物理大一轮复习题组层级快练第五单元机械能作业6

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精题组层级快练(二十六)一、选择题1．用如图甲所示的装置“验证机械能守恒定律”．(1）下列物理量需要测量的是________,通过计算得到的是________(填写代号)．A．重锤质量B．重力加速度C．重锤下落的高度D．与下落高度对应的重锤的瞬时速度（2)设重锤质量为m、打点计时器的打点周期为T、重力加速度为g。图乙是实验得到的一条纸带，A、B、C、D、E为相邻的连续点．根据测得的x1、x2、x3、x4写出重锤由B点到D点势能减少量的表达式________，动能增量的表达式________．由于重锤下落时要克服阻力做功，所以该实验的动能增量总是________(选填“大于”、“等于”或“小于”）重力势能的减少量．答案（1)CD(2）mg(x3－x1）eq\f(mx4（x4－2x2），8T2）小于解析（2)重锤由B点到D:势能减少量ΔEp＝mg(x3－x1)动能增量ΔEk＝eq\f（1，2）m（vD2－vB2)vB＝eq\f(x2，2T)vD＝eq\f（x4－x2，2T），则ΔEk＝eq\f(mx4(x4－2x2），8T2）由于阻力作用动能增量总是小于重力势能的减少量．2。某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律,频闪仪每隔0。05s闪光一次，如图所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表．(当地重力加速度取9.8m/s2，小球质量m＝0。2kg，时刻t2t3t4t5速度(m/s）4.994。483.98（1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝________m/s.（2）从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝________J，动能减少量ΔEk＝________J.(3)在误差允许的范围内,若ΔEp与ΔEk近似相等，即可验证机械能守恒定律．由上述计算得ΔEp________ΔEk(选填“>”“〈”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是________________________________________________________________________．答案(1）3。48（2)1.241.28(3)<存在空气阻力解析(1）v5＝eq\f(16.14＋18。66,2×0。05)×10－2m/s＝3.48m/s.（2）重力势能的增量ΔEp＝mgΔh，代入数据可得ΔEp＝1.24J，动能减少量为ΔEk＝eq\f（1，2)mv22－eq\f(1,2）mv52，代入数据可得ΔEk＝1。28J。(3)由计算可得ΔEp〈ΔEk，主要是由于存在空气阻力．3．某实验小组利用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律．小钢球自由下落过程中，计时装置测出小钢球先后通过光电门A、B的时间分别为tA、tB，用小钢球通过光电门A、B的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度．测出两光电门间的距离为h,当地的重力加速度为g，小钢球所受空气阻力可忽略不计．（1）先用游标卡尺测量钢球的直径，读数如图乙所示，钢球直径为d＝________cm。(2）要验证机械能是否守恒,只要比较________与________是否相等．(3）实验中小钢球通过光电门的平均速度________（选填“大于”或“小于")小钢球球心通过光电门时的瞬时速度,导致动能增加量ΔEk总是稍________（选填“大于"或“小于”)重力势能减少量ΔEp，且随小钢球下落起始高度的增加，误差越来越________（选填“大”或“小”）．答案(1）0.850(2）gheq\f（1,2）eq\f(d2，tB2)－eq\f(1，2)eq\f(d2,tA2）（3）小于小于大解析（1)由图可知，主尺刻度为8mm,游标对齐的刻度为10，故读数为:8mm＋10×0.05mm＝8。50（2）若减小的重力势能等于增加的动能时,可以认为机械能守恒;则有：mgh＝eq\f(1,2)mvB2－eq\f(1，2）mvA2即：gh＝eq\f（1，2）eq\f（d2，tB2）－eq\f（1,2)eq\f（d2，tA2）。(3）已知经过光电门所用的时间和小球的直径:则可以由平均速度表示经过光电门时的速度，故v＝eq\f（d，t)，即等于中间时刻的瞬时速度．而小钢球球心通过光电门时的瞬时速度，即为中点的瞬时速度，因此平均速度小于钢球球心通过光电门时的瞬时速度;因此导致动能增加量ΔEk总是稍小于重力势能的减少量；由于该过程中有阻力做功，而高度越高，阻力做功越多，故增加下落高度后，ΔEp－ΔEk将增大．4．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.则（1)小圆柱的直径d＝________cm。（2）测出悬点到圆柱重心的距离l,若等式gl＝________成立，说明小圆柱下摆过程机械能守恒．（3)若在悬点O安装一个拉力传感器，测出绳子上的拉力F，则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)，若等式F＝________成立，则可验证向心力公式Fn＝meq\f（v2，R).答案(1）1。02(2)eq\f(1,2)(eq\f（d，Δt）)2(3)小圆柱的质量mmg＋meq\f(d2,l（Δt）2)解析(1）小圆柱的直径d＝10mm＋2×0.1mm＝10。2mm（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\f(d,Δt））2，就说明小圆柱下摆过程中机械能守恒．(3）若测量出小圆柱的质量m，则在最低点由牛顿第二定律得F－mg＝meq\f(v2,l),若等式F＝mg＋meq\f(d2,l（Δt）2)成立，则可验证向心力公式,可知需要测量小圆柱的质量m。5．（2014·广东）某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系．①如图(a)，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测量相应的弹簧长度，部分数据如下表，由数据算得劲度系数k＝________N/m。(g取9.80m/s2)砝码质量/g50100150弹簧长度/cm8.627.636。66②取下弹簧,将其一端固定于气垫导轨左侧,如图（b）所示，调整导轨使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小________．③用滑块压缩弹簧,记录弹簧的压缩量x；释放滑块,记录滑块脱离弹簧后的速度v.释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为________．④重复③中的操作，得到v与x的关系如图（c）,由图可知，v与x成________关系．由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的________成正比．答案①50②相等③滑块的动能④正比压缩量的平方解析①根据F1＝mg＝kΔx1，F2＝2mg＝kΔx2，有ΔF＝F1－F2＝kΔx1－kΔx2，则k＝eq\f(0.49，0.0099)N/m＝49。5N/m，同理可以求得k′＝eq\f(0。49,0。0097）N/m＝50.5N/m,则劲度系数为k＝eq\f(k＋k′,2）＝50N/m.②滑块离开弹簧后做匀速直线运动,故滑块通过两个光电门时的速度相等．③在该过程中弹簧的弹性势能转化为滑块的动能；④图线是过原点的倾斜直线，所以v与x成正比；弹性势能转化为动能，即E弹＝eq\f（1，2）mv2，即弹性势能与速度平方成正比，则弹性势能与压缩量平方成正比．6．利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置如图所示，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片的滑块,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;遮光片两条长边与导轨垂直,导轨上B点有一光电门,可以测量遮光片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表示遮光片的宽度,将遮光片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．（1)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，若ΔEk＝ΔEp则可认为系统的机械能守恒;(用题中字母表示）（2)在上次实验中，某同学改变A、B间的距离，作出的v2－d图像如图所示，并测得m＝M，则重力加速度g＝____________m/s2。答案（1)eq\f（（M＋m）b2，2t2)（m－eq\f（M,2))gd（2)9.6解析（1)系统动能增加量可表示为ΔEk＝eq\f（1，2)（M＋m)vB2＝eq\f（（M＋m）b2，2t2），系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝mgd－Mgdsin30°＝(m－eq\f（M,2））gd；（2)根据机械能守恒可得(m－eq\f（M，2）)gd＝eq\f(1，2)（M＋m）v2,即g＝2eq\f（v2，d)，代入数据得g＝9.6m/s2.7．如图所示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θ角时由静止开始释放摆锤,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，必须求出摆锤在最低点的速度．为了求出这一速度，实验中还应该测量的物理量:________________________________________________.（2）根据测得的物理量表示摆锤在最低点的速度v＝________．（3)根据已知的和测得的物理量，写出摆锤在运动中机械能守恒的关系式为________．答案(1)铁片遇到挡板后铁片的水平位移x和竖直下落高度h(2)xeq\r（\f（g,2h))(3）eq\f（gx2，4h）＝gL(1－cosθ）解析（1)铁片在最低点飞出时做平抛运动,平抛的初速度即为铁片在最低点的速度,根据平抛运动规律可知：x＝vt，y＝eq\f(1,2)