2020屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時作業(yè) 第22講 實驗：探究功與速度變化的關(guān)系 驗證機械能守恒定律

2020屆高三物理總復(fù)習(xí)精品課時作業(yè) 第22講 實驗：探究功與速度變化的關(guān)系 驗證機械能守恒定律1用電磁打點計時器做“驗證機械能守恒定律”的實驗中，有下列操作：A用刻度尺測出選定的0到1、2、3點間的距離，查出當(dāng)?shù)氐膅值B在支架上豎直架好打點計時器C測出重物的質(zhì)量D算出各對應(yīng)點的勢能和動能，并通過比較得出結(jié)論E提著紙帶，使重物靜止在靠近打點計時器的地方F把電池接到打點計時器的接線柱上G將50 Hz的低壓交流電源接到打點計時器的接線柱上H接通電源再松開紙帶請你選出其中正確的操作步驟，并按合理的操作順序排列：_.(用字母填寫)【答案】BGEHAD2在“用打點計時器驗證機械能守恒定律”的實驗中，質(zhì)量m1.00 kg的重物自由下落，打點計時器在紙帶上打出一系列點，圖示為選取的一條符合實驗要求的紙帶，O為第一個點(速度恰好為零)，每兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出，選連續(xù)的3個計數(shù)點A、B、C作為測量的點，經(jīng)測量知道A、B、C各點到O點的距離分別為50.50 cm、86.00 cm、130.50 cm.已知打點計時器每隔0.02 s打一次點，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.8 m/s2.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可計算出打B點時的速度vB_m/s，重物由O點運動到B點，重力勢能減少了_J，動能增加了_J根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)，還可以求出物體實際下落的加速度為_m/s2，重物在從A下落到B的過程中所受的平均阻力為_N(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)【解析】vB4.00 m/s|Ep|mg·OB8.43 JEkBmv8.00 Ja9.00 m/s2根據(jù)牛頓第二定律有：fm(ga)0.800 N.【答案】4.008.438.009.000.8003在利用重物自由下落驗證機械能守恒定律的實驗中(1)某同學(xué)在實驗中得到的紙帶如圖所示，其中A、B、C、D是打下的相鄰的四個點，它們到運動起始點O的距離分別為62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.80 m/s2，打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，重物的質(zhì)量為1.00 kg.請根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算重物由O點運動到C點的過程中，重力勢能的減少量為_J，動能的增加量為_J(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)(2)甲、乙、丙三名同學(xué)通過實驗各得到一條紙帶，它們前兩個點間的距離分別是1.0 mm、1.9 mm、4.0 mm.那么操作上一定存在錯誤的同學(xué)是_，造成錯誤的原因是_【解析】(1)Epmg·OC7.62 JvC3.89 m/sEkCmv7.57 J.(2)丙得到的距離為4.00 mm，而自由落體運動中在前0.02 s內(nèi)下落的距離hgt22 mm，故其錯誤，說明打第一個點時紙帶有初速度但當(dāng)摩擦力較大時，相距1 mm還是可能的【答案】(1)7.627.57(2)丙先釋放重物，后接通電源4某同學(xué)利用透明直尺和光電計時器來驗證機械能守恒定律，實驗的簡易示意圖如圖所示當(dāng)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西甌XDS007光電門傳感器可測得最短時間為0.01 ms.將擋光效果好、寬度d3.8×103 m的黑色磁帶貼在透明直尺上現(xiàn)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ti與圖中所示的高度差hi，并將部分數(shù)據(jù)進行了處理，結(jié)果如下表所示(取g9.8 m/s2，表格中M為直尺的質(zhì)量)ti(×103 s)vi (m·s1)EkiMvMvhi(m)Mghi11.213.1421.153.300.52M0.060.52M31.003.802.29M0.242.35M40.954.003.07M0.323.14M50.900.41(1)從表格中的數(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：_.【答案】(1)極短時間或極短位移內(nèi)的平均速度趨近于瞬時速度(2)4.224.00M4.02M(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，機械能守恒5某實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動能定理”，如圖甲所示，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細線將其通過一個定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小在水平桌面上相距50.0 cm的A、B兩點各安裝一個速度傳感器，記錄小車通過A、B時的速度大小小車中可以放置砝碼(1)實驗主要步驟如下：測量_和拉力傳感器的總質(zhì)量M1；把細線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需電路將小車停在C點，_，小車在細線拉動下運動，記錄細線拉力及小車通過A、B時的速度在小車中增加砝碼，或_，重復(fù)的操作(2)下表是他們測得的一組數(shù)據(jù)，其中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量之和，|vv| 是兩個速度傳感器記錄速度的平方差，可以據(jù)此計算出動能變化量E，F(xiàn)是拉力傳感器受到的拉力，W是F在A、B間所做的功表格中E3_，W3_.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(3)根據(jù)下表，請在圖乙中的方格紙上作出EW圖線數(shù)據(jù)記錄表次數(shù)M/kg|vv|/(m/s)2E/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.220W341.0002.401.202.4201.2151.0002.841.422.8601.43【解析】(2)由各組數(shù)據(jù)可見規(guī)律E m|vv|，可得E30.600；觀察FW數(shù)據(jù)規(guī)律可得數(shù)值上W0.610.(3)在方格紙上作出EW圖線如圖丙所示【答案】(1)小車 然后釋放小車減少砝碼(2)0.6000.610(3)EW圖線如圖丙所示6如圖所示，將輕彈簧放在凹形光滑軌道上，并將其一端與軌道的相應(yīng)端固定，軌道放在水平桌面的邊緣上，軌道中放一球利用該裝置可以找出彈簧壓縮時具有的彈性勢能與壓縮量之間的關(guān)系(1)為完成實驗，除了圖中有的，還需要哪些器材？答：_.(2)如果在實驗中，得到彈簧的壓縮量l和小球離開桌面后落地的水平位移x的一些數(shù)據(jù)如下表所示，則得到的實驗結(jié)論是：_.實驗次數(shù)1234l/cm2.003.004.005.00x/cm29.2045.0560.5275.40【解析】(2)由機械能守恒定律得：Epmv又由平拋運動的規(guī)律知：v0x可得：本實驗中彈簧的彈性勢能Epx2又由實驗數(shù)據(jù)可得：xl可得實驗結(jié)論：Epl2.【答案】(1)白紙、復(fù)寫紙、刻度尺(2)彈簧的彈性勢能與彈簧壓縮量的平方成正比7某同學(xué)利用如圖甲所示的實驗裝置測量重力加速度(1)請指出該同學(xué)在實驗操作中存在的兩處明顯錯誤或不當(dāng)：_；_.(2)該同學(xué)經(jīng)正確操作得到如圖乙所示的紙帶，取連續(xù)的六個打點A、B、C、D、E、F為計數(shù)點，測得點A到B、C、D、E、F的距離分別為h1、h2、h3、h4、h5.若打點的頻率為f，則打E點時重物速度的表達式為vE_；若分別計算出各計數(shù)點對應(yīng)的速度數(shù)值，并在坐標(biāo)系中畫出速度的二次方(v2)與距離(h)的關(guān)系圖線，如圖丙所示，則重力加速度g_m/s2.(3)若當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎禐?.8 m/s2，你認為該同學(xué)測量值存在偏差的主要原因是_【解析】打點計時器使用的是46 V的交流電源，重物要靠近打點計時器開始釋放vE.v22gh，在v2­h圖象中，斜率為2g，可得g9.4 m/s2.【答案】(1)打點計時器不能接到電源的“直流輸出端”上重物起始下落的位置過低(2)9.4(3)存在摩擦和空氣阻力8某實驗小組采用如圖甲所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系，小車在橡皮筋的作用下彈出后，沿木板滑行打點計時器的工作頻率為50 Hz.(1)實驗中木板略微傾斜，這樣做_A是為了使釋放小車后，小車能勻加速下滑B是為了增大小車下滑的加速度C可使得橡皮筋做的功等于合力對小車做的功D可使得橡皮筋松弛后小車做勻速運動(2)實驗中先后用同樣的橡皮筋1條、2條、3條并起來掛在小車的前端進行多次實驗，每次都要把小車拉到同一位置再釋放小車把第1次只掛1條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功記為W1，第二次掛2條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功為2W1橡皮筋對小車做功后而使小車獲得的速度可由打點計時器打出的紙帶測出根據(jù)第四次的紙帶(如圖乙所示)求得小車獲得的速度為_m/s.(3)若根據(jù)多次測量數(shù)據(jù)畫出的Wv草圖如圖丙所示，根據(jù)圖線形狀，可知對W與v的關(guān)系作出的猜想肯定不正確的是_AWBWCWv2 DWv3(4)如果Wv2的猜想是正確的，則畫出的Wv2圖象應(yīng)是_(5)在本實驗中你認為影響實驗效果的可能原因是_(只要回答出一種原因即可)【解析】(1)使木板稍微傾斜的目的是平衡摩擦力，使得橡皮筋松動后小車能夠做勻速運動，故選項C、D正確(2)由紙帶后半部分兩點間距離相同可知小車開始做勻速運動，可求得：v2 m/s.(3)由Wv圖象可知，隨速度增大，W變化率增大，故選項A、B是不可能的(4)若Wv2，由函數(shù)關(guān)系可知Wv2圖象應(yīng)該是過原點的直線(5)影響實驗效果的因素很多，例如：橡皮筋規(guī)格不完全相同、小車質(zhì)量太小、木板傾斜過大或過小、每次實驗不能讓小車從同一位置由靜止開始釋放等等【答案】(1)CD(2)2(3)AB(4)過原點的一條直線(5)橡皮筋的規(guī)格不完全相同、木板傾斜過大、小車質(zhì)量太小等(只要回答出一種原因即可)9光電計時器是物理實驗中經(jīng)常用到的一種精密計時儀器，它由光電門和計時器兩部分組成，光電門的一臂的內(nèi)側(cè)附有發(fā)光裝置(發(fā)射激光的裝置是激光二極管，發(fā)出的光束很細)，如圖中的A和A，另一臂的內(nèi)側(cè)附有接收激光的裝置，如圖中的B和B，當(dāng)物體在它們之間通過時，二極管發(fā)出的激光被物體擋住，接收裝置不能接收到激光信號，同時計時器就開始計時，直到擋光結(jié)束光電計時器停止計時，故此裝置能精確地記錄物體通過光電門所用的時間現(xiàn)有一小球從兩光電門的正上方開始自由下落，如圖所示(1)若要用這套裝置來驗證機械能守恒定律，則要測量的物理量有_(每個物理量均用文字和字母表示，如高度H)(2)驗證機械能守恒定律的關(guān)系式為_【解析】(1)需要測量的物理量有：小球直徑D，兩光電門間的豎直高度H，小球通過上下兩光電門的時間t1、t2.則小球通過上下兩光電門處的速度分別為、.(2)驗證守恒關(guān)系式為：m()2m()2mgH，化簡得：2gH.【答案】(1)小球直徑D、兩光電門間的豎直高度H、小球通過上下兩光電門的時間t1、t2(2)2gH10如圖所示，兩個質(zhì)量各為m1和m2的小物塊A和B，分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端，已知m1>m2.現(xiàn)要利用此裝置驗證機械能守恒定律(1)若選定物塊A由靜止開始下落的過程進行測量，則需要測量的物理量有_(在橫線上填入選項前的編號)物塊的質(zhì)量m1、m2；物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時間；物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時間；繩子的長度(2)為提高實驗結(jié)果的準(zhǔn)確程度，某小組同學(xué)對此實驗提出以下建議：繩的質(zhì)量要輕；在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長越好；盡量保證物塊只沿豎直方向運動，不要搖晃；兩個物塊的質(zhì)量之差要盡可能大以上建議中確實對提高準(zhǔn)確程度有作用的是_(在橫線上填入選項前的編號)(3)寫出一條上面沒有提到的對提高實驗結(jié)果準(zhǔn)確程度有益的建議：_.【解析】(1)通過連結(jié)在一起的A、B兩物體驗證機械能守恒定律，即驗證系統(tǒng)的勢能變化與動能變化是否相等，A、B連結(jié)在一起，A下降的距離一定等于B上升的距離；A、B的速度大小總是相等的，故、只測其中之一即可，不需要測量繩子的長度填或.(2)如果繩子質(zhì)量不能忽略，則A、B組成的系統(tǒng)勢能將有一部分轉(zhuǎn)化為繩子的動能，從而為驗證機械能守恒定律帶來誤差；若物塊搖擺，則兩物塊的速度有差別，為計算系統(tǒng)的動能帶來誤差；兩個物塊質(zhì)量差較大時，就可以使兩物體下降過程時間變短，由計時所帶來的誤差影響就會越大，故正確選項為.【答案】(1)或(2)(3)對同一高度進行多次測量取平均值；選取受力后相對伸長盡量小的繩等(答一條即可)11人騎自行車由靜到動，除了要增加人和車的動能以外，還要克服空氣及其他阻力做功如圖甲所示，為了測量人騎自行車的功率，某活動小組進行了如下實驗：在離出發(fā)線5 m、10 m、20 m、30 m70 m的地方分別劃上8條計時線，每條計時線附近站幾個學(xué)生，手持秒表聽到發(fā)令員的信號后，受測者全力騎車由出發(fā)線啟動，同時全體學(xué)生都開始計時自行車每到達一條計時線，站在該計時線上的幾個學(xué)生就停止計時，記下自行車從出發(fā)線到該條計時線的時間實驗數(shù)據(jù)記錄如下(每個計時點的時間都取這幾個同學(xué)計時的平均值)：運動距離x(m)0510203040506070運動時間t(s)02.44.26.37.89.010.011.012.0各段速度(m/s)02.084.766.678.3310.010.0(1)以縱軸代表自行車運動的距離x，橫軸代表運動的時間t，試在圖乙所示坐標(biāo)上作出xt圖(2)根據(jù)(1)作出的xt圖知，自行車在每一路段內(nèi)的速度變化不是很大，因此可以用每一段的平均速度代替該段的速度請計算出上述表格中空缺的、處的數(shù)據(jù)：_m/s；_m/s.(3)本次實驗中，設(shè)運動過程中，學(xué)生和自行車所受阻力與其速度大小成正比，其比例系數(shù)為15 N·s/m，則在20 m30 m路段的平均阻力f1與30 m40 m路段的平均阻力f2之比f1f2_；若整個過程中該同學(xué)騎車的功率P保持不變，則P_W.【答案】(1)作出xt圖象如圖丙所示(2)2.7810.0(3)0.81500