高中粤教版 (2019)第六节 验证机械能守恒定律达标测试

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第四章　第六节　1．(2021年江西名校月考)用落体法验证机械能守恒定律，打出如图甲所示的一条纸带．已知打点计时器频率为50 Hz.(1)根据纸带所给数据，得出打下C点时重物的速度为______m/s(结果保留三位有效数字).(2)某同学选用两个形状相同，质量不同的重物a和b进行实验，测得几组数据，画出－h图像，并求出图线的斜率k，如图乙所示．由图像可知a的质量m1______(填“大于”或“小于”)b的质量m2.(3)通过分析发现造成k2值偏小的原因是实验中存在各种阻力，已知实验所用重物的质量m2＝0.052 kg，当地重力加速度g＝9.78 m/s2，求出重物所受的平均阻力f＝________N(结果保留两位有效数字).【答案】(1)2.25　(2)大于　(3)0.031【解析】(1)C点的瞬时速度等于BD段的平均速度，则有vC＝＝ m/s＝2.25 m/s.(2)根据动能定理，得(mg－f)h＝mv2，有 ＝h，知图线的斜率k＝＝g－，b的斜率小，知b的质量小，所以a的质量m1大于b的质量m2.(3)根据动能定理知(m2g－f)h＝m2v2，则有＝h，可知k2＝＝9.18，代入数据，解得f≈0.031 N．2．在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m＝1.00 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示．O为打下的第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点．已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，当地的重力加速度g＝9.80 m/s2，那么：(1)根据图上所得的数据，应取图中O点到________点来验证机械能守恒定律．(2)从O点到(1)问中所取的点，重物重力势能的减少量ΔEp＝________J，动能增加量ΔEk＝________J(结果保留三位有效数字).(3)测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及物体下落的高度h，若以为纵轴，以h为横轴，画出的图像如图所示，________(填“能”或“不能”)仅凭图像形状判断出重物下落过程中机械能守恒．【答案】(1)B　(2)1.88　1.84　(3)不能【解析】(1)验证机械能守恒时，验证的是减少的重力势能ΔEp＝mgh和增加的动能ΔEk＝mv2之间的关系，所以要选择能够测h和v的数据．故选B点．(2)减少的重力势能ΔEp＝mgh＝1×9.8×19.2×10-2 J≈1.88 J，B点的速度vB＝＝×10-2 m/s＝1.92 m/s，所以动能增加量ΔEk＝mv2＝×1×1.922 J≈1.84 J.(3)根据机械能守恒可知mgh＝mv2，得出＝gh，因此－h图线是一条通过坐标原点的倾斜直线，不能凭此图像形状判断重物下落过程中是否机械能守恒，原因是无法知道此图像斜率是否等于重力加速度．B组·能力提升3．用如图所示装置验证滑块(含遮光片)和重物组成的系统机械能守恒．光电门P和Q固定在气垫导轨上，相距s.已知遮光片宽度为d，滑块质量为M，重物质量为m.释放滑块，测得遮光片通过光电门P和Q的时间分别为t1和t2.(1)遮光片通过光电门P时滑块的速度v1＝______.(2)滑块从P到Q的过程中，滑块(含遮光片)和重物组成的系统动能增加量为____________．(3)若固定光电门P，改变光电门P和Q之间的距离s, 多次从相同位置释放滑块，以和s分别为横、纵轴，根据多次实验的数据画出图像，若图像是____________________，则可以验证机械能守恒．【答案】(1)　(2)　(3)一条倾斜直线【解析】(1)遮光片通过光电门P时滑块的速度v1＝.(2)遮光片通过光电门Q时滑块的速度v2＝，因此动能的增量ΔEk＝(M＋m)＝.(3)根据机械能守恒(M＋m)v＋mgs＝(M＋m)v，将v1＝，v2＝代入整理可得＝s＋，图像是一条倾斜的直线．4．如图甲所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置．甲(1)选出一条清晰的纸带如图乙所示．其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以频率为50 Hz的交变电流．用分度值为1 mm的刻度尺测得OA＝12.41 cm，OB＝18.90 cm，OC＝27.06 cm，在计数点A和B、B和C之间还各有一个点．重锤的质量为1.00 kg.甲同学根据以上数据算出：当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了________J，此时重锤的速度vB＝________m/s.此时重锤的动能比开始下落时增加了________J．(结果均保留三位有效数字)乙(2)某同学利用他自己实验时打出的纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，然后以h为横轴、以v2为纵轴作出了如图丙所示的图线．图线的斜率近似等于________.A．19.6　 B．9.8　C．4.90图线未过原点O的原因是_______________________________．丙【答案】(1)1.85　1.83　1.68　(2)B　先释放了纸带，后合上打点计时器的开关【解析】(1)当打点计时器打到B点时，重锤的重力势能减少量ΔEp＝mg·OB＝1.00×9.80×18.90×10-2J≈1.85 J；打B点时重锤的速度vB＝＝ m/s≈1.83 m/s，此时重锤的动能增加量ΔEk＝mv＝×1.00×1.832 J≈1.68 J．(2)由机械能守恒定律有mv2＝mgh，可得v2＝gh，由此可知图线的斜率近似等于重力加速度g，故B正确．由图线可知，h＝0时，重锤的速度不等于零，原因是该同学做实验时先释放了纸带，然后才合上打点计时器的开关．