〔江蘇專用版〕2022版高考物理總復(fù)習(xí)第五章實(shí)驗(yàn)五驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律練習(xí)〔含解析〕PAGEPAGE14實(shí)驗(yàn)五驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1.(2022鹽城中學(xué)模擬)用圖甲所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí),所用交流電源的頻率為50Hz,得到如圖乙所示的紙帶。選取紙帶上打出的連續(xù)五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E,測(cè)出A點(diǎn)距起點(diǎn)O的距離為s0=19.00cm,點(diǎn)A、C間的距離為s1=8.36cm,點(diǎn)C、E間的距離為s2=9.88cm,g取9.8m/s2,測(cè)得重物的質(zhì)量為100g。(1)(多項(xiàng)選擇)以下做法正確的有。

A.圖甲中兩限位孔必須在同一豎直線上B.實(shí)驗(yàn)前,手應(yīng)提住紙帶上端,并使紙帶豎直C.實(shí)驗(yàn)時(shí),先放手松開紙帶再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源D.數(shù)據(jù)處理時(shí),應(yīng)選擇紙帶上距離較近的兩點(diǎn)作為初、末位置(2)選取O、C兩點(diǎn)為初末位置研究機(jī)械能守恒,重物減小的重力勢(shì)能是J,打下C點(diǎn)時(shí)重物的速度是m/s。(結(jié)果保存三位有效數(shù)字)

(3)實(shí)驗(yàn)中,重物減小的重力勢(shì)能總是略大于增加的動(dòng)能,寫出一條產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因。

答案(1)AB(2)0.2682.28(3)重物受到空氣阻力或紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間存在摩擦阻力解析(1)為了減小紙帶與限位孔之間的摩擦,題圖甲中兩限位孔必須在同一豎直線,A項(xiàng)正確;為了保證紙帶在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng),實(shí)驗(yàn)前,手應(yīng)提住紙帶上端,并使紙帶豎直,B項(xiàng)正確;實(shí)驗(yàn)時(shí),先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源再放手松開紙帶,故C項(xiàng)錯(cuò)誤;為了減小測(cè)量數(shù)據(jù)h的相對(duì)誤差,數(shù)據(jù)處理時(shí),應(yīng)選擇紙帶上距離較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)作為初、末位置,D項(xiàng)錯(cuò)誤。(2)重物減少的重力勢(shì)能為ΔEp=mgh=mg(s0+s1)=0.1kg×9.8m/s2×(19.00+8.36)×10-2m≈0.268JvC=s1+s(3)由于阻力的作用,重物減小的重力勢(shì)能總是略大于增加的動(dòng)能,這里的阻力主要來源于重物受到的空氣阻力和紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間的摩擦阻力。2.(2022淮陰中學(xué)模擬)某物理研究小組利用圖甲裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,在鐵架臺(tái)上安裝有一電磁鐵(固定不動(dòng))和一光電門(可上下移動(dòng)),電磁鐵通電后將鋼球吸住,然后斷電,鋼球自由下落,并通過光電門,計(jì)時(shí)裝置可測(cè)出鋼球通過光電門的時(shí)間。(1)用10分度的游標(biāo)卡尺測(cè)量鋼球的直徑,示數(shù)如圖乙所示,可知鋼球的直徑d=cm。

(2)屢次改變光電門的位置,測(cè)量出光電門到電磁鐵下端O的距離為h(h?d),并計(jì)算出鋼球經(jīng)過光電門時(shí)的速度v,假設(shè)畫出v2-h的圖像是線性圖線,那么本實(shí)驗(yàn)最可能得到的線性圖是。

(3)鋼球通過光電門的平均速度(選填“大于〞或“小于〞)鋼球球心通過光電門的瞬時(shí)速度,由此產(chǎn)生的誤差(選填“能〞或“不能〞)通過增加實(shí)驗(yàn)次數(shù)減小。

(4)假設(shè)實(shí)驗(yàn)中得到v2與h成線性關(guān)系,能否說明鋼球在下落過程中機(jī)械能守恒?為什么?。

答案(1)0.96(2)A(3)小于不能(4)不能,可能存在空氣阻力做功而消耗局部機(jī)械能解析(1)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為0.9cm,游標(biāo)尺上第6個(gè)刻度和主尺上某一刻度對(duì)齊,游標(biāo)尺讀數(shù)為0.1×6mm=0.6mm,所以最終讀數(shù)為0.96cm。(2)利用鋼球通過光電門的平均速度來代替瞬時(shí)速度,故v=Dt,根據(jù)機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式有mgh=12mv2,那么關(guān)于v(3)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得鋼球通過光電門的平均速度等于這個(gè)過程中中間時(shí)刻的速度,所以鋼球通過光電門的平均速度小于鋼球球心通過光電門的瞬時(shí)速度,由此產(chǎn)生的誤差不能通過增加實(shí)驗(yàn)次數(shù)減小。(4)實(shí)驗(yàn)中得到v2與h成線性關(guān)系,可能存在阻力做功向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化,不能確定鋼球在下落過程中機(jī)械能守恒。3.某同學(xué)利用透明直尺和光電計(jì)時(shí)器來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)易示意圖如下,當(dāng)有不透光的物體從光電門間通過時(shí),光電計(jì)時(shí)器就可以顯示物體的擋光時(shí)間。所用的光電門傳感器可測(cè)得最短時(shí)間為0.01ms。將擋光效果好、寬度為d=3.8×10-3m的黑色磁帶貼在透明直尺上,從一定高度由靜止釋放,并使其豎直通過光電門。某同學(xué)測(cè)得各段黑色磁帶通過光電門的時(shí)間Δti與圖中所示的高度差Δhi,并將局部數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理,結(jié)果如下表所示。(取g=9.8m/s2,注:表格中M為直尺質(zhì)量)Δti(10-3s)vi=d(m·s-1)ΔEki=12Mv12MΔhi(m)MgΔhi11.213.1421.153.300.52M0.060.59M31.003.802.24M0.232.25M40.954.003.10M0.323.14M50.904.00M0.41(1)從表格中數(shù)據(jù)可知,直尺上磁帶通過光電門的瞬時(shí)速度是利用vi=dΔt1(2)請(qǐng)將表格中數(shù)據(jù)填寫完整。(3)通過實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是:。

(4)根據(jù)該實(shí)驗(yàn)請(qǐng)你判斷以下ΔEk-Δh圖像中正確的選項(xiàng)是。

答案(1)極短時(shí)間內(nèi)的平均速度近似等于瞬時(shí)速度(2)4.224.02M(3)在誤差范圍內(nèi)重力勢(shì)能減少量等于動(dòng)能的增加量(4)C解析(2)v=dΔt=(3)從表中數(shù)據(jù)可知,在誤差范圍內(nèi),動(dòng)能的增加量與重力勢(shì)能的減少量相等。(4)由于ΔEk=MgΔh,那么動(dòng)能的變化與高度差成正比,C正確。4.(2022鹽城模擬)某課外活動(dòng)小組利用豎直上拋運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(1)某同學(xué)用20分度游標(biāo)卡尺測(cè)量小球的直徑,讀數(shù)如圖甲所示,小球直徑為cm。用如圖乙所示彈射裝置將小球豎直向上拋出,先后通過光電門A、B,計(jì)時(shí)裝置測(cè)出小球通過A、B的時(shí)間分別為2.55ms、5.15ms,由此可知小球通過光電門A、B時(shí)的速度分別為vA、vB,其中vA=m/s。

(2)用刻度尺測(cè)出光電門A、B間的距離h,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間,只需比擬是否相等,就可以驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒(用題目中涉及的物理量符號(hào)表示)。

(3)通過屢次的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),小球通過光電門A的時(shí)間越短,(2)中要驗(yàn)證的兩數(shù)值差越大,試分析實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的主要原因是。

答案(1)1.0204.0(4或4.00也算對(duì))(2)gh和vA22解析(1)小球的直徑為10mm+0.05×4mm=10.20mm=1.020cm。vA=dtA=(2)假設(shè)動(dòng)能的增加量和重力勢(shì)能的減小量相等,機(jī)械能守恒,重力勢(shì)能的減小量為mgh,動(dòng)能的增加量為12mvA2-12mvB2。(3)由于受到阻力作用,小球通過光電門A的時(shí)間越短,那么速度越大,阻力越大。5.如圖甲是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置。小圓柱由一根不可伸長(zhǎng)的輕繩拴住,輕繩另一端固定。將輕繩拉至水平后由靜止釋放。在最低點(diǎn)附近放置一組光電門,測(cè)出小圓柱運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的擋光時(shí)間Δt,再用游標(biāo)卡尺測(cè)出小圓柱的直徑d,如圖乙所示,重力加速度為g。那么(1)小圓柱的直徑d=cm。

(2)測(cè)出懸點(diǎn)到圓柱重心的距離l,假設(shè)等式gl=成立,說明小圓柱下擺過程機(jī)械能守恒。

(3)假設(shè)在懸點(diǎn)O安裝一個(gè)拉力傳感器,測(cè)出輕繩上的拉力F,那么要驗(yàn)證小圓柱在最低點(diǎn)的向心力公式還需要測(cè)量的物理量是(用文字和字母表示),假設(shè)等式F=成立,那么可驗(yàn)證向心力公式Fn=mv2答案(1)1.02(2)1(3)小圓柱的質(zhì)量mmg+md解析(1)小圓柱的直徑d=10mm+2×0.1mm=10.2mm=1.02cm。(2)根據(jù)機(jī)械能守恒定律得mgl=12mv2,所以只需驗(yàn)證gl=12v2=(3)小圓柱在最低點(diǎn)時(shí),由牛頓第二定律得F-mg=mv2l,假設(shè)等式F=mg+md26.(2022南通市三模)用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。氣墊導(dǎo)軌上A處安裝了一個(gè)光電門,滑塊上固定一遮光條,滑塊用繞過氣墊導(dǎo)軌左端定滑輪的細(xì)線與鉤碼相連,每次滑塊都從同一位置由靜止釋放,釋放時(shí)遮光條位于氣墊導(dǎo)軌上B位置的上方。(1)某同學(xué)用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d,如圖乙所示,那么d=mm。

(2)實(shí)驗(yàn)中,接通氣源,滑塊靜止釋放后,由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門的時(shí)間為t,測(cè)得滑塊質(zhì)量為M,鉤碼質(zhì)量為m,A、B間的距離為L(zhǎng)。在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi),鉤碼減小的重力勢(shì)能mgL與(用直接測(cè)量的物理量符號(hào)表示)相等,那么機(jī)械能守恒。

(3)以下不必要的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)要求是(請(qǐng)?zhí)顚戇x項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母)。

A.滑塊必須由靜止釋放B.應(yīng)使滑塊的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量C.當(dāng)?shù)刂亓铀俣菵.應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行(4)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)增加的動(dòng)能明顯大于鉤碼減小的重力勢(shì)能,原因是。

答案(1)2.70(2)(m(4)氣墊導(dǎo)軌右端偏高解析