2023版高考物理一輪復(fù)習(xí)課時跟蹤檢測26實驗6驗證機械能守恒定律

。。。內(nèi)部文件，版權(quán)追溯內(nèi)部文件，版權(quán)追溯內(nèi)部文件，版權(quán)追溯課時跟蹤檢測二十六實驗6驗證機械能守恒定律【基礎(chǔ)過關(guān)】1．(2023屆黑龍江省哈師大附中高三月考)用如圖所示實驗裝置驗證m1，m2組成的系統(tǒng)機械能守恒．m2從高處由靜止開始下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律．下圖給出的是實驗中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個點，每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點(圖中未標(biāo)出)，計數(shù)點間的距離如圖所示．已知m1＝50g，m2＝150g，則：(g取10m/s2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(1)在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度v＝________m/s.(2)在打點0～5過程中系統(tǒng)動能的增加量ΔEk＝________J，系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp＝________J，由此得出的結(jié)論是__________________________．(3)若某同學(xué)作出的eq\f(1,2)v2-h圖象如圖所示，則當(dāng)?shù)氐膶嶋H重力加速度g＝________m/s2.解析：(1)利用勻變速直線運動的推論v5＝eq\f(x46,t46)＝eq\f(0.2160＋0.2640m,2×0.1s)＝2.4m/s.(2)系統(tǒng)動能的增量ΔEk＝Ek5－0＝eq\f(1,2)(m1＋m2)veq\o\al(2,5)＝0.58J.系統(tǒng)重力勢能減小量ΔEp＝(m2－m1)gh＝0.1×10×0.6000J＝0.60J在誤差允許的范圍內(nèi)，m1、m2組成的系統(tǒng)機械能守恒．(3)由于ΔEk＝Ek5－0＝eq\f(1,2)(m1＋m2)veq\o\al(2,5)＝ΔEp＝(m2－m1)gh由于(m1＋m2)＝2(m2－m1)所以得到eq\f(1,2)v2＝eq\f(g,2)h，所以eq\f(1,2)v2-h圖象的斜率k＝eq\f(g,2)?g＝9.7m/s2.答案：(1)2.4(2)0.580.60在誤差允許的范圍內(nèi)，系統(tǒng)的機械能守恒(3)9.72．(2023屆陜西鎮(zhèn)安中學(xué)月考)在驗證機械能守恒的實驗中，某同學(xué)利用圖甲中器材進行實驗，正確地完成實驗操作后，得到一條點跡清晰的紙帶，如圖乙所示．在實驗數(shù)據(jù)處理中，某同學(xué)取A、B兩點來驗證實驗．已知打點計時器每隔0.02s打一個點，g取9.8m/s2，圖中測量結(jié)果記錄在下面的表格中．項目x1/cmA點瞬時速度/(m·s－1)x2/cmB點瞬時速度/(m·s－1)A、B兩點間距離/cm數(shù)據(jù)3.920.9812.8050.00(1)觀察紙帶，可知連接重物的夾子應(yīng)夾在紙帶的________(填“左”或“右”)端；(2)將表格中未填項目填寫完整；(3)若重物和夾子的總質(zhì)量為0.6kg，那么在A到B運動過程中，動能的增加量為________J，重力勢能的減少量為________J.解析：(1)在相同的時間內(nèi)速度小位移小，故夾子應(yīng)夾在紙帶的左端；(2)勻變速直線運動中某段時間內(nèi)中間時刻的速度等于平均速度，故有：vB＝eq\f(x2,2T)＝3.20m/s；(3)增加的動能為ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)≈2.78J，減少的重力勢能為ΔEp＝mghAB＝2.94J.答案：(1)左(2)3.20(3)2.782.94【提升過關(guān)】1．(2023屆甘肅定西通渭馬營中學(xué)期末)如圖甲所示，將打點計時器固定在鐵架臺上，用重物帶動紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置可驗證機械能守恒定律．丙(1)已準(zhǔn)備的器材有打點計時器(帶導(dǎo)線)、紙帶、復(fù)寫紙、帶鐵夾的鐵架臺和帶夾子的重物，此外還需要的器材是________(填字母)；A．直流電源、天平及砝碼B．直流電源、毫米刻度尺C．交流電源、天平及砝碼D．交流電源、毫米刻度尺(2)實驗中需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h.某同學(xué)對實驗得到的紙帶，設(shè)計了以下四種測量方案，這些方案中合理的是________；A．用刻度尺測出物體下落的高度h，由打點間隔數(shù)算出下落時間t，通過v＝gt計算出瞬時速度vB．用刻度尺測出物體下落的高度h，并通過v＝eq\r(2gh)計算出瞬時速度vC．根據(jù)做勻變速直線運動時，紙帶上某點的瞬時速度等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v，并通過計算得出高度hD．用刻度尺測出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運動時，紙帶上某點的瞬時速度等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v(3)安裝好實驗裝置，正確進行實驗操作，從打出的紙帶中選出符合要求的紙帶，如圖乙所示．圖中O點為打點起始點，且速度為零．選取紙帶上打出的連續(xù)點A、B、C、…作出計數(shù)點，測出其中E、F、G點距起始點O的距離分別為h1、h2、h3.已知重物質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，計時器打點周期為T.為了驗證此實驗過程中機械能是否守恒，需要計算出從O點到F點的過程中，重物重力勢能的減少量ΔEp＝________，動能的增加量ΔEk＝________(用題中所給字母表示)；(4)實驗結(jié)果往往是重力勢能的減少量略大于動能的增加量，關(guān)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(5)某同學(xué)在實驗中發(fā)現(xiàn)重物增加的動能略小于重物減少的重力勢能，于是深入研究阻力對本實驗的影響．若重物所受阻力為f，重物質(zhì)量為m，重力加速度為g.他測出各計數(shù)點到起始點的距離h，并計算出各計數(shù)點的速度v，用實驗測得的數(shù)據(jù)繪制出v2-h圖線，如圖丙所示，圖象是一條直線，此直線斜率k＝________(用題中字母表示)．已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.8m/s2，由圖線求得重物下落時受到的阻力與重物所受重力的百分比為eq\f(f,mg)＝________(保留兩位有效數(shù)字)．解析：(1)打點計時器使用的是交流電源，實驗中要測量距離，所以要刻度尺，根據(jù)機械能守恒定律可得mgh＝eq\f(1,2)mv2，質(zhì)量可以約去，可以不測量，故選D；(2)本實驗就是要驗證表達式gh＝eq\f(1,2)v2，所以用這一表達式算速度、算高度都是錯誤的，都相當(dāng)于用機械能守恒驗證機械能守恒，故A、B、C錯誤，D正確；(3)從O點到F點減少的勢能為mgh2，增加的動能為ΔEk＝eq\f(1,2)mv2，根據(jù)平均速度等于中間時刻的速度，我們可以計算出F點的速度vF＝eq\f(h3－h(huán)1,2T)，所以ΔEk＝eq\f(mh3－h(huán)12,8T2)；(4)重力勢能的減小量略大于動能的增加量的原因是有阻力的存在，這種誤差是由實驗原理造成的，不是偶然誤差，是系統(tǒng)誤差，系統(tǒng)誤差不能通過多次測量求平均值來減小，所以B、D正確；(5)實驗上由于阻力作用，根據(jù)動能定理可得：(mg－f)h＝eq\f(1,2)mv2，化簡可得v2＝eq\f(2mg－f,m)h，所以v2＝h圖象的斜率實際上為：k＝eq\f(2mg－f,m)，所以eq\f(f,mg)＝1－eq\f(k,2g)，由題圖丙可得，k＝eq\f(9.4,0.5)＝18.8，代入解得eq\f(f,mg)＝1－eq\f(k,2g)＝2.0%.答案：(1)D(2)D(3)mgh2eq\f(mh3－h(huán)12,8T2)(4)BD(5)eq\f(2mg－f,m)2.0%2．某同學(xué)用圖(a)所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間＝9.80m/s2.實驗中該同學(xué)得到的一條點跡清晰的完整紙帶如圖(b)所示．紙帶上的第一個點記為O，另選連續(xù)的三個點A、B、C進行測量，圖中給出了這三個點到O點的距離hA、hB和hC的值．回答下列問題：(計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)(1)打點計時器打B點時，重物速度的大小vB＝________m/s；(2)通過分析該同學(xué)測量的實驗數(shù)據(jù)，他的實驗結(jié)果是否驗證了機械能守恒定律？簡要說明分析的依據(jù)．解析：(1)vB＝eq\f(xAC,2T)，代入數(shù)據(jù)計算可得vB＝3.90m/s；(2)eq\f(1,2)veq\o\al(2,B)≈7.61(m/s)2，ghB≈7.70(m/s)2，因為eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)≈mghB，在誤差允許范圍內(nèi)，驗證了機械能守恒定律．答案：(1)3.90(2)見解析3．在利用重物下落驗證機械能守恒定律的實驗中：(1)產(chǎn)生誤差的主要原因是________．A．重物下落的實際距離大于測量值B．重物下落的實際距離小于測量值C．重物的實際末速度v大于gtD．重物的實際末速度v小于gt(2)甲、乙、丙三位同學(xué)分別得到A、B、C三條紙帶，它們的前兩個點間的距離分別是1.0mm、1.9mm,4.0mm.那么一定存在操作錯誤的同學(xué)是________，錯誤的原因是__________________________．(3)有一條紙帶，各點距A點的距離分別為d1，d2，d3，…，如圖所示，各相鄰點間的時間間隔為T，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間.要用它來驗證B和G兩點處機械能是否守恒，可量得BG間的距離h＝________，B點的速度表達式為vB＝________，G點的速度表達式為vG＝________，若B點和G點的速度vB、vG和BG間的距離h均為已知量，則當(dāng)________＝________時，機械能守恒．解析：(1)驗證機械能守恒定律的實驗中產(chǎn)生誤差的主要原因是：存在空氣阻力或者限位孔和紙帶之間存在摩擦，使得加速度小于重力加速度，則實際末速度v小于gt，故D正確．(2)當(dāng)重物自由下落時，第一、二兩點之間的距離為h＝eq\f(1,2)gt2≈2mm，由此可知乙同學(xué)的紙帶最為理想，丙同學(xué)所得出的紙帶，開始兩點之間的距離明顯大于2mm，這說明他在操作過程中開始打點時，紙帶已經(jīng)具有了速度，可能原因是先釋放重物，后接通電源(或釋放紙帶時初速度不為零等)．(3)由圖可知BG間的距離h＝d6－d1，根據(jù)勻變速直線運動中，中間時刻的瞬時速度等于該段時間內(nèi)的平均速度，得出B、G兩點的瞬時速度大小分別為vB＝eq\f(d2,2T)，vG＝eq\f(d7－d5,2T).當(dāng)動能的增加量等于勢的減少量時，即mgh＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,G)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)，即2g(d6－d1)＝veq\o\al(2,G)－veq\o\al(2,B)＝eq\f(d7－d52,4T2)－eq\f(d\o\al(2,2),4T2)時機械能守恒．答案：(1)D(2)丙先釋放重物，后接通電源(或釋放紙帶時初速度不為零等)(3)d6－d1eq\f(d2,2T)eq\f(d7－d5,2T)2g(d6－d1)eq\f(d7－d52,4T2)－eq\f(d\o\al(2,2),4T2)4.用圖示裝置測量重錘的質(zhì)量，在定滑輪兩側(cè)分別掛上重錘和n塊質(zhì)量均為m0的鐵片，重錘下端貼一遮光片，鐵架臺上安裝有光電門．調(diào)整重錘的高度，使其從適當(dāng)?shù)奈恢糜伸o止開始下落，讀出遮光片通過光電門的擋光時間t0；從定滑輪左側(cè)依次取下1塊鐵片放到右側(cè)重錘上，讓重錘每次都從同一位置由靜止開始下落，計時器記錄的擋光時間分別為t1、t2，….計算出teq\o\al(2,0)，teq\o\al(2,1)，….(1)擋光時間為t0時，重錘的加速度為a0.從左側(cè)取下1塊鐵片置于右側(cè)重錘上時，對應(yīng)的擋光時間為ti，重錘的加速度為ai，則eq\f(ai,a0)＝________.(結(jié)果用t0和ti表示)(2)作出eq\f(ai,a0)-i的圖線是一條直線，直線的斜率為k，則重錘的質(zhì)量M＝________.(3)若重錘的質(zhì)量約為300g，為使實驗測量數(shù)據(jù)合理，鐵片質(zhì)量m0比較恰當(dāng)?shù)娜≈凳莀_______．A．1gB．5gC．40gD．100g(4)請?zhí)岢鲆粭l減小實驗誤差的建議：__________________________________________.解析：(1)設(shè)遮光片的寬度為d，則重錘到達光電門的速度v＝eq\f(d,t).當(dāng)擋光時間為t0時，重錘的速度v0＝eq\f(d,t0)①當(dāng)擋光時間為ti時，重錘的速度vi＝eq\f(d,ti)②重錘在豎直方向做勻加速直線運動，則有2a0h＝veq\o\al(2,0)③由①②③④解得eq\f(ai,a0)＝eq\f(t\o\al(2,0),t\o\al(2,i)).(2)根據(jù)牛頓第二定律得：a0＝eq\f(Mg－nm0g,M)⑤ai＝eq\f(Mg＋im0g－n－im0g,M)⑥由⑤⑥解得eq\f(ai,a0)＝eq\f(2m0,M－nm0