高考物理一轮题复习 第六章 机械能 微专题42 验证机械能守恒定律试题

验证机械能守恒定律考点及要求：(1)实验原理与操作；(2)数据处理与注意问题．1．某同学用如图1所示的装置通过研究重锤的自由落体运动来验证机械能守恒定律．已知重力加速度为g.图1(1)在实验所需的物理量中，需要直接测量的是______，通过计算得到的是________．(填写代号)A．重锤的质量B．重锤下落的高度C．重锤底部距水平地面的高度D．与下落高度对应的重锤的瞬时速度(2)在实验得到的纸带中，我们选用如图2所示的起点O与相邻点之间距离约为2mm的纸带来验证机械能守恒定律．图中A、B、C、D、E、F、G为七个相邻的原始点，F点是第n个点．设相邻点间的时间间隔为T，下列表达式可以用在本实验中计算F点速度vF的是________．A．vF＝g(nT) B．vF＝eq\r(2ghn)C．vF＝eq\f(hn＋1－hn－1,2T) D．vF＝eq\f(xn＋1－xn,2T)图2(3)若代入图2中所测的数据，求得eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)在误差范围内等于________(用已知量和图中测出的物理量表示)，即可验证重锤下落过程中机械能守恒．即使在操作及测量无误的前提下，所求eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)也一定会略________(选填“大于”或“小于”)后者的计算值，这是实验存在系统误差的必然结果．2．某同学用如图3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．图3(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4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)图4(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eq\f(v2,2)为纵轴、以h为横轴，作画出的eq\f(v2,2)－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5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．图5(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：________________________________________________________________________.3．利用图6实验装置验证机械能守恒定律．图6(1)实验操作步骤如下，请将步骤B补充完整：A．按实验要求安装好实验装置；B．使重物靠近打点计时器，接着先______，后________，打点计时器在纸带上打下一系列的点；C．图7为一条符合实验要求的纸带，O点为打点计时器打下的第一点．分别测出若干连续点A、B、C……与O点之间的距离h1、h2、h3…….图7(2)已知打点计时器的打点周期为T，重物质量为m，重力加速度为g，结合实验中所测得的h1、h2、h3，可得重物下落到B点时的速度大小为______，纸带从O点下落到B点的过程中，重物增加的动能为______，减少的重力势能为______．(3)取打下O点时重物的重力势能为零，计算出该重物下落不同高度h时所对应的动能Ek和重力势能Ep，建立坐标系，横轴表示h，纵轴表示Ek和Ep，根据以上数据在图8中绘出图线Ⅰ和图线Ⅱ.已求得图线Ⅰ斜率的绝对值k1＝2.96J/m，请计算图线Ⅱ的斜率k2＝________J/m(保留3位有效数字)．重物和纸带下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值为________(用k1和k2表示)．图8(4)通过对k1和k2的比较分析，可得到的结论是(只要求写出一条)：________________________________________________________________________.4.用如图9所示的实验装置验证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．如图11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)，所用电源的频率为50Hz，计数点间的距离如图10所示．已知m1＝50g、m2＝150g，则：(结果均保留两位有效数字)图9图10(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5＝______m/s；(2)在打下第0点到打下第5点的过程中系统动能的增量ΔEk＝______J，系统重力势能的减少量ΔEp＝______J；(取当地的重力加速度g＝10m/s2)(3)若某同学作出eq\f(1,2)v2－h图象如图11所示，则当地的重力加速度g＝________m/s2.图11

答案解析1．(1)BD(2)C(3)ghn小于解析(1)由于该实验是验证机械能守恒定律，即mgh＝eq\f(1,2)mv2，即eq\f(1,2)v2＝gh，所以结合打点计时器的装置可知，需要直接测量的是“重锤下落的高度”；通过计算得到的是“与下落高度对应的重锤的瞬时速度”；(2)由于F点的瞬时速度等于其相邻两点间的平均速度，故C是正确的，虽然选项B计算的也是F点的速度，但它是利用机械能守恒定律来计算出来的，而本实验是用来验证机械能守恒定律的，故它不适合在本实验中用来计算F点的速度；(3)由于eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)＝ghn，故验证了该式，就可验证机械能守恒定律；由于空气阻力或摩擦的存在，使得瞬时速度的测量会偏小一些，故eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)也一定会略小一些．2．(1)CB(2)1.84(3)C(4)eq\f(d,t)eq\f(d2,2t2)＝gh(5)消除了纸带与打点计时器间的摩擦影响，提高了测量的精确度，从而减小了实验误差解析(1)要验证机械能守恒定律，需要验证eq\f(1,2)mv2＝mgh，则只需验证eq\f(1,2)v2＝gh即可，故不需要测出重锤的质量，所以没有必要进行的步骤是C.打点计时器只能使用交流电源，故操作不当的步骤是B.(2)由运动学公式可知，B点的速度为vB＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f(21.68－14.31×10－2,2×0.02)m/s≈1.84m/s.(3)由关系式eq\f(1,2)v2＝gh可知，eq\f(1,2)v2－h图象应是过原点的倾斜直线，故选C.(4)小铁球通过光电门的时间很短，故可用小铁球经过光电门的平均速度近似求出小铁球通过光电门的瞬时速度，即v＝eq\f(d,t)，代入eq\f(1,2)v2＝gh可得eq\f(d2,2t2)＝gh.3．(1)接通电源放开纸带(2)eq\f(h3－h1,2T)eq\f(mh3－h12,8T2)mgh2(3)2.80(2.73～2.87均可)eq\f(k1－k2,k1)(k1用mg表示也可)(4)k2小于k1，动能的增加量小于重力势能的减少量．(其他结论合理的也可)解析(3)对图线Ⅰ：Ep＝－mgh，即k1＝mg，对图线Ⅱ：Ek＝(mg－Ff)h，即k2＝mg－Ff，所以Ff＝k1－k2，eq\f(Ff,mg)＝eq\f(k1－k2,mg)＝eq\f(k1－k2,k1).4．(1)2.4(2)0.580.60(3)9.7解析(1)v5＝eq\f(21.60＋26.40×10－2,0.1×2)m/s＝2.4m/s(2)