2023届高考物理一轮总复习实验6验证机械能守恒定律课后提能演练

实验6验证机械能守恒定律1．利用如下图装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案，正确的选项是()A．用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过v＝gt计算出瞬时速度vB．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v＝eq\r(2gh)计算出瞬时速度vC．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过h＝eq\f(v2,2g)计算出高度hD．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v【答案】D2．如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平．答复以下问题：(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有________．(填入正确选项前的字母)A．米尺 B．秒表C．0～12V的直流电源 D．0～12V的交流电源(2)实验中误差产生的原因有_________________________________________；______________________________________________________(写出两个原因)．【答案】(1)AD(2)见解析【解析】(1)需要米尺来测量纸带上的点之间的距离，电磁打点计时器需用交流电源，应选项A、D正确．(2)①纸带与电磁打点计时器之间存在摩擦力；②测量两点之间距离时的读数有误差；③计算势能变化时，选取的两点距离过近；④交流电源频率不稳定．(选取两个原因即可)3．(2023届九江模拟)图甲是验证机械能守恒定律的实验．小圆柱由一根不可伸长的轻绳拴住，轻绳另一端固定．将轻绳拉至水平后由静止释放．在最低点附近放置一组光电门，测出小圆柱运动到最低点的挡光时间Δt，再用游标卡尺测出小圆柱的直径d，如图乙所示，重力加速度为g.那么：甲乙(1)小圆柱的直径d＝________cm.(2)测出悬点到圆柱重心的距离l，假设等式gl＝________成立，说明小圆柱下摆过程机械能守恒．(3)假设在悬点O安装一个拉力传感器，测出绳子上的拉力F，那么要验证小圆柱在最低点的向心力公式，还需要测量的物理量是________________(用文字和字母表示)，假设等式F＝________成立，那么可验证小圆柱在最低点的向心力公式．【答案】(1)1.02(2)eq\f(1,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2(3)小圆柱的质量mmg＋meq\f(d2,lΔt2)【解析】(1)小圆柱的直径d＝10mm＋2×0.1mm＝10.2mm＝1.02cm.(2)根据机械能守恒定律得mgl＝eq\f(1,2)mv2，所以只需验证gl＝eq\f(1,2)v2＝eq\f(1,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2，就说明小圆柱下摆过程中机械能守恒．(3)假设测量出小圆柱的质量m，那么在最低点由牛顿第二定律得F－mg＝meq\f(v2,l)，假设等式F＝mg＋meq\f(d2,lΔt2)成立，那么可验证小圆柱在最低点的向心力公式．4．登上月球的宇航员利用频闪仪(频率为每秒20次)给自由落体的小球所拍的频闪照片如下图(图上所标数据为小球到达各位置时总的下落高度)，那么：(1)月球外表重力加速度为________m/s2.(保存2位有效数字)(2)月球外表没有空气，因此做能量守恒实验具有更好的条件．假设月球外表重力加速度为上述计算值，小球的质量为m，那么小球从O点由静止开始下落到E处增加的动能的表达式为________(距离用OA，AB，BC等字母表示，频闪时间间隔为T)．从O点开始下落到E点的过程中减少的势能表达式为________(月球外表重力加速度用g月表示)，由照片上的数据可以计算并判断出小球下落过程中机械能________(填“守恒〞或“不守恒〞)．【答案】(1)1.6(2)ΔEk＝eq\f(1,8)meq\f(DF2,T2)ΔEp＝mg月·OE守恒【解析】(1)根据逐差法可得，小球的加速度为a＝eq\f(OF－OD－OD,9T2)代入数据解得：a＝1.6m/s2.(2)根据匀变速直线运动规律，可知E点速度为vE＝eq\f(DF,2T)，那么小球从O点由静止开始下落到E处增加的动能的表达式为ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,E)＝eq\f(1,8)meq\f(DF2,T2).减少的势能等于重力所做的功，因此有ΔEp＝mg月·OE，代入数据计算可知ΔEk＝ΔEp，由此可知动能增加量和重力势能减少量相等，因此机械能守恒．5．(2023届徐州模拟)利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，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条的滑块，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；遮光条两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光条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表示遮光条的宽度，将遮光条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．甲乙丙(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度b，结果如图乙所示，由此读出b＝________mm；(2)滑块通过B点的瞬时速度可表示为________；(3)某次实验测得倾角θ＝30°，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ΔEk＝________，系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝________，在误差允许的范围内，假设ΔEk＝ΔEp，那么可认为系统的机械能守恒；(4)在上次实验中，某同学改变A，B间的距离，作出的v2－d图象如图丙所示，并测得M＝m，那么重力加速度g＝________m/s2.【答案】(1)3.75(2)eq\f(b,t)(3)eq\f(m＋Mb2,2t2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m－\f(M,2)))gd(4)9.6【解析】(1)b＝3mm＋0.05mm×15＝3.75mm.(2)滑块通过B点的瞬时速度v＝eq\f(b,t).(3)ΔEk＝eq\f(1,2)(m＋M)v2＝eq\f(m＋Mb2,2t2)ΔEp＝mgd－Mgdsin30°＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m－\f(M,2