高考物理总复习 实验创新增分 专题六 验证机械能守恒定律能力训练.doc

实验六验证机械能守恒定律1(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_(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)答案接通电源ekepmgd2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，则重物动能的增加量为ekmvm2；重物重力势能的减少量为epmgd2。2(2017漳州检测)用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验所用的电源为学生电源，输出电压有6 v的交流电和直流电两种。重物从高处由静止开始下落，重物拖着纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点进行测量，即可验证机械能守恒定律。(1)下面列举了该实验的几个操作步骤：a按照图示的装置安装器件；b将打点计时器接到电源的直流输出端上；c用天平测出重物的质量；d释放纸带，同时接通电源开关打出一条纸带；e测量打出的纸带上某些点之间的距离；f根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。其中没有必要进行或者操作不恰当的步骤是_。(将其选项对应的字母填在横线处)(2)在验证机械能守恒定律的实验中，若以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2h的图象应是_才能验证机械能守恒定律。v2h图象的斜率等于_的数值。答案(1)bcd(2)过原点的倾斜直线重力加速度g解析(1)打点计时器应接到电源的交流输出端上，故b错误；验证机械能是否守恒只需验证mghmv2，即ghv2，故m可约去，不需要用天平测量。故c没有必要进行；开始记录时，应先给打点计时器通电，然后再释放重物，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故d错误。(2)利用v2h图线处理数据，物体自由下落过程中机械能守恒，mghmv2，即v2gh，所以以v2为纵轴，以h为横轴，画出的图线应是过原点的倾斜直线。图线的斜率就等于重力加速度g。3(2017邯郸一中模拟)如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为d、质量为m的金属小球由a处由静止释放，下落过程中能通过a处正下方、固定于b处的光电门，测得a、b间的距离为h(hd)，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g。则：(1)如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d_cm。(2)多次改变高度h，重复上述实验，作出随h的变化图象如图丙所示，当图中已知量t0、h0和重力加速度g及小球的直径d满足以下表达式：_时，可判断小球下落过程中机械能守恒。(3)实验中发现动能增加量ek总是稍小于重力势能减少量ep，增加下落高度后，则epek将_(填“增加”“减小”或“不变”)。答案(1)0.725(2)2gh0td2(3)增加解析(1)由题图乙可知，主尺刻度为7 mm；游标对齐的刻度为5；故读数为：(750.05) mm7.25 mm0.725 cm。(2)若减小的重力势能等于增加的动能时，可以认为机械能守恒，则有：mghmv2，即：2gh02解得：2gh0td2。(3)由于该过程中有阻力做功，而高度越高，阻力做功越多；故增加下落高度后，则epek将增加。4如图是用“自由落体法”验证机械能守恒定律的实验装置。(g取9.80 m/s2)(1)选出一条清晰的纸带如图甲所示，其中o点为打点计时器打下的第一个点，a、b、c为三个计数点，打点计时器通以频率为50 hz的交变电流。用分度值为1 mm的刻度尺测得oa12.41 cm，ob18.90 cm，oc27.06 cm，在计数点a和b、b和c之间还各有一个点，重锤的质量为1.00 kg。甲同学根据以上数据算出：当打点计时器打到b点时重锤的重力势能比开始下落时减少了_j；此时重锤的速度vb_m/s，此时重锤的动能比开始下落时增加了_j。(结果均保留三位有效数字)(2)某同学利用他自己实验时打出的纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，然后以h为横轴、以v2为纵轴作出了如图乙所示的图线，图线的斜率近似等于_。a19.6b9.8c4.90图线未过原点o的原因是_。答案(1)1.851.831.67(2)b先释放了纸带，再闭合打点计时器的开关解析(1)当打点计时器打到b点时，重锤的重力势能减少量epmgob1.009.8018.90102 j1.85 j；打b点时重锤的速度vb m/s1.83 m/s，此时重锤的动能增加量ekmv1.001.832 j1.67 j。(2)由机械能守恒定律有mv2mgh，可得v2gh，由此可知图线的斜率近似等于重力加速度g，故b正确。由图线可知，h0时，重锤的速度不等于零，原因是该同学做实验时先释放了纸带，然后才合上打点计时器的开关。5(2017西工大附中模拟)某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器a、b，滑块p上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连。滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器a、b时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压u随时间t变化的图象。(1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的t1_t2(填“”“”或“”)时，说明气垫导轨已经水平。(2)用游标卡尺测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d_mm。(3)滑块p用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与钩码q相连，钩码q的质量为m。将滑块p由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若t1、t2和d已知，要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒，还应测出_(写出物理量的名称及符号)。(4)若上述物理量间满足关系式_，则表明在上述过程中，滑块和砝码组成的系统机械能守恒。答案(1)(2)5.0(3)滑块质量m和两光电门间距离l(4)mgl(mm)2(mm)2解析(1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当题图乙中的t1t2时，说明滑块做匀速直线运动，说明气垫导轨已经水平。(2)用游标卡尺测遮光条宽度d，则d5.0 mm。(3)滑块经过两个光电门的速度分别为：和，滑块重力势能的减小量为mgl，故要验证的关系是mgl(mm)2(mm)2，故还应测出滑块质量m和两光电门间距离l。(4)若上述物理量间满足关系式mgl(mm)2(mm)2，则表明在上述过程中，滑块和砝码组成的系统机械能守恒。6(2016全国卷)某同学用图a所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20 hz、30 hz和40 hz。打出纸带的一部分如图b所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他题给条件进行推算。(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图b中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出b点时，重物下落的速度大小为_，打出c点时重物下落的速度大小为_，重物下落的加速度大小为_。(2)已测得s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；当地重力加速度大小为9.80 m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%。由此推算出f为_hz。答案(1)f(s1s2)f(s2s3)f2(s3s1)(2)40解析(1)重物匀加速下落时，根据匀变速直线运动的规律得vbf(s1s2)vcf(s2s3)由s3s12at2得a。(2)根据牛顿第二定律，有mgkmgma根据以上各式，化简得f 代入数据可得f40 hz。7(2013全国卷)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，如图甲所示。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。回答下列问题：(1)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)图乙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”)。由图乙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。答案(1)abc(2)(3)减小增大2解析利用平抛运动的规律可将对瞬时速度的测量转化为对长度的测量。(1)本实验通过对平抛运动的计算，测量小球获得的动能，再根据机械能守