC27.65 cm19.20 cm(27.6519.20)102 m；hOB23.23 cm23.23102 m根据匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，有：vB102 m/s2.12 m/s；根据题意可知，动能的增量为：EkmvB200.12.122 J0.22 J；重力做功等于重力势能的减小量，因此有：EpmghOB0.19.80.2323 J0.23 J.2.某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律，频闪仪每隔0.05 s闪光一次，如图所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取9.8 m/s2，小球质量m0.2 kg，结果保留3位有效数字)时刻t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5_ m/s.(2)从t2到t5时间内，重力势能增量Ep_ J，动能减少量Ek_ J.(3)在误差允许的范围内，若Ep与Ek近似相等，即可验证机械能守恒定律由上述计算得Ep_Ek(选填“”“”或“”)，造成这种结果的主要原因是_ _答案(1)3.48(2)1.241.28(3)存在空气阻力解析(1)v5102 m/s3.48 m/s.(2)重力势能的增量Epmgh，代入数据可得Ep1.24 J，动能减少量为Ekmv22mv52，代入数据可得Ek1.28 J.(3)由计算可得EpEk，主要是由于存在空气阻力3(2016北京)利用图1装置做“验证机械能守恒定律”实验为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的()A动能变化量与势能变化量B速度变化量和势能变化量C速度变化量和高度变化量除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是()A交流电源B刻度尺C天平(含砝码)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图2所示的一条纸带在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC.已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T.设重物的质量为m.从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量Ep_，动能变化量Ek_大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是_A利用公式vgt计算重物速度B利用公式v计算重物速度C存在空气阻力和摩擦力阻力的影响D没有采用多次实验取平均值的方法某同学想用下述方法研究机械能是否守恒，在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2h图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，请你分析论证该同学的判断是否正确答案AABmghB，m()2C该同学的判断依据不正确解析根据机械能守恒定律，可得mghmv20，故需要比较动能变化量与势能变化量，A项正确；电磁打点计时器使用的是交流电源，故A项正确；因为在计算重力势能变化量时，需要用到纸带上两点之间的距离，所以还需要刻度尺，故B项正确；根据mghmv20可得等式两边的质量抵消，故不需要天平，C项错误；重力势能改变量为EpmghB，由于下落过程中是匀变速直线运动，所以根据中间时刻速度规律可得B点的速度为vB，所以EkmvB2m()2；实验过程中存在空气阻力，纸带运动过程中存在摩擦力，C项正确；该同学的判断依据不正确，在重物下落h的过程中，若阻力f恒定，根据mghfhmv20v22(g)h可知，v2h图像就是过原点的一条直线要想通过v2h图像的方法验证机械能是否守恒，还必须看图像的斜率是否接近2g.4(2017连云港模拟)某同学利用如图所示装置来验证机械能守恒定律，光滑的圆弧轨道半径为R，O为圆心，A、B分别为轨道上的两点已知OA水平，OB竖直，在B点装有一压力传感器(1)若某次将质量为m的小球从A静止释放，测得运动到B时对轨道的压力为F，已知重力加速度为g.则在这一过程中小球重力势能的减少量为_，小球动能的增加量为_(2)实验中若发现小球的重力势能减少量略大于小球动能增加量，请你写出一条可能的原因_答案(1)mgR(2)小球运动需要克服空气阻力做功解析(1)从A到B，小球重力势能的减小量EpmgR，小球运动到B时对轨道的压力为F，根据牛顿第二定律得，Fmgm，则小球动能的增加量Ek(Fmg)R.(2)实验中若发现小球的重力势能减少量略大于小球动能增加量，原因是小球运动需要克服空气阻力做功5.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)除了光电门、量角器、细线外，实验室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_(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(用题给字母表示，当地重力加速度为g)(4)通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_图像答案(1)AF(2)(3)g(1)(1cos)(4)v2cos解析(1)验证机械能守恒，小球应选择质量大一些，体积小一些，故选直径约2 cm的均匀铁球；实验中不需要测量小球的质量，不需要天平，小球通过光电门的时间可以直接得出，不需要时钟，实验中需测量下降的高度以及小球的直径，则需要毫米刻度尺以及游标卡尺，故选AF.(2)根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度知，小球经过最低点的速度v.(3)重力势能的减小量Epmg(1)(1cos)，动能的增加量Ekmv2m，当小球的机械能守恒，有：g(1)(1cos).(4)当机械能守恒时有：mv2mg(1)(1cos)，为了直观地判断机械能是否守恒，作出的图线应为线性图线，即应作v2cos图像6.(2017商丘三模)小明同学利用如图所示的装置来验证机械能守恒定律A为装有挡光片的钩码，总质量为M，挡光片的挡光宽度为b，轻绳一端与A相连，另一端跨过光滑轻质定滑轮与质量为m(mM)的重物B相连他的做法是：先用力拉住B，保持A、B静止，测出A的挡光片上端到光电门的距离h；然后由静止释放B，A下落过程中经过光电门，光电门可测出挡光片的挡光时间t，算出挡光片经过光电门的平均速度，将其视为A下落h(hb)时的速度，重力加速度为g.(1)在A从静止开始下落h的过程中，验证以A、B、地球所组成的系统机械能守恒定律的表达式为_(用题目所给物理量的符号表示)；(2)由于光电门所测的平均速度与物体A下落h时的瞬时速度间存在一个差值v，因而系统减少的重力势能_系统增加的动能(选填“大于”或“小于”)；(3)为减小上述v对结果的影响，小明同学想到了以下一些做法，其中可行的是_A保持A下落的初始位置不变，测出多组t，算出多个平均速度然后取平均值B减小挡光片上端到光电门的距离hC增大挡光片的挡光宽度bD适当减小挡光片的挡光宽度b(4)若采用本装置测量当地的重力加速度g，则测量值_真实值(选填“大于”、“等于”或“小于”)答案(1)(Mm)gh(Mm)()2(2)大于(3)D(4)小于解析(1)系统重力势能的减小量为：Ep(Mm)gh，物块经过光电门的瞬时速度为：v，则系统动能的增加量为：Ek(Mm)v2(Mm)()2.则机械能守恒的表达式为：(Mm)gh(Mm)()2.(2)光电门测出的平均速度是挡光片通过光电门过程中中间时刻的瞬时速度，此时下降的高度小于h，则系统减少的重力势能大于系统增加的动能(3)为减小上述v对结果的影响，可以减小挡光片的宽度，使得平均速度更接近瞬时速度，故D项正确(4)由于阻力的影响，重力加速度的测量值小于真实值7(2017湖南二模)某同学利用图示装置，验证以下两个规律：两物块通过不可伸长的细绳相连接，沿绳方向分速度大小相等；系统机械能守恒P、Q、R是三个完全相同的物块，上面固定有相同的遮光片，P、Q用细绳连接，放在水平气垫导轨上物块R系在细绳正中间，三个光电门分别放置于a、b、c处，调整三个光电门的位置，能实现同时遮光最初细线水平，现将三个物块由静止释放(忽略R上的挡光片到系绳点的距离)(1)为了能完成实验目的，除了记录P、Q、R三个遮光片的遮光时间t1、t2、t3外，还必需测量的物理量有_(多选)；AP、Q、R的质量MB两个定滑轮间的距离dCR的遮光片到c的距离HD遮光片的宽度x(2)经过测量发现t1t2，若要验证物块R沿绳方向分速度与物块P速度大小相等，则验证表达式为_；(3)若已知当地重力加速度g，则验证系统机械能守恒的表达式为_答案(1)BCD (2) (3)gHx2()解析(1)要证明，需要测量d和H，通过几何关