2022届高考物理一轮复习力学实验专项训练（七）实验：验证机械能守恒定律

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2022届高考物理一轮复习力学实验专项训练（七）实验：验证机械能守恒定律1.利用如图所示实验装置来验证机械能守恒定律。通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中小铁球经过光电门B时，毫秒计时器(图中未画出)记录下小铁球的挡光时间t。实验前调整光电门位置，使小球下落过程中，小铁球球心垂直细激光束通过光电门，当地重力加速度为g。(1)为了验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，还需要测量的物理量是________。A.A点距地面的高度H  B.之间的距离hC.小铁球从A到B的下落时间 D.小铁球的直径d(2)小铁球通过光电门时的瞬时速度____________；要验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，只需验证等式________是否成立即可(用实验中测得物理量的符号表示)。2.某同学用如图甲所示装置验证机械能守恒定律，力传感器固定在天花板上，细线一端吊着小球一端连在力传感器上，传感器显示细线拉力的大小。小球的质量为，当地的重力加速度为。（1）实验开始前，用游标卡尺测出小球的直径，示数如图乙所示，则小球的直径_____。再让小球处于自然悬挂状态，测出悬线的长为。（2）将小球拉离平衡位置，使细线与竖直方向成一定的张角，由静止释放小球，使小球在竖直面内做往复运动，力传感器测出悬线的拉力随时间变化的关系如图丙所示，则小球运动到最低点时速度的大小为_____。小球摆到最高点时与最低点的高度差_____（均用已知和测量物理量的符号表示）。（3）验证机械能守恒定律成立的表达式为__________（用已知和测量物理量的符号表示）。3.利用阿特伍德机可以验证力学相关定律。如图为一理想阿特伍德机示意图，为质量分别为的两物块，用轻质无弹性的细绳连接后跨在轻质光滑定滑轮两端，两物块离地足够高。设法固定物块后，在物块A上安装一个宽度为d的遮光片，并在其下方空中固定一个光电门，连接好光电门与毫秒计时器，并打开电源。松开固定装置，读出遮光片通过光电门所用的时间t。重力加速度为g。某同学想要利用上述实验装置验证牛顿第二定律，则（1）实验当中还需要测量的物理量有_____________（利用文字描述并标明对应的物理量符号）。（2）验证牛顿第二定律时需要验证的等式为_____________（写出等式的完整形式，无需化简）。（3）若要利用上述所有数据验证机械能守恒定律，则所需要验证的等式为_____________（写出等式的完整形式，无需化简）。4.在“验证机械能守恒定律”的实验中，采用的器材有：电磁打点计时器、学生电源（交流电频率为）、铁架台、重物、天平、刻度尺等。
（1）实验时需将电磁打点计时器连接到学生电源上，下面两幅图连接方式正确的是_______。［选填“图（a）”或“图（b）”］（2）甲、乙两位同学安装好实验器材，选用不同的重物，按正确操作各自得到了一条纸带，实验中两位同学操作时，重物均从同一高度释放，纸带上各点均是打点计时器打出的点，如图（c）所示。则应选用___________（选填“甲”或“乙”）同学的纸带来验证机械能守恒定律。理由是：________________。5.用如图1实验装置验证组成的系统机械能守恒,从高处由静止开始下落,上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律,图2给出的是实验中获取的一条纸带:0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出),计数点间的距离如图2所示。已知打点计时器所用电源的频率为取。(1)在纸带上打下计数点5时的速度______m/s。(结果保留2位有效数字)(2)在打点0~5过程中系统动能的增量______J,系统势能的减少量______J,由此得出的结论是______________________。(3)若某同学作出图像,如图3,则当地的实际重力加速度_______。6.某同学用图甲所示的装置来验证机械能守恒定律，实验完成后，他选择了一条所打点较清晰的纸带，舍去开始部分较密集的点，从便于测量的点开始，分别测出纸带上各点到0点的距离，如图乙所示，根据图乙得到了表中所示的数据，其中，是打下其他计数点时的速度与打下计数点1时速度的平方差。打点计时器所接交流电源的频率为50 Hz。i23459.623.040.30.1820.4400.773（1）表中的数据_______mm，_____。（2）根据表中的数据已在图丙的坐标系中描入了3个点，请将第四个点描入坐标系中，并作出图线。（3）若实验满足机械能守恒定律，由图线可求得该地的重力加速度______（结果保留3位有效数字）。7.实验室准备了如图甲所示的实验装置。(1)你认为用此实验装置能用来验证哪些规律或测量哪些物理量?(重物的质量已知)。请列举两例填在下面的横线上。例如:验证机械能守恒定律。①________________。②________________。(2)如图乙所示是在验证机械能守恒定律时,打点计时器打出的重物在重力作用下做匀加速直线运动时的纸带。已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz,当地的重力加速度,测得所用重物的质量为,纸带上刚打出的两点间的距离约为是连续打出的三个点,它们到O点的距离分别是,则重物由O点运动到B点,重力势能的减少量为______J,动能的增加量为_______J,动能的增加量小于重力势能的减少量的原因主要是______________________________。(计算结果保留两位小数)8.如图，某实验小组在实验室中利用水平气垫导轨和两光电门计时器和验证滑块和钩码组成的系统机械能守恒，已知遮光条的宽度为，先后通过光电门的时间分别为、，滑块运动通过光电门时，钩码未落地。（已知当地重力加速度为）（1）本实验中需要用到的器材有(   )（填字母序号）A.天平B.刻度尺C.打点计时器D.秒表E.测力计（2）验证本系统机械能守恒的原理表达________________（用已知量和能直接测量的量表示）。（3）下列因素中可能增大实验误差的是(   )（填字母序号）。A．气垫导轨未调水平B．滑块质量和钩码质量不满足远大于C．遮光条宽度太小D．两光电门间距过小               参考答案及解析1.答案：(1)BD(2)(或)解析：(1)根据实验原理可知，需要测量的是A点到光电门B的距离，故A错误，B正确；利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，不需要测量下落时间，故C错误；利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度时，需要知道挡光物体的尺寸，因此需要测量小球的直径，故D正确。(2)利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，故；根据机械能守恒的表达式有，可得(或)，故只要验证(或)即可。2.答案：（1）9.8（2）；（3）解析：（1）该小球的直径为。（2）由图丙可知，在最低点时，，求得，小球摆到最高点时，悬线与竖直方向的夹角为0，则由几何关系得。（3）要验证的表达式为，即要验证成立。3.答案：（1）物块A初始释放时与光电门的高度差h（2）（3）解析：（1）验证牛顿第二定律实验中，涉及到加速度的计算，光电门可测出瞬时速度，利用运动学公式可求出加速度为，则实验中还需要测量物块A初始释放时与光电门的高度差h。（2）物块所受合外力为，质量为，则牛顿第二定律的表达式为。（3）验证机械能守恒定律实验中，两物体的重力势能的减少量为，动能增加量为，则机械能守恒定律的表达式为。4.答案：(1)图（b）(2)甲；甲同学所选重物的加速度大，其运动更接近自由落体运动解析：（1）电磁打点计时器使用时的电源是低压（）交流电源，所以图（b）正确；（2）由纸带的数据可分析得到，，，甲、乙两位同学所选的重物不同，因，甲同学的重物的运动更接近自由落体运动，故选甲同学的纸带。5.答案：(1)2.4(2)0.576;0.588; 在误差允许的范围内,系统机械能守恒(3)9.7解析：(1)由于组成的系统做匀加速直线运动,根据题意知,纸带上相邻计数点间的时间间隔,根据某段时间内中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度知,打下计数点5时的速度。(2)根据动能公式知,在打点0~5过程中系统动能的增量,系统运动时的重力势能增大,的重力势能减小,重力势能的减少量,则,因此可得出的结论是在误差允许的范围内,系统机械能守恒。(3)根据机械能守恒定律可知,,即,代入数据得，结合题图3知,图像的斜率表示重力加速度的一半,因此。6.答案：（1）61.4；1.186（2）如图所示（3）9.55（9.40~9.70均可）解析：（1），重锤经过计数点1时的瞬时速度为，重锤经过计数点5时的瞬时速度为，则。（3）由实验的原理可知图线的斜率为，则重力加速度为。7.答案：(1)①验证动能定理②测量重力加速度(其他符合要求的答案也给分)(2)1.88；1.84；重物下落时受到振针、限位孔与纸带间的阻力作用解析：(2)因为纸带上刚打出的两点间的距离约为2 mm,所以可认为打O点时重物开始下落,则重物由O点运动到B点,重力势能的减少量,又因为,动能的增加量。动能的增加量小于重力势能的减少量的原因主要是重物下落时受到振针、限位孔与纸带间的阻力作用。8.答案：（1）AB（2）（3）AD解析：（1）A.需要天平测量质量，故A正确B.需要刻度尺测量距离，故B正确C.有了光电门计时器，不需要打点计时器呢，也不需要秒表呢。故C.D错误E.不需要测力计，故E错误故选：AB.（2）滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度。遮光条前进了s,钩码的重力势能减少了：，系统动能增加了：，验证本系统机械能守恒的原理表达式为。（3）下列因素中可能增大实验误差的是A.气垫导轨未调水平，M的重力势能也会改变，故A正确B.滑块质量M和钩码质量m不满足m=M，对该实验没有影响，故B错误C.遮光条宽度太小，有利于减小误差，故C错误D.两光电门间距过小，有利于增大误差，故D正确故选：AD.