《高考備考指南 物理 》課件-實(shí)驗(yàn)六　驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(本欄目對(duì)應(yīng)配套訓(xùn)練P49~50)知識(shí)鞏固練習(xí)1.(2023年佛山一中模擬)甲、乙都是使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置圖.(1)較好的裝置是(填“甲”或“乙”).

(2)某同學(xué)用關(guān)系式mgh＝12mv2來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，他采用較好的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到如圖丙所示的一條完整紙帶，將紙帶上打出的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為A點(diǎn)，第二個(gè)點(diǎn)標(biāo)為B點(diǎn)，后面依次類(lèi)推，分別標(biāo)為C、D、E、F、G、H、I，則在D點(diǎn)時(shí)重物運(yùn)動(dòng)的速度大小為_(kāi)___________m/s.(計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)(3)若當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.80m/s2，比較重物在AD間的勢(shì)能變化ΔEp和動(dòng)能變化ΔEk的大小關(guān)系為ΔEkΔEp(填“>”“＝”或“<”)，分析造成的原因是________________________.

【答案】(1)甲(2)0.90(0.90~0.92)(3)>實(shí)驗(yàn)時(shí)先釋放紙帶后接通電源(即A點(diǎn)的速度不等于零)【解析】(1)甲好一些.理由：因?yàn)橛脢A子固定紙帶，可以避免圖乙中用手握住紙帶的弊端.一方面，由于手的抖動(dòng)會(huì)造成紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)跡被拖長(zhǎng)或位置不能確定；另一方面，用夾子固定紙帶，便于將紙帶調(diào)整為豎直方向，以避免紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔之間產(chǎn)生過(guò)大的摩擦.(2)D點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于CE段的平均速度，則vD＝xCE2T＝0.90(3)從起點(diǎn)A到打下計(jì)數(shù)點(diǎn)D的過(guò)程中重力勢(shì)能減少量ΔEp＝mgh＝m×9.8×0.0350J≈0.34mJ.動(dòng)能的增加量ΔEk＝12mvD2＝0.41mJ，可見(jiàn)重力勢(shì)能的減小量小于動(dòng)能的增加量，原因是實(shí)驗(yàn)時(shí)先釋放紙帶后接通電源(2.用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒.m2從高處由靜止開(kāi)始下落，m1拖著上升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)械能守恒定律.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)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打下的點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)，計(jì)時(shí)器打點(diǎn)周期為0.02s，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示.已知m1＝50g、m2＝150g，則(計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)：甲乙(1)在紙帶上打下記數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v＝m/s.

(2)從記數(shù)點(diǎn)0到點(diǎn)5過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)能的增加量ΔEk＝____________J，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，設(shè)g＝10m/s2，則系統(tǒng)勢(shì)能的減小量ΔEp＝____________J.

丙(3)在本實(shí)驗(yàn)中，若某同學(xué)作出的v22－h(huán)圖像如圖丙所示，h為從起點(diǎn)量起的長(zhǎng)度，則據(jù)此得到當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝____________m/s2【答案】(1)2.4(2)0.580.60(3)9.7【解析】(1)由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求速度v5＝v46＝x462T＝21.60＋26.402×0.1(2)動(dòng)能的增加量ΔEk＝12(m1＋m2)v52＝12(50＋150)×10－3×2.42J＝0.58J，系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝(m2－m1)gh＝(3)在本實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)作出了v22－h(huán)圖像.由機(jī)械能守恒律有(m2－m1)gh＝12(m1＋m2)v2，所以v22－h(huán)圖像的斜率k＝m2－m1m1＋m2g，則綜合提升練習(xí)3.(2023年廣州一中模擬)某同學(xué)要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn).如圖甲所示，把帶孔的重金屬球套在“L”形輕桿的直角彎頭上，把球拉到一定高度后，由靜止釋放，在重力作用下，重球和輕桿一起繞轉(zhuǎn)軸O自由下擺.(1)如圖乙所示，在輕桿轉(zhuǎn)動(dòng)軸的正下方裝有一個(gè)橫擋桿，把重球拉高，當(dāng)球的重心到達(dá)A點(diǎn)時(shí)由靜止釋放，當(dāng)“L”形輕桿運(yùn)動(dòng)到豎直位置時(shí)，被橫擋桿擋住，重球便離開(kāi)“L”形輕桿沿水平方向拋出.用游標(biāo)卡尺測(cè)量重球的直徑如圖丙所示，則重球的直徑d＝mm.

(2)該同學(xué)測(cè)得的物理量有A點(diǎn)距離地面的高度H，球的重心最低點(diǎn)B距離地面的高度h，重球落地點(diǎn)到B點(diǎn)的水平距離x，重力加速度為g.設(shè)重球在B點(diǎn)的速度為v，由于重球不能看作質(zhì)點(diǎn)，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，v可以表示為_(kāi)___________(用h、g、d、x表示).若滿足關(guān)系式x＝____________(用H、h、d表示)即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒.

【答案】(1)14.15(2)xg2h【解析】(1)由題圖丙可知，主尺刻度為14mm，游標(biāo)尺第3格與主尺刻線對(duì)齊，且該游標(biāo)卡尺為20分度，精度為0.05mm，游標(biāo)卡尺不估讀，所以其讀數(shù)為14.15mm.(2)重球在落到水平地面后，重球的尺寸不能忽略，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，豎直方向有h－d2＝12gt2，水平方向有x＝vt，聯(lián)立解得v＝xg2h－d.若想驗(yàn)證機(jī)械能守恒，需滿足關(guān)系式mgH－mgh＝124.某實(shí)驗(yàn)小組利用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒.甲乙(1)實(shí)驗(yàn)前需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座以使之水平，利用現(xiàn)有器材如何判斷導(dǎo)軌是否水平？.

(2)如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度d＝cm；實(shí)驗(yàn)時(shí)將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間Δt＝1.2×10－2s，則滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度為m/s.在本次實(shí)驗(yàn)中還需要測(cè)量的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、____________________________________和________________________(用文字說(shuō)明并用相應(yīng)的字母表示).

(3)本實(shí)驗(yàn)通過(guò)比較____________和____________在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等(用測(cè)量的物理量符號(hào)表示)，從而驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒.

【答案】(1)接通電源，將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上，若滑塊基本保持靜止，則說(shuō)明導(dǎo)軌是水平的(或輕推滑塊，滑塊能基本做勻速直線運(yùn)動(dòng))(2)0.520.43滑塊上的遮光條初始位置到光電門(mén)的距離s滑塊的質(zhì)量M(3)mgs12(m＋M)【解析】(1)當(dāng)氣墊導(dǎo)軌接通電源后，可以認(rèn)為導(dǎo)軌是光滑的，判斷是否水平的方法是：接通電源，將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上，若滑塊基本保持靜止，則說(shuō)明導(dǎo)軌是水平的(或輕推滑塊，滑塊能基本做勻速直線運(yùn)動(dòng)).(2)游標(biāo)卡尺主尺讀數(shù)為0.5cm，游標(biāo)尺上第2個(gè)刻度與主尺上某一刻度對(duì)齊，則游標(biāo)讀數(shù)為2×0.1mm＝0.2mm＝0.02cm，所以最終讀數(shù)為0.5cm＋0.02cm＝0.52cm；由于遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間極短，因此可以利用平均速度來(lái)代替其瞬時(shí)速度，即滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度為v＝dΔt≈0.43m/s