2020屆高考試驗(yàn)專題：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

2020高考實(shí)驗(yàn)專題：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（含答案）1.（多選）在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，有關(guān)重物的質(zhì)量，下列說法正確的是（）A.選用質(zhì)量較大的重物，使重物和紙帶所受的重力遠(yuǎn)大于它們所受的阻力B.應(yīng)選用質(zhì)量較小的重物，使重物的慣性小一些，下落時(shí)更接近于自由落體運(yùn)動(dòng)C.不需要稱量重物的質(zhì)量D.必須稱量重物的質(zhì)量，而且要估讀到0.01g答案AC2.如圖所示為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖?，F(xiàn)有的器材：帶鐵夾的鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平。回答下列問題：（1）（多選）為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材，還需要的器材有。（填選項(xiàng)字母）A.米尺B.秒表0?12V的直流電源0?12V的交流電源（2）實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因有

（答出兩個(gè)原因）。答案（1）AD（2）紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦；用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差打點(diǎn)

計(jì)時(shí)器一紙帶3.用圖甲裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。打點(diǎn)

計(jì)時(shí)器一紙帶夾子重物甲⑴為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點(diǎn)間的。（填選項(xiàng)字母，下同）A.動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量B.速度變化量與勢(shì)能變化量C.速度變化量與高度變化量（2）（多選）除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(tái)（含鐵夾）、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是A.交流電源 B.刻度尺C.天平（含祛碼）（3）實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到圖乙所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C,測(cè)得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為i、兒、hc。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T。設(shè)重物的質(zhì)量為m。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，重物的重力勢(shì)能變化量△Ep=，動(dòng)能變化量△Ek=。

乙(4)大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量，原因是。A.利用公式v=gt計(jì)算重物速度B.利用公式v=\：’舜計(jì)算重物速度C.存在空氣阻力和摩擦阻力的影響D.沒有采用多次實(shí)驗(yàn)取平均值的方法(5)某同學(xué)想用下述方法研究機(jī)械能是否守恒：在紙帶上選取多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)量它們到起始點(diǎn)O的距離h,計(jì)算對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的重物速度v,描述V2—h圖象，并做如下判斷：若圖象是一條過原點(diǎn)的直線，則重物下落過程中機(jī)械能守恒。請(qǐng)你分析論證該同學(xué)的判斷依據(jù)是否正確?！?、，、 ，、 ，、 -1Ch—h)答案(1)A(2)AB(3)-mgh-m^^Lb2I21J(4)C(5)該同學(xué)的判斷依據(jù)不正確在重物下落h的過程中，若阻力f恒定，根據(jù)動(dòng)能定理得，mgh-fh=1mv2-0得，V2=2卜一jh可知，v2—h圖象就是過原點(diǎn)的一條直線。要想通過v2—h圖象的方法驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，還必須看圖象的斜率是否接近2g.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0.05s閃光一次，圖中所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離，該同學(xué)通過計(jì)算得到不同時(shí)刻的速度如下表(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取9.8m/s2,小球質(zhì)量m=0.200kg,結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)：

時(shí)亥1」t2t3t4t5t時(shí)亥1」t2t3t4t5t6速度(m/s)5.595.084.58(2)從\到\時(shí)間內(nèi)，重力勢(shì)能增加量△Ep=J,動(dòng)能減少量△E=Jok(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若△Ep與△Ek近似相等，從而驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。由上述計(jì)算得△Ep不完全等于△J造成這種結(jié)果的 主 要「原 % 是答案(1)4.08(2)1.421.46(3)存在空氣阻力.如圖甲所示是用“落體法”驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置。(g取9.80m/s2)

⑴選出一條紙帶如圖乙所示，其中O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C為三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通以頻率為50Hz的交變電流。用分度值為1mm的刻度尺測(cè)得OA=12.41cm,OB=18.90cm,OC=27.06cm,在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和B、B和C之間還各有一點(diǎn)，重錘的質(zhì)量為1.00kg。甲同學(xué)根據(jù)以上數(shù)據(jù)算出：當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打到B點(diǎn)時(shí)重錘的重力勢(shì)能比開始下落時(shí)減少了J；此時(shí)重錘的速度vb=m/s,此時(shí)重錘的動(dòng)能比開始下落時(shí)增加了J。（結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）（2）某同學(xué)利用他自己實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的紙帶，測(cè)量出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)的距離h,算出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度v,然后以h為橫軸、以1V2為縱軸作出如圖丙所示的圖線。圖線的斜率2近似等于。（填選項(xiàng)字母）A.19.6B.9.8C.4.90圖線未過原點(diǎn)O的原因是。答案(1)1.851.831.67(2)B先釋放了紙帶，再合上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的開關(guān).某同學(xué)用如圖甲所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。一根細(xì)線系住鋼球，懸掛在鐵架臺(tái)上，鋼球靜止于A點(diǎn)。光電門固定在A的正下方，在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條。將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的d擋光時(shí)間t可由計(jì)時(shí)器測(cè)出，取v=t作為鋼球經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)的速度。記錄鋼球每次下落的高度h和計(jì)時(shí)器示數(shù)t,計(jì)算并比較鋼球在釋放點(diǎn)和A點(diǎn)之間的勢(shì)能變化大小△Ep與動(dòng)能變化大小△Ek，就能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒。 ?(1)用△Ep=mgh計(jì)算鋼球重力勢(shì)能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測(cè)量釋放時(shí)的鋼球球心到之間的豎直距離。(填選項(xiàng)字母)A.鋼球在A點(diǎn)時(shí)的頂端B.鋼球在A點(diǎn)時(shí)的球心C.鋼球在A點(diǎn)時(shí)的底端(2)用△E=；mv2計(jì)算鋼球動(dòng)能變化的大小。用刻度尺測(cè)量遮光k2條寬度，示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為cm。某次測(cè)量中，計(jì)時(shí)器的示數(shù)為0.0100s,則鋼球的速度為v=m/s。

遮光條||||||||||||||||||||||||||III0 L 2⑶下表為該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果:CHI⑶下表為該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果:AE/(10-2pJ)4.8929.78614.6919.5929.38AE/(10-2kJ)5.0410.115.120.029.8乙他發(fā)現(xiàn)表中的△Ep與△Ek之間存在差異，認(rèn)為這是由空氣阻力造成的。你是否同意他的觀點(diǎn);請(qǐng)說明理由。(4)請(qǐng)你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議。答案(1)B(2)1.50(1.49?1.51都算對(duì))1.50(1.49?1.51都算對(duì))(3)不同意，因?yàn)榭諝庾枇?huì)造成△Ek小于△Ep,但表中△Ek大于AE "p(4)分別測(cè)出光電門和球心到懸點(diǎn)的長(zhǎng)度L和1,計(jì)算AEk時(shí)，將v折算成鋼球的速度v，=；v7.現(xiàn)要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示：水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌；導(dǎo)軌上A點(diǎn)處有一帶長(zhǎng)方形遮光片的滑塊，其總質(zhì)量為M,左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩與一質(zhì)量為m的祛碼相連；遮光片兩條長(zhǎng)邊與導(dǎo)軌垂直；導(dǎo)軌上B點(diǎn)有一光電門，可以測(cè)量遮光片經(jīng)過光電門時(shí)的擋光時(shí)間t。用d表示A點(diǎn)到導(dǎo)軌底端C點(diǎn)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(diǎn)間的距離，將遮光片通過光電門的平均速度視為滑塊通過B點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)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(diǎn)由靜止釋放，則在滑塊從A運(yùn)動(dòng)至B的過程中，滑塊、遮光片與祛碼組成的系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量可表示為，動(dòng)能的增加量可表示為。若在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒，1與s的關(guān)系式為1= 。t2 t2(2)多次改變光電門的位置，每次均令滑塊自同一點(diǎn)(A點(diǎn))下滑，測(cè)量相應(yīng)的s與t值，結(jié)果如下表所示。12345s/m0.6000.8001.0001.2001.400t/ms8.227.176.445.855.431干/(104s-2)t21.481.952.412.923.39以s為橫坐標(biāo)、:為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙中描出第1和第5個(gè)數(shù)據(jù)t2點(diǎn)；根據(jù)5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)作直線，求得該直線的斜率k=X10，m-i?s-2。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

由測(cè)得的h、d、b、M和m數(shù)值可以計(jì)算出M+mb2ds(2)圖象見答案(1)A、B兩物塊的質(zhì)量M+mb2ds(2)圖象見答案(1)A、B兩物塊的質(zhì)量m/口m2,兩光電門之間的距離h(2)(m—m)gh=1(m+m)(v2-V2) 2 2 1 2 2 18.在一次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證課上，某同學(xué)利用自由落體運(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，該同學(xué)開始實(shí)驗(yàn)時(shí)的情形如圖所示，他將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接通低壓電源后釋放紙帶。將k和k進(jìn)行比較，若其差值在實(shí)際允許的范圍內(nèi)，則可認(rèn)為此實(shí)驗(yàn)0TMgh,dTMgh,d答案⑴)一mgs答案⑴J/ 、b22(M+m)直Mgh-mgd

⑴請(qǐng)指出該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)操作中存在的兩處明顯錯(cuò)誤或不當(dāng)?shù)牡胤?。?②。（2）該同學(xué)在教師的指導(dǎo)下規(guī)范了實(shí)驗(yàn)操作，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到了幾條（3?5條）打出一系列點(diǎn)的紙帶，在選點(diǎn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒時(shí)，有以下兩種方案，其中對(duì)選取紙帶的1、2兩點(diǎn)間距離要求小于或接近2mm近2mm的是方案（填“一”或“二”）。方案一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算；方案二：任取兩點(diǎn)計(jì)算。（3）該同學(xué)最終選擇了方案一，結(jié)合圖象法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，他從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)。測(cè)量從第一個(gè)點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h，并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方V2,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出1V2—h圖象，其中圖線的斜乙率表示。答案（1）①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接了直流電源②重物離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)（2）一（3）重力加速度g2.理論分析可得出彈簧的彈性勢(shì)能公式Ep=1kx2（式中k為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧長(zhǎng)度的變化量）。為驗(yàn)證這一結(jié)論，A、B兩位同學(xué)設(shè)計(jì)了以下的實(shí)驗(yàn)①兩位同學(xué)首先都進(jìn)行了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)：將一根輕質(zhì)彈簧豎直掛起，在彈簧的另一端掛上一個(gè)已知質(zhì)量為m的小鐵球，穩(wěn)定后測(cè)得彈簧伸長(zhǎng)d。

4彈簧原長(zhǎng)L4彈簧原長(zhǎng)L②A同學(xué)完成步驟①后，接著進(jìn)行了如圖乙的實(shí)驗(yàn)：將這根彈簧豎直地固定在水平桌面上，并把小鐵球放在彈簧上，然后豎直地套上一根帶有插銷孔的長(zhǎng)透明塑料管。利用插銷壓縮彈簧。拔掉插銷時(shí)，彈簧對(duì)小球做功，使小球彈起，測(cè)得彈簧的壓縮量和小鐵球上升的最大高度H。③B同學(xué)完成步驟①后，接著進(jìn)行了如圖丙的實(shí)驗(yàn)：將這根彈簧放在水平桌面上，一端固定在豎直的墻上，另一端被小鐵球壓縮，測(cè)得壓縮量為x，釋放彈簧后，小鐵球從高為h的桌面上水平拋出，拋出的水平距離為L(zhǎng)。(1)A、B兩位同學(xué)進(jìn)行如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菫榱舜_定什么物理量？，請(qǐng)用m、d、g表示所求的物理量。(2)如果E=1kx2成立，那么A同學(xué)測(cè)出的物理量x與d、H的關(guān)p2系式是x=,B同學(xué)測(cè)出的物理量x與d、h、L的關(guān)系式是x=。(3)試分別分析A、B兩位同學(xué)中，其中一位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)誤差的主要來源。答案(1)kmg答案(1)kmgk=T(2).產(chǎn)HL⑶甲同學(xué)是小球的器壁的摩擦，乙同學(xué)是物體和桌面的摩擦.用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證m「嗎組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。m從高處由靜止開始下落，m上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒。圖乙給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶；0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示。已知兩個(gè)物體m1=100g、m2=300g,則(g取9.8m/s2)(1)在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v5= m/s。(2)在打點(diǎn)0?5過程中系統(tǒng)動(dòng)能的增加量△Ek= J,系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量△Ep=J,由此得出的結(jié)論是 :。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)v2(3)若某同學(xué)作出另一h圖象如圖丙所示，則根據(jù)圖象求得的重力加速度g=m/s2。答案(1)2.40(2)1.151.18在誤差允許的范圍內(nèi)，m「m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒(3)9.6.某同學(xué)根據(jù)機(jī)械能守恒定律，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究彈簧的彈性勢(shì)能與壓縮量的關(guān)系。(1)如圖甲，將輕質(zhì)彈簧下端固定于鐵架臺(tái)，在上端的托盤中依次