（江苏专用版）2020版高考物理总复习第五章实验五验证机械能守恒定律练习（含解析）.docx

实验五验证机械能守恒定律1.(2018盐城中学模拟)用图甲所示装置验证机械能守恒定律时,所用交流电源的频率为50 Hz,得到如图乙所示的纸带。选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E,测出A点距起点O的距离为s0=19.00 cm,点A、C间的距离为s1=8.36 cm,点C、E间的距离为s2=9.88 cm,g取9.8 m/s2,测得重物的质量为100 g。(1)(多选)下列做法正确的有。A.图甲中两限位孔必须在同一竖直线上B.实验前,手应提住纸带上端,并使纸带竖直C.实验时,先放手松开纸带再接通打点计时器电源D.数据处理时,应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置(2)选取O、C两点为初末位置研究机械能守恒,重物减小的重力势能是J,打下C点时重物的速度是m/s。(结果保留三位有效数字)(3)实验中,重物减小的重力势能总是略大于增加的动能,写出一条产生这一现象的原因。答案(1)AB(2)0.2682.28(3)重物受到空气阻力或纸带与打点计时器之间存在摩擦阻力解析(1)为了减小纸带与限位孔之间的摩擦,题图甲中两限位孔必须在同一竖直线,A项正确;为了保证纸带在竖直方向做自由落体运动,实验前,手应提住纸带上端,并使纸带竖直,B项正确;实验时,先接通打点计时器电源再放手松开纸带,故C项错误;为了减小测量数据h的相对误差,数据处理时,应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置,D项错误。(2)重物减少的重力势能为Ep=mgh=mg(s0+s1)=0.1 kg9.8 m/s2(19.00+8.36)10-2 m0.268 JvC=s1+s24T=(8.36+9.88)10-240.02 m/s=2.28 m/s(3)由于阻力的作用,重物减小的重力势能总是略大于增加的动能,这里的阻力主要来源于重物受到的空气阻力和纸带与打点计时器之间的摩擦阻力。2.(2018淮阴中学模拟)某物理研究小组利用图甲装置验证机械能守恒定律,在铁架台上安装有一电磁铁(固定不动)和一光电门(可上下移动),电磁铁通电后将钢球吸住,然后断电,钢球自由下落,并通过光电门,计时装置可测出钢球通过光电门的时间。(1)用10分度的游标卡尺测量钢球的直径,示数如图乙所示,可知钢球的直径d= cm。(2)多次改变光电门的位置,测量出光电门到电磁铁下端O的距离为h(hd),并计算出钢球经过光电门时的速度v,若画出v2-h的图像是线性图线,则本实验最可能得到的线性图是。(3)钢球通过光电门的平均速度(选填“大于”或“小于”)钢球球心通过光电门的瞬时速度,由此产生的误差(选填“能”或“不能”)通过增加实验次数减小。(4)若实验中得到v2与h成线性关系,能否说明钢球在下落过程中机械能守恒?为什么?。答案(1)0.96(2)A(3)小于不能(4)不能,可能存在空气阻力做功而消耗部分机械能解析(1)游标卡尺的主尺读数为0.9 cm,游标尺上第6个刻度和主尺上某一刻度对齐,游标尺读数为0.16 mm=0.6 mm,所以最终读数为0.96 cm。(2)利用钢球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度,故v=Dt,根据机械能守恒定律的表达式有mgh=12mv2,那么关于v2-h的图像应该是一条过原点的倾斜直线,故A正确,B、C、D错误。(3)根据匀变速直线运动的规律得钢球通过光电门的平均速度等于这个过程中中间时刻的速度,所以钢球通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬时速度,由此产生的误差不能通过增加实验次数减小。(4)实验中得到v2与h成线性关系,可能存在阻力做功向内能的转化,不能确定钢球在下落过程中机械能守恒。3.某同学利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律,实验的简易示意图如下,当有不透光的物体从光电门间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间。所用的光电门传感器可测得最短时间为0.01 ms。将挡光效果好、宽度为d=3.810-3 m的黑色磁带贴在透明直尺上,从一定高度由静止释放,并使其竖直通过光电门。某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间ti与图中所示的高度差hi,并将部分数据进行了处理,结果如下表所示。(取g=9.8 m/s2,注:表格中M为直尺质量)ti(10-3 s)vi=dt1(ms-1)Eki=12Mvi2-12Mv12hi(m)Mghi11.213.1421.153.300.52M0.060.59M31.003.802.24M0.232.25M40.954.003.10M0.323.14M50.904.00M0.41(1)从表格中数据可知,直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用vi=dt1求出的,请你简要分析该同学这样做的理由是:。(2)请将表格中数据填写完整。(3)通过实验得出的结论是:。(4)根据该实验请你判断下列Ek-h图像中正确的是。答案(1)极短时间内的平均速度近似等于瞬时速度(2)4.224.02M(3)在误差范围内重力势能减少量等于动能的增加量(4)C解析(2)v=dt=3.810-30.9010-3 m/s4.22 m/s,Mgh=9.80.41M4.02M。(3)从表中数据可知,在误差范围内,动能的增加量与重力势能的减少量相等。(4)由于Ek=Mgh,则动能的变化与高度差成正比,C正确。4.(2018盐城模拟)某课外活动小组利用竖直上抛运动验证机械能守恒定律。(1)某同学用20分度游标卡尺测量小球的直径,读数如图甲所示,小球直径为 cm。用如图乙所示弹射装置将小球竖直向上抛出,先后通过光电门A、B,计时装置测出小球通过A、B的时间分别为2.55 ms、5.15 ms,由此可知小球通过光电门A、B时的速度分别为vA、vB,其中vA=m/s。(2)用刻度尺测出光电门A、B间的距离h,已知当地的重力加速度为g,只需比较是否相等,就可以验证机械能是否守恒(用题目中涉及的物理量符号表示)。(3)通过多次的实验发现,小球通过光电门A的时间越短,(2)中要验证的两数值差越大,试分析实验中产生误差的主要原因是。答案(1)1.0204.0(4或4.00也算对)(2)gh和vA22-vB22(3)速度越大,所受阻力越大解析(1)小球的直径为10 mm+0.054 mm=10.20 mm=1.020 cm。vA=dtA=1.0210-22.5510-3 m/s=4.0 m/s。(2)若动能的增加量和重力势能的减小量相等,机械能守恒,重力势能的减小量为mgh,动能的增加量为12mvA2-12mvB2。则验证gh和vA22-vB22是否相等。(3)由于受到阻力作用,小球通过光电门A的时间越短,则速度越大,阻力越大。5.如图甲是验证机械能守恒定律的实验装置。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(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机械能守恒。(3)若在悬点O安装一个拉力传感器,测出轻绳上的拉力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,则可验证向心力公式Fn=mv2R。答案(1)1.02(2)12dt2(3)小圆柱的质量mmg+md2l(t)2解析(1)小圆柱的直径d=10 mm+20.1 mm=10.2 mm=1.02 cm。(2)根据机械能守恒定律得mgl=12mv2,所以只需验证gl=12v2=12dt2,就说明小圆柱下摆过程中机械能守恒。(3)小圆柱在最低点时,由牛顿第二定律得F-mg=mv2l,若等式F=mg+md2l(t)2成立,则可验证向心力公式,可知需要测量小圆柱的质量m。6.(2018南通市三模)用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。气垫导轨上A处安装了一个光电门,滑块上固定一遮光条,滑块用绕过气垫导轨左端定滑轮的细线与钩码相连,每次滑块都从同一位置由静止释放,释放时遮光条位于气垫导轨上B位置的上方。(1)某同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d,如图乙所示,则d=mm。(2)实验中,接通气源,滑块静止释放后,由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间为t,测得滑块质量为M,钩码质量为m,A、B间的距离为L。在实验误差允许范围内,钩码减小的重力势能mgL与(用直接测量的物理量符号表示)相等,则机械能守恒。(3)下列不必要的一项实验要求是(请填写选项前对应的字母)。A.滑块必须由静止释放B.应使滑块的质量远大于钩码的质量C.已知当地重力加速度D.应使细线与气垫导轨平行(4)分析实验数据后发现,系统增加的动能明显大于钩码减小的重力势能,原因是。答案(1)2.70(2)(m+M)d22t2(3)B(4)气垫导轨右端偏高解析(1)游标卡尺读