高考物理一轮复习 第6章 机械能 微专题33 实验验证机械能守恒定律

我们在这里，召开私营企业家联谊会，借此机会，我代表成都市渝中工商局、渝中区私营企业协会，祝各位领导新年快乐、工作愉快、身体健康，祝各位企业家事业兴旺实验：验证机械能守恒定律 方法点拨要明确“谁”在“哪个过程”中机械能守恒，列出守恒方程，明确要测量的物理量1用如图1甲所示的实验装置验证机械能守恒定律实验时接通电源，质量为m2的重物从高处由静止释放，质量为m1的重物拖着纸带打出一系列的点，图乙是实验中打出的一条纸带，A是打下的第1个点，计数点E、F、G到A点距离分别为d1、d2、d3，每相邻两计数点的时间间隔为T，当地重力加速度为g.(以下所求物理量均用已知符号表示)图1(1)在打点A、B、C、D、E、F的过程中，系统动能的增加量Ek_，系统重力势能的减少量Ep_，比较Ek、Ep大小即可验证机械能守恒定律 图2(2)某同学根据纸带算出各计数点速度，并作出d图象，如图2所示，若图线的斜率k_，即可验证机械能守恒定律2某课外活动小组利用竖直上抛运动来验证机械能守恒定律：(1)某同学用20分度游标卡尺测量小球的直径，读数如图3甲所示，小球直径为_ cm.用图乙所示的弹射装置将小球竖直向上抛出，先后通过光电门A、B，计时装置测出小球通过A、B的时间分别为2.55 ms、5.15 ms，由此可知小球通过光电门A、B时的速度分别为vA、vB，其中vA_ m/s.图3(2)用刻度尺测出光电门A、B间的距离h，已知当地的重力加速度为g，只需比较_与_是否相等就可以验证机械能是否守恒(用题目中涉及的物理量符号来表示)(3)通过多次的实验发现，小球通过光电门A的时间越短，(2)中要验证的两数值差别越大，试分析实验中产生误差的主要原因是_3某小组同学用简易装置验证机械能守恒定律，他们找来一块平整且比较光滑的木板，从实验室借来打点计时器、刻度尺、小车和纸带他们把木板搭在台阶上如图4甲安装好实验器材，得到如图乙所示的一条纸带(1)在验证机械能是否守恒时，还需要测量台阶的高度h和木板的长度L，已知纸带上相邻两计数点之间的时间间隔为T，纸带上M、N两点间的数据，已知该组同学需要验证的机械能守恒的表达式为_(用题中所给物理量的字母表示)图4(2)在该实验中下列说法正确的是_A该实验中先接通电源，后释放小车B由于摩擦力对实验结果有影响，所以把木板搭在台阶上是为了平衡摩擦C由于阻力的存在，该实验中小车增加的动能一定小于小车减少的重力势能D在该实验中还需要用天平测量小车的质量4某同学利用如图5甲所示装置来验证机械能守恒定律，器材为：铁架台，约50 cm的不可伸长的细线，带孔的小铁球，光电门和计时器(可以记录挡光的时间)，量角器，刻度尺，游标卡尺实验前先查阅资料得到当地的重力加速度为g，再将细线穿过小铁球，悬挂在铁架台的横杆上，在小球轨迹的最低点安装好光电门，依次测量摆线的长度l，摆球的直径d，测量摆角，从静止开始释放小球，摆球通过光电门时记录时间t.图5(1)用50分度游标卡尺测量小球直径，刻度线如图乙(中间若干刻度线未画出)，则d_ cm.(2)若_等式在误差范围内成立，则验证了机械能守恒(用题中物理量符号表示)(3)除空气阻力以及量角器、刻度尺、游标卡尺测量产生的误差，再写出一个主要的误差来源：_.答案精析1(1)(m2m1)gd2(2)g解析(1)打F点时的速度vF，因为打A点时的速度为零，所以系统动能的增加量Ek(m1m2)v；系统重力势能的减少量Ep(m2m1)gd2.(2)根据系统机械能守恒定律可得(m2m1)gd(m1m2)v2，即在d图象中图线的斜率kg.2(1)1.0204.0(2)gh(3)小球上升过程中受到空气阻力的作用，速度越大，所受阻力越大解析(1)根据游标卡尺读数原理知题图甲所示的小球直径为d10 mm0.054 mm10.20 mm1.020 cm.由于小球通过光电门的时间很短，可以用通过光电门的平均速度代替瞬时速度，由速度定义式可知，vA m/s4.0 m/s.(2)小球从A到B，重力势能增加mgh，动能减少mvmv，则要验证机械能是否守恒，只需比较gh与是否相等即可(3)小球通过光电门A的时间越短，说明小球速度越大(2)中要验证的两数值差越大，说明机械能损失越大，克服空气阻力做功越大，阻力越大，这说明小球上升过程中受到空气阻力的作用，速度越大，所受阻力越大3(1)(2)AC解析(1)要验证小车下滑过程中机械能守恒，则需要确定小车减少的重力势能与增加的动能是否近似相等从打点计时器打下M点到打下N点过程中，小车重力势能减少量为EpMg(d2d3)，打点计时器打下M点时，小车的速度vM，同理打点计时器打下N点时，小车的速度vN，因此小车增加的动能为EkM(vv)，由机械能守恒定律有：EpEk，整理可得：.(2)使用打点计时器时需要先接通电源，后释放纸带，A项正确；此实验不需要平衡摩擦力，B项错误；整个过程中只有重力和阻力做功，合外力做的功使小车动能增加，由于阻力的存在，小车增加的动能一定小于减少的重力势能，C项正确；由(1)所得表达式可知，机械能守恒与否与小车质量无关，D项错4(1)2.058(2)g(l)(1cos )(3)光电门中心未完全与小球球心对齐(或细线在摆动过程中长度发生变化)解析(1)根据游标卡尺的读数规则知，游标卡尺的主尺读数为20 mm，而游标尺读数为290.02 mm，故游标卡尺的读数为(20290.02) mm2.058 cm.(2)若机械能守恒，小球应满足mg(l)(1cos )mv2，而小球通过光电门