2023版高考物理一轮复习课时跟踪检测26实验6验证机械能守恒定律

。。。内部文件，版权追溯内部文件，版权追溯内部文件，版权追溯课时跟踪检测二十六实验6验证机械能守恒定律【基础过关】1．(2023届黑龙江省哈师大附中高三月考)用如图所示实验装置验证m1，m2组成的系统机械能守恒．m2从高处由静止开始下落，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，每相邻两个计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示．已知m1＝50g，m2＝150g，则：(g取10m/s2，结果保留两位有效数字)(1)在纸带上打下计数点5时的速度v＝________m/s.(2)在打点0～5过程中系统动能的增加量ΔEk＝________J，系统势能的减少量ΔEp＝________J，由此得出的结论是__________________________．(3)若某同学作出的eq\f(1,2)v2­h图象如图所示，则当地的实际重力加速度g＝________m/s2.解析：(1)利用匀变速直线运动的推论v5＝eq\f(x46,t46)＝eq\f(0.2160＋0.2640m,2×0.1s)＝2.4m/s.(2)系统动能的增量ΔEk＝Ek5－0＝eq\f(1,2)(m1＋m2)veq\o\al(2,5)＝0.58J.系统重力势能减小量ΔEp＝(m2－m1)gh＝0.1×10×0.6000J＝0.60J在误差允许的范围内，m1、m2组成的系统机械能守恒．(3)由于ΔEk＝Ek5－0＝eq\f(1,2)(m1＋m2)veq\o\al(2,5)＝ΔEp＝(m2－m1)gh由于(m1＋m2)＝2(m2－m1)所以得到eq\f(1,2)v2＝eq\f(g,2)h，所以eq\f(1,2)v2­h图象的斜率k＝eq\f(g,2)⇒g＝9.7m/s2.答案：(1)2.4(2)0.580.60在误差允许的范围内，系统的机械能守恒(3)9.72．(2023届陕西镇安中学月考)在验证机械能守恒的实验中，某同学利用图甲中器材进行实验，正确地完成实验操作后，得到一条点迹清晰的纸带，如图乙所示．在实验数据处理中，某同学取A、B两点来验证实验．已知打点计时器每隔0.02s打一个点，g取9.8m/s2，图中测量结果记录在下面的表格中．项目x1/cmA点瞬时速度/(m·s－1)x2/cmB点瞬时速度/(m·s－1)A、B两点间距离/cm数据3.920.9812.8050.00(1)观察纸带，可知连接重物的夹子应夹在纸带的________(填“左”或“右”)端；(2)将表格中未填项目填写完整；(3)若重物和夹子的总质量为0.6kg，那么在A到B运动过程中，动能的增加量为________J，重力势能的减少量为________J.解析：(1)在相同的时间内速度小位移小，故夹子应夹在纸带的左端；(2)匀变速直线运动中某段时间内中间时刻的速度等于平均速度，故有：vB＝eq\f(x2,2T)＝3.20m/s；(3)增加的动能为ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)≈2.78J，减少的重力势能为ΔEp＝mghAB＝2.94J.答案：(1)左(2)3.20(3)2.782.94【提升过关】1．(2023届甘肃定西通渭马营中学期末)如图甲所示，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可验证机械能守恒定律．丙(1)已准备的器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需要的器材是________(填字母)；A．直流电源、天平及砝码B．直流电源、毫米刻度尺C．交流电源、天平及砝码D．交流电源、毫米刻度尺(2)实验中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.某同学对实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案，这些方案中合理的是________；A．用刻度尺测出物体下落的高度h，由打点间隔数算出下落时间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，并通过计算得出高度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(3)安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图乙所示．图中O点为打点起始点，且速度为零．选取纸带上打出的连续点A、B、C、…作出计数点，测出其中E、F、G点距起始点O的距离分别为h1、h2、h3.已知重物质量为m，当地重力加速度为g，计时器打点周期为T.为了验证此实验过程中机械能是否守恒，需要计算出从O点到F点的过程中，重物重力势能的减少量ΔEp＝________，动能的增加量ΔEk＝________(用题中所给字母表示)；(4)实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，关于这个误差下列说法正确的是________；A．该误差属于偶然误差B．该误差属于系统误差C．可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差D．可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差(5)某同学在实验中发现重物增加的动能略小于重物减少的重力势能，于是深入研究阻力对本实验的影响．若重物所受阻力为f，重物质量为m，重力加速度为g.他测出各计数点到起始点的距离h，并计算出各计数点的速度v，用实验测得的数据绘制出v2­h图线，如图丙所示，图象是一条直线，此直线斜率k＝________(用题中字母表示)．已知当地的重力加速度g＝9.8m/s2，由图线求得重物下落时受到的阻力与重物所受重力的百分比为eq\f(f,mg)＝________(保留两位有效数字)．解析：(1)打点计时器使用的是交流电源，实验中要测量距离，所以要刻度尺，根据机械能守恒定律可得mgh＝eq\f(1,2)mv2，质量可以约去，可以不测量，故选D；(2)本实验就是要验证表达式gh＝eq\f(1,2)v2，所以用这一表达式算速度、算高度都是错误的，都相当于用机械能守恒验证机械能守恒，故A、B、C错误，D正确；(3)从O点到F点减少的势能为mgh2，增加的动能为ΔEk＝eq\f(1,2)mv2，根据平均速度等于中间时刻的速度，我们可以计算出F点的速度vF＝eq\f(h3－h1,2T)，所以ΔEk＝eq\f(mh3－h12,8T2)；(4)重力势能的减小量略大于动能的增加量的原因是有阻力的存在，这种误差是由实验原理造成的，不是偶然误差，是系统误差，系统误差不能通过多次测量求平均值来减小，所以B、D正确；(5)实验上由于阻力作用，根据动能定理可得：(mg－f)h＝eq\f(1,2)mv2，化简可得v2＝eq\f(2mg－f,m)h，所以v2＝h图象的斜率实际上为：k＝eq\f(2mg－f,m)，所以eq\f(f,mg)＝1－eq\f(k,2g)，由题图丙可得，k＝eq\f(9.4,0.5)＝18.8，代入解得eq\f(f,mg)＝1－eq\f(k,2g)＝2.0%.答案：(1)D(2)D(3)mgh2eq\f(mh3－h12,8T2)(4)BD(5)eq\f(2mg－f,m)2.0%2．某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律．已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地重力加速度为g＝9.80m/s2.实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图(b)所示．纸带上的第一个点记为O，另选连续的三个点A、B、C进行测量，图中给出了这三个点到O点的距离hA、hB和hC的值．回答下列问题：(计算结果保留3位有效数字)(1)打点计时器打B点时，重物速度的大小vB＝________m/s；(2)通过分析该同学测量的实验数据，他的实验结果是否验证了机械能守恒定律？简要说明分析的依据．解析：(1)vB＝eq\f(xAC,2T)，代入数据计算可得vB＝3.90m/s；(2)eq\f(1,2)veq\o\al(2,B)≈7.61(m/s)2，ghB≈7.70(m/s)2，因为eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)≈mghB，在误差允许范围内，验证了机械能守恒定律．答案：(1)3.90(2)见解析3．在利用重物下落验证机械能守恒定律的实验中：(1)产生误差的主要原因是________．A．重物下落的实际距离大于测量值B．重物下落的实际距离小于测量值C．重物的实际末速度v大于gtD．重物的实际末速度v小于gt(2)甲、乙、丙三位同学分别得到A、B、C三条纸带，它们的前两个点间的距离分别是1.0mm、1.9mm,4.0mm.那么一定存在操作错误的同学是________，错误的原因是__________________________．(3)有一条纸带，各点距A点的距离分别为d1，d2，d3，…，如图所示，各相邻点间的时间间隔为T，当地重力加速度为g.要用它来验证B和G两点处机械能是否守恒，可量得BG间的距离h＝________，B点的速度表达式为vB＝________，G点的速度表达式为vG＝________，若B点和G点的速度vB、vG和BG间的距离h均为已知量，则当________＝________时，机械能守恒．解析：(1)验证机械能守恒定律的实验中产生误差的主要原因是：存在空气阻力或者限位孔和纸带之间存在摩擦，使得加速度小于重力加速度，则实际末速度v小于gt，故D正确．(2)当重物自由下落时，第一、二两点之间的距离为h＝eq\f(1,2)gt2≈2mm，由此可知乙同学的纸带最为理想，丙同学所得出的纸带，开始两点之间的距离明显大于2mm，这说明他在操作过程中开始打点时，纸带已经具有了速度，可能原因是先释放重物，后接通电源(或释放纸带时初速度不为零等)．(3)由图可知BG间的距离h＝d6－d1，根据匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度，得出B、G两点的瞬时速度大小分别为vB＝eq\f(d2,2T)，vG＝eq\f(d7－d5,2T).当动能的增加量等于势的减少量时，即mgh＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,G)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)，即2g(d6－d1)＝veq\o\al(2,G)－veq\o\al(2,B)＝eq\f(d7－d52,4T2)－eq\f(d\o\al(2,2),4T2)时机械能守恒．答案：(1)D(2)丙先释放重物，后接通电源(或释放纸带时初速度不为零等)(3)d6－d1eq\f(d2,2T)eq\f(d7－d5,2T)2g(d6－d1)eq\f(d7－d52,4T2)－eq\f(d\o\al(2,2),4T2)4.用图示装置测量重锤的质量，在定滑轮两侧分别挂上重锤和n块质量均为m0的铁片，重锤下端贴一遮光片，铁架台上安装有光电门．调整重锤的高度，使其从适当的位置由静止开始下落，读出遮光片通过光电门的挡光时间t0；从定滑轮左侧依次取下1块铁片放到右侧重锤上，让重锤每次都从同一位置由静止开始下落，计时器记录的挡光时间分别为t1、t2，….计算出teq\o\al(2,0)，teq\o\al(2,1)，….(1)挡光时间为t0时，重锤的加速度为a0.从左侧取下1块铁片置于右侧重锤上时，对应的挡光时间为ti，重锤的加速度为ai，则eq\f(ai,a0)＝________.(结果用t0和ti表示)(2)作出eq\f(ai,a0)­i的图线是一条直线，直线的斜率为k，则重锤的质量M＝________.(3)若重锤的质量约为300g，为使实验测量数据合理，铁片质量m0比较恰当的取值是________．A．1gB．5gC．40gD．100g(4)请提出一条减小实验误差的建议：__________________________________________.解析：(1)设遮光片的宽度为d，则重锤到达光电门的速度v＝eq\f(d,t).当挡光时间为t0时，重锤的速度v0＝eq\f(d,t0)①当挡光时间为ti时，重锤的速度vi＝eq\f(d,ti)②重锤在竖直方向做匀加速直线运动，则有2a0h＝veq\o\al(2,0)③由①②③④解得eq\f(ai,a0)＝eq\f(t\o\al(2,0),t\o\al(2,i)).(2)根据牛顿第二定律得：a0＝eq\f(Mg－nm0g,M)⑤ai＝eq\f(Mg＋im0g－n－im0g,M)⑥由⑤⑥解得eq\f(ai,a0)＝eq\f(2m0,M－nm0