广东省物理2011年高考物理一轮复习 第5章 实验6 验证机械能守恒定律 试题

1 第五章第五章 实验六实验六 验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律 1 如图实 如图实 6 6 所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带 我们选所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带 我们选 N 点点 来验证机械能守恒定律 下面举出一些计算打来验证机械能守恒定律 下面举出一些计算打 N 点时纸带下落速度的方法 其中正确的点时纸带下落速度的方法 其中正确的 是是 T 为打点周期为打点周期 图实 图实 6 6 A N 点是第点是第 n 个点 则个点 则 vN gnT B N 点是第点是第 n 个点 则个点 则 vN g n 1 T C vN xn xn 1 2T D vN dn 1 dn 1 2T 解析 解析 物体下落的物体下落的实际实际加速度小于加速度小于 g 不能采用公式 不能采用公式 v gt 计计算打算打 N 点点时纸带时纸带下落速度 下落速度 N 点的速度点的速度为为 xn和和 xn 1段的平均速度 段的平均速度 vN C 项项正确 正确 xn xn 1 2T 答案 答案 C 2 在用图实 在用图实 6 7 所示的实验装置来验证机械能守恒定律时 某同学的以下说法中正确的所示的实验装置来验证机械能守恒定律时 某同学的以下说法中正确的 是是 图实 图实 6 7 A 必须用秒表测出重物下落的时间 必须用秒表测出重物下落的时间 B 实验操作时 注意手提着纸带使重物靠近打 实验操作时 注意手提着纸带使重物靠近打点计时器 先接通打点计时器电源 然点计时器 先接通打点计时器电源 然 后松开纸带后松开纸带 C 如果打点计时器不竖直 重物下落时 其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上 就 如果打点计时器不竖直 重物下落时 其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上 就 2 会造成重力势能的变化小于动能的变化会造成重力势能的变化小于动能的变化 D 验证时 可以不测量重物的质量或重力 验证时 可以不测量重物的质量或重力 解析 解析 因因为实验为实验中使用打点中使用打点计时计时器 不需要器 不需要测时间测时间 A 错误错误 打点 打点计时计时器不器不竖竖直 重物下落直 重物下落 时时 其重力 其重力势势能有一部分消耗在能有一部分消耗在纸带纸带摩擦上 造成重力摩擦上 造成重力势势能的减少量大于能的减少量大于动动能的增加量 能的增加量 C 错误错误 实验时实验时 为节约纸带为节约纸带 便于 便于测测量 量 应应使重物靠近打点使重物靠近打点计时计时器 器 应应先通先通电电后放手 后放手 B 正确 因正确 因为动为动能和能和势势能表达式中都含有能表达式中都含有质质量 可以消去 故不需量 可以消去 故不需测质测质量 量 D 正确 正确 答案 答案 BD 3 2010 广州模拟广州模拟 验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律 的实验可以采用如图实 的实验可以采用如图实 6 8 所示的甲或乙方所示的甲或乙方 案来进行 甲方案为用自由落体实验验证机械能守恒定律 乙方案为用斜面小车实验验案来进行 甲方案为用自由落体实验验证机械能守恒定律 乙方案为用斜面小车实验验 证机械能守恒定律 证机械能守恒定律 图实 图实 6 8 1 比较这两种方案 比较这两种方案 填填 甲甲 或或 乙乙 方案好一些 理由是方案好一些 理由是 2 图丙所示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 已知每图丙所示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两个计数点之间的时间间隔 T 0 1 s 物体运动的加速度 物体运动的加速度 a 该纸带是采用 该纸带是采用 填填 甲甲 或或 乙乙 实验方案得到的 简要写出判断依据实验方案得到的 简要写出判断依据 解析 解析 1 机械能守恒的前提是只有重力做功 机械能守恒的前提是只有重力做功 实际实际操作的方案中操作的方案中应该应该使摩擦力越小越使摩擦力越小越 好 故甲方案好一些 好 故甲方案好一些 2 a 4 8 m s2 xDE xBC xCD xAB 4T2 因因 a 远远小于小于 g 故 故为为斜面上小斜面上小车车下滑的加速度 所以下滑的加速度 所以该纸带该纸带采用采用图图乙所示的乙所示的实验实验方案 方案 答案 答案 1 甲甲 因为这个方案摩擦阻力小 误差小 操因为这个方案摩擦阻力小 误差小 操作方便 所用实验器材少作方便 所用实验器材少 2 4 8 m s2 4 7 m s2 4 9 m s2 乙乙 因为物体运动的加速度比重力加速度小得多因为物体运动的加速度比重力加速度小得多 4 2010 烟台模拟烟台模拟 用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中 用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中 1 运用公式运用公式 mgh 对实验条件的要求是对实验条件的要求是 mv2 2 2 若实验中所用重物的质量若实验中所用重物的质量 m 1 kg 打点纸带如图实 打点纸带如图实 6 9 所示 打点时间间隔为所示 打点时间间隔为 3 0 02 s 则记录 则记录 B 点时 重物速度点时 重物速度 vB 重物动能 重物动能 Ek 从开始下落 从开始下落 起至起至 B 点时重物的重力势能减少量是点时重物的重力势能减少量是 由此可得出的结论是 由此可得出的结论是 g 取取 9 8 m s2 图实 图实 6 9 3 根据纸带算出相关各点的速度根据纸带算出相关各点的速度 v 量出下落距离 量出下落距离 h 则以 则以为纵轴 以为纵轴 以 h 为横轴画出为横轴画出 v2 2 的图象应是图实 的图象应是图实 6 10 中的中的 图实 图实 6 10 解析 解析 1 重物自由下落重物自由下落时时 对实验对实验条件的要求是打第一个点条件的要求是打第一个点时时重物的初速度重物的初速度为为零 零 2 vB m s 0 59 m s xAC 2T 31 4 7 8 10 3 2 0 02 此此时时重物的重物的动动能能为为 Ek mvB2 1 0 59 2 J 0 17 J 1 2 1 2 重物的重力重物的重力势势能减小量能减小量为为 Ep mgh 1 9 8 17 6 10 3J 0 17 J 故机械能守恒 故机械能守恒 3 由机械能守恒定律可知 由机械能守恒定律可知 mgh mv2 即 即验证验证机械能守恒定律成立 只需机械能守恒定律成立 只需验证验证 v2 1 2 1 2 gh 即可 如果即可 如果纵纵坐坐标为标为 横坐 横坐标为标为 h 则图则图象象应为过应为过原点且斜率原点且斜率为为 g 的直的直线线 故 故 C 图图 v2 2 正确 正确 答案 答案 1 打第一个点时重物的初速度为零打第一个点时重物的初速度为零 2 0 59 m s 0 17 J 0 17 J 机械能守恒机械能守恒 3 C 5 利用气垫导轨装置验证机械能守恒定律时 先非常仔细地把导轨调成水平 然后依图实 利用气垫导轨装置验证机械能守恒定律时 先非常仔细地把导轨调成水平 然后依图实 6 11 所示用垫块把导轨一端垫高所示用垫块把导轨一端垫高 H 滑块 滑块 m 上面装上面装 l 3 cm 的挡光框 使它由轨道上的挡光框 使它由轨道上 端任一处滑下 测出它通过电门端任一处滑下 测出它通过电门 G1和和 G2时的速度时的速度 v1和和 v2 就可以算出它由 就可以算出它由 G1到到 G2这这 4 段过程中动能的增加量段过程中动能的增加量 Ek m v22 v12 再算出重力势能的减少量 再算出重力势能的减少量 Ep mgh 比较 比较 1 2 Ek与与 Ep的大小 便可验证机械能是否守恒 的大小 便可验证机械能是否守恒 图实 图实 6 11 1 滑块的速度滑块的速度 v1 v2如何求出 滑块通过如何求出 滑块通过 G1时的高度时的高度 h 如何求出 如何求出 2 若测得图中若测得图中 L 1 m x 0 5 m H 20 cm m 500 g 滑块通过 滑块通过 G1和和 G2的时间分的时间分 别为别为 5 0 10 2s 和 和 2 0 10 2s 当地重力 当地重力加速度加速度 g 9 80 m s2 试判断机械能是否守 试判断机械能是否守 恒 恒 解析 解析 1 因因为挡为挡光框的光框的宽宽度很小度很小 l 3 cm 而滑 而滑块块通通过电门过电门的的时间时间极短 故可以极短 故可以认为认为滑滑 块块通通过电门时过电门时做匀速运做匀速运动动 则则通通过过两两电门时电门时的平均速度就等于通的平均速度就等于通过过 G1和和 G2两位置的瞬两位置的瞬 时时速度 速度 v1 v2 由相似原理可知 由相似原理可知 便可求得 便可求得 h x H L x 都是事都是事 l t1 l t2 h x H L H L 先先设设定的 定的 2 v1 m s 0 6 m s l t1 3 10 2 5 10 2 v2 m s 1 5 m s l t2 3 10 2 2 10 2 h x 0 5 m 0 1 m H L 0 2 1 动动能增加量能增加量 Ek m v22 v12 0 5 1 52 0 62 J 0 473 J 1 2 1 2 重力重力势势能减少量能减少量 Ep mgh 0 5 9 80 0 1 J 0 490 J 在在误误差允差允许许的范的范围围内可内可认为认为机械能守恒 机械能守恒 答案 答案 见解析见解析 6 2010 珠海调研珠海调研 如图实 如图实 6 12 所示 用包有白纸的质量为所示 用包有白纸的质量为 1 00 kg 的圆柱棒替代纸带和的圆柱棒替代纸带和 重物 蘸有颜料的毛笔固定在电动机的飞轮上并随之匀速转动 以替代打点计时器 烧重物 蘸有颜料的毛笔固定在电动机的飞轮上并随之匀速转动 以替代打点计时器 烧 断悬挂圆柱棒断悬挂圆柱棒的线后 圆柱棒竖直自由下落 毛笔就在圆柱棒面的纸上画出记号 如图的线后 圆柱棒竖直自由下落 毛笔就在圆柱棒面的纸上画出记号 如图 实 实 6 13 所示 设毛笔接触棒时不影响棒的运动 测得记号之间的距离依所示 设毛笔接触棒时不影响棒的运动 测得记号之间的距离依 次为次为 26 0 mm 50 0 mm 74 0 mm 98 0 mm 122 0 mm 146 0 mm 由此 由此 可验证机械能守恒定律 已知电动机铭牌上标有可验证机械能守恒定律 已知电动机铭牌上标有 1200 r min 字样 根据字样 根据 5 以上内容回答下列问题 以上内容回答下列问题 图实 图实 6 12 图实 图实 6 13 1 毛笔画相邻两条线的时间间隔毛笔画相邻两条线的时间间隔 T s 2 根据图实 根据图实 6 13 所给的数据可知 毛笔画下记号所给的数据可知 毛笔画下记号 3 时 圆柱棒下落的速度时 圆柱棒下落的速度 v3 m s 画下记号 画下记号 6 时 圆柱棒下落的速度时 圆柱棒下落的速度 v6 m s 在毛笔画下记号 在毛笔画下记号 3 到画下记号到画下记号 6 的这段时间内 棒的动能的增加量为的这段时间内 棒的动能的增加量为 J 重力势能的减少量为 重力势能的减少量为 J 由此可得出的结论是由此可得出的结论是 g 9 8 m s2 结果保留 结果保留 来来 三位有效数字三位有效数字 解析 解析 1 由于由于电动电动机机铭铭牌上牌上标标有有 1200 r min 字字样样 所以 所以电动电动机的机的转动转动周期周期为为 T 60 1200 s 0 05 s 2 毛笔画相毛笔画相邻邻两条两条线线的的时间间时间间隔隔为为 0 05 s 根据中 根据中间时间时刻的瞬刻的瞬时时速度等于速度等于这这段段时间时间的平均的平均 速度 速度 则则画画记记号号 3 时时 圆圆柱棒下落的速度柱棒下落的速度为为 v3 m s 1 24 74 0 50 0 10 3 0 1 m s 同理可求得画 同理可求得画记记号号 6 时时 圆圆柱棒下落的速度柱棒下落的速度 v6 2 68 m s 由此可得棒的由此可得棒的动动能的增能的增 加量加量为为 Ek mv62 mv32 2 82 J 重力 重力势势能的减少量能的减少量为为 Ep mg h6 h3 2 88 J 根 根 1 2 1 2 据求得的数据 在据求得的数据 在实验误实验误差允差允许许的范的范围围内 内 圆圆柱棒在下落柱棒在下落过过程中机械能守恒 程中机械能守恒 答案 答案 1 0 05 2 1 24 2 68 2 82 2 88 在误差允许的范围内圆柱棒在下落过程中机在误差允许的范围内圆柱棒在下落过程中机 械能守恒械能守恒 7 2008 江苏高考江苏高考 某同学利用如图实 某同学利用如图实 6 14 所示的实验装置验证机械能守恒定律 弧形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将钢球从轨道的不同高度 h 处静止释放 钢球的落点处静止释放 钢球的落点 距轨道末端的水平距离为距轨道末端的水平距离为 x 图实 图实 6 14 1 若轨道完全光滑 若轨道完全光滑 x2与与 h 的理论关系应满足的理论关系应满足 x2 用用 H h 表示表示 6 2 该同学经实验测量得到一组数据 如下表所示 该同学经实验测量得到一组数据 如下表所示 h 10 1m 2 003 004 005 006 00 x2 10 1m2 2 623 89 5 20 m 6 537 78 请在图实 请在图实 6 15 所示的坐标纸上作出所示的坐标纸上作出 x2 h 关系图 关系图 图实 图实 6 15 3 对比实验结果与理论计算得到的对比实验结果与理论计算得到的 x2 h 关系图线关系图线 图实 图实 6 15 中已画出中已画出 自同一高度 自同一高度 静止释放的钢球 水平抛出的速率静止释放的钢球 水平抛出的速率 填填 小于小于 或或 大大于于 理论值 理论值 4 从从 x2 h 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 的可能原因是的可能原因是 解析 解析 1 设钢设钢球从球从轨轨道末端抛出的速度道末端抛出的速度为为 v0 则则有有 mgh mv02 在平抛 在平抛过过程中有程中有H 1 2 gt2 x v0t 由以上三式可解得 由以上三式可解得 x2 4Hh 1 2 2 依次描点 依次描点 连线连线 如下 如下图图所示 所示 3 由由图图象可知 象可知 对应对应同一个同一个 h 值值 x 测测 x 理 由理 由 v0 可知 可知 v0 测测 v0 理 理 4 由于客由于客观观上 上 轨轨道与小球道与小球间间存在摩擦 机械能减小 因此会存在摩擦 机械能减小 因此会导导致致实际值实际值比理比理论值论值小 小小 小 球的球的转动转动也需要能量也需要能量维维持 而机械能守恒中没有考持 而机械能守恒中没有考虑虑重力重力势势能能转转化成小球化成小球转动转动的的这这一部一部 分能量 也会分能量 也会导导致致实际实际速率明速率明显显小于理小于理论论速率速率 这这一点 可能不少同学会考一点 可能不少同学会考虑虑不到不到 答案 答案 1 4Hh 2 见见解析解析图图 7 3 小于小于 4 摩擦 摩擦 转动转动 回答任一即可回答任一即可 8 2010 南京调研南京调研 某研究性学习小组用如图实 某研究性学习小组用如图实 6 16 所示装置验证机械能守恒定律 让所示装置验证机械能守恒定律 让 一个摆球由静止开始从一个摆球由静止开始从 A 位置摆到位置摆到 B 位置 若不考虑空气阻力 小球的机械能应该守恒 位置 若不考虑空气阻力 小球的机械能应该守恒 即即 mv2 mgh 直接测量摆球到达直接测量摆球到达 B 点的速度点的速度 v 比较困难 现让小球在比较困难 现让小球在 B 点处脱离悬线做点处脱离悬线做 1 2 平平抛运动 利用平抛的特性来间接地测出抛运动 利用平抛的特性来间接地测出 v 如图实 如图实 6 16 所示 悬点正下方所示 悬点正下方 P 点处放点处放 有水平放置的炽热的电热丝 当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断 小球由于惯性向前飞有水平放置的炽热的电热丝 当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断 小球由于惯性向前飞 出做平抛运动 在地面上放上白纸 上面覆盖着复写纸 当小球落在复写纸上时 会在下出做平抛运动 在地面上放上白纸 上面覆盖着复写纸 当小球落在复写纸上时 会在下 面白纸上留下痕迹 用重垂线确定出面白纸上留下痕迹 用重垂线确定出 A B 点的投影点点的投影点 N M 重复实验重复实验 10 次次 小球每一次小球每一次 都从同一点由静止都从同一点由静止 释放释放