新高考浙江版2025届高考物理一轮总复习训练第5单元机械能实验练7验证机械能守恒定律(人教版)

这是一份新高考浙江版2025届高考物理一轮总复习训练第5单元机械能实验练7验证机械能守恒定律(人教版)，共6页。试卷主要包含了80 m/s2，453　③C等内容，欢迎下载使用。

甲
(1)要完成该实验,除了图甲中器材以外,还必需的器材是 。
A.低压直流电源
B.刻度尺
C.秒表
(2)在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置,此时弹簧的长度为L。接通打点计时器电源,从静止释放钩码,弹簧收缩,得到了一条点迹清晰的纸带。钩码加速上升阶段的部分纸带如图乙所示,纸带上相邻两点之间的时间间隔均为T(在误差允许范围内,认为释放钩码的同时打出A点)。从打下A点到打下F点时间内,弹簧的弹性势能减少量为 。
乙
丙
(3)实验小组中的小王同学利用vF=计算F点对应的速度,但小组内另一位同学却认为钩码的运动并非匀加速运动,故此计算方法存在误差,计算值比真实值 (选填“偏大”或“偏小”)。
(4)利用计算机软件对实验数据进行处理,得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分别与钩码上升高度h的关系如图丙所示。由图丙可知,随着h增加,两条曲线在纵向的间隔逐渐变大,可能原因是 。
2.(2023浙江温州二模)(1)在下列实验中,需要用到打点计时器的有 。
A.探究平抛运动的特点
B.探究加速度与力、质量的关系
C.用单摆测重力加速度大小
D.探究向心力大小表达式
(2)在验证机械能守恒定律的实验中,实验装置如图1所示。按照正确操作得到如图2所示的纸带。其中打O点时释放物体,计数点A、B、C是打点计时器连续打下的三个点。已知打点计时器的电源频率为50 Hz,重物质量为200 g,当地重力加速度g取9.80 m/s2。
①实验桌上放着如图3所示的三个物体甲、乙、丙,则实验装置中的重物应选择 (选填“甲”“乙”或“丙”)。
②在纸带OB段,重物的重力势能减少量为 J(结果保留三位有效数字)。
③为了计算在OB段重物的动能增加量,需得到计时器打B点时重物的速度大小vB。下列计算B点速度大小方法正确的是 。
A.vB=
B.vB=gtOB
C.利用AC段的平均速度vB=
(3)为了探究物体下落受空气阻力大小的影响因素,某同学利用手机中的加速度传感器及相关应用程序,记录如图4中丁、戊两种情况下落手机的加速度大小随时间变化的图像。与丁对应的图像为图5中的 (选填“A”或“B”),在图A中手机下落过程中加速度逐渐减小的原因是 。
3.(2023浙江绍兴高三诊断性考试)利用图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”实验。
(1)已如打点计时器所用的交流电频率为50 Hz,实验中得到一条点迹清晰的纸带如图乙所示,把第一个点记作O,另选连续的4个点A、B、C、D作为测量点,测得A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.90 cm、70.14 cm、77.76 cm、85.73 cm。由此可知打下B点时纸带的速度为 m/s(计算结果保留2位有效数字)。
(2)重物固定在纸带的 (选填“左”或“右”)端。
(3)选取某个过程,发现重物动能的增加量略大于重力势能的减小量,造成这一结果的原因可能是 。
A.重物质量过大
B.电源电压高于规定值
C.重物质量测量错误
D.先释放纸带,后接通电源
(4)某同学在纸带上选取多个计数点,测量它们到某一计数点O的距离h,计算出对应计数点的重物速度v,描绘出v2-h图像。下列说法正确的是 。
A.为减小误差,应利用公式v=计算重物在各点的速度
B.在选取纸带时,必须选取第1、2两点间距为2 mm的纸带
C.若图像是一条过原点的直线,则重物下落过程中机械能一定守恒
D.若图像是一条不过原点的直线,重物下落过程中机械能也可能守恒
4.用如图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”实验,质量均为m的钩码A、B通过定滑轮用细线连接,钩码B上放一个质量也为m的槽码C,从一定高度由静止释放后,钩码B通过带孔隔板F而槽码C留在隔板上,之后钩码B匀速下降并通过光电门E。
(1)用游标卡尺测得钩码厚度d如图乙所示,则钩码厚度d= mm;
(2)实验测得槽码C到隔板的高度为h,钩码通过光电门的时间为t,查得当地重力加速度为g,若在误差允许范围内满足表达式 (用本题中涉及的符号表示),则验证了该系统在到达隔板前的过程机械能守恒;
(3)利用本装置还可以测槽码的质量,实验如下:钩码的质量m已知,取另一未知质量的槽码D,操作方法同上;多次改变槽码D到隔板的高度,记录多组对应数据h与t;并作出-h图像,如图丙所示,求得图线的斜率为k,则槽码D的质量为 (用m、g、d、k表示)。
丙
参考答案
实验练7 验证机械能守恒定律
1.答案 (1)B
(2)k[2(L-L0)h5-]
(3)偏小
(4)空气阻力和打点计时器与纸带间的阻力做负功
解析 (1)打点计时器需用低压交流电,需用刻度尺测量距离,无需秒表,故选B。
(2)弹簧的长度为L时的弹性势能Ep1=k(L-L0)2,到F点时的弹性势能Ep2=k(L-L0-h5)2,弹簧的弹性势能减少量ΔEp=Ep1-Ep2=k[2(L-L0)h5-]。
(3)钩码运动过程中做加速度减小的加速运动,根据平均速度代替瞬时使得的计算方法可知计算值比真实值偏小。
(4)弹簧弹性势能一部分转化为钩码、纸带、弹簧的重力势能和动能,由于纸带与限位孔之间的摩擦阻力或钩码运动过程中的空气阻力做功,系统机械能减小,故随着h增大,两条曲线在纵向的间隔逐渐变大。
2.答案 (1)B
(2)①丙 ②0.453 ③C
(3)B 根据牛顿第二定律可得mg-Ff=ma,速度逐渐变大,空气阻力也变大,故加速度减小
解析 (1)探究平抛运动的特点,需要描物体的运动轨迹,且轨迹是曲线,打点计时器只能用来研究直线运动,所以不需要打点计时器,故A错误;探究加速度与力、质量的关系实验中需要测量加速度的大小,需要通过纸带测量加速度,所以需要打点计时器,故B正确;用单摆测量重力加速度实验中需要用刻度尺测摆长和秒表测周期,不需要打点计时器,故C错误;探究向心力大小表达式,不需要打点计时器,故D错误。
(2)①纸带下端所挂物体应该体积小,质量大,从而受到的阻力较小,而丙是重锤,故选丙。
②在纸带OB段,重物的重力势能减少量Ep=mgh=200×10-3×9.8×23.10×10-2J≈0.453J。
③计算B点速度大小,根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该段时间内的平均速度可以求出物体在B点时的速度,故选C。
(3)丁手机下落过程中,随着速度的增大,空气阻力变化较小,故手机加速度近似不变,故选B;手机在下落过程中,对手机进行受力分析,根据牛顿第二定律可得mg-Ff=ma,速度逐渐变大,空气阻力也变大,故加速度减小。
3.答案 (1)3.7
(2)左
(3)D
(4)D
解析 (1)B点的速度等于AC间的平均速度,即vB=×10-2m/s=3.7m/s。
(2)由图可知,纸带上起始点靠近重物,所以重物固定在纸带的左端。
(3)由mgh=mv2可知,重物质量过大、重物质量测量错误都不会使动能的增加量略大于重力势能的减小量,故A、C错误;电源电压高于规定值不会影响打点周期,故B错误;若O点的初速度不为0,则会使动能的增加量略大于重力势能的减小量,原因可能是先释放纸带,后接通电源,故D正确。
(4)用公式v=等于是默认机械能守恒定律,与实验目的相悖,实验中不能用v=计算重物在各点的速度,故A错误;在选取纸带时,可以选取其中两点来验证,如=mghAC,与第1、2两点间距是否为2mm无关,这时描绘出v2-h图像是一条不过原点的直线,但只要满足图线的斜率等于2g,就验证了重物下落过程中机械能守恒,故B错误,D正确;由动能定理得mv2=mah,只要重物做匀加速直线运动,v2-h图像就是一条过原点的直线,当图线的斜率小于2g,机械能就不守恒,故C错误。
4.答案 (1)15.60
(2)h=
(3)
解析 (1)游标卡尺读数为15mm+12×0.05mm=15.60mm。
(2)对钩码、槽码系统,在到达搁板过程,若满足(m+m)gh-mgh=(m+2m),即h=,则在误差允许范围内验证了系统在到达搁板前的过程机械能守恒。
(3)设槽码D的质量为M,由系统机械能守恒(M+m)gh-mgh=(M+2m),移项得h,则斜率为k=,解得M=。