高中一轮复习物理课时检测（二十九）验证机械能守恒定律（实验提能课）

课时检测(二十九)验证机械能守恒定律(实验提能课)1．关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差，下列说法中正确的是()A．重物质量的称量不会造成较大误差B．重物质量选用得大些，有利于减小误差C．重物质量选用得较小些，有利于减小误差D．纸带先下落而后打点会造成较大误差解析：选BD验证机械能守恒，即验证减少的重力势能等于增加的动能，即mgh＝eq\f(1,2)mv2，其中质量可以约去，没必要称量重物质量，A错误；当重物质量大一些时，空气阻力的影响可以忽略，B正确，C错误；纸带先下落而后打点，所得纸带上最初两点的点迹间隔较正常时略大，用此纸带进行数据处理，其结果是重物在打第一个点时就有了初动能，因此重物动能的增加量比重物重力势能的减少量大，造成较大误差，D正确。2．(2018·徐州、宿迁、连云港、淮安四市模拟)用如图所示装置验证机械能守恒定律，实验前调整光电门位置，使小球下落过程中球心通过光电门。实验中通过断开电磁铁开关使小球从A点下落，经过光电门B，记录挡光时间Δt，测出小球在AB间下落的距离h。竖直平移光电门B，重复上述步骤，测得多组h及相应的Δt，已知当地重力加速度为g。(1)实验中还需测量的物理量是______________________。(2)小球通过光电门速度的表达式为v＝________。(3)根据测量数据描绘eq\f(1,Δt2)h图像，能不能仅依据图像是过原点的直线就得出机械能守恒的结论？________，理由是__________________________________________________。解析：(1)实验中要验证的关系式是mgh＝eq\f(1,2)mv2，即v2＝2gh，其中的v由小球通过光电门的相关量求得v＝eq\f(d,Δt)，可知实验中还需测量的物理量是小球的直径d。(2)小球通过光电门速度的表达式为v＝eq\f(d,Δt)。(3)根据v2＝2gh，即eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2＝2gh，即eq\f(1,Δt2)＝eq\f(2g,d2)h，可知eq\f(1,Δt2)h图像是一条过原点且斜率为eq\f(2g,d2)的直线，所以仅依据图像是过原点的直线不能得出机械能守恒的结论，还要看斜率是否近似等于eq\f(2g,d2)。答案：(1)小球直径d(2)eq\f(d,Δt)(3)不能图线斜率近似等于eq\f(2g,d2)，才能判断小球下落过程中机械能守恒3．(2018·淮安月考)用自由落体验证机械能守恒定律，器材安装如图甲。(1)请指出图甲中的错误及不妥之处(至少写出两处)：①_____________________________________________________；②____________________________________________________。(2)改进实验中的错误及不妥之处后，打出如图乙所示一条纸带。已知打点计时器频率为50Hz，根据纸带所给数据，可求得打C点时重物的速度为________m/s(结果保留两位有效数字)。(3)某同学选用两个形状相同质量不同的重物a和b进行实验测得几组数据，画出eq\f(v2,2)­h的图像如图丙所示，求出图线的斜率k，由图像可知a的质量m1________(选填“大于”或“小于”)b的质量m2。(4)通过分析发现造成k2值偏小的原因是实验过程中存在各种阻力，已知实验所用重物的质量m2＝0.052kg，当地重力加速度g＝9.78m/s2，求出重物所受的平均阻力Ff＝________N(结果保留两位有效数字)。解析：(1)①打点计时器需要用交流电源，而题图甲中使用的是直流电源；②重物离打点计时器太远，得到的数据太少；③没有从上方提着纸带，而是用手托着纸带。(2)根据匀变速直线运动过程中的平均速度规律，可得vC＝eq\f(xBD,2T)，T＝eq\f(1,f)＝0.02s，故解得vC≈2.2m/s。(3)根据公式mgh＝eq\f(1,2)mv2可得eq\f(1,2)v2＝gh，则题图丙图线的斜率表示加速度，而重物质量越大，空气阻力影响越小，加速度越大，故m1大于m2。(4)根据牛顿第二定律可得m2g－Ff＝m2k2，代入数据可得Ff≈0.031N。答案：(1)①使用的是直流电源②重物离打点计时器太远③没有从上方提着纸带，而是用手托着纸带(2)2.2(3)大于(4)0.0314．(2016·江苏高考)某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A点。光电门固定在A的正下方，在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条。将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出，取v＝eq\f(d,t)作为钢球经过A点时的速度。记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小ΔEp与动能变化大小ΔEk，就能验证机械能是否守恒。(1)用ΔEp＝mgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到________之间的竖直距离。A．钢球在A点时的顶端B．钢球在A点时的球心C．钢球在A点时的底端(2)用ΔEk＝eq\f(1,2)mv2计算钢球动能变化的大小。用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图所示，其读数为______cm。某次测量中，计时器的示数为0.0100s。则钢球的速度为v＝________m/s。(3)下表为该同学的实验结果：ΔEp(×10－2J)4.8929.78614.6919.5929.38ΔEk(×10－2J)5.0410.115.120.029.8他发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点？请说明理由。(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议。解析：(1)高度变化要比较钢球球心的高度变化。(2)毫米刻度尺读数时要估读到毫米下一位，读数为1.50cm，由v＝eq\f(d,t)代入数据可得v＝1.50m/s。(3)从表中数据可知ΔEk＞ΔEp，若有空气阻力，则应为ΔEk＜ΔEp，所以不同意他的观点。(4)实验中遮光条经过光电门时的速度大于钢球经过A点时的速度，因此由ΔEk＝eq\f(1,2)mv2计算得到的ΔEk偏大，要减小ΔEp与ΔEk的差异可考虑将遮光条的速度折算为钢球的速度。答案：(1)B(2)1.50(1.49～1.51均可)1.50(1.49～1.51均可)(3)不同意，因为空气阻力会造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp。(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l，计算ΔEk时，将v折算成钢球的速度v′＝eq\f(l,L)v。5．(2018·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的金属小球自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(H≫d)，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eq\f(1,t2)随H的变化图像如图丙所示，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ΔEk总是稍小于重力势能减少量ΔEp，增加下落高度后，则ΔEp－ΔEk将________(选填“增加”“减小”或“不变”)。解析：(1)由题图乙可知，主尺刻度为7mm；游标尺第5根刻度线与主尺对齐，故读数为：(7＋5×0.05)mm＝7.25mm＝0.725cm。(2)若减小的重力势能等于增加的动能时，可以认为机