2020高考物理復(fù)習(xí) 金版教程 實(shí)驗(yàn)六 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律練習(xí)

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1、限時(shí)規(guī)范特訓(xùn) (時(shí)間:45分鐘 分值:100分) 1.某位同學(xué)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn),下列操作步驟中錯(cuò)誤的是(  ) A.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上,用導(dǎo)線連接到低壓交流電源 B.將連有重錘的紙帶過(guò)限位孔,將紙帶和重錘提升到一定高度 C.先釋放紙帶,再接通電源 D.更換紙帶,重復(fù)實(shí)驗(yàn),根據(jù)記錄處理數(shù)據(jù) 解析:在使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí),都要先通電后釋放紙帶.在驗(yàn)證機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)中,最好在打第一個(gè)點(diǎn)時(shí)恰好釋放紙帶,滿(mǎn)足這樣的紙帶,紙帶上第一、二兩個(gè)點(diǎn)之間的距離接近2 mm. 答案:C 2. [2020·四川高考]有4條用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(所用交流電頻率為50 Hz)打出的紙帶A、

2、B、C、D,其中一條是做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的.為找出該紙帶,某同學(xué)在每條紙帶上取了點(diǎn)跡清晰的、連續(xù)的4個(gè)點(diǎn),用刻度尺測(cè)出相鄰兩個(gè)點(diǎn)間距離依次為s1、s2、s3.請(qǐng)你根據(jù)下列s1、s2、s3的測(cè)量結(jié)果確定該紙帶為(已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?.791 m/s2) (  ) A.61.0 mm 65.8 mm 70.7 mm B.41.2 mm 45.1 mm 53.0 mm C.49.6 mm 53.5 mm 57.3 mm D.60.5 mm 61.0 mm 60.6 mm 解析:驗(yàn)證機(jī)械能守恒采用重錘的自由落體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn),所以相鄰的0.02 s內(nèi)的位移增加量為Δs=gT2=

3、9.791×0.022≈3.9(mm),只有C符合要求.故選C. 答案:C 3.[2020·安徽高考]利用圖示裝置進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)時(shí),需要測(cè)量物體由靜止開(kāi)始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h.某班同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)得到的紙帶,設(shè)計(jì)了以下四種測(cè)量方案. a.用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h,并測(cè)出下落時(shí)間t,通過(guò)v=gt計(jì)算出瞬時(shí)速度v. b.用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h,并通過(guò)v=計(jì)算出瞬時(shí)速度v. c.根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度,等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度,測(cè)算出瞬時(shí)速度v,并通過(guò)h=計(jì)算得出高度h. d.用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h,根據(jù)做勻變速直

4、線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度,等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度,測(cè)算出瞬時(shí)速度v. 以上方案中只有一種正確,正確的是________.(填入相應(yīng)的字母) 解析:驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理是:判斷mgh與mv2是否相等.由此可以看出,需要測(cè)量的物理量是由靜止開(kāi)始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h,不需要測(cè)量的物理量是物體的質(zhì)量m.瞬時(shí)速度v和下落高度h是必須同時(shí)記錄的兩個(gè)物理量,而不能用一個(gè)量去求(通過(guò)公式)另一個(gè)量,選項(xiàng)a、b、c中都違背了這一原則,正確的測(cè)量方法是用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h,根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度,等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度,測(cè)算出瞬時(shí)

5、速度v,d正確. 答案:d 4. 在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中,要驗(yàn)證的是重物重力勢(shì)能的減少等于它動(dòng)能的增加,以下步驟僅是實(shí)驗(yàn)中的一部分,在這些步驟中多余的或錯(cuò)誤的有(  ) A. 用天平稱(chēng)出重物的質(zhì)量 B. 把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定到鐵架臺(tái)上,并用導(dǎo)線把它和低壓交流電源連接起來(lái) C. 把紙帶的一端固定到重物上,另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔,把重物提升到一定高度 D. 接通電源,待打點(diǎn)穩(wěn)定后釋放紙帶 E. 用秒表測(cè)出重物下落的時(shí)間 解析:在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中,需驗(yàn)證重力勢(shì)能減少量mgh和動(dòng)能增加量mv2之間的大小關(guān)系,若機(jī)械能守恒,則有mgh=mv2成立,兩邊都有質(zhì)量,

6、可約去,即驗(yàn)征gh=v2成立即可,故無(wú)需測(cè)質(zhì)量,A選項(xiàng)多余,對(duì)E選項(xiàng),測(cè)速度時(shí),用的是紙帶上的記錄點(diǎn)間的距離和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔,無(wú)需用秒表測(cè)量,因此E選項(xiàng)也多余. 答案:AE 5. 下面列出一些實(shí)驗(yàn)步驟: A.用天平測(cè)出重物和夾子的質(zhì)量; B.將重物系在夾子上; C.將紙帶穿過(guò)計(jì)時(shí)器,上端用手提著,下端夾上系住重物的夾子.再把紙帶向上拉,讓夾子靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器; D.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在學(xué)生電源交流輸出端,把輸出電壓調(diào)至6 V(電源不接通、交流); E.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定放在桌邊的鐵架臺(tái)上,使兩個(gè)限位孔在同一豎直線上; F.在紙帶上選取幾個(gè)點(diǎn),進(jìn)行測(cè)量和記錄數(shù)據(jù); G.用秒表測(cè)出

7、重物下落的時(shí)間; H.接通電源,待計(jì)時(shí)器響聲穩(wěn)定后釋放紙帶; I.切斷電源; J.更換紙帶,重新進(jìn)行兩次; K.在三條紙帶中選出較好的一條; L.進(jìn)行計(jì)算,得出結(jié)論,完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告; M.拆下導(dǎo)線,整理器材. 以上步驟,不必要的有__________,正確步驟的合理順序是__________. 答案:AG;EDBCHIJMKFL 6. 在用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí),某同學(xué)按照正確的操作選得紙帶如圖.其中O是起始點(diǎn),A、B、C是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下的3個(gè)點(diǎn).該同學(xué)用毫米刻度尺測(cè)量O到A、B、C各點(diǎn)的距離,并記錄在圖中(單位:cm). (1)這三個(gè)數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求

8、的是__________,應(yīng)記作__________cm. (2)該同學(xué)用重錘在OB段的運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒,已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=9.80 m/s2,他用AC段的平均速度作為跟B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物體的瞬時(shí)速度,則該段重錘重力勢(shì)能的減少量為_(kāi)_________,而動(dòng)能的增加量為_(kāi)_________(均保留三位有效數(shù)字,重錘質(zhì)量用m表示).這樣驗(yàn)證的系統(tǒng)誤差總是使重力勢(shì)能的減少量__________動(dòng)能的增加量,原因是__________________________________________ ________________________________________________

9、______________________________________________________. (3)另一位同學(xué)根據(jù)同一條紙帶,同一組數(shù)據(jù),也用重錘在OB段的運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒,不過(guò)他數(shù)了一下,從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)O數(shù)起,圖中的B是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第9個(gè)點(diǎn).因此他用vB=gt計(jì)算跟B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物體的瞬時(shí)速度,得到動(dòng)能的增加量為_(kāi)_________,這樣驗(yàn)證時(shí)的系統(tǒng)誤差總是使重力勢(shì)能的減少量__________動(dòng)能的增加量,原因是______________________________ ________________________________________

10、__________________________________________________________________________. 答案:(1)OC 15.70 (2)1.22 m 1.20 m 大于 v是實(shí)際速度,因?yàn)橛心Σ辽鸁?,減少的重力勢(shì)能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 (3)1.23 m 小于 v是按照自由落體計(jì)算的,對(duì)應(yīng)的下落高度比實(shí)際測(cè)得的高度要大 點(diǎn)評(píng):紙帶分析的關(guān)鍵是速度的計(jì)算不能用v=gt,而要用vn=. 7. 某同學(xué)利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.弧形軌道末端水平,離地面的高度為H.將鋼球從軌道的不同高度h處由靜止釋放,鋼球的落點(diǎn)距軌道末端

11、的水平距離為s. (1)若軌道完全光滑,s2與h的理論關(guān)系應(yīng)滿(mǎn)足s2=__________(用H、h表示). (2)該同學(xué)經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到一組數(shù)據(jù),如下表所示: h(10-1 m) 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 s2(10-1 m2) 2.62 3.89 5.20 6.53 7.78 請(qǐng)?jiān)趫D示的坐標(biāo)紙上作出s2-h(huán)關(guān)系圖. (3)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算得到的s2-h(huán)關(guān)系圖線(圖中已畫(huà)出),自同一高度靜止釋放的鋼球,水平拋出的速率__________(填“小于”或“大于”)理論值. (4)從s2-h(huán)關(guān)系圖線中分析得出鋼球水平拋出的速率偏

12、差十分顯著,你認(rèn)為造成上述偏差的可能原因是______________________ ___________________________________________________________________________________________________________________. 解析: (1)根據(jù)機(jī)械能守恒定律,可得離開(kāi)軌道時(shí)速度為v=,由平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)可求得時(shí)間為t=,可得s=vt=,從而s2=4Hh. (2)依次描點(diǎn),連線,如圖所示.注意不要畫(huà)成折線. (3)從圖中看,同一h時(shí)的s2值,理論值明顯大于實(shí)際值,而在同一高度H下的平拋運(yùn)動(dòng)水平

13、射程由水平速率決定,可見(jiàn)實(shí)際水平速率小于理論速率. (4)由于客觀上,軌道與鋼球間存在摩擦,機(jī)械能減小,因此會(huì)導(dǎo)致實(shí)際值比理論值小.鋼球的轉(zhuǎn)動(dòng)也需要能量維持,而機(jī)械能守恒中沒(méi)有考慮重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能的這一部分,也會(huì)導(dǎo)致實(shí)際速率明顯小于理論速率(這一點(diǎn),可能不少同學(xué)會(huì)考慮不到). 答案:(1)4Hh (2) (3)小于 (4)由于客觀上,軌道與鋼球間存在摩擦,機(jī)械能減小,因此會(huì)導(dǎo)致實(shí)際值比理論值?。撉虻霓D(zhuǎn)動(dòng)也需要能量維持,而機(jī)械能守恒中沒(méi)有考慮重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能的這一部分,也會(huì)導(dǎo)致實(shí)際速率明顯小于理論速率(這一點(diǎn),可能不少同學(xué)會(huì)考慮不到). 8. [2020·溫州八校聯(lián)

14、考]某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.頻閃儀每隔0.05 s閃光一次,圖中所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離,該同學(xué)通過(guò)計(jì)算得到不同時(shí)刻的速度如下表.(已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.8 m/s2,小球質(zhì)量m=0.2 kg,結(jié)果保留3位有效數(shù)字) 時(shí)刻 t2 t3 t4 t5 速度(m/s) 4.99 4.48 3.98 (1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算t5時(shí)刻小球的速度v5=________m/s; (2)從t2到t5時(shí)間內(nèi),重力勢(shì)能增量ΔEp=________J,動(dòng)能減少量ΔEk=________J; (3)在誤差允許的范圍內(nèi),若ΔEp與△Ek近似相等,即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒

15、定律.由上述計(jì)算得ΔEp________ΔEk(選填“>”、“<”或“=”),造成這種結(jié)果的主要原因是__________________________ ______________________________________________. 解析:本題考查機(jī)械能守恒定律的驗(yàn)證,與教材實(shí)驗(yàn)有所不同,本題以豎直上拋為依托考查機(jī)械能守恒,要注意知識(shí)的遷移和變化.(1)v5=×10-2=3.48(m/s);(2)重力勢(shì)能的增量ΔEp=mgΔh,代入數(shù)據(jù)可得ΔEp=1.24 J,動(dòng)能減少量為ΔEk=mv-mv,代入數(shù)據(jù)可得ΔEk=1.28 J;(3)由計(jì)算可得ΔEp<ΔEk,主要是由于存在空氣阻力. 答案:(1)3.48 (2)1.24 1.28 (3)< 存在空氣阻力

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