高三物理一轮复习-第5章-第5讲实验(一)探究动能定理-实验(二)验证机械能守恒定律习题-新人教版

【走向高考】2016届高三物理一轮复习 第5章 第5讲实验(一)探究动能定理实验(二)验证机械能守恒定律习题 新人教版一、选择题1在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要用工具测量的有()A重锤的质量B重力加速度C重锤下落的高度D与重锤下落高度对应的重锤的瞬时速度答案C解析由机械能守恒定律列方程，等式两边都有质量可消去，故不用测质量，只需测重锤下落高度，计算出对应点的速度，故选C。2.如图所示，在“探究功与速度变化的关系”的实验中，下列做法能够实现橡皮筋对小车做功整数倍变化的是()A释放小车的位置等间距的变化B橡皮筋两端固定，使橡皮筋的伸长量依次加倍C橡皮筋两端固定，使橡皮筋的长度依次加倍D增加相同橡皮筋的条数，使小车每次从同一位置释放答案D解析本题考查对“探究功与速度变化的关系”实验的理解。橡皮筋相同，增加其条数，并且每次从同一位置释放可保证做功成整数倍增加。本题难度易。3某同学在做利用橡皮筋探究功与速度变化关系的实验时，拖着纸带的小车在橡皮筋的作用下由静止运动到木板底端，在此过程中打点计时器在纸带上打下的相邻点间的距离变化情况是()A始终是均匀的B先减小后增大C先增大后减小D先增大后均匀不变答案D解析橡皮筋对小车作用过程中小车速度增大，所以点间距增大，当小车离开橡皮筋后做匀速直线运动，点的间距不再变化，所以选D。4“验证机械能守恒定律”的实验中，使用电磁式打点计时器(所用交流电的频率为50Hz)，得到如图所示的纸带。图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列说法正确的是()A实验时应先放开纸带再接通电源B(s6s1)等于(s2s1)的6倍C由纸带可求出计数点B对应的速率D相邻两个计数点间的时间间隔为0.02s答案C解析使用打点计时器时应先接通电源后松开纸带，选项A错；T5s0.1s，s6s15aT2，s2s1aT2，所以(s6s1)5(s2s1)，选项BD错误；由于s2、s3已知，计数点间的时间T0.1s，所以可求得计数点B对应的速度，选项C正确。5用如图所示实验装置来验证机械能守恒定律时，某同学的以下说法中正确的是()A必须用秒表测出重物下落的时间B实验操作时，注意手提着纸带使重物靠近计时器，先接通计时器电源，然后松开纸带C如果打点计时器不竖直，重物下落时，其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上，就会造成重力势能的变化小于动能的变化D验证时，可以不测量重物的质量或重力答案BD解析因为实验中运用打点计时器， 不需要测时间，A错误；打点计时器不竖直，重物下落时，其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上，造成重力势能的减少大于动能的增量，C错误；实验时，为节约纸带，便于测量，应使重物靠近计时器，应先通电后放手，B正确；因为动能和势能表达式中都含有质量，可以消去，故不需测质量，D正确。二、非选择题6(2014嘉兴模拟)某同学利用打点计时器(频率50Hz)记录下质量为m1kg物体从一定高度下落的运动情况，通过打出的纸带他想判断在此过程中机械能是否守恒。(当地的重力加速度g9.8m/s2)(1)请计算A点速度_m/s，A到B过程中重力势能变化是_J。(2)请根据你的计算分析在误差允许的范围内此过程机械能是否守恒_(填“机械能守恒”或“机械能不守恒”)。答案(1)0.640.51(2)机械能不守恒解析(1)A点的速度大小为vAm/s0.64m/s；A到B过程中重力势能的变化量为Epmgh19.8(7.222.00)102J0.51J。(2)B点的速度大小为vBm/s1.09m/s；A到B过程中动能的变化量为Ekmvmvm(vv)0.39J。在实验误差允许的范围内，Ep与Ek不相等，则机械能不守恒。7(2014苏州模拟)某探究学习小组的同学欲验证动能定理，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细砂。当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的砂桶时，释放砂桶，滑块处于静止状态。若你是小组中的一位成员，要完成该项实验。(1)你认为还需要的实验器材有_。(2)实验时为了保证滑块受到的合力与砂桶的总重力大小基本相等，细砂和砂桶的总质量应满足的实验条件是_，实验时首先要做的步骤是_。(3)在(2)的基础上，某同学用天平称量滑块的质量为M。往砂桶中装入适量的细砂，用天平称出此时细砂和砂桶的总质量为m。让砂桶带动滑块加速运动。用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2(v1v2)。则本实验最终要验证的数学表达式为_。(用题中的字母表示实验中测量得到的物理量)答案(1)天平、刻度尺(2)细砂和砂桶的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力(3)mgLMvMv解析(1)为了测出滑块的质量和砂桶(及细砂)的总质量需要选用天平测量。为了对纸带进行数据处理需要选用刻度尺。(2)由于砂桶(及细砂)的重力等于滑决受到的合外力的条件是砂桶(及细砂)的质量远小于滑块的质量，且不计摩擦阻力(利用平衡摩擦力的方法)。所以要保证细砂和砂桶的总质量远小于滑块的质量。实验时首先要做的步骤是平衡摩擦力。(3)由动能定理可得mgLMvMv。8.(2014南阳模拟)用如图实验装置(打点计时器所用电源的频率为50Hz)验证m1、m2组成的系统机械能守恒，m2从高处由静止开始下落，m1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。下图给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示。已知m150g、m2150g，则(g取9.8m/s2，所有结果均保留三位有效数字)。(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5_m/s；(2)在打点05过程中系统动能的增量Ek_J，系统势能的减少量Ep_J；(3)若某同学作出h图象如图，则当地的实际重力加速度g_m/s2。答案(1)2.40(2)0.5760.588(3)9.70解析(1)T50.02s0.1s，打下计数点5时的速度v5m/s2.40m/s。(2)在打点05过程中系统动能的增量Ek(m1m2)v0.576J；系统势能的减少量Ep(m2m1)gh0.19.8(0.38400.2160)J0.588J。(3)由机械能守恒定律得，(m2m1)gh(m1m2)v2，整理得，h，即图象斜率的2倍等于重力加速度g，由作出的h图象，可求得当地的实际重力加速度gm/s29.70m/s2。9(2014武汉武昌区调研)为了验证机械能守恒定律，某同学使用如图所示的气垫导轨装置进行实验。其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器M通过G1、G2光电门时，光束被滑行器M上的挡光片遮挡的时间t1、t2都可以被测量并记录，滑行器连同挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，两光电门中心间的距离为x，牵引砝码的质量为m，细绳不可伸长且其质量可以忽略，重力加速度为g。该同学想在水平的气垫导轨上，只利用以上仪器，在滑行器通过G1、G2光电门的过程中验证机械能守恒定律，请回答下列问题：(1)实验前应先调节气垫导轨下面的螺母，使气垫导轨水平。请在以下空白处填写实验要求。在不增加其他测量器材的情况下，调水平的步骤是：取下牵引砝码m，接通气垫导轨装置的电源，调节导轨下面的螺母，若滑行器M放在气垫导轨上的任意位置都能保持静止，或者轻推滑行器M，M分别通过光电门G1、G2的时间_，则导轨水平。(2)当气垫导轨调水平后，在接下来的实验操作中，以下操作合理的是_；A挡光片的宽度D应尽可能选较小的B选用的牵引砝码的质量m应远小于滑行器和挡光片的总质量MC为了减小实验误差，光电门G1、G2的间距x应该尽可能大一些D用来牵引滑行器M的细绳可以与导轨不平行(3)在每次实验中，若表达式_(用M、g、m、t1、t2、D、x表示)在误差允许的范闱内成立，则机械能守恒定律成立。答案(1)(在误差允许的范围内)相等(2)AC(3)mgx(Mm)()2(Mm)()2解析本题考查利用气垫导轨和光电门验证机械能守恒定律的实验，意在考查考生对机械能守恒定律的理解，以及对该实验的掌握情况。(1)由题意可知M分别通过两个光电门的时间相等，即表示轨道水平。(2)由题意可得，挡光片宽度越小，速度计算越精确，选项A正确；考虑到m的作用，不需要m远小于M，选项B错误；光电门间距更大一些，距离测量误差会减小，速度差距更大，误差会减小，选项C正确；牵引滑行器的细绳应当与导轨平行，选项D错误。(3)要使机械能守恒，以M和m为研究对象，则需要公式mgx(Mm)()2(Mm)()2成立。10(2014郑州模拟)某同学为探究“合力做功与物体动能改变的关系”设计了如下实验，他的操作步骤：(1)按图甲摆好实验装置，其中小车质量M0.20kg，钩码总质量m0.05kg。(2)释放小车，然后接通打点计时器的电源(电源频率为f50Hz)，打出一条纸带。(3)他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条，如图乙所示。把打下的第一点记作0，然后依次取若干个计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，用厘米刻度尺测得各计数点到0点距离分别为d10.041m，d20.055m，d30.167m，d40.256m，d50.360m，d60.480 m，他把钩码重力(当地重力加速度g10m/s2)作为小车所受合力，算出打下O点到打下第5点合力做功W_J(结果保留三位有效数字)，用正确的公式Ek_(用相关数据前字母列式)把打下第5点时小车的动能作为小车动能的改变量，算得Ek0.125J。(4)此次实验探究的结果，他没有得到“合力对物体做的功等于物体动能的增量”，且误差很大。通过反思，他认为产生误差的原因如下，其中正确的是_。A钩码质量太大，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多B没有平衡摩擦力，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多C释放小车和接通电源的次序有误，使得动能增量的测量值比真实值偏小D没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的重要原因答案(3)0.180(d6d4)2(4)A、B解析若用钩码的重力作为小车受的合力，则F合mg0.5N，从0点到打第5点时水平位移sd50.360m，所以WF合s0.50.360J0.180J。打第5点时小车动能EkMv，v5，式中t为5个时间间隔，即t，故Ek(d6d4)2。从该同学的实验操作情况来看，造成很大误差的主要原因是把钩码的重力当成了小车的合力，实验前没有平衡摩擦力，故选项A、B正确。C、D两个选项中提到的问题不能对实验结果造成重大影响。故不能选C、D。11. (2014济南联考)某同学用如图甲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，可以提供输出电压为6V的交流电和直流电，交流电的频率为50Hz。重锤从高处由静止开始下落，重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点测量并分析，即可验证机械能守恒定律。(1)他进行了下面几个操作步骤：A按照图示的装置安装器件；B将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C用天平测出重锤的质量；D先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带；E测量纸带上某些点间的距离；F根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于其增加的动能。其中没有必要进行的步骤是_，操作不当的步骤是_。(填选项字母)(2)这位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，如图乙所示，其中O点为起始点，A、B、C、D、E、F为六个计数点。根据纸带上的测量数据，可得出打B点时重锤的速度为_m/s。(保留3位有效数字)(3)他根据纸带上的数据算出各点的速度v，量出下落距离h，并以为纵轴、以h为横轴画出的h图象，应是下列图中的_。(4)他进一步分析，发现本实验存在较大误差，为此对实验设计进行了改进，用如图丙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A、B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铁球下落过程中球心通过光电门中的激光束。则小铁球通过光电门时的瞬时速度v_。如果d、t、h、g满足关系式_，就可验证机械能守恒定律。(5)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：_ _。答案(1)CB(2)1.84