【备战】全国高中物理试题汇编（11月第一期）E5实验：验证机械能守恒定律（含解析）.doc

e5 实验：验证机械能守恒定律【题文】（物理卷2015届湖北省百所重点中学高三十月联合考试（2014.10）13.（7分）图示装置可用来验证机械能守恒定律。摆锤a拴在长l的轻绳一端，另一端固定在o点，在a上放一个小铁片，现将摆锤拉起，使绳偏离竖直方向成角时由静止开始释放摆锤，当其到达最低位置时，受到竖直挡板p阻挡而停止运动，之后铁片将飞离摆锤而做平抛运动。（1）为了验证摆锤在运动中机械能守恒，必须求出摆锤在最低点的速度。若测得摆锤遇到挡板之后铁片的水平位移s和竖直下落高度h，则根据测得的物理量表示摆锤在最低点的速度v= 。（2）根据巳知的和测得的物理量，写出摆锤在运动中机械能守恒的关系式s2为。（3）改变绳偏离竖直方向的角的大小，测出对应摆锤遇到挡板之后铁片的水平位移s，若以s2为纵轴，则应以_（填“”“cos”或“sin”）为横轴，通过描点作出的图线是一条直线，该直线的斜率k0=_（用已知的和测得的物理量表示）。【知识点】验证机械能守恒定律e5【答案解析】（1）（2）（3） 解析：(1) 根据铁片做平抛运动有：s=v0t hgt2联立可解得：v0=x（2）下落到最低点过程中，铁片重力势能的减小量等于其重力做功，因此有：ep=mgh=mgl（1-cos）动能的增量为：ek根据ep=ek得机械能守恒的关系式为：gl(1cos)所以 （3）由（2）知道，所以应以为横轴，斜率 【思路点拨】根据平抛运动的规律x=v0t，ygt2可以求出铁片在最低点的速度；重锤下落过程中机械能守恒，由mghmv2可以求出其机械能守恒的表达式本题比较简单，考查了平抛运动的基本规律和机械能守恒的基本知识，对于基础知识要加强理解和应用【题文】（物理卷2015届河南省南阳一中高三上期第一次月考（2014.10）13（10分）利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上a点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为m，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上b点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示a点到光电门b处的距离， b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过b点时的瞬时速度，实验时滑块在a处由静止开始运动。 （1）用游标卡尺测量遮光条的宽度b，结果如图所示，由此读出b= mm；（2）滑块通过b点的瞬时速度可表示为 ；（用题中字母表示）（3）某次实验测得倾角，重力加速度用g表示，滑块从a处到达b处时m和m组成的系统动能增加量可表示为ek= ，系统的重力势能减少量可表示为ep= ，在误差允许的范围内，若ek = ep则可认为系统的机械能守恒；（用题中字母表示）（4）在上次实验中，某同学改变a、b间的距离，作出的图象如图所示，并测得m=m，则重力加速度g m/s2。【答案】【知识点】验证机械能守恒定律 e5【答案解析】3.85mm ， 9.6 解析：游标卡尺的读数为：因为滑块比较小，通过光电门的平均速度可看做瞬时速度，即通过b的速度为系统动能增加量可表示为系统的重力势能减少量可表示为（4）根据机械能守恒可得即，代入数据可得【思路点拨】（1）游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数，不需估读不同的尺有不同的精确度，注意单位问题（2）由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度（3）根据重力做功和重力势能之间的关系可以求出重力势能的减小量，根据起末点的速度可以求出动能的增加量；根据功能关系得重力做功的数值等于重力势能减小量（4）根据图象的物理意义可知，图象的斜率大小等于物体的重力加速度大小了解光电门测量瞬时速度的原理实验中我们要清楚研究对象和研究过程，对于系统我们要考虑全面【题文】（物理卷2015届河北省邯郸市高三摸底考试（2014.09）11（6分）右图为验证小球做自由落体运动时机械能守恒的装置图。图中o点为释放小球的初始位置，a、b、c、d各点为固定速度传感器的位置，a、b、c、d、o各点在同一竖直线上。(1)已知当地的重力加速度为g，则要完成实验，还需要测量的物理量是_；a小球的质量mb小球下落到每一个速度传感器时的速度vc各速度传感器与o点之间的竖直距离hd小球自初始位置至下落到每一个速度传感器时所用的时间t(2)作出v2h图像，由图像算出其斜率k，当k_时，可以认为小球在下落过程中系统机械能守恒；(3)写出对减小本实验误差有益的一条建议：_。【答案】【知识点】机械能守恒定律e5【答案解析】(1)bc(2)2g(3)相邻速度传感器之间的距离适当大些(选质量大、体积小的小球做实验或多测几次求平均) 解析：（1）小球做自由落体运动时，由机械能守恒定律得：mgh= mv2，即gh=v2，故需要测量小球下落到每一个速度传感器时的速度v和高度h，不需要测量小球的质量m和下落时间时间t故bc正确，ad错误（2）由mgh=mv2，得v2=2gh，则v2-h图象的斜率k=2g（3）为了减小测量的相对误差，建议相邻速度传感器间的距离适当大些；为减小空气阻力的影响，建议选用质量大、体积小的球做实验等【思路点拨】（1）根据需要验证的方程：mgh= mv2，确定需要测量的物理量（2）根据mgh=mv2，得到v2与h的关系式，分析v2-h图象斜率的物理意义（3）要减小实验误差，测量的量应相对大些，选用质量大、体积小的球做实验等【题文】（物理卷2015届安徽省黄山市屯溪一中高三上学期第二次月考（2014.10）13 “验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图所示的甲或乙方案来进行 (1)比较这两种方案，_(选填“甲”或“乙”)方案好些。自由落体实验斜面小车实验验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律 (2) 如图丙是该实验中得到的一条纸带，测得每两个计数点间的距离如图中所示，已知每两个计数点之间的时间间隔t0.1 s物体运动的加速度a_；该纸带是采用_(选填“甲”或“乙”)实验方案得到的。 (3)如图丁是采用甲方案时得到的一条纸带，在计算图中n点速度时，几位同学分别用下列不同的方法进行，其中正确的是() avngnt bvn cvn dvng(n1)t【答案】【知识点】 验证机械能守恒定律e5【答案解析】（1）甲；（2）4.8；乙；（3）bc 解析：（1）机械能守恒的前提是只有重力做功，实际操作的方案中应该使摩擦力越小越好故甲方案好一些（2）采用逐差法求解加速度xde-xbc=2a1t2，xcd-xab=2a2t2，a=联立代入数据解之得：a=4.8m/s2因a远小于g，故为斜面上小车下滑的加速度所以该纸带采用图乙所示的实验方案（3）根据匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度大小可以求出某点的瞬时速度，可以求出n点的速度，据图上的数据可知：vn=，故ad错误，bc正确【思路点拨】解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项，能够根据实验装置和实验中需要测量的物理量进行选择；纸带实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用逐差法可以求出物体运动的加速度；根据匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度大小可以求出某点的瞬时速度要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚，同时我们要加强物理基本规律在实验中的应用【题文】（理综卷2015届浙江省台州中学高三上学期第二次统练（2014.10）22(12分)某同学用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验所用的电源为学生电源，输出电压为6v的频率为50hz交流电和直流电两种重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。则：（1）该同学进行正确测量后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析。如图所示其中o点为起始点，a、b、c、d、e、f为六个计数点。各计数点到o点的距离h见下图，根据以上数据，当打b点时重锤的速度为_m/s（结果保留两位有效数字），计算出该点对应的v2/2和gh数值，若在误差范围内存在关系式_ _，即可验证机械能守恒定律。（g=9.8 m/s2）（2）该同学继续根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，并以v2/2为纵轴、以h为横轴画出的图象，应是图中的_。（3）他进一步分析，发现本实验存在较大误差。为此设计出用如图所示的实验装置来验证机械能守恒定律。通过电磁铁控制的小铁球从a点自由下落，下落过程中经过光电门b时，通过与之相连的毫秒计时器（图中未画出）记录挡光时间t，用毫米刻度尺测出ab之间的距离h，用游标卡尺测得小铁球的直径d。重力加速度为g。实验前应调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束。小铁球通过光电门时的瞬时速度v= 。如果d、t、h、g存在关系式 ，也可验证机械能守恒定律。（4）比较两个方案，改进后的方案相比原方案的最主要的优点是： 。 ba【答案】【知识点】验证机械能守恒定律e5【答案解析】 （1）1.84、 （2）c （3）， （4） 没有纸带与打点计时器间的摩擦影响，提高了测量的精确程度，实验误差减小了。 解析： （1）匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，由此可以求出b点的速度大小为：vb= =1.84m/s可认为在误差范围内存在关系式v2=gh，即可验证机械能守恒定律（2）他继续根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，并以为纵轴、以h为横轴画出的图象，根据v2=gh，所以应是图中的c（3）光电门测速度的原理是用平均速度代替瞬时速度，因此有：v=由于v2=gh，所以 =gh（4）比较两个方案，改进后的方案相比原方案的最主要的优点是：没有纸带与打点计时器间的摩擦影响，提高了测量的精确程度，实验误差减小了【思路点拨】解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项，只有这样才能明确每步操作的具体含义根据重力做功和重力势能的关系可以求出重力势能的减小量；匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，由此求出b点的速度，进一步可以求出重锤动能的增加量；该实验利用小球经过光电门的平均速度来代替瞬时速度，根据功能关系可知该实验需要验证的关系式为：mgh=mv2，由此可以求出该实验中需要验证的关系式解答实验问题的关键是明确实验原理、实验目的，了解具体操作，同时加强应用物理规律处理实验问题的能力【题文】（理综卷2014届河南省实验中学高三第三次模拟考试（2014.05）22（6分）某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中，提出了如下图所示的甲、乙两种方案：甲方案为用自由落体运动进行实验，乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验(1)组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析，最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案，你认为该小组选择的方案是_，理由是_.(2)若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02 s，请根据纸带计算出b点的速度大小为_m/s.(结果保留三位有效数字)(3)该小组内同学根据纸带算出了相应点的速度，作出v2h图线如图所示，请根据图线计算出当地的重力加速度g_m/s2.(结果保留三位有效数字)【答案】【知识点】验证机械能守恒定律e5【答案解析】 （1）甲，乙实验中斜面与小车之间有摩擦力，且不能忽略，小车运动过程中机械能守恒(2)1.37 (3)9.75（9.709.90） 解析：（1）由甲、乙两图可知，乙图存在的摩擦远远大于甲图中摩擦，由此可知甲图验证机械能守恒更合适故答案为：甲图；理由：采用乙图实验时，由于小车与斜面间存在摩擦力的作用且不能忽略，所以小车在下滑的过程中机械能不守恒，故乙图不能用于验证机械能守恒（2）匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，因此有：v1.37m/s （3）由机械能守恒mghmv2得v2=2gh，由此可知：图象的斜率k=2g，由此可以求出当地的重力加速度，由图可知，当h=20cm时，v2=3.88，所以k19.4，所以g9.7m/s2，在范围9.79.8内皆可【思路点拨】（1）解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操