高三物理一轮复习 跟踪演练 强化提升 实验六 验证机械能守恒定律.doc

实验六 验证机械能守恒定律跟踪演练强化提升【基础题组】1.(2017黄冈模拟)如图所示,两个质量各为m1和m2的小物块a和b,分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端,已知m1m2,现要利用此装置验证机械能守恒定律。(1)若选定物块a从静止开始下落的过程进行测量,则需要测量的物理量有_(填入选项前的编号)。绳子的长度;物块的质量m1、m2;物块运动所用的时间;物块a下落的距离。(2)为提高实验结果的准确程度,某小组同学对此实验提出以下建议:绳子越长越好;绳的质量要轻;两个物块的质量之差要尽可能小;尽量保证物块只沿竖直方向运动,不要摇晃。以上建议中确实对提高准确程度有作用的是_。【解析】(1)通过连接在一起的a、b两物块验证机械能守恒定律,即验证系统的势能变化与动能变化是否相等,a、b连接在一起,a下降的距离一定等于b上升的距离,a、b的速度大小总是相等的,故不需要测量绳子的长度,而需要测量物块的质量m1、m2,与物块a下落的距离及下落这段距离所用的时间或物块b上升的距离及上升这段距离所用的时间,故正确。(2)如果绳子较重,系统的重力势能就会有一部分转化为绳子的动能,造成实验误差;绳子不宜太长,越长的绳子,形变对实验的影响越大;m1、m2相差越大,整体所受阻力相对于合力对运动的影响越小;物块末速度v是根据匀变速直线运动求出的,故要保证物块在竖直方向运动。这些都是减小系统误差,提高实验准确程度的做法,故正确。答案:(1)(2)2.(2017南宁模拟)在验证机械能守恒定律的实验中,所用电源的频率为50hz。某同学选择了一条理想的纸带,用刻度尺测得各计数点到o点的距离(单位:mm),如图所示,图中o点是打点计时器打出的第一个点,a、b、c、d、e分别是每打两个点取出的计数点。导学号42722130(1)从下列选项中选出实验所必须的器材,其对应的字母为_。a.打点计时器(包括纸带)b.重锤c.天平d.毫米刻度尺e.秒表(或停表)f.小车(2)若重锤的质量为0.2kg,则重锤从开始下落到打b点时,减少的重力势能是_j,增加的动能是_j,得到的结论是_。(g取9.8m/s2,结果保留三位有效数字)【解析】(1)打点计时器(含纸带)、重锤是必须的,为了测量各计数点到o点的距离,需要毫米刻度尺,因为我们是比较mgh、12mv2的大小关系,故m可约去,不需要用天平,打点计时器本身可以记录时间,所以不需要秒表,实验用的是重锤,不需要运动小车,故选项a、b、d正确。(2)重锤从开始下落到打b点时,减少的重力势能ep=mgh=0.29.80.195j0.382j;b点的瞬时速度vb=xac2t=0.280 5-0.125 00.08m/s1.94m/s,增加的动能ek=12mvb2=120.21.942j0.376j;得到的结论是在误差允许范围内,重锤机械能守恒。答案:(1)a、b、d(2)0.3820.376在误差允许范围内,重锤机械能守恒3.(2017宿迁模拟)如图甲所示是验证机械能守恒定律的实验装置,重物的质量为m。实验时应先_(选填“接通电源”或“释放纸带”),在选定的纸带上依次取计数点a、b、c如图乙所示,相邻计数点间的时间间隔为t,且o为打下的第一个点,各计数点距o点距离如图乙所示。当打点计时器打下点b时,重物增加的动能表达式为_,重物减少的重力势能表达式为_ _。(已知重力加速度为g)【解析】如果先释放纸带后接通电源,有可能会出现重物已经拖动纸带运动一段距离,电源才被接通,那么纸带上只有很小的一段能打上点,大部分纸带上没有打上点,纸带的利用率太低,所以应当先接通电源,后释放纸带。计数点b的瞬时速度vb=d3-d12t,则重物动能的增加量为ek=12mvb2=12m(d3-d12t)2=m(d3-d1)28t2;重物重力势能的减少量为ep=mgd2。答案:接通电源m(d3-d1)28t2mgd2【能力题组】4.(2017成都模拟)探究小组利用传感器研究小球在摆动过程中的机械能守恒规律,实验装置如图甲所示,在悬点处装有拉力传感器,可记录小球在摆动过程中各时刻的拉力值,小球半径、摆线的质量和摆动过程中摆线长度的变化可忽略不计。实验过程如下:(1)测量小球质量m,摆线长l。(2)将小球拉离平衡位置在某一高度处无初速度释放,在传感器采集的数据中提取最大值为f,小球摆到最低点时动能的表达式为_(用上面给定物理量的符号表示)。(3)改变释放高度h,重复上述过程,获取多组摆动高度h与对应过程的拉力最大值f的数据,在f-h坐标系中描点连线。(4)通过描点连线,发现f与h成线性关系,如图乙所示,可证明小球摆动过程中机械能守恒。(5)根据f-h图线中数据,可知小球质量m=_kg,摆线长l=_m(计算结果保留两位有效数字,重力加速度g取10m/s2)。【解析】(2)小球摆到最低点时,根据牛顿第二定律得f-mg=mv2l,其动能为ek=12mv2,故小球摆到最低点时动能的表达式为ek=12(f-mg)l。(5)根据机械能守恒定律得mgh=12(f-mg)l,解得f=2mglh+mg,在f-h图象中,纵截距为1.00n,即mg=1.00n,解得m=0.10kg;图象的斜率k=2.5n/m2,解得l=0.80m。答案:(2)12(f-mg)l(5)0.100.805.(2017福州模拟)某同学利用如图甲所示装置探究平抛运动中机械能是否守恒。在斜槽轨道的末端b点处安装一个光电门,调节激光束与球心等高,斜槽末端水平。地面上依次铺有白纸、复写纸,让小球从斜槽上固定位置a点无初速度释放,通过光电门后落在地面的复写纸上,在白纸上留下打击印。多次重复实验,测得小球通过光电门的平均时间为2.50ms。(当地重力加速度g取9.8m/s2)(1)用游标卡尺测得小球直径如图乙所示,则小球直径为d=_mm,由此可知小球通过光电门的速度v。(2)实验测得斜槽离地面的高度h=0.441m,小球的平均落点p到斜槽末端正下方o点的距离x=0.591m,则由平抛运动规律解得小球平抛的初速度v0=_m/s。(3)在误差允许范围内,实验结果中小球通过光电门的速度v与由平抛运动规律求解的平抛初速度v0满足关系_,就可以认为平抛运动过程中机械能是守恒的。【解析】(1)游标卡尺主尺读数为0.5cm=5mm,游标尺上第0个刻度线与上面刻度线对齐,读数为00.05=0.00mm,故最终读数为5mm+0.00mm=5.00mm。(2)根据平抛运动规律有x=v0t,h=12gt2,联立并代入数据解得v0=1.97m/s。(3)在误差允许的范围内,测量出的速度v与由平抛运动规律求解的理论平抛初速度v0相等,则说明没有能量损失,机械能守恒。答案:(1)5.00(2)1.97(3)v=v06.某同学在资料中查得弹簧弹性势能表达式为ep=12kx2(k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量),他利用如图甲所示的装置进行实验,水平放置的弹射装置将质量为m的小球弹射出去,测出小球通过两个竖直放置的光电门的时间间隔为t,用刻度尺测出弹簧的压缩量为x,1、2光电门间距为l,则导学号42722131(1)小球射出时速度大小为v=_,弹簧弹性势能ep=_(用题中的字母表示)。(2)该同学改变弹簧压缩量x,多次进行实验,利用测得数据,画出如图乙所示ep与x2的关系图线,根据图线求得弹簧的劲度系数k=_。(3)由于重力作用,小球被弹射出去后运动轨迹会向下偏转,这对实验结果_(选填“有”或“无”)影响。【解析】(1)由图甲可知,弹簧在小球进入光电门之前就恢复形变,故其弹射速度为通过光电门的水平速度,v=lt,根据机械能守恒有ep=12mv2=ml22t2。(2)根据ep=12kx2得,0.03j=12k310-4m2,解得k=200n/m。(3)由于重力作用,小球被弹射出去后运动轨迹会向下偏转,由于重力不影响弹力做功的结果,有没有重力做功,小球的水平速度均不会变化,所以对实验结果无影响。答案:(1)ltml22t2(2)200n/m(3)无7.(2017沈阳模拟)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,沿绳分速度相等;系统机械能守恒。p、q、r是三个完全相同的物块,p、q用细绳连接,放在水平气垫桌上,物块r与轻滑轮连接,放在正中间,a、b、c是三个光电门,调整三个光电门的位置,能实现同时遮光,整个装置无初速度释放。(1)为了能完成实验,除了记录p、q、r上三个遮光片的遮光时间t1、t2、t3外,还必须测量的物理量有_。a.p、q、r的质量mb.两个定滑轮的距离dc.r的遮光片到c的距离hd.遮光片的宽度x(2)根据装置可以分析出p、q的速度大小相等,验证表达式为_。(3)若要验证物块r与物块p的沿绳分速度相等,则验证表达式为_。(4)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_。【解析】(1)验证系统机械能守恒,表达式是mgh=12mvp2+12mvq2+12mvr2,可知质量m可以约去,对实验结果不会有影响,因此不需要测量p、q、r的质量m,a错误;根据验证的表达式可知,与两个定滑轮的距离d无关,b错误;根据验证的表达式可知,需要测量r的遮光片到c的距离h,这样才能计算出系统减少的重力势能,c正确;根据验证的表达式可知,要测量p、q、r三个物块遮光片通过光电门的速度,因此需要测量遮光片的宽度x,速度v=xt,d正确。(2)物块p的速度vp=xt1,物块q的速度vq=xt2,因此分析出p、q的速度大小相等,需要验证表达式