2011届高三物理一轮复习单元检测：实验：验证机械能守恒定律 新人教版

用心 爱心 专心 1 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 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N点来验证 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 其中正确的是 T为打点周 期 图实 6 6 A N点是第n个点 则vN gnT B N点是第n个点 则vN g n 1 T C vN xn xn 1 2T D vN dn 1 dn 1 2T 解析 物体下落的实际加速度小于g 不能采用公式v gt计算打N点时纸带下落速度 N点的速度为xn和xn 1段的平均速度 vN C 项正确 xn xn 1 2T 答案 C 2 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是 图实 6 7 A 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点计时器 先接通打点计时器电源 然后松开纸 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 解析 因为实验中使用打点计时器 不需要测时间 A 错误 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 造成重力势能的减少量大于动能的增加量 C 错误 用心 爱心 专心 2 实验时 为节约纸带 便于测量 应使重物靠近打点计时器 应先通电后放手 B 正确 因为 动能和势能表达式中都含有质量 可以消去 故不需测质量 D 正确 答案 BD 3 2010 广州模拟 验证机械能守恒定律 的实验可以采用如图实 6 8 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证机械能守 恒定律 图实 6 8 1 比较这两种方案 填 甲 或 乙 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 两个计数点之间的时间间隔T 0 1 s 物体运动的加速度a 该纸带是采用 填 甲 或 乙 实验方案得到的 简要写出判断依据 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 故甲方案好一些 2 a 4 8 m s2 xDE xBC xCD xAB 4T2 因a远小于g 故为斜面上小车下滑的加速度 所以该纸带采用图乙所示的实验方案 答案 1 甲 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 2 4 8 m s2 4 7 m s2 4 9 m s2 乙 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 用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中 1 运用公式 mgh对实验条件的要求是 mv2 2 2 若实验中所用重物的质量m 1 kg 打点纸带如图实 6 9 所示 打点时间间隔为 0 02 s 则记录B点时 重物速度vB 重物动能Ek 从开始下落起至B点时重物 的重力势能减少量是 由此可得出的结论是 g取 9 8 m s2 用心 爱心 专心 3 图实 6 9 3 根据纸带算出相关各点的速度v 量出下落距离h 则以为纵轴 以h为横轴画出的图象 v2 2 应是图实 6 10 中的 图实 6 10 解析 1 重物自由下落时 对实验条件的要求是打第一个点时重物的初速度为零 2 vB m s 0 59 m s xAC 2T 31 4 7 8 10 3 2 0 02 此时重物的动能为 Ek mvB2 1 0 59 2 J 0 17 J 1 2 1 2 重物的重力势能减小量为 Ep mgh 1 9 8 17 6 10 3J 0 17 J 故机械能守恒 3 由机械能守恒定律可知 mgh mv2 即验证机械能守恒定律成立 只需验证v2 1 2 1 2 gh即可 如果纵坐标为 横坐标为h 则图象应为过原点且斜率为g的直线 故 C 图 v2 2 正确 答案 1 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 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 6 11 所示用垫块把导轨一端垫高H 滑块m上面装l 3 cm 的挡光框 使它由轨道上端任一处滑下 测出它通过电门G1和G2时的速度v1和v2 就可以算出它由G1到G2这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 Ep mgh 比较 Ek与 Ep的大小 便可验证 1 2 机械能是否守恒 图实 6 11 用心 爱心 专心 4 1 滑块的速度v1 v2如何求出 滑块通过G1时的高度h如何求出 2 若测得图中L 1 m x 0 5 m H 20 cm m 500 g 滑块通过G1和G2的时间分 别为 5 0 10 2s 和 2 0 10 2s 当地重力加速度g 9 80 m s2 试判断机械能是否守恒 解析 1 因为挡光框的宽度很小l 3 cm 而滑块通过电门的时间极短 故可以认为滑 块通过电门时做匀速运动 则通过两电门时的平均速度就等于通过G1和G2两位置的瞬 时速度 v1 v2 由相似原理可知 便可求得h x H L x都是事 l t1 l t2 h x H L H L 先设定的 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 动能增加量 Ek m v22 v12 0 5 1 52 0 62 J 0 473 J 1 2 1 2 重力势能减少量 Ep mgh 0 5 9 80 0 1 J 0 490 J 在误差允许的范围内可认为机械能守恒 答案 见解析 6 2010 珠海调研 如图实 6 12 所示 用包有白纸的质量为 1 00 kg 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次为 26 0 mm 50 0 mm 74 0 mm 98 0 mm 122 0 mm 146 0 mm 由此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 根据以上内容回答下列问题 图实 6 12 图实 6 13 1 毛笔画相邻两条线的时间间隔T s 2 根据图实 6 13 所给的数据可知 毛笔画下记号 3 时 圆柱棒下落的速度v3 m s 画下记号 6 时 圆柱棒下落的速度v6 m s 在毛笔画下记号 3 到画下记号 6 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 J 由此可得出的结论是 g 9 8 m s2 结果保留 三位有效数字 用心 爱心 专心 5 解析 1 由于电动机铭牌上标有 1200 r min 字样 所以电动机的转动周期为T 60 1200 s 0 05 s 2 毛笔画相邻两条线的时间间隔为 0 05 s 根据中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速 度 则画记号 3 时 圆柱棒下落的速度为v3 m s 1 24 m s 同 74 0 50 0 10 3 0 1 理可求得画记号 6 时 圆柱棒下落的速度v6 2 68 m s 由此可得棒的动能的增加量为 Ek mv62 mv32 2 82 J 重力势能的减少量为 Ep mg h6 h3 2 88 J 根据求得的数 1 2 1 2 据 在实验误差允许的范围内 圆柱棒在下落过程中机械能守恒 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 械能守恒 7 2008 江苏高考 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处静止释放 钢球的落点距轨道末端 的水平距离为x 图实 6 14 1 若轨道完全光滑 x2与h的理论关系应满足x2 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 10 1m 2 003 004 005 006 00 x2 10 1m2 2 623 895 206 537 78 请在图实 6 15 所示的坐标纸上作出x2 h关系图 图实 6 15 3 对比实验结果与理论计算得到的x2 h关系图线 图实 6 15 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 用心 爱心 专心 6 的可能原因是 解析 1 设钢球从轨道末端抛出的速度为v0 则有mgh mv02 在平抛过程中有H 1 2 gt2 x v0t 由以上三式可解得x2 4Hh 1 2 2 依次描点 连线 如下图所示 3 由图象可知 对应同一个 h 值 x 测 x 理 由 v0 可知 v0 测 v0 理 4 由于客观上 轨道与小球间存在摩擦 机械能减小 因此会导致实际值比理论值小 小 球的转动也需要能量维持 而机械能守恒中没有考虑重力势能转化成小球转动的这一部 分能量 也会导致实际速率明显小于理论速率 这一点 可能不少同学会考虑不到 答案 1 4Hh 2 见解析图 3 小于 4 摩擦 转动 回答任一即可 8 2010 南京调研 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 让一个 摆球由静止开始从A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 即 mv2 mgh 直接测量摆球到达B点的速度v比较困难 现让小球在B点处脱离悬线做平抛运动 1 2 利用平抛的特性来间接地测出v 如图实 6 16 所示 悬点正下方P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A B点的投影点N M 重复实验 10 次 小球每一次都从同一点由静止 释放 球的落点痕迹如图实 6 17 所示 图中米尺水平放置 零刻度线与M点对齐 用米尺 量出AN的高度h1 BM的高度h2 算出A B两点的竖直距离 再量出M C之间的距离x 即 可验证机械能守恒定律 已知重力加速度为g 小球的质量为m 图实 6 16 图实 6 17 用心 爱心 专心 7 1 根据图实 6 16 可以确定小球平抛时的水平射程为 cm 2 用题中所给字母表示出小球平抛时的初速度v0 3 用测出的物理量表示出小球从A到B过程中 重力势能的减少量 Ep 动能的增加量 Ek 解析 1 将记录点用较小的