导学教程高考物理总复习 第五章 机械能及其守恒定律 实验六 验证机械能守恒定律限时检测 新人教版.doc

实验六 验证机械能守恒定律1(2016太原调研)一位同学做“用自由落体运动验证机械能守恒定律”的实验。(1)现有下列器材可供选择：铁架台、电磁打点计时器及复写纸、纸带若干、46 v低压交流电源、天平、秒表、导线、电键、重锤。其中不必要的器材是：_；缺少的器材是_。(2)根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落的距离h，以v2/2为纵轴，以h为横轴画出的图线应是下图中的_。解析(1)“用自由落体运动验证机械能守恒定律”的实验中不需要测质量，而时间是由打点计时器打出的纸带测量的，要测速度还需要用刻度尺测出计数点间距，因此不必要的器材是天平、秒表，缺少的器材是毫米刻度尺。(2)由mghmv2得gh，因此画出的图线应该是c。答案(1)天平、秒表毫米刻度尺(2)c2 (2016长沙联考)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，图实9中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，结果保留三位有效数字)：时刻t2t3t4t5速度(ms1)5.595.084.58(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，重力势能增加量ep_j，动能减少量ek_j。 图实9(3)在误差允许的范围内，若ep与ek近似相等，从而验证了机械能守恒定律。由上述计算得ep_ek(选填“”“”或“”)，造成这种结果的主要原因是_。解析(1)v5 cm/s408 cm/s4.08 m/s。(2)由题给条件知：h25(26.6824.1621.66) cm72.5 cm0.725 m。epmgh250.29.80.725 j1.42 jekmvmv0.2(5.5924.082) j1.46 j。(3)由(2)中知epek，因为存在空气摩擦等原因，导致重力势能的增加量小于动能的减少量。答案(1)4.08(2)1.421.46 (3)原因见解析3(2016烟台模拟)如图实10甲所示是光电门传感器的示意图。它的一边是发射器，另一边是接收器，当光路被物体挡住的时候，它就开始计时，当光路再次恢复的时候，它就停止计时。这样就可以测出挡光片挡光的时间。某同学利用光电门传感器设计了一个研究小球下落过程中机械能是否守恒的实验。实验装置如图实10乙所示，图中a、b为固定在同一竖直线上的两个光电门传感器，实验时让半径为r的小球从某一高度处由静止释放，让小球依次从a、b两个光电门传感器的发射器和接收器之间通过，测得挡光时间分别为t1、t2。为了证明小球通过a、b过程中的机械能守恒，还需要进行一些实验测量和列式证明。图实10(1)选出下列还需要的实验测量步骤a测出a、b两传感器之间的竖直距离h1b测出小球释放时离桌面的高度hc用秒表测出运动小物体通过a、b两传感器的时间td测出小球由静止释放位置与传感器a之间的竖直距离h2(2)如果能满足_关系式，即能证明小球通过a、b过程中的机械能是守恒的。解析实验目的是验证机械能守恒，即验证表达式：mgh1mvmv成立，光电门传感器测速度的原理是利用平均速度来代替瞬时速度，可得vb，va，因此除了需要测量小球的直径以及记录挡光时间外，还需要计算重力势能的减小量，因此需要测量两个光电门之间的距离h1，如果能满足mgh1m()2m()2，即()2()2gh1，即能证明小球通过a、b过程中的机械能是守恒的。答案(1)a(2)()2()2gh14某同学想测出当地的重力加速度g，并验证机械能守恒定律。为了减小误差，他设计了一个实验如下：将一根长直铝棒用细线悬挂在空中(如图实11甲所示)，在靠近铝棒下端的一侧固定电动机m，使电动机转轴处于竖直方向，在转轴上水平固定一支特制笔n，借助转动时的现象，将墨汁甩出形成一条细线。调整笔的位置，使墨汁在棒上能清晰地留下墨线。启动电动机待转速稳定后，用火烧断悬线，让铝棒自由下落，笔在铝棒上相应位置留下墨线。图乙是实验时在铝棒上所留下的墨线，将某条合适的墨线a作为起始线，此后每隔4条墨线取一条计数墨线，分别记作b、c、d、e。该同学用刻度尺测出abs1、bcs2、cds3、des4，已知电动机的转速为3 000 r/min。图实11(1)相邻的两条计数墨线对应的时间间隔为t_s；(2)选取b、d两点来验证机械能守恒，此时的验证关系式为_(用题中涉及物理量符号表示)；(3)该同学计算出画各条墨线时的速度v，以为纵轴，以各条墨线到墨线a的距离h为横轴，描点连线，得出了如图丙所示的图象，据此图象_(选填“能”或“不能”)验证机械能守恒定律，图线不过原点的原因是_。解析(1)由于电动机的转速为3 000 r/min，则其频率为50 hz，所以每隔0.02 s特制笔n便在铝棒上画一条墨线，又每隔4条墨线取一条计数墨线，所以相邻计数墨线间的时间是0.1 s。(2)根据机械能守恒定律，重力势能减少量应该等于动能增加量，即g(s2s3)22。(3)铝棒下落过程中，只有重力做功，重力势能的减少量等于动能的增加量，即mghmv2，故图丙能验证机械能守恒定律；图线不过原点是因为起始计数墨线a对应的速度不为0。答案(1)0.1(2)g(s2s3)22(3)能a对应的速度不为05 (2014广东理综)某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系。(1)如图实12所示，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测得相应的弹簧长度，部分数据如下表，由数据算得劲度系数k_n/m。(g取9.8 m/s2)砝码质量(g)50100150弹簧长度(cm)8.627.636.66(2)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图实13所示；调整 图实12导轨，当滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小_。图实13 图实14(3)用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v，释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为_。(4)重复(3)中的操作，得到v与x的关系如图实14。由图可知，v与x成_关系，由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的_成正比。解析(1)由fkx得fkx，代入表中数据可得出k值。(2)滑块滑行过程中无摩擦阻力，自由滑动时导轨已调整到水平状态，故滑块此时匀速运动。(3)当不考虑空气阻力、摩擦等因素且导轨又调到水平状态时，释放滑块的过程中只涉及弹性势能与滑块的动能，即能量只在这两种形式的能量之间转化。(4)vx图线是过原点的直线，故vx。因epekmv2v2x2，故epx2。答案(1)49.550.5(2)相等(3)滑块的动能 (4)正比x26 (2016扬州调研)图实15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d，如图乙所示，重力加速度为g。则图实15(1)小圆柱的直径d_cm。(2)测出悬点到圆柱重心的距离l，若等式gl_成立，说明小圆柱下摆过程中机械能守恒。(3)若在悬点o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_(用文字和字母表示)。若等式f_成立，则可验证小圆柱在最低点的向心力公式。解析(1)小圆柱的直径d1.0 cm20.1 mm1.02 cm(2)根据机械能守恒定律得：mglmv2，所以只需验证glv22，就说明小圆柱下摆过程中机械能守恒。(3)若测量出小圆柱的质量m，则在最低点由牛顿第二定律得fmgm，若等式fmgm成立，则可验证小圆柱在最低点的向心力公式。答案(1)1.02(2)2(3)小圆柱的质量mmgm7 (2016徐州模拟)利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图实16甲所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨：导轨上a点处有一带长方形遮光条的滑块，其总质量为m，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连；遮光条两条长边与导轨垂直；导轨上b点有一光电门，可以测量遮光条经过光电门时的挡光时间t，用d表示a点到光电门b处的距离，b表示遮光条的宽度，将遮光条通过光电门的平均速度看作滑块通过b点时的瞬时速度。实验时滑块在a处由静止开始运动。图实16(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度b，结果如图乙所示，由此读出b_mm；(2)滑块通过b点的瞬时速度可表示为_；(3)某次实验测得倾角30，重力加速度用g表示，滑块从a处到达b处时，m和m组成的系统动能增加量可表示为ek_，系统的重力势能减少量可表示为ep_，在误差允许的范围内，若ekep则可认为系统的机械能守恒；(4)在上次实验中，某同学改变a、b间的距离，作出的v2d图象如图丙所示，并测得mm，则重力加速度g_m/s2。解析(1)b3 mm0.05 mm153.75 mm。(2)滑块通过b点的瞬时速度v。(3)ek(mm)v2，epmgdmgdsin 30gd，(4)由ekep得：(mm)v2gd，代入mm可得：v2d，对应v2d图象可得：g，解得g9.6 m/s2。答案(1)3.75(2)(3)gd(4)9.68 (2013课标)某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连；弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图实17所示。向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放；小球离开桌面后落到水平地面。通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能。图实17回答下列问题：(1)(多选)本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能ep与小球抛出时的动能ek相等。已知重力加速度大小为g。为求得ek，至少需要测量下列物理量中的_(填正确答案标号)。a小球的质量mb小球抛出点到落地点的水平距离sc桌面到地面的高度hd弹簧的压缩量xe弹簧原长l0(2)用所选取的测量量和已知量表示ek，得ek_。 (3)图实18中的直线是实验测量得到的sx图线。从理论上可推出，如果h不变，m增加，sx图线的斜率会_(填“增大”、“减小”或“不变”)；如果m不变，h增加，sx图线的斜率会_(填“增大”、“减小”或“不变”)。由图实18中给出的直线关系和ek的表达式可知，ep与x的_次方成正比。图实18解析