2017年高考物理一轮复习专题25验证机械能守恒定律(练)(含解析)

1、专题25验证机械能守恒定律(练)1.用如图所示实验装置，验证机械能守恒定律，重物 P (含遮光片)，Q用跨过轻滑轮的细绳相连，现让P从光电门1的上侧由静止释放，P竖直向下运动，分别测出遮光片经过光电门1和光电门2的时间ti和t2 ,另测得遮光片的宽度为d,两光电门之间的距离为h,已知重力加速度为g轻滑轮细线遮光片(填写物理量名称以及表示光电门(1)实验中还需要测量的物理量有符号)(2)写出验证机械能守恒定律的等式为 (用以上测得的物理量符号表示)(3)本实验还可以测出重物 Q上升的加速度，其大小是 【答案】(1)重物P的质量m,和重物Q的质量m2 (2)(m1m2)gh-(m1mJ (-)2(

2、)2(3)a (-)2()2212 t12h t2 t1CMtI系统悬小的动势能为号=g电3)严鬟过比电门的速度为H =齐，经过光电门2的速度是选二3，故系统动能增加量力#岫十鹏:(昌广1要检证机械能守恒j即(m1 m2)gh 。(叫 mJ ()2 ()2 ,所以还需要测量重物 P的质量m1和重物Q的2t2t1rr.日质重m2 ;Q与P的加速度是相等的，由运动学的公式：2ah= v2 V所以：a ()2 (2ht2ti)2【名师点睛】此题为一验证性实验题.要求根据物理规律选择需要测定的物理量，运用实验 方法判断系统重力势能的变化量是否与动能的变化量相同是解题的关键2 .实验“用DIS研究机械能

3、守恒定律”的装置如下图a所示，某组同学在一次实验中，选择DIS以图像方式显示实验的结果，所显示的图像如下图 b所示。图像的横轴表示小球距 D点的高度h,纵轴表示摆球的重力势能Ep、动能日或机械能E,图b的图像中，表示小球的重力势能Ep、动能 3和机械能E随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是A.乙、丙、甲B.乙、甲、丙C.甲、乙、丙 D.丙、甲、乙【答案】At解新】小城在静止释放后，重力在假止比，重力势能号不断减少，动/不防揩加.通过照索斡b特点易知，丙耒示重力势能外，乙表示前能以，已表示机械箱瓦加笞案为3【名师点 睛】本题比较新颖，要注意结合实验的原理进行分析，从而找出符合该实验的原理；根

4、据小球在静止释放后，重力在做正功，重力势能b不断减少，动能Ek不断增加，而重力势能和动能的总量即机械能不变来选择图线。3 .如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为d、质量为m的金属小球由A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于 B处的光电门，测得 A、B间的距离为H (Hd),光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t, 当地的重力加速度为 go则：如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d =mm小球经过光电门 B时的速度表达式为。甲乙多次改变高度 H,重复上述实验，作出 随H的变化图象如图丙所示，当图中已知量t0、t2H)和重力加速度g及小球

5、的直径d满足以下表达式：时，可判断小球下落过程中机械能守恒。实验中发现动能增加量 &总是稍小于重力势能减少量48,增加下落高度后，则与 员将(选填“增加”、“减小”或“不变”)。【答案】7. 25mm (2) d/t(3) gH0=d2/2t2 (4)增大”或“ ”)钢球球心通过光电门的瞬时速 度，由此产生的误差 (选填能”或“不能”)通过增加实验次数减小。【答案】(1) D (2) 不能W析】用胴gt虎门的平均速度表示钢百辟心通过光电口的喇速度,有匕=色,勺=W根 久B I 据机械能守恒京德+jugfi =解得wfrugrn箭. F需比仗与迩立是否由3W即可撞证机雌守恒J 根据匀变速直魏嗣激

6、律用钢球通过犬电门的平七晒度等于这例程 申中向E、刻速度，所以铜城通辿光电门的平t城度小于球匕通过光电门外掰时速度，包此产J的误差是系 疑愧差.不靛道过增皿出的东勤届小克疫误差了睛】解决本题的关键是用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度，根据匀变速直线运动规律得钢球通过光电门的平均速度等于这个过程中中间时刻速度，所以 钢球通过光电门的平均速度小于球心通过光电门的瞬时速度，由此产生的误差属于系统误差。，疆崎题1 .用如图1实验装置验证 m1、m2组成的系统机械能守恒， m2从高处由静止开始下落， m,上 拖着的纸带带出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律

7、，图2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 2所示，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,2mi 50g、 mb 150g, g 9.8m/s纸带上打下计数点 5时的速度v5=m/s；在打。5点过程中系统动能的增量Ek=J,系统重力势能的减少量Ep=J;由此得出的结论是2若某同学作出了 h图线（如图3）,据图线得到的重力加速度为g=m/s22【答案】2.4m/s0.576J、0.588J在误差允许的范围内，m1、m|2组成的系统机械能守恒g 9.7m/s速度，由图可知，斜率k=9. 7,故当地的实际重力加速度g 9

8、.7m/s .I能析】n曰眈两首触点同环包*个点 偷申索标出:，州斑出由谢冲r罚闫值为地=池=之4幽仃r=5KQ.0i= hlj.在显盅缢Uh翻伽1 口BAE财谊序“盗干i虻幅中的平r 27;蒯慎.融也,24商j jir 电体断俅I吃事，脚坳他都酬跌；=，承寸T = 0父。鼻重力,能的犍小置等于物体充力保功，藏士小=所=祥0t =口契，由比同如动例理灿和势邮班5小重量中蹄，因比在强强坦范春的范围内，E广明组成的鼎就嫄守恒n （3）根据1O 1 oV2机械能守恒可知， mgh mv2,即有一V2 gh ,所以一 h图象中图象的斜率表示重力加 222【名师点睛】根据在匀变速直线运动中时间中点的瞬时

9、速度大小等于该过程中的平均速度， 可以求出打下记数点 5时的速度大小；根据物体的初末动能大小可以求出动能的增加量，根 据物体重力做功和重力势能之间的关系可以求出系统重力势能的减小量，比较动能增加量和 重力势能减小量之间的关系可以得出机械能是否守恒；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2.如图所示的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 0角时静止开始释放摆锤, 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

10、，必须求出摆锤在最低点的速度.为了求出这一速度, 实验中还应该测得的物理量是 .(2)根据测得的物理量表示摆锤在最低点的速度v=.(3)根据已知的和测量的物理量，写出摆锤在运动中机械能守恒的关系式为【答案】(1)铁片竖直下落的高度 h和水平位移s；sj-g; ( 3) gs2/4h=gL (1-cos。),2h根拎轨片假平弛云动百：M 卜,班，联立3可解得：实验中理应 2、*修恻孱刘物埋置是铁片二直下落的高M *和水平位核【名师点口)里铤卜落过程甲机林或守。由唯二 m3得：承用社、Lm 遇睛】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.铁片飞出

11、的速度大小即为重锤摆到最低点的速度大小，铁片做平抛运动, 根据平抛运动的特点可正确求出铁片平抛出去的水平速度大小；重锤下落过程中机械能守 恒，由mgh= Imv2可以求出其机械能守恒的表达式.23.某同学利用自由落体运动验证机械能守恒定律，它在同一竖直线上不同高度处安装两个光 电门，然后在高处的光电门正上方一定距离处由静止释放小球，下落中小球球心经过两光电 门的细光束，光电门显示的遮光时间分别为 t1和t2。(1)为验证机械能守恒定律，它还必须测出的物理量有A小球白质量 m日小球白直径 DC两光电门中心的距离 LD小球在两光电门中心间运动的时间t(2)为验证机械能守恒定律，需要比较小球在两光电

12、门间运动时重力势能的减少量Ep与小球增加的动能 Ek是否相等，若运用所测量物理量及相关常量表示，则Ep=；Ek=(3)为了减小实验误差，对选择小球的要求是1 o t2 t2【答案】(1) BC (2) Ep mgL、 Ek mD2(4) (3)质量大，体积小，外表面光2以；【解圻】门)指挺扪精或M恒定律可得：遍 ；心书.等式两力质量消去,防以不需要测量小球 Ju上的质量 要慢小球遽运立书吁白用厚寸速庾j则势须需要Q道白光翎率的尺寸，因此需要劣建4珏柏遁校，熨浏堂，卜现七落的高度九则需要测量西光电n中心的距商山故员正常,(2)重力舱多少方，重十1势向瀛诚小多岁,所以弓二例,小球通过两个光电门的隰

13、时速度介另的M Vj = ?量# AAjj = -= -mZ)a(a f1 )(3)为了t片Jr 12 Ji 士,减小实验误差，需要减小小球受到的空气阻力，则应选取质量大，体积小，外表面光滑的小球【名师点睛】无论采用什么样的方法来验证机械能守恒，明确其实验原理都是解决问题的关 键，同时在处理数据时，要灵活应用所学运动学的基本规律4 .如图甲所示，两物块 A、B分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，利用光电门验证A、B所构成的系统机械能守恒，遮光板质量不计，(1)用游标卡尺和螺旋测微器分别测出遮光板的宽度如图乙所示，游标卡尺测得遮光板的宽度d=mm螺旋测微器测得遮光板的宽度为d=mm(2)验证此过程

14、机械能守恒，除了需要记录运动时间，测量遮光板的宽度外，还需要测量的物理量有【答案】(1)3.6、3.5813.584(2)物块A、B的质量，两光电门的高度差H,豚听】 箫标不尺刷为d =3.如 I,嘘善则微3的解旧纥素蜕的初速度吐亘，末速度外一,小东晚动能的暗扣量编L切+圳/fWy 一 (色力.MM2M 45的重力势裾减小，的蓟势能培加1则系挽重力芬靛的猫小量州,(市占-刑，亚，巴我证【名师点必印 蛆=上网+*K勺*-WL酰L还禹要硬僮物块儿b孙健，的比电门打高度差从 2A/, M睛】游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标读数，不需估读.根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度，求出系统通过光电门的瞬

15、时速度，从而求出系统动能的增加量，通过B的重力势能减小，A的重力势能增加，求出系统重力势能的减小量。5 .某同学利用电磁打点计时器打出的纸带来验证机械能守恒定律，该同学在实验中得到一条纸带，如图所示，在纸带上取6个计数点，两个相邻计数点间的时间间隔为T=0. 02s,其中1、2、3相邻，4、5、6相邻，在3点和4点之间还有若干点， &是1、3两点的距离，S2是2、5两点的距离，S3是4、6两点的距离,(1)实验过程中，下列操作正确的是 A电磁打点计日器应接在 220V的交流电源上日实验时应先松开纸带，然后迅速打开打点计时器C实验时应先打开打点计时器，然后松开纸带D纸带应理顺，穿过限位孔并保持竖

16、直(2)点2速度的表达式 v2=(3)该同学测得的数据 s 4.00cm、s2 16.00cm、s3 8.00cm,重物(质量为 mm在竖直方向上运动从点 2运动到点5过程中，动能增加量为 m,势能减小量为 m,(结 果保留三位有效数字，重力加速度取g 9.8m/ s2)【答案】（1） CD（2） -sL（3）1.50J、1.57J【解析】（1）电磁打点计时器使用的是 4-6V的低压交流电，A错误；因为下落时间非常短暂,如果先释放纸带再接通电源，则纸带上打出的点非常少，不利于实验，所以应先接通电源，待打点计时器工作温度稳定后释放纸带，B错误C正确；因为实验是竖直方向上的运动，为了减小阻力，纸带

17、应理顺，穿过限位孔并保持竖直，D正确;2点时0之间的申同B棱|的点，言匀变速直城运动平均速用t论可得醒=今5聊才能之目的中心阂的点故巧=今所以M点？部至点5过程中，的能增加量为【名师点睛】:那一/W-L5UJ，势能底小量为人%=一啊%=L57J 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.纸带法实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的 推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度和加速度，从而求出动能.根据功能关系得 重力势能减小量等于重力做功的数值。1.2016 全国新课标I卷】（5分）某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能

18、守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20 Hz、30 Hz和40也。打出纸带的一部分如图（b）所示。打有计时翔该同学在实验中没有记录交流电的频率f,需要用实验数据和其它题给条件进行推算。（1）若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用 f和图（b）中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出 B点时，重物下落的速度大小为 ,打出C点时重物下落的速度大 小为,重物下落的加速度大小为 .（2）已测得 si =8. 89 cm, S2=9. 50 cm, S3 =10. 10 cm；当重力加速度大小为 9. 80 m/s2实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%由此推算出f为 H

19、Zo【答案】（1） 1（S1+S2）f （S2+S3）f （S3S1）f2（2）40222【解析】U）1TB也盯，重物下落的速度等于AC段的平均速度，所以与三中-如言“同埋打出cwm重轲下落的速度4二空 二色孚由加速度的定乂式得在=当=殳【名师点力日牛场第二定律得：力唱E蛋-朗口，解得：/ 一、隹二握，代人接值解得：月段 巧一斯睛】本题主要考查验证机械能守恒定律实验、纸带数据分析。解决这类问题的关键是会根据纸带数据求出打某一点的瞬时速度、整个过程的加速度；解决本题要特别注意的是打点计时器的频率不是经常用的 50 Hz。2.12016 北京卷】利用图 2装置做“验证机械能守恒定律”实验。为验证机

20、械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的。A.动能变化量与势能变化量B.速度变化量和势能变化量C.速度变化量和高度变化量除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是。A.交流电源B.刻度尺C .天平（含祛码）实验中，先接通电源，再释放重物，得到图3所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A B、C,测得它们到起始点 O的距离分别为hA、hB、hco已知当地重力加速度为 g,打点计时器打点的周期为 To设重物的质量为 mi从打O点到打B 点的过程中，重物的重力势能变化量Ep =,动能变化量 Ek=。大多数学生的实验结果显示

21、，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是。A.利用公式v gt计算重物速度b.利用公式v j2gh计算重物速度C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响D.没有采用多次实验取平均值的方法某同学想用下述方法研究机械能是否守恒，在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点 O的距离h,计算对应计数点的重物速度 V,描绘v2-h图像，并做如下判断：若图像是一条过原 点的直线，则重物下落过程中机械能守恒。请你分析论证该同学的判断依据是否正确。【答案】AAB-mghB,1m(hc hA)2C该同学的判断依据不正确。在重物下2 2T落h的过程中，若阻力f恒定，根据mgh fh 1mv2 0 v2 2(g1)h可知，v

22、2-h图像就 2m是过原点的一条直线。要向通过v2-h图像的方法验证机械能是否守恒，还必须看图像的斜率是否接近2g。【解析J根概喻卷F恒定律可得融H归一;由3。，蠕要食切变此量与势京晚七量,为工硝电市打点十打器使用的是交流电源曲A正他；因为在计营重力峨的费化堂时，雷是用利祇带上两年之间的即高，所以还需要刻点尺j的B1L翻&相抠/的_|穆/0可蹲等式朝边的质量略酎曲不需要天干， Ac错退；重力势靛改变量为耳,=M，由于下瘩过程中是句变速直线运猷I,用以根据中间因到重坳源度的规潭可得5点的速度为心=与白，所以4国=；富瞬1程中有衽空三阻力，苑带运力2程中存在摩撞上c止硝。阶我司学的网断依用不止确在

23、里利卜落，的过程中,与出力F 1f恒定，根据 /HRirFzuxmJOnyuw一二冲可知，通*图I魏喝d原点的T直线.栗向通 2m过小图信防法骚询麻群守恒.汪场看图噜询率帝宣越*【方法技巧】解决本题的关键掌握实验的原理，会通过原理确定器材，以及掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度的大小，做分析匀变速直线运动情况时，其两个推论能使我们更为方便地解决问题，一、在相等时间内走过的位移差是一个定值，即x aT2 ,二、在选定的某一过程中，中间时刻瞬时速度等于该过程中的平均速度。3.12016 江苏卷】某同学用如题11 - 1图所示的装置验证机械能守恒定律.一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静

24、止于A点，光电门固定在 A的正下方.在钢球底部竖直地粘住一片宽带为d的遮光条.将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间 td 可由计时器测出，取v 作为钢千经过A点时的速度.记录钢球每次下落的高度 h和计时器 t示数t,计算并比较钢球在释放点和 A点之间的势能变化大小 A b与动能变化大小 A R,就能 验证机械能是否守恒.(1)用A &=mgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度 h应测量释放时的钢球球心到之间的竖直距离.(A)钢千在A点时的顶端(B)钢千在A点时的球心(C)钢千在A点时的底端1 2(2)用AR= mv2计算钢球动能变化的大小，用刻度尺测量遮光条宽度，

25、示数如题11-2图2所示，其读数为cm.某次测量中，计时器的示数为0. 0100 s ,则钢球的速度为 v=m/s.他发现表中的 AEp与A E之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的.你是否同意他的观 点？请说明理由.(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议.【答案】(1) B (2) 1. 50 (1. 49T. 51 都算对)1 . 50 (1. 49T. 51 都算对)(3)不同意，因为空气阻力会造成AR小于Ab,但表中AE大于AEp. (4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l ,计算AE时，将v折算成钢球的速度 v -vL【解析】:好杆落的高层北彻末垃民稼心间白旗离，所以选用由辑

26、图扣领为I. 5次皿.小璘的速度为=0.代人翻推解R il.沏而/箝看是空Ffi内造成的，则皿小于必，果!辞格射星如皿大于独,故不是空F时造成的.【方法技巧】本题重在考查实验的误差分析，空气阻力的影响是使得一部分势能转化为内能，势能的减少量大于动能的增加量。4.12015 浙江2115.甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验，乙同学准备做“探究 加速度与力、质量的关系”实验(1)图1中A、B、G DD E表示部分实验器材，甲同学需在图中选用的器材乙同学需在图中选用的器材。(用字母表示)33 34 35 36 37 38 cm卬/f?9 30 31 3228 29 30 31 32 第 34 35 36 5第21题图2(2)乙同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图2所示的两条纸带和。纸带的加速度大(填或者)，其加速度大小为【答案】(1) AB; BDE (2)，2. 5 m/s2 (2.5 0.2m/s2)【解析】蛤证利械官舒旦定律”买检，需要在竖直面上上一出一条里潍卜落艘芾？即可辘证，故选便器AE* 探究加速度局力.反量球系r X的需要科津1叵可小车打巴一条维帚,敬选BDEU)盘带中前第1、2点与籥，3点的位移差为三个点的把格羞为0 =( 32 40找