（天津專用）2020屆高考物理一輪復習 考點規(guī)范練26 驗證機械能守恒定律（含解析）新人教版

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1、考點規(guī)范練26　驗證機械能守恒定律 1.用如圖甲所示的裝置驗證機械能守恒定律,已知打點計時器打點頻率f=50 Hz。 甲 乙 (1)實驗中得到的一條紙帶如圖乙所示,將第一個打點標記為O,選擇點跡清晰且便于測量的連續(xù)5個點,標為A、B、C、D、E,測出A、C、E到O點的距離分別為d1=9.51 cm、d2=15.71 cm、d3=23.47 cm。重物質量為0.5 kg,當?shù)刂亓铀俣萭=9.8 m/s2。現(xiàn)選取OC段的數(shù)據進行處理,則OC段重物的重力勢能減少量為　　　　 J,動能增加量為　　　　 J。(計算結果保留2位有效數(shù)字)? (2)實驗結果往往是重力勢能的減少量略大于動

2、能的增加量,關于這個誤差,下列說法正確的是(　　) A.該誤差屬于偶然誤差 B.該誤差屬于系統(tǒng)誤差 C.可以通過多次測量取平均值的方法來減小該誤差 D.可以通過減小空氣阻力和摩擦阻力的影響來減小該誤差 2.某同學根據機械能守恒定律,設計實驗探究彈簧的彈性勢能與壓縮量的關系。 (1)如圖甲所示,將輕質彈簧下端固定于鐵架臺,在上端的托盤中依次增加砝碼,測量相應的彈簧長度,部分數(shù)據如下表。由數(shù)據算得勁度系數(shù)k=　　　　 N/m。(g取9.80 m/s2)? 砝碼質量/g 50 100 150 彈簧長度/cm 8.62 7.63 6.66 (2)取下彈簧,將其一端

3、固定于氣墊導軌左側,如圖乙所示;調整導軌,使滑塊自由滑動時,通過兩個光電門的速度大小　　　　。? (3)用滑塊壓縮彈簧,記錄彈簧的壓縮量x;釋放滑塊,記錄滑塊脫離彈簧后的速度v。釋放滑塊過程中,彈簧的彈性勢能轉化為　　　　　　　。? (4)重復(3)中的操作,得到v與x的關系如圖丙。由圖可知,v與x成　　　　關系。由上述實驗可得結論:對同一根彈簧,彈性勢能與彈簧的　　　　　　成正比。? 3.右圖是某同學設計的驗證機械能守恒定律的實驗裝置圖,用長為l的輕細線懸掛一小球,在懸點O下方與懸點距離略小于l的位置有一很鋒利的刀片,當細線碰到刀片時,細線即可被切斷且不影響小球的速度。實驗時,將細線和

4、小球拉離豎直位置,使細線與豎直方向的夾角為θ。由靜止釋放小球,細線碰到刀片后立刻斷開,小球飛出,最終落到與懸點豎直距離為h的水平地面上,測得小球落地點與懸點在水平地面的投影點O'的距離為x。改變細線與豎直方向的夾角θ,可得到一系列x的數(shù)據。 (1)若要利用圖像法處理實驗數(shù)據,并且要使圖像是一條直線,如果縱坐標表示x2,那么橫坐標應表示　　　　。? (2)如果作出的圖像斜率為k,那么圖像在縱軸上的截距為　　　　　　　,只要滿足k=　　　　,即可驗證機械能守恒定律。? 4.現(xiàn)要通過實驗驗證機械能守恒定律。實驗裝置如圖所示。水平桌面上固定一傾斜的氣墊導軌,導軌上A點處有一帶長方形遮光片的滑

5、塊,其總質量為m0,左端由跨過輕質光滑定滑輪的細繩與一質量為m的砝碼相連;遮光片兩條長邊與導軌垂直;導軌上B點有一光電門,可以測量遮光片經過光電門時的擋光時間t,用d表示A點到導軌底端C點的距離,h表示A與C的高度差,b表示遮光片的寬度,s表示A、B兩點的距離,將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B點時的瞬時速度。用g表示重力加速度。完成下列填空和作圖。 (1)若將滑塊自A點由靜止釋放,則在滑塊從A運動至B的過程中,滑塊、遮光片與砝碼組成的系統(tǒng)重力勢能的減少量可表示為　　　　　　　　,動能的增加量可表示為　　　　。若在運動過程中機械能守恒,1t2與s的關系式為1t2=　　　　　　　　

6、。? (2)多次改變光電門的位置,每次均令滑塊自同一點(A點)下滑,測量相應的s與t值,結果如表所示: 1 2 3 4 5 s/m 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 t/ms 8.22 7.17 6.44 5.85 5.43 1t2/(×104 s-2) 1.48 1.95 2.41 2.92 3.39 以s為橫坐標,1t2為縱坐標,在坐標紙中描出第1和第5個數(shù)據點;根據5個數(shù)據點作直線,求得該直線的斜率k=　　　　×104 m-1·s-2(保留三位有效數(shù)字)。由測得的h、d、b、M和m數(shù)值可以計算出1t2-s

7、直線的斜率k0,將k和k0進行比較,若其差值在實驗允許的范圍內,則可認為此實驗驗證了機械能守恒定律。? 考點規(guī)范練26　驗證機械能守恒定律 1.解析(1)由題圖中所給數(shù)據可計算出打C點時重物的瞬時速度vC=xAE4T=d3-d14T=(23.47-9.51)×10-24×0.02m/s=1.745m/s,ΔEk=12mvC2=12×0.5×1.7452J=0.76J,ΔEp=mgd2=0.5×9.8×0.1571J≈0.77J。 (2)重力勢能的減少量略大于動能的增加量是因為存在空氣阻力和摩擦阻力,這是實驗原理和儀器帶來的誤差,是系統(tǒng)誤差,故選項B、D正確。 答案(1)0.77

8、　0.76　(2)BD 2.解析(1)根據F=kx得ΔF=kΔx,可得k=ΔFΔx=ΔmgΔx。取較遠的兩組數(shù)計算,k=0.98N1.96×10-2m=50N/m。 (2)氣墊導軌摩擦力可以忽略,故滑塊做勻速直線運動,通過兩個光電門的速度大小相等。 (3)因忽略摩擦力,釋放滑塊后,彈簧的彈性勢能轉化為滑塊的動能。 (4)由題圖丙可知,v-x圖線為過原點的傾斜直線,成正比關系。由Ek=12mv2=Ep可知,Ep=12mv2∝x2,故彈性勢能與彈簧的壓縮量的二次方成正比。 答案(1)50　(2)相等　(3)滑塊的動能　(4)正比　壓縮量的二次方 3.解析(1)由mgl(1-cosθ)=

9、12mv2,x=vt,h-l=12gt2,聯(lián)立解得x2=4l(h-l)-4l(h-l)cosθ。要使圖像是一條直線,如果縱坐標表示x2,那么橫坐標應表示cosθ。 (2)如果圖像斜率為k,那么圖像在縱軸的截距為4l(h-l)(或-k)。只要滿足k=-4l(h-l),即可驗證機械能守恒定律。 答案(1)cos θ (2)4l(h-l)或-k　-4l(h-l) 4.解析(1)滑塊從A運動至B的過程中,滑塊、遮光片與砝碼組成的系統(tǒng)重力勢能的減少量可表示為m0ghds-mgs;滑塊經過B點時的速度為v=bt,故系統(tǒng)動能的增加量為12(m0+m)b2t2;若機械能守恒,則有m0ghds-mgs=12(m0+m)b2t2,得1t2=2m0gh-2mgd(m0+m)db2s。 (2)根據數(shù)據描點后,作圖線時注意使所描點大致在同一直線上,計算斜率時注意選取相距較遠的點來計算。 答案(1)m0ghds-mgs　12(m0+m)b2t2　2m0gh-2mgd(m0+m)db2s (2)描點連線如圖所示(見解析)　2.40(2.20~2.60均正確) 4