2022年高考物理一輪復(fù)習(xí)方案 實(shí)驗(yàn)6 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（含解析）

2022年高考物理一輪復(fù)習(xí)方案 實(shí)驗(yàn)6 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（含解析）1在利用自由落體運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時器的兩個限位孔不在同一豎直線上會使紙帶通過時受到較大阻力，這樣導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是()Amgh>mv2Bmgh<mv2Cmghmv2 D以上均有可能2如圖S61所示是用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時得到的一條紙帶，我們選N點(diǎn)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律下面舉出一些計(jì)算打N點(diǎn)時紙帶下落速度的方法，其中正確的是(T為打點(diǎn)周期)()圖S61AN點(diǎn)是第n個點(diǎn)，則vNgnTBN點(diǎn)是第n個點(diǎn)，則vNg(n1)TCvNDvN3關(guān)于利用自由落體運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)，以下說法正確的是()A實(shí)驗(yàn)中摩擦是不可避免的，因此紙帶越短越好，因?yàn)榧垘г蕉?，克服摩擦力做的功就越少，誤差就越小B實(shí)驗(yàn)時需稱出重錘的質(zhì)量C紙帶上第1、2兩點(diǎn)間距若不接近2 mm，則無論怎樣處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)誤差都一定較大D處理打點(diǎn)的紙帶時，可以直接利用打點(diǎn)計(jì)時器打出的實(shí)際點(diǎn)跡，而不必選取計(jì)數(shù)點(diǎn)圖S624xx·上饒一模利用如圖S62所示裝置可以驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)中電火花計(jì)時器所用交流電源的頻率為50 Hz，得到如圖S63所示的紙帶選取紙帶上打出的連續(xù)五個點(diǎn)A、B、C、D、E，測出A點(diǎn)距起點(diǎn)O的距離為s019.00 cm，點(diǎn)A、C間的距離為s18.36 cm，點(diǎn)C、E間的距離為s29.88 cm，取9.8 m/s2，測得重物的質(zhì)量為100 g.選取O、C兩點(diǎn)為初末位置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律重物減少的重力勢能為_，打下C點(diǎn)時重物的動能為_J(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖S635xx·寶雞質(zhì)檢圖S64甲是某實(shí)驗(yàn)小組驗(yàn)證鉤碼和滑塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)裝置，圖中的氣墊導(dǎo)軌被水平地固定在實(shí)驗(yàn)臺上甲乙圖S64(1)實(shí)驗(yàn)中，用螺旋測微器測量遮光條的寬度d，測量結(jié)果如圖乙所示，則遮光條的寬度d_mm.(2)實(shí)驗(yàn)時將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由光電計(jì)時器讀出遮光條通過光電門所用的時間t，鉤碼的質(zhì)量m已用天平測得，為了驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒，在本次實(shí)驗(yàn)中還需要測量的物理量有_(文字說明并用相應(yīng)的字母表示)(3)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒的關(guān)系式是_(用測量的物理量符號表示)6利用氣墊導(dǎo)軌裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時，先把導(dǎo)軌調(diào)成水平，然后按如圖S65所示的方式，用墊塊把導(dǎo)軌一端墊高H，質(zhì)量為m的滑塊上安裝寬度d3.0 cm的遮光板使滑塊由軌道上端任一處滑下，測出它通過光電門G1和G2時的速度v1和v2，就可以算出它由G1到G2這段過程中動能的增加量Ekm(vv)，再算出重力勢能的減少量Epmgh，比較Ek與Ep的大小，便可驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒圖中H、L、s均已事先設(shè)定，滑塊通過兩個光電門所用時間分別為t1和t2.圖S65(1)滑塊速度v1、v2的表達(dá)式分別為v1_、v2_，滑塊通過G1、G2時的高度差h的表達(dá)式h_(2)若測得圖中L1.0 m，s0.50 m，H20 cm，m500 g，滑塊通過G1和G2的時間分別為5.0×102 s和2.0×102s，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭9.80 m/s2，則動能增加量Ek_，重力勢能減少量Ep_(以上兩空保留三位有效數(shù)字)，由此得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是_7在用自由落體運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時，某同學(xué)按照正確的操作得到如圖S66所示的紙帶，其中O是起始點(diǎn)，A、B、C是由頻率為50 Hz的打點(diǎn)計(jì)時器連續(xù)打下的3個點(diǎn)該同學(xué)用毫米刻度尺測量O到A、B、C各點(diǎn)的距離，并記錄在圖中(單位cm)圖S66(1)這三個數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是_(填“OA”“OB”或“OC”)段，應(yīng)記作_cm.(2)甲同學(xué)用質(zhì)量為1 kg的重錘在OB段的運(yùn)動來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，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B點(diǎn)處的瞬時速度，則OB段重錘重力勢能的減少量為_，而動能的增加量為_(以上兩空保留三位有效數(shù)字)這樣驗(yàn)證的系統(tǒng)誤差總是使重力勢能的減少量_動能的增加量(填“大于”“小于”或“等于”)(3)乙同學(xué)根據(jù)同一條紙帶的同一組數(shù)據(jù)，也用重錘在OB段的運(yùn)動來驗(yàn)證機(jī)械能守恒，將打點(diǎn)計(jì)時器打下的第一個點(diǎn)O記為第1個點(diǎn)，圖中的B是打點(diǎn)計(jì)時器打下的第9個點(diǎn)因此他用vBgt計(jì)算B點(diǎn)的瞬時速度，得到動能的增加量，這樣驗(yàn)證時的系統(tǒng)誤差總是使重力勢能的減少量_動能的增加量(填“大于”“小于”或“等于”)，原因是_(4)丙同學(xué)根據(jù)同一條紙帶上測量出的數(shù)據(jù)，算出A、B之間的距離以及B、C之間的距離，利用公式a算出紙帶下落時的重力加速度a，并把這個加速度當(dāng)做當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣扔?jì)算出重力勢能的減少量；同時用AC段的平均速度作為B點(diǎn)的瞬時速度從而算出動能的增加量，這樣驗(yàn)證時的系統(tǒng)誤差總是使重力勢能的減少量_動能的增加量(填“大于”“小于”或“等于”)，原因是_8xx·江西名校聯(lián)考“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)可以采用如圖S67所示的甲或乙方案來進(jìn)行(1)兩種方案中，較理想的是_(填“甲”或“乙”)方案；圖S67(2)圖S68是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，圖中所標(biāo)的數(shù)據(jù)是相鄰兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，已知每相鄰兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔T0.1 s，則B點(diǎn)對應(yīng)物體的速度vB_m/s，D點(diǎn)對應(yīng)物體的速度vD_m/s；(3)經(jīng)分析該紙帶是采用_(填“甲”或“乙”)實(shí)驗(yàn)方案得到的圖S689xx·無為聯(lián)考(1)關(guān)于利用自由落體運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)的敘述中，正確的有()A打點(diǎn)計(jì)時器安裝時要使兩個限孔位于同一豎直線上并安裝穩(wěn)定，以減小紙帶下落過程中的阻力B需用天平測出重錘的質(zhì)量C打點(diǎn)計(jì)時器用四節(jié)干電池串聯(lián)而成的電池組作為電源D用手托著重錘，先閉合打點(diǎn)計(jì)時器的電源開關(guān)，然后釋放重錘E打出的紙帶中，只要點(diǎn)跡清晰，就可以運(yùn)用公式mghmv2驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒F驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒必須先確定重力勢能的參考平面(2)驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒時，實(shí)驗(yàn)中計(jì)算某一點(diǎn)的速度時，甲同學(xué)用vgt來計(jì)算，乙同學(xué)用vn來計(jì)算其中_同學(xué)的計(jì)算方法更符合實(shí)驗(yàn)要求重力加速度g的數(shù)值，甲同學(xué)用9.8 m/s2代入，乙同學(xué)用通過對紙帶分析計(jì)算出重錘下落的實(shí)際加速度代入，丙同學(xué)用當(dāng)?shù)氐膶?shí)際重力加速度代入，其中_同學(xué)的做法是正確的(3)甲同學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果時發(fā)現(xiàn)重物重力勢能的減少量Ep略大于動能的增加量Ek，乙同學(xué)發(fā)現(xiàn)Ep<Ek，實(shí)驗(yàn)過程中肯定存在錯誤的是_同學(xué)本實(shí)驗(yàn)中引起誤差的主要原因是_.實(shí)驗(yàn)(六)1. A解析 重物下落需克服阻力做功，因此機(jī)械能不守恒，重物減少的重力勢能一部分轉(zhuǎn)化為動能，另一部分用于克服摩擦力做功而轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故減小的重力勢能大于增加的動能選項(xiàng)A正確2C解析 承認(rèn)物體下落的實(shí)際加速度為g，即承認(rèn)了機(jī)械能守恒，故不能采用公式vgt計(jì)算打N點(diǎn)時紙帶下落的速度，N點(diǎn)的速度為sn和sn1段的平均速度，即vN；或者用vN表示N點(diǎn)的速度，故只有C項(xiàng)正確3. D解析 紙帶過短，長度測量的相對誤差較大，選項(xiàng)A錯誤；由mv2mgh知，只需驗(yàn)證v2gh即可，不必測量重錘質(zhì)量，選項(xiàng)B錯誤；對C選項(xiàng)中的紙帶，可選點(diǎn)跡清晰、距離合適的任兩點(diǎn)M、N，通過計(jì)算Ekmvmv與mghMN比較，實(shí)驗(yàn)誤差不一定大，選項(xiàng)C錯誤；自由落體運(yùn)動加速度較大，除去1、2兩點(diǎn)，其他相鄰兩點(diǎn)間的距離均大于或遠(yuǎn)大于2 mm，用毫米刻度尺測量完全可以，不必選取計(jì)數(shù)點(diǎn)，選項(xiàng)D正確40.270.26解析 重物減少的重力勢能Epmg(s0s1)0.27 J，打C點(diǎn)時重物的速度vC2.28 m/s，動能Ekmv0.26 J.5(1)3.695(2)滑塊的質(zhì)量M滑塊由靜止運(yùn)動到光電門的位移s(3)mgs解析 (1)d3.5 mm19.5×0.01 mm3.695 mm；(2)驗(yàn)證鉤碼和滑塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，計(jì)算減少的重力勢能時需用到滑塊由靜止運(yùn)動到光電門的位移s，計(jì)算增加的動能時需用到滑塊的質(zhì)量M；(3)滑塊經(jīng)過光電門時的速度v，上述過程中滑塊和鉤碼系統(tǒng)增加的動能Ek(Mm)v2，減少的重力勢能Ep mgs.如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)EpEk，即mgs，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律6(1) s(2)0.473 J0.490 J在誤差允許范圍內(nèi)，滑塊下滑過程中機(jī)械能守恒解析 (1)由于擋光板寬度d3.0 cm很小，而滑塊通過光電門的時間極短，故可以認(rèn)為滑塊通過兩光電門時的平均速度就等于通過G1和G2兩位置的瞬時速度，即v1，v2；由導(dǎo)軌的傾角sin，可得hssins.(2)v10.60 m/s，v21.50 m/s，高度差hs×0.50 m0.10 m動能增加量Ekm(vv)0.473 J，重力勢能減少量Epmgh0.490 J；實(shí)驗(yàn)結(jié)論為：在誤差允許范圍內(nèi)，滑塊下滑過程中機(jī)械能守恒7(1)OC15.70(2)1.22 J1.20 J大于(3)小于略(4)等于略解析 (1)按照有效數(shù)字要估讀一位的要求，OC段的讀數(shù)應(yīng)為15.70 cm；(2)重錘重力勢能的減少量EpmghOB1.22 J，動能的增加量Ekmv1.20 J，從計(jì)算結(jié)果可以看出重力勢能的減少量大于動能的增加量，因?yàn)橛幸徊糠謾C(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能了；(3)由于重錘下落過程中受到阻力，打下B點(diǎn)時重錘的速度小于根據(jù)vgt計(jì)算出來的速度，故系統(tǒng)誤差總是使重力勢能的減少量小于動能的增加量；(4)下落時的重力加速度a是按實(shí)際運(yùn)動計(jì)算的，v也是按照實(shí)際的運(yùn)動規(guī)律計(jì)算的，只要紙帶做勻加速直線運(yùn)動，mahmv2總成立8(1)甲(2)0.951.91(3)乙解析 (1)物體只受重力作用或阻力可忽略不計(jì)時，物體的機(jī)械能守恒，乙圖方案中物體受到的阻力比較大，所以方案甲比較理想；(2)vB m/s0.95 m/s，vD m/s1.91 m/s；(3)根據(jù)紙帶求出物體的加速度a4.8 m/s2，該加速度遠(yuǎn)小于重力加速度，顯然是由乙方案得到的9(1)AD(2)乙 丙(3)乙 重錘下落過程中存在著阻力作用 解析 (1)本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證重物下落過程減少的重力勢能與增加的動能相等，由實(shí)驗(yàn)原理可知不需用天平測出重錘的質(zhì)量，選項(xiàng)B錯誤；打點(diǎn)計(jì)時器的打點(diǎn)周期取決于交流電源的頻率，或者說必須使用交流電，不可用干電池代替，選項(xiàng)C錯誤；選取第一、二兩點(diǎn)間的距離接近2 mm且點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測量，第一、二兩點(diǎn)間的距離接近2 mm說明打第一點(diǎn)時重物的瞬時速度為零紙帶處理方法有兩種：一種是選取第一點(diǎn)和與第一點(diǎn)距離較遠(yuǎn)的另一點(diǎn)，可用mghmv2驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒；另一種是選擇紙帶點(diǎn)跡清晰的部分，測量任意兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離h，求出兩點(diǎn)對應(yīng)位置重物的動能之差Ek，用mghEk驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，選項(xiàng)E錯誤；本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的是重物重力勢能的減少量等于其動能的增加量，而重力勢能的減少量與重力勢能的參考平面的位置無關(guān)，故本實(shí)驗(yàn)不需先確定重力勢能的參考平面，選項(xiàng)F錯誤(2)用vn計(jì)算瞬時速度符合實(shí)驗(yàn)要求，因?yàn)槿绻_認(rèn)重物下落的加速度為重力加速度g，即確認(rèn)重物做自由落體運(yùn)動，自由落體運(yùn)動過程中機(jī)械能當(dāng)然守恒這是錯誤，不是誤差，所以乙同學(xué)的方法更符合實(shí)驗(yàn)要求；重力加速度g的數(shù)值應(yīng)該取當(dāng)?shù)氐膶?shí)際重力加速度，所以丙同學(xué)的做法是正確的(3)重物在下落過程中受到摩擦阻力和空氣阻力，極少部分重力勢能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)能，所以重力勢能的減少量Ep略大于動能的增加量Ek，故實(shí)驗(yàn)過程中肯定存在錯誤的是乙同學(xué)本實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的主要原因是重錘下落過程中存在著阻力作用