【最新版】23届高考二轮高考热点补救练习36.验证机械能守恒定律

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36.验证机械能守恒定律1.(2021·湖南永州市第三次模拟)用如图1所示的装置验证小球做自由落体运动过程中机械能守恒，图中O为静止释放小球的位置，A、B、C、D为固定速度传感器的位置且与O在同一条竖直线上。图1(1)若当地重力加速度为g，还需要测量的物理量有________(填选项前的字母)。A.小球的质量mB.小球下落到每一个速度传感器时的速度vC.小球下落到每一个速度传感器时所用的时间tD.小球下落到每一个速度传感器时下落的高度h(2)作出v2－h图象，由图象算出其斜率k，当k＝________时可以认为小球做自由落体运动过程中机械能守恒。(3)写出对减小本实验误差有益的一条建议：____________________________。答案　(1)BD　(2)g　(3)相邻速度传感器间的距离适当大些；选用质量大、体积小的小球做实验等(其他合理表述均可)解析　(1)根据题意，机械能守恒定律的表达式可以写成mgh＝mv2，质量m可以约去，v2＝gh，所以不需要测量物体的质量；需要测量小球下落到每一个速度传感器时的速度v和小球下落到每一个速度传感器时下落的高度h；不需要测量运动时间t。(2)由v2＝2gh得v2＝gh，所以图象的斜率表示g，可以认为小球做自由落体运动过程中机械能守恒。(3)减小实验误差的方法有相邻速度传感器间的距离适当大些；选用质量大、体积小的球做实验等。2.(2021·广东肇庆市第二次统一测试)用如图2所示装置做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出多条纸带，选出一条点迹清晰的纸带，在纸带上某段选取连续打下的五个点(如图3)，记为O、A、B、C、D，每连续的两点之间的时间间隔相等，用刻度尺测量O到A、B、C、D的距离分别为h1、h2、h3、h4，打点计时器使用的电源频率为f。测得重锤的质量为m。打C点时重锤的速度vC＝________，此时重锤的动能比打A点时的动能增加了ΔEk＝________，此时若关系式ΔEk＝________，则可验证机械能守恒定律成立，已知重力加速度为g。(均用题中已知物理量的字母表示)图2图3答案　　　mg(h3－h1)解析　利用中间时刻的速度等于平均速度，得到vC＝BD＝＝A点的速度为vA＝OA＝＝，打C点时重锤的动能比打A点时的动能增加了ΔEk＝mv－mv＝，若关系式ΔEk＝mg(h3－h1)成立，则可验证机械能守恒定律成立。3.(2021·广东省选择考适应性测试)为了验证小球在竖直平面内摆动过程的机械能是否守恒，利用如图4(a)装置，不可伸长的轻绳一端系住一小球，另一端连接力传感器，小球质量为m，球心到悬挂点的距离为L，小球释放的位置到最低点的高度差为h，实验记录轻绳拉力大小随时间的变化如图4(b)，其中Fm是实验中测得的最大拉力值，重力加速度为g，请回答以下问题：图4(1)小球第一次运动至最低点的过程，重力势能的减少量ΔEp＝________，动能的增加量ΔEk＝________。(均用题中所给字母表示)(2)观察图4(b)中拉力峰值随时间变化规律，试分析造成这一结果的主要原因：_________________________________________________________。(3)为减小实验误差，实验时应选用密度________(选填“较大”或“较小”)的小球。答案　(1)mgh　　(2)空气阻力做负功，机械能有损失　(3)较大解析　(1)小球第一次摆动至最低点的过程，重心下降了h，则重力势能的减少量为ΔEp＝mgh，小球第一次摆动至最低点，初速度为零，最低点速度为vm，由牛顿第二定律有Fm－mg＝m，而动能的增加量为ΔEk＝mv－0，联立解得ΔEk＝(2)根据F－t图象可知小球做周期性的摆动，每次经过最低点时拉力最大，而最大拉力逐渐变小，说明经过最低点的最大速度逐渐变小，则主要原因空气阻力做负功，导致机械能有损失；(3)为了减小因空气阻力带来的误差，应选择密度大体积小的球进行实验。4.(2021·河北省高考模拟)质量均为m的物块A、B用跨过定滑轮的不可伸长的轻绳连接，在物块B的正下方地面上固定有与计算机相连的位移传感器D，如图5(a)所示；在物块B上加一个质量为m0的槽码C后由静止释放物块，结果在计算机上得到如图5(b)所示的x－t图象，x表示B到传感器的距离，t表示运动时间，P(a，b)是图线上一点，c是图线的纵截距，过P点图线的切线与纵轴交点的纵坐标为d(图中未画出)。当地重力加速度为g。图5(1)物块B经时间a时的速度大小为________；(2)根据题给条件和计算机显示的数据，若________≈________，则可认为在误差允许的范围内A、B、C组成的系统机械能守恒。答案　(1)　(2)m0g(c－b)　(2m＋m0)解析　(1)分析可知，x－t图象中某时刻质点的速度在数值上等于对应时刻图线切线的斜率，即v＝。(2)经时间a，系统重力势能减小量为m0gh＝m0g(c－b)动能的增加量为(2m＋m0)，当m0g(c－b)≈(2m＋m0)时，可认为在误差允许的范围内A、B、C组成的系统机械能守恒。