2020高考物理復(fù)習(xí) 金版教程 實(shí)驗(yàn)六 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律練習(xí)

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1、限時(shí)規(guī)范特訓(xùn) (時(shí)間：45分鐘　分值：100分) 1．某位同學(xué)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，下列操作步驟中錯(cuò)誤的是(　　) A．把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線連接到低壓交流電源 B．將連有重錘的紙帶過限位孔，將紙帶和重錘提升到一定高度 C．先釋放紙帶，再接通電源 D．更換紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)記錄處理數(shù)據(jù) 解析：在使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，都要先通電后釋放紙帶．在驗(yàn)證機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)中，最好在打第一個(gè)點(diǎn)時(shí)恰好釋放紙帶，滿足這樣的紙帶，紙帶上第一、二兩個(gè)點(diǎn)之間的距離接近2 mm. 答案：C 2. [2020·四川高考]有4條用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(所用交流電頻率為50 Hz)打出的紙帶A、

2、B、C、D，其中一條是做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的．為找出該紙帶，某同學(xué)在每條紙帶上取了點(diǎn)跡清晰的、連續(xù)的4個(gè)點(diǎn)，用刻度尺測(cè)出相鄰兩個(gè)點(diǎn)間距離依次為s1、s2、s3.請(qǐng)你根據(jù)下列s1、s2、s3的測(cè)量結(jié)果確定該紙帶為(已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?.791 m/s2) (　　) A．61.0 mm　65.8 mm　70.7 mm B．41.2 mm　45.1 mm　53.0 mm C．49.6 mm　53.5 mm　57.3 mm D．60.5 mm　61.0 mm　60.6 mm 解析：驗(yàn)證機(jī)械能守恒采用重錘的自由落體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，所以相鄰的0.02 s內(nèi)的位移增加量為Δs＝gT2＝

3、9.791×0.022≈3.9(mm)，只有C符合要求．故選C. 答案：C 3.[2020·安徽高考]利用圖示裝置進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要測(cè)量物體由靜止開始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h.某班同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，設(shè)計(jì)了以下四種測(cè)量方案． a．用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，并測(cè)出下落時(shí)間t，通過v＝gt計(jì)算出瞬時(shí)速度v. b．用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，并通過v＝計(jì)算出瞬時(shí)速度v. c．根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測(cè)算出瞬時(shí)速度v，并通過h＝計(jì)算得出高度h. d．用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直

4、線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測(cè)算出瞬時(shí)速度v. 以上方案中只有一種正確，正確的是________．(填入相應(yīng)的字母) 解析：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理是：判斷mgh與mv2是否相等．由此可以看出，需要測(cè)量的物理量是由靜止開始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h，不需要測(cè)量的物理量是物體的質(zhì)量m.瞬時(shí)速度v和下落高度h是必須同時(shí)記錄的兩個(gè)物理量，而不能用一個(gè)量去求(通過公式)另一個(gè)量，選項(xiàng)a、b、c中都違背了這一原則，正確的測(cè)量方法是用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測(cè)算出瞬時(shí)

5、速度v，d正確． 答案：d 4. 在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，要驗(yàn)證的是重物重力勢(shì)能的減少等于它動(dòng)能的增加，以下步驟僅是實(shí)驗(yàn)中的一部分，在這些步驟中多余的或錯(cuò)誤的有(　　) A. 用天平稱出重物的質(zhì)量 B. 把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定到鐵架臺(tái)上，并用導(dǎo)線把它和低壓交流電源連接起來 C. 把紙帶的一端固定到重物上，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，把重物提升到一定高度 D. 接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后釋放紙帶 E. 用秒表測(cè)出重物下落的時(shí)間 解析：在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，需驗(yàn)證重力勢(shì)能減少量mgh和動(dòng)能增加量mv2之間的大小關(guān)系，若機(jī)械能守恒，則有mgh＝mv2成立，兩邊都有質(zhì)量，

6、可約去，即驗(yàn)征gh＝v2成立即可，故無需測(cè)質(zhì)量，A選項(xiàng)多余，對(duì)E選項(xiàng)，測(cè)速度時(shí)，用的是紙帶上的記錄點(diǎn)間的距離和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔，無需用秒表測(cè)量，因此E選項(xiàng)也多余． 答案：AE 5. 下面列出一些實(shí)驗(yàn)步驟： A．用天平測(cè)出重物和夾子的質(zhì)量； B．將重物系在夾子上； C．將紙帶穿過計(jì)時(shí)器，上端用手提著，下端夾上系住重物的夾子．再把紙帶向上拉，讓夾子靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器； D．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在學(xué)生電源交流輸出端，把輸出電壓調(diào)至6 V(電源不接通、交流)； E．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定放在桌邊的鐵架臺(tái)上，使兩個(gè)限位孔在同一豎直線上； F．在紙帶上選取幾個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行測(cè)量和記錄數(shù)據(jù)； G．用秒表測(cè)出

7、重物下落的時(shí)間； H．接通電源，待計(jì)時(shí)器響聲穩(wěn)定后釋放紙帶； I．切斷電源； J．更換紙帶，重新進(jìn)行兩次； K．在三條紙帶中選出較好的一條； L．進(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)論，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告； M．拆下導(dǎo)線，整理器材． 以上步驟，不必要的有__________，正確步驟的合理順序是__________． 答案：AG；EDBCHIJMKFL 6. 在用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，某同學(xué)按照正確的操作選得紙帶如圖．其中O是起始點(diǎn)，A、B、C是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下的3個(gè)點(diǎn)．該同學(xué)用毫米刻度尺測(cè)量O到A、B、C各點(diǎn)的距離，并記錄在圖中(單位：cm)． (1)這三個(gè)數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求

8、的是__________，應(yīng)記作__________cm. (2)該同學(xué)用重錘在OB段的運(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80 m/s2，他用AC段的平均速度作為跟B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物體的瞬時(shí)速度，則該段重錘重力勢(shì)能的減少量為__________，而動(dòng)能的增加量為__________(均保留三位有效數(shù)字，重錘質(zhì)量用m表示)．這樣驗(yàn)證的系統(tǒng)誤差總是使重力勢(shì)能的減少量__________動(dòng)能的增加量，原因是__________________________________________ ________________________________________________

9、______________________________________________________. (3)另一位同學(xué)根據(jù)同一條紙帶，同一組數(shù)據(jù)，也用重錘在OB段的運(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒，不過他數(shù)了一下，從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)O數(shù)起，圖中的B是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第9個(gè)點(diǎn)．因此他用vB＝gt計(jì)算跟B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物體的瞬時(shí)速度，得到動(dòng)能的增加量為__________，這樣驗(yàn)證時(shí)的系統(tǒng)誤差總是使重力勢(shì)能的減少量__________動(dòng)能的增加量，原因是______________________________ ________________________________________

10、__________________________________________________________________________. 答案：(1)OC　15.70 (2)1.22 m　1.20 m　大于　v是實(shí)際速度，因?yàn)橛心Σ辽鸁?，減少的重力勢(shì)能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 (3)1.23 m　小于　v是按照自由落體計(jì)算的，對(duì)應(yīng)的下落高度比實(shí)際測(cè)得的高度要大 點(diǎn)評(píng)：紙帶分析的關(guān)鍵是速度的計(jì)算不能用v＝gt，而要用vn＝. 7. 某同學(xué)利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．弧形軌道末端水平，離地面的高度為H.將鋼球從軌道的不同高度h處由靜止釋放，鋼球的落點(diǎn)距軌道末端

11、的水平距離為s. (1)若軌道完全光滑，s2與h的理論關(guān)系應(yīng)滿足s2＝__________(用H、h表示)． (2)該同學(xué)經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到一組數(shù)據(jù)，如下表所示： h(10－1 m) 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 s2(10－1 m2) 2.62 3.89 5.20 6.53 7.78 請(qǐng)?jiān)趫D示的坐標(biāo)紙上作出s2－h(huán)關(guān)系圖． (3)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算得到的s2－h(huán)關(guān)系圖線(圖中已畫出)，自同一高度靜止釋放的鋼球，水平拋出的速率__________(填“小于”或“大于”)理論值． (4)從s2－h(huán)關(guān)系圖線中分析得出鋼球水平拋出的速率偏

12、差十分顯著，你認(rèn)為造成上述偏差的可能原因是______________________ ___________________________________________________________________________________________________________________. 解析： (1)根據(jù)機(jī)械能守恒定律，可得離開軌道時(shí)速度為v＝，由平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)可求得時(shí)間為t＝，可得s＝vt＝，從而s2＝4Hh. (2)依次描點(diǎn)，連線，如圖所示．注意不要畫成折線． (3)從圖中看，同一h時(shí)的s2值，理論值明顯大于實(shí)際值，而在同一高度H下的平拋運(yùn)動(dòng)水平

13、射程由水平速率決定，可見實(shí)際水平速率小于理論速率． (4)由于客觀上，軌道與鋼球間存在摩擦，機(jī)械能減小，因此會(huì)導(dǎo)致實(shí)際值比理論值小．鋼球的轉(zhuǎn)動(dòng)也需要能量維持，而機(jī)械能守恒中沒有考慮重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能的這一部分，也會(huì)導(dǎo)致實(shí)際速率明顯小于理論速率(這一點(diǎn)，可能不少同學(xué)會(huì)考慮不到)． 答案：(1)4Hh (2) (3)小于 (4)由于客觀上，軌道與鋼球間存在摩擦，機(jī)械能減小，因此會(huì)導(dǎo)致實(shí)際值比理論值?。撉虻霓D(zhuǎn)動(dòng)也需要能量維持，而機(jī)械能守恒中沒有考慮重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能的這一部分，也會(huì)導(dǎo)致實(shí)際速率明顯小于理論速率(這一點(diǎn)，可能不少同學(xué)會(huì)考慮不到)． 8. [2020·溫州八校聯(lián)

14、考]某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．頻閃儀每隔0.05 s閃光一次，圖中所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離，該同學(xué)通過計(jì)算得到不同時(shí)刻的速度如下表．(已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.8 m/s2，小球質(zhì)量m＝0.2 kg，結(jié)果保留3位有效數(shù)字) 時(shí)刻 t2 t3 t4 t5 速度(m/s) 4.99 4.48 3.98 (1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算t5時(shí)刻小球的速度v5＝________m/s； (2)從t2到t5時(shí)間內(nèi)，重力勢(shì)能增量ΔEp＝________J，動(dòng)能減少量ΔEk＝________J； (3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEp與△Ek近似相等，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒

15、定律．由上述計(jì)算得ΔEp________ΔEk(選填“>”、“<”或“＝”)，造成這種結(jié)果的主要原因是__________________________ ______________________________________________． 解析：本題考查機(jī)械能守恒定律的驗(yàn)證，與教材實(shí)驗(yàn)有所不同，本題以豎直上拋為依托考查機(jī)械能守恒，要注意知識(shí)的遷移和變化．(1)v5＝×10－2＝3.48(m/s)；(2)重力勢(shì)能的增量ΔEp＝mgΔh，代入數(shù)據(jù)可得ΔEp＝1.24 J，動(dòng)能減少量為ΔEk＝mv－mv，代入數(shù)據(jù)可得ΔEk＝1.28 J；(3)由計(jì)算可得ΔEp<ΔEk，主要是由于存在空氣阻力． 答案：(1)3.48　(2)1.24　1.28　(3)<　存在空氣阻力