2024高考物理一轮复习考点攻破训练——实验：验证机械能守恒定律练习含解析教科版

这是一份2024高考物理一轮复习考点攻破训练——实验：验证机械能守恒定律练习含解析教科版，共4页。
1．(2023·河南开封市第一次模拟)利用如图1所示装置验证机械能守恒定律，轻绳与轻滑轮间摩擦不计，绳子不可伸长．物体A(含遮光片)和B的质量分别为m和M，物体B由静止释放后向下运动，遮光片经过光电门的时间为Δt.测得释放处遮光片到光电门中心的竖直距离为h.
图1
(1)用游标卡尺测出物体A上遮光片的宽度d如图2所示，则d＝________mm.
图2
(2)若满足关系式________________________________________________________________
(用题中已知量的符号表示，已知重力加速度为g)，则可验证机械能守恒定律．
2．(2023·安徽黄山市检测)某同学设计出如图3甲所示的实验装置来“验证机械能守恒定律”，让小球从A点自由下落，下落过程中经过A点正下方的光电门B时，光电计时器记录下小球通过光电门的时间t，当地的重力加速度为g.
图3
(1)为了验证机械能守恒定律，该实验还需要测量下列哪些物理量________．
A．小球的质量m
B．A、B之间的距离H
C．小球从A到B的下落时间tAB
D．小球的直径d
(2)小球通过光电门时的瞬时速度v＝________(用题中所给的物理量表示)．
(3)调整AB之间距离H，多次重复上述过程，作出eq \f(1,t2)随H的变化图像如图乙所示，当小球下落过程中机械能守恒时，该直线斜率k0＝________.
(4)在实验中根据数据实际绘出eq \f(1,t2)－H图像的直线斜率为k(k＜k0)，则实验过程中所受的平均阻力f与小球重力mg的比值eq \f(f,mg)＝________________(用k、k0表示)．
3．(2023·陕西宝鸡市高考模拟检测(二))某同学利用如图4甲所示装置来验证“机械能守恒定律”．将长为L的轻绳一端固定在O点，另一端拴在一个质量为m的正立方体小铁块A上，在小铁块A的上表面边缘放一个小铁片．将铁块拉起，使绳拉直且偏离竖直方向成θ角时由静止开始释放铁块，当其到达最低点时，受到竖直挡板P阻挡而停止运动，之后铁片将飞离铁块A而做平抛运动．
图4
(1)用20分度的游标卡尺测量正立方体铁块厚度d的结果如图乙所示，则d＝___________cm；
(2)若测得小铁片从水平抛出到落到地面的水平位移x和竖直位移y，就可求得小铁片做平抛运动的初速度v0＝________________(已知重力加速度为g)．若实际测得铁块与小铁片运动到最低点时的速度为v，则v与v0的大小关系为v________v0(选填“＝”“＞”或“＜”)；
(3)该同学在实验中发现，若θ角改变，小铁片平抛运动的水平位移x随之发生改变．于是他多次实验，得到了多组(θ，x)值，通过计算分析得出了“铁块与小铁片一起由静止释放到运动到最低点过程中机械能守恒”的结论，并做出了x2随csθ变化的x2－csθ图像，你认为他做出的x2－csθ图像应该是图中的________(实验中近似认为v＝v0)．
答案精析
1．(1)5.45 (2)(M－m)gh＝eq \f(1,2)(M＋m)(eq \f(d,Δt))2
解析 (1)游标卡尺的主尺读数为5mm，游标尺上第9个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标尺读数为9×0.05mm＝0.45mm，所以最终读数为：5mm＋0.45mm＝5.45mm；
(2)物体A通过光电门中心的瞬时速度v＝eq \f(d,Δt)，根据动能定理有：Mgh－mgh＝eq \f(1,2)(M＋m)v2－0，整理得：(M－m)gh＝eq \f(1,2)(M＋m)(eq \f(d,Δt))2.
2．(1)BD (2)eq \f(d,t) (3)eq \f(2g,d2) (4)eq \f(k0－k,k0)
解析 (1)根据机械能守恒的表达式可知，方程两边可以约掉质量，因此不需要测量质量，故A错误；根据实验原理可知，需要测量的是A点到光电门B的距离H，故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)已知小球经过光电门时的时间t，直径d，则可以由平均速度表示经过光电门时的速度，
即v＝eq \f(d,t).
(3)若减小的重力势能等于增加的动能，可以认为机械能守恒，则有：mgH＝eq \f(1,2)mv2
即：2gH＝(eq \f(d,t))2
解得：eq \f(1,t2)＝eq \f(2g,d2)·H，那么该直线斜率k0＝eq \f(2g,d2).
(4)题图乙图线的表达式：eq \f(1,t2)＝kH，因存在阻力，则有：
mgH－fH＝eq \f(1,2)mv2，
所以重物和纸带下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值为eq \f(f,mg)＝eq \f(k0－k,k0).
3．(1)2.350 (2)eq \f(x\r(2gy),2y) ＞ (3)C
解析 (1)游标卡尺的主尺刻度为23mm，游标尺刻度为10×0.05mm＝0.50mm，所以d＝
23mm＋0.50mm＝23.50mm＝2.350cm；
(2)根据铁片做平抛运动有：
x＝v0t①
y＝eq \f(1,2)gt2②
联立①②可解得：v0＝eq \f(x\r(2gy),2y)；
由于存在阻力作用，根据平抛运动的规律计算的速度小于实际速度；
(3)铁块与小铁片下落过程中机械能守恒，由mgh＝eq \f(1,2)mv2得：
gL(1－csθ) ＝eq \f(x2g,4y)
可得：x2＝－4yLcsθ＋4yL
所以x2－csθ图像应该是题图中的C.