（全國通用）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 微專題44 實驗：驗證機械能守恒定律加練半小時（含解析）

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1、實驗：驗證機械能守恒定律 [方法點撥]　要明確“誰”在“哪個過程”中機械能守恒，列出守恒方程，明確要測量的物理量. 1.某課外活動小組利用豎直上拋運動“驗證機械能守恒定律”： (1)某同學(xué)用20分度游標卡尺測量小球的直徑，讀數(shù)如圖1甲所示，小球直徑為________cm.用圖乙所示的彈射裝置將小球豎直向上拋出，先后通過光電門A、B，計時裝置測出小球通過A、B的時間分別為2.55ms、5.15ms，由此可知小球通過光電門A、B時的速度分別為vA、vB，其中vA＝________m/s. 圖1 (2)用刻度尺測出光電門A、B間的距離h，已知當?shù)氐闹亓铀俣葹間，只需比較_______

2、_____與____________是否相等就可以驗證機械能是否守恒(用題目中涉及的物理量符號來表示). (3)通過多次的實驗發(fā)現(xiàn)，小球通過光電門A的時間越短，(2)中要驗證的兩數(shù)值差別越大，試分析實驗中產(chǎn)生誤差的主要原因是______________________________________________. 2.某同學(xué)用如圖2所示的裝置驗證機械能守恒定律.一根細線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點，光電門固定在A的正下方.在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條.將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t可由計時器測出，取v＝作為鋼球經(jīng)過A點時的速度.記錄鋼

3、球每次下落的高度h和計時器示數(shù)t，計算并比較鋼球在釋放點和A點之間的勢能變化大小ΔEp與動能變化大小ΔEk，就能驗證機械能是否守恒. 圖2 (1)用ΔEp＝mgh計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測量釋放時的鋼球球心到________之間的豎直距離 A.鋼球在A點時的頂端 B.鋼球在A點時的球心 C.鋼球在A點時的底端 (2)用ΔEk＝mv2計算鋼球動能變化的大小，用刻度尺測量遮光條寬度，示數(shù)如圖3所示，其讀數(shù)為________cm.某次測量中，計時器的示數(shù)為0.0100s，則鋼球的速度為v＝______m/s. 圖3 (3)下表為該同學(xué)的實驗結(jié)果： Δ

4、Ep/(×10－2J) 4.892 9.786 14.69 15.59 29.38 ΔEk/(×10－2J) 5.04 10.1 15.1 20.0 29.8 他發(fā)現(xiàn)表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認為這是由于空氣阻力造成的.你是否同意他的觀點？請說明理由. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ (4)請你提

5、出一條減小上述差異的改進建議. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 3.為了“驗證機械能守恒定律”，某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)利用透明直尺和光電計時器設(shè)計了一套實驗裝置，如圖4所示.當有不透光物體從光電門間通過時，光電計時器就可以顯示物體的擋光時間，所用的光電門傳感器可測的最短時間為0.01ms.將具有很好擋光效果的寬度為d＝3.8×10－

6、3m的黑色磁帶水平貼在透明直尺上.實驗時，將直尺從一定高度由靜止釋放，并使其豎直通過光電門.某同學(xué)測得各段黑色磁帶通過光電門的時間Δti與圖中所示的高度差Δhi，并將部分數(shù)據(jù)進行了處理，結(jié)果如下表所示(表格中M為直尺質(zhì)量，g取9.8m/s2). 圖4 Δti(10－3s) vi＝(m·s－1) ΔEki＝Mvi2－Mv12 Δhi(m) MgΔhi 1 1.21 3.13 2 1.15 3.31 0.58M 0.06 0.58M 3 1.00 3.78 2.24M 0.23 2.25M 4 0.95 4.00 3.10M

7、0.32 3.14M 5 0.90 4.22 4.01M 0.41 (1)從表格中數(shù)據(jù)可知，直尺上磁帶通過光電門的瞬時速度是利用vi＝求出的，請你簡要分析該同學(xué)這樣做的理由是____________________________________________________. (2)請將表格中的數(shù)據(jù)填寫完整. (3)通過實驗得出的結(jié)論是______________________________________________________. (4)根據(jù)該實驗，下列ΔEk—Δh圖象中正確的是______. 答案精析 1.(1)1.020　4.0　(

8、2)gh?。?3)小球上升過程中受到空氣阻力的作用，速度越大，所受阻力越大 解析　(1)根據(jù)游標卡尺讀數(shù)原理知題圖甲所示的小球直徑為d＝10mm＋0.05×4mm＝1.020cm.由于小球通過光電門的時間很短，可以用通過光電門的平均速度代替瞬時速度，由速度定義可知，vA＝＝m/s＝4.0m/s. (2)小球從A到B，重力勢能增加mgh，動能減少mvA2－mvB2，則要驗證機械能是否守恒，只需比較gh與－是否相等即可. (3)小球通過光電門A的時間越短，說明小球速度越大.(2)中要驗證的兩數(shù)值差越大，說明機械能損失越大，克服空氣阻力做功越大，阻力越大，這說明小球上升過程中受到空氣阻力的作

9、用，速度越大，所受阻力越大. 2.(1)B (2)1.50(1.49～1.51均可)　1.50(1.49～1.51均可) (3)不同意，因為空氣阻力會造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp. (4)分別測出光電門和球心到懸點的長度L和l，計算ΔEk時，將v折算成鋼球的速度v′＝v. 解析　(2)讀數(shù)時要注意最小分度值是1毫米，要估讀到最小分度值的下一位，速度v＝＝＝1.50m/s. (3)因為空氣阻力會使動能的增加量ΔEk小于重力勢能的減少量ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp，所以不同意他的觀點. (4)據(jù)題圖可看出，光電門計時器測量的是遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間，而此時遮光條經(jīng)過光電門時的速度比小球的速度大，因為它們做的是以懸點為圓心的圓周運動，半徑不等，所以速度不能等同，而這位同學(xué)誤以為相同，從而給實驗帶來了系統(tǒng)誤差.改進方法：根據(jù)它們運動的角速度相等，分別測出光電門和球心到懸點的長度L和l，計算ΔEk時，將v折算成鋼球的速度v′＝v. 3.(1)瞬時速度等于極短時間或極短位移內(nèi)的平均速度　(2)4.02M　(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，重力勢能的減少量等于動能的增加量　(4)C 5