高考物理一轮复习知能演练 实验六 验证机械能守恒定律 沪科版.doc

2013届高考物理一轮复习知能演练 实验六 验证机械能守恒定律 沪科版1. (2010高考安徽理综卷)图558利用图示装置进行验证机械能守恒定律的实验时, 需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带, 设计了以下四种测量方案. a. 用刻度尺测出物体下落的高度h, 并测出下落时间t, 通过vgt计算出瞬时速度vb. 用刻度尺测出物体下落的高度h, 并通过v计算出瞬时速度c. 根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度, 等于这点前后相邻两点间的平均速度, 测算出瞬时速度, 并通过h计算出高度d. 用刻度尺测出物体下落的高度h, 根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度, 测算出瞬时速度v以上方案中只有一种正确, 正确的是_. (填入相应的字母)解析: 选d.选项a、b、c中利用机械能守恒计算速度或高度的方法是不妥当的. 2. (2012宁波模拟)某同学在用落体法验证机械能守恒定律时, 进行了以下步骤: a. 把电磁打点计时器固定在铁架台上, 用导线将打点计时器接在低压交流电源上; b. 将连有重物的纸带穿过打点计时器的限位孔, 提稳纸带并将重物靠近打点计时器; c. 释放纸带, 然后接通电源开关, 打出一条纸带; d. 更换纸带, 重复b、c步骤, 选出点迹清晰符合要求的纸带; e. 用公式v求出速度, 验证机械能是否守恒. 以上的操作中, 你认为存在错误的步骤是_(只填步骤前序号). 解析: 应当先接通电源开关, 再释放纸带, 步骤c错误; 速度应通过实验测定, 而不能用公式v求出, 原因是若利用公式, 则说明物体下落的加速度等于重力加速度, 则机械能一定守恒, 失去了验证的意义, 所以步骤e错误. 答案: ce图5593. (2010高考课标全国卷)图559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)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)a. 米尺b. 秒表c. 012 v的直流电源d. 012 v的交流电源(2)实验中误差产生的原因有_. (写出两个原因)解析: (1)打点计时器使用的电源为交流电源, 故应选取012 v的交流电源, c错误, d正确; 利用米尺测量纸带上各点间的距离, a正确. 本实验中利用打点计时器作为计时工具, 所以不需要秒表, b错误. (2)实验误差的来源主要是纸带在下滑的过程中需要克服摩擦力做功, 以及用米尺测量数据时读数有误差. 答案: (1)ad(2)纸带和打点计时器之间有摩擦; 用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差4. “验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图5510所示的甲方案或乙方案来进行. 图5510(1)比较这两种方案, _(选填“甲”或“乙”)方案好些, 理由是_. (2)如图5511是该实验中得到的一条纸带, 测得每两个计数点间的距离如图所示, 已知每两个计数点之间的时间间隔t0.1 s, 物体运动的加速度a_; 该纸带是采用_(选填“甲”或“乙”)实验方案得到的. 简要写出判断依据_. 图5511(3)如图5512是采用甲方案得到的一条纸带, 在计算图中n点速度时, 几位同学分别用下列不同的方法进行, 其中正确的是()图5512a. vngntb. vnc. vn d. vng(n1)t解析: (1)机械能守恒的前提是只有重力做功, 实际操作的方案中应该使摩擦力越小越好, 所以甲方案好. (2)处理纸带数据时, 为了减小误差一般采用逐差法, 即a, 代入数值, 解得a4.8 m/s2(4.7 m/s24.9 m/s2均可). 该纸带是采用乙实验方案得到的, 这是因为物体运动的加速度比重力加速度小很多. (3)本实验中速度不可用vgt或v计算, 所以a、d错, b、c项正确. 答案: (1)甲甲方案中摩擦力较小(2)4.8 m/s2乙物体运动的加速度a4.8 m/s2g(3)bc5. 在“验证机械能守恒定律”的实验中, 已知电磁打点计时器所用的电源的频率为50 hz, 查得当地的重力加速度g9.80 m/s2, 测得所用的重物质量为1.00 kg.实验中得到的一条点迹清晰的纸带(如图5513所示), 把第一个点记为o, 另选连续的四个点a、b、c、d作为测量的点, 经测量知道a、b、c、d各点到o点的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.图5513(1)根据以上数据, 可知重物由o点运动到c点, 重力势能的减少量等于_j, 动能的增加量等于_j(取三位有效数字). (2)根据以上数据, 可知重物下落时的实际加速度a_m/s2, a_g(填“大于”或“小于”), 原因是_.解析: (1)由题意知重物由o点运动至c点, 下落的高度为hc77.76 cm0.7776 m, m1.00 kg, g9.80 m/s2, 所以重力势能的减少量为epmghc1.009.800.7776 j7.62 j.重物经过c点的即时速度vc可由下式求出vc又因为t0.02 s、od85.73 cm0.8573 m、ob70.18 cm0.7018 m所以vc m/s3.89 m/s故重物动能的增加量ek为ekmv1.00(3.89)2 j7.57 j.(2)根据cdab2at2, cdodoc, aboboa, 代入数据得a9.75 m/s2g.实验中重锤受空气阻力, 纸带受限位孔或打点计时器振针的阻力作用, 导致ag.答案: (1)7.627.57(2)9.75小于重锤受空气阻力, 纸带受限位孔或打点计时器振针的阻力6. 某同学做“验证机械能守恒定律”实验时不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了, 测出剩下的一段纸带上的各个点间的距离如图5514所示. 已知打点计时器的工作频率是50 hz, 重力加速度g9.8 m/s2.图5514(1)利用这段纸带说明重锤通过2、5两点时机械能守恒. (2)分析说明为什么得到的结果是重力势能减少量ep稍大于重锤动能的增加量ek.解析: (1)根据匀变速直线运动某一时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度, 可分别求得纸带上2、5两点的速度如下: v2m/s1.50 m/s, v5m/s2.08 m/s2、5两点间的距离: h25(3.23.64.0)102 m1.08101 m所以ekmvmv1.04m(j), ep1.06m(j)比较可得ep和ek近似相等, 即重锤减少的重力势能近似等于重锤增加的动能, 可以认为机械能守恒定律成立. (2)重锤下落的过程中要克服摩擦阻力做功, 从而损耗一部分机械能, 即ep稍大于ek.答案: 见解析7. (2012芜湖模拟)某实验小组利用如图5515所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒. 图5515(1)实验前需要调整气垫导轨底座使之水平, 利用现有器材如何判断导轨是否水平？_(2)如图5516所示, 用游标卡测得遮光条的宽度d_cm; 实验时将滑块从图所示位置由静止释放, 由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间t1.2102 s, 则滑块经过光电门时的瞬时速度为_m/s.在本次实验中还需要测量的物理量有: 钩码的质量m、_和_(文字说明并用相应的字母表示). 图5516(3)本实验通过比较_和_在实验误差允许的范围内是否相等(用测量的物理量符号表示), 从而验证系统的机械能守恒. 解析: (1)接通气源, 将滑块静置于气垫导轨上(不挂钩码), 若滑块基本保持静止, 则说明导轨是水平的(或取下钩码, 轻推滑块, 滑块基本能做匀速直线运动). (2)0.52; vm/s0.43 m/s; 滑块质量m, 滑块移动的位移s.(3)钩码的重力势能的减小量mgs, 钩码和滑块的动能增加量之和(mm)2.答案: 见解析8. (创新实验探究)图5517某同学利用如图5517所示的实验装置验证机械能守恒定律. 弧形轨道末端水平, 离地面的高度为h.将钢球从轨道的不同高度h处由静止释放, 钢球的落点距轨道末端的水平距离为s.(1)若轨道完全光滑, s2与h的理论关系应满足s2_(用h、h表示). (2)该同学经实验测量得到一组数据, 如下表所示: h(101m)2.003.004.005.006.00s2(101m2)2.623.895.206.537.78请在图5518所示的坐标纸上作出s2h关系图. 图5518(3)对比实验结果与理论计算得到的s2h关系图线(图中已画出), 自同一高度静止释放的钢球, 水平抛出的速率_(填“小于”或“大于”)理论值. (4)从s2h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著, 你认为造成上述偏差的可能原因是_. 解析: (1)根据机械能守恒定律, 可得离开轨道时速度为v, 由平抛运动知识可求得时间为t , 可得svt, 从而s24hh.(2)依次描点, 连线, 如图所示. 注意不要画成折线. (3)从图中看, 同一h时的s2值, 理论值明显大于