2025届高考物理一轮复习课时作业25验证机械能守恒定律含解析鲁科版

PAGEPAGE9课时作业25试验：验证机械能守恒定律时间：45分钟1．某课外小组利用竖直上抛运动验证机械能守恒定律．(1)某同学利用20分度的游标卡尺测量小球的直径，读数如图甲所示，小球的直径d＝1.020cm(2)用如图乙所示的弹射装置将小球竖直向上弹出，小球先后经过光电门A、B，计时装置测出通过A和B的时间分别为tA和tB，用刻度尺测出光电门A、B间距离h，已知当地重力加速度大小为g，则只须要验证等量关系式eq\a\vs4\al(\f(1,2)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d2,t\o\al(2,A))－\f(d2,t\o\al(2,B))))＝gh)(用所测物理量符号表示)成立，就可说明在误差允许范围内小球机械能守恒．解析：(1)小球的直径为d＝10mm＋0.05×4mm＝10.20mm＝1.020cm.(2)利用平均速度代替瞬时速度算得小球经过光电门时的速度，故小球经过光电门A时的速度为vA＝eq\f(d,tA)，小球经过光电门B时的速度为vB＝eq\f(d,tB)，小球动能削减量为ΔEk＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,tA)))2－eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,tB)))2，小球的重力势能增加量为mgh，所以若mgh＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,tA)))2－eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,tB)))2成立，即eq\f(1,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d2,t\o\al(2,A))－\f(d2,t\o\al(2,B))))＝gh，就可以验证机械能守恒定律．2．某同学用图(a)所示的试验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为沟通电源，可以运用的频率有20Hz、30Hz和40Hz.打出纸带的一部分如图(b)所示．该同学在试验中没有记录沟通电的频率f，须要用试验数据和其他题给条件进行推算．(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eq\f(1,2)f(s1＋s2)，打出C点时重物下落的速度大小为eq\f(1,2)f(s2＋s3)，重物下落的加速度大小为eq\f(1,2)f2(s3－s1)．(2)已测得s1＝8.89cm，s2＝9.50cm，s3＝10.10cm；当地重力加速度大小为9.80m/s2，试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40Hz.解析：(1)重物匀加速下落时，依据匀变速直线运动的规律得vB＝eq\f(s1＋s2,2T)＝eq\f(1,2)f(s1＋s2)，vC＝eq\f(s2＋s3,2T)＝eq\f(1,2)f(s2＋s3)，由s3－s1＝2aT2得a＝eq\f(f2s3－s1,2).(2)依据牛顿其次定律，有mg－kmg＝ma，依据以上各式，化简得f＝eq\r(\f(21－kg,s3－s1))，代入数据可得f≈40Hz.3．某同学用如图甲所示的试验装置验证机械能守恒定律．试验所用的电源为学生电源，可以供应输出电压为6V的交变电流和直流电，交变电流的频率为50Hz.重锤从高处由静止起先下落，打点计时器在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．(1)他进行了下面几个操作步骤：A．依据图示的装置安装器材；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．依据测量的结果计算重锤下落过程中削减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C，操作不当的步骤是B.(均填步骤前的选项字母)(2)这位同学进行正确测量后选择出一条点迹清楚的纸带进行测量分析，如图乙所示，其中O点为起始点，A、B、C、D、E、F为六个计数点．依据纸带上的测量数据，可得出打B点时重锤的速度为1.84m(3)他依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、h为横轴画出的图像应是图中的C(选填项字母)．解析：(1)应将打点计时器接到电源的“沟通输出”上，选项B操作不当，因试验只需比较gh和eq\f(v2,2)的大小关系，不须要测量质量，选项C没必要．(2)打B点的速度即为AC段的平均速度，即vB＝eq\f(\x\to(AC),2T)＝1.84m/s.4．用图甲所示的试验装置验证机械能守恒定律．气垫导轨上A处安装了一个光电门，滑块上固定一遮光条，滑块用绕过气垫导轨左端定滑轮的细线与钩码相连，每次滑块都从同一位置由静止释放，释放时遮光条位于气垫导轨上B位置的上方．(1)某同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d＝2.70mm(2)试验中，接通气源，滑块静止释放后，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间为t，测得滑块质量为M，钩码质量为m，A、B间的距离为L.在试验误差允许范围内，钩码减小的重力势能mgL与eq\f(m＋Md2,2t2)(用干脆测量的物理量符号表示)相等，则系统机械能守恒．(3)下列不必要的一项试验要求是B(请填写选项前对应的字母)．A．滑块必需由静止释放B．应使滑块的质量远大于钩码的质量C．已知当地重力加速度D．应使细线与气垫导轨平行(4)分析试验数据后发觉，系统增加的动能明显大于钩码减小的重力势能，缘由是气垫导轨右端偏高．解析：(1)由图示游标卡尺可知，主尺示数为2mm，游标尺示数为14×0.05mm＝0.70mm，则游标卡尺读数为2mm＋0.70mm＝2.70mm.(2)由于遮光条通过光电门的时间极短，可以利用平均速度来代替其瞬时速度，因此滑块经过光电门时的瞬时速度为v＝eq\f(d,t)，试验要验证机械能守恒定律，则有mgL＝eq\f(1,2)(M＋m)v2＝eq\f(m＋Md2,2t2).(3)本试验中通过试验数据来判定钩码重力势能的削减量与系统动能的增加量的关系，不须要保证所挂钩码的质量m远小于滑块质量M，故A、C、D错误，B正确．(4)试验是通过钩码重力势能的削减量与系统动能的增加量的关系来验证机械能是否守恒，试验过程中发觉系统动能增加量总是大于钩码重力势能的削减量，说明重力做功多，即滑块的重力也做功了，因此调整导轨时右端过高．5．为了验证矩形线框自由下落过程上、下边经过光电门时机械能是否守恒，运用了如图所示的试验装置．已知矩形线框用直径为d的圆形材料做成．某次试验中矩形线框下边和上边先后经过光电门的挡光时间分别为t1和t2.(1)为完成该试验，还需通过操作测量的物理量是C.A．用天平测出矩形线框的质量mB．用刻度尺测出矩形线框下边到光电门的距离hC．用刻度尺测出矩形线框上、下边之间的距离LD．用秒表测出线框上、下边通过光电门的时间间隔Δt(2)假如满意关系式eq\a\vs4\al(\f(d,t2)2－\f(d,t1)2＝2gL)(请用测量的物理量和已知量字母来表示，重力加速度为g)，则矩形线框自由下落过程上、下边经过光电门时机械能守恒．解析：(1)本试验是对线框经过光电门过程的机械能是否守恒进行验证，所以可以用圆形材料的直径和通过光电门的挡光时间求得上、下边通过光电门时的速度，并求得对应的动能，测出线框上、下边之间的距离L，求得重力势能的削减量，验证动能的增加量是否等于重力势能的削减量即可，选项C正确．(2)光电门记录线框上、下边经过的挡光时间t2、t1，将线框下、上边通过光电门的平均速度视为线框下、上边通过光电门的瞬时速度，则有v1＝eq\f(d,t1)、v2＝eq\f(d,t2)，假如满意mgL＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)，即(eq\f(d,t2))2－(eq\f(d,t1))2＝2gL，则机械能守恒．6．某试验小组“用落体法验证机械能守恒定律”，试验装置如图甲所示．试验中测出重物自由下落的高度h及对应的瞬时速度v，计算出重物削减的重力势能mgh和增加的动能eq\f(1,2)mv2，然后进行比较，假如两者相等或近似相等，即可验证重物自由下落过程中机械能守恒．请依据试验原理和步骤完成下列问题：(1)关于上述试验，下列说法中正确的是BC.A．重物最好选择密度较小的木块B．重物的质量可以不测量C．试验中应先接通电源，后释放纸带D．可以利用公式v＝eq\r(2gh)求解瞬时速度(2)如图乙是该试验小组打出的一条点迹清楚的纸带，纸带上的O点是起始点，选取纸带上连续的计时点分别标为A、B、C、D、E、F，并测出各计时点到O点的距离依次为27.94cm、32.78cm、38.02cm、43.65cm、49.66cm、56.07cm.已知打点计时器所用的电源是频率为50Hz的沟通电，重物的质量为0.5kg，则从打点计时器打下点O到打下点D的过程中，重物削减的重力势能ΔEp＝2.14J；重物增加的动能ΔEk＝2.12J，两者不完全相等的缘由可能是重物下落过程中受到阻力作用．(重力加速度g取9.8m/s2，计算结果保留三位有效数字)(3)试验小组的同学又正确计算出图乙中打下计时点A、B、C、D、E、F各点的瞬时速度v，以各计时点到A点的距离h′为横轴，v2为纵轴作出图象，如图丙所示，依据作出的图线，能粗略验证自由下落的物体机械能守恒，依据是图象的斜率等于19.52，约为重力加速度g的两倍，故能验证．解析：(1)重物最好选择密度较大的铁块，受到的阻力较小，故A错误；本题是以自由落体运动为例来验证机械能守恒定律的，故须要验证的方程是mgh＝eq\f(1,2)mv2，因为比较的是mgh、eq\f(1,2)mv2的大小关系，故m可约去，不须要测量重物的质量，故B正确；释放纸带前，重物应靠近打点计时器，必需保证计时器的两限位孔在同一竖直线上，然后先接通电源，后释放纸带，故C正确；不能利用公式v＝eq\r(2gh)来求解瞬时速度，否则试验验证变成了理论推导，故D错误．(2)重力势能削减量ΔEp＝mgh＝0.5×9.8×0.4365J≈2.14J，利用匀变速直线运动的推论vD＝eq\f(x,t)＝eq\f(0.4966－0.3802,0.04)m/s＝2.91m/s，打下D点时重物的动能为EkD＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,D)＝eq\f(1,2)×0.5×2.912J≈2.12J，该过程中重物动能增加量ΔEk＝EkD－0＝2.12J，由于存在阻力作用，所以重力势能的削减量大于动能的增加量．(3)依据表达式mgh＝eq\f(1,2)mv2，则有v2＝2gh；由题意，mgh′＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)，则有v2＝veq\o\al(2,A)＋2gh′；图线的斜率为重力加速度大小的2倍时，即可验证机械能守恒，而图线的斜率k＝eq\f(10.36－5.48,0.25)m/s2＝19.52m/s2，因此能粗略验证自由下落的物体机械能守恒．7．某同学用如图甲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度为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t可由计时器测出，取v＝eq\f(d,t)作为钢球经过A点时的速度．记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能改变大小ΔEp与动能改变大小ΔEk，就能验证机械能是否守恒．(1)用ΔEp＝mgh计算钢球重力势能改变的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到B之间的竖直距离．A．钢球在A点时的顶端B．钢球在A点时的球心C．钢球在A点时的底端(2)用ΔEk＝eq\f(1,2)mv2计算钢球动能改变的大小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图乙所示，其读数为1.50(1.49～1.51都算对)cm.某次测量中，计时器的示数为0.0100s，则钢球的速度为v＝1.50m/s.(3)如表所示为该同学的试验结果：ΔEp/×10－2J4.8929.78614.6919.5929.38ΔEk/×10－2J5.0410.115.120.029.8他发觉表中的ΔEp与ΔEk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．不同意，因为空气阻力会造成ΔEk小于ΔEp，但表中的ΔEk大于ΔEp.(4)请你