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    2023版高考物理总复习之加练半小时 第六章 微专题45 实验:验证机械能守恒定律

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    微专题45 实验验证机械能守恒定律1要明确哪个过程中机械能守恒列出守恒方程明确要测量的物理量.2.实验时尽量减小各种阻力的影响以满足机械能守恒的条件1验证机械能守恒定律的实验装置如图所示(1)除图示器材外下列器材中必需的一组是________(只有一个选项符合要求填选项前的符号)A直流电源及导线天平及砝码B直流电源及导线刻度尺C交变电源(220 V,50 Hz)及导线天平及砝码D交变电源(220 V,50 Hz)及导线刻度尺(2)图中的纸带是实验过程中打点计时器打出的一条纸带打点计时器打下O(图中未标出)重锤开始下落abc是打点计时器连续打下的3个点刻度尺的0刻度线与O点对齐abc三个点所对应刻度如图所示打点计时器在打出b点时重锤下落的高度hb________ cm下落的速度为vb ________ m/s(计算结果保留3位效数字)(3)某同学用上述方法测出各计数点到O点的距离h算出对应的速度的平方v2并作出v2h图像设当地重力加速度为g下列说法能证实重锤下落过程中机械能守恒的是________(填选项前的符号)Av2h图像是一条过原点的直线Bv2h图像是一条过原点的直线且斜率略小于gCv2h图像是一条过原点的直线且斜率略小于2g答案 (1)D (2)19.30 1.95(1.94 1.96) (3)C解析 (1)打点计时器需要使用交变电源,实验需要导线,处理实验数据需要用刻度尺测计数点间的距离,实验不需要测量重锤的质量,故D正确,ABC错误;(2)由图示可知,其分度值为1 mm,打点计时器在打出b点时重锤下落的高度hb19.30 cm,电源的频率是50 Hz,打点计时器打点时间间隔T0.02 s,则b点的速度vb m/s1.95 m/s(3)重锤下落过程机械能守恒,由机械能守恒定律得mghmv2,整理得 2ghv2,则v2h成正比,v2h图像是经过原点的倾斜直线,图像的斜率为k2g.实际下落过程中重锤会受到阻力作用导致加速度略小于g,故图像的斜率略小于2gD正确2.如图所示打点计时器固定在铁架台上使重物带动纸带从静止开始自由下落利用此装置验证机械能守恒定律(1)除带夹子的重物纸带铁架台(含铁夹)电磁打点计时器导线及开关外在下列器材中还必须使用的两种器材是________A交变电源B刻度尺C天平(含砝码)(2)实验中先接通电源再释放重物得到如图所示的一条纸带在纸带上选取三个连续打出的点ABC测得它们到起始点O的距离分别为hAhBhC已知当地重力加速度为g打点计时器打点的频率为f.设重物的质量为m从打O点到打B点的过程中重物的动能变化量ΔEk(用题中已知的物理量字母表示)______(3)实验结果显示重力势能的减少量大于动能的增加量请写出一条产生误差的原因______答案 (1)AB (2)mf 2(hChA)2 (3)空气阻力做功机械能减少解析 (1)打点计时器需接交变电源,实验需要用刻度尺测量点迹间的距离,从而求出重物下落的瞬时速度和重力势能减少量实验中验证动能的增加量和重力势能的减少量是否相等,质量可以消去,故选AB.(2)B点速度为vB f(hChA),从打O点到打B点的过程中,重物的动能变化量为ΔEkmvB2mf 2(hChA)2(3)由于纸带在下落过程中,重物和空气之间存在阻力,纸带和打点计时器之间存在摩擦力,所以减小的重力势能一部分转化为动能,一部分克服空气阻力和摩擦力做功,故重力势能的减少量大于动能的增加量3小李利用如图甲所示的实验装置来探究物体在下落过程中机械能是否守恒下面列举了该实验的几个操作步骤A用天平测出重物的质量B按照图示的装置安装器材C将打点计时器接到电源的直流输出D释放纸带立即接通电源开关打出一条纸带E测量纸带上某些点间的距离F根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能(1)请指出小李同学在实验操作中不一定要进行的步骤是______(将其选项对应的字母填在横线处)(2)请指出图中及在上述实验操作中存在的不当或明显错误的地方________________________________.(3)与小李同班的小张同学利用光电门传感器设计了如图乙所示的实验装置来研究小物体自由下落时机械能是否守恒图中AB两位置分别固定了两个光电门传感器实验时测得AB两光电门之间的竖直距离为h小物体从某高处先后通过AB小物体上宽度为d的挡光片通过A的挡光时间为t1通过B的挡光时间为t2.请写出小张同学能证明自由落体过程中小物体的机械能守恒时应满足的关系式________请指出小张同学的实验设计和操作中可能会引起明显误差的地方(请至少写出一种)______.答案 (1)A (2)B项中安装器材时图中重物离打点计时器过远应使重物靠近打点计时器 C项中打点计时器不能使用直流电源应使用交流电源 D项中实验时应先接通电源打点计时器打点稳定后再释放重物 (3)()2()22gh AB两光电门之间的竖直距离h的测量误差物体上挡光片的宽度d偏大导致瞬时速度测量不准确解析 (1)因为需要探究mghmv2的关系,即使不测量m,也可达到目的,因此A正确(2)B项中,安装器材时图中重物离打点计时器过远,纸带空白太长,应使重物靠近打点计时器,以在纸带上打出更多的点C项中打点计时器不能使用直流电源,应使用交流电源D项中实验时应先接通电源,打点计时器打点稳定后再释放重物(3)本实验中利用小物体通过光电门的平均速度来代替瞬时速度,可得物体经过光电门AB时的速度分别为v1v2根据机械能守恒定律可得mghmv22mv12联立可得()2()22gh可能会引起明显误差的有:AB两光电门之间的竖直距离h的测量误差;物体上挡光片的宽度d偏大,导致瞬时速度测量不准确4某同学利用气垫导轨装置验证机械能守恒定律实验装置如图所示水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨(导轨上有刻度尺)导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块其总质量为m0.10 kg左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为M0.20 kg的重物相连遮光片两条长边与导轨垂直导轨安装一光电门P可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间tP的位置可在导轨上移动l表示A点到支撑点的距离h表示BA的高度差遮光片的宽度d1.00 cms表示光电门PA点的距离将遮光片通过光电门的平均速度视为滑块通过时的瞬时速度g表示重力加速度完成下列填空(1)若将滑块自A点由静止释放重物下落则在滑块从A运动至光电门的过程中系统减少的重力势能为________若在实验误差允许的范围内满足________即可验证机械能守恒定律(用题中字母来表示)(2)多次改变光电门的位置每次均令滑块自同一点(A)上滑测量相应的st作出s图像如图所示则当地的实际重力加速度为________(h0.20 ml1.00 m计算结果保留两位小数)答案 (1)Mgs Mgs(mM)()2 (2)9.72 m/s2解析 (1)将滑块自A点由静止释放,重物下落,则在滑块从A运动至光电门的过程中,系统减少的重力势能为ΔEpMgs,经过光电门,系统增加的动能Ek(Mm)v2(mM)()2,若Mgs(mM)()2,即可验证机械能守恒(2)整理上述方程s,斜率k,代入数据解得g9.72 m/s2.5.如图所示为验证机械能守恒定律的实验装置质量为m1m2的滑块与质量为m0的动滑轮用不可伸长的轻质绳按图示方式连接(绳保持竖直)m2的右侧有宽度为d质量忽略不计的遮光条现让m2从距离光电门高度为h处由静止释放发现光电计时器显示遮光条经过光电门的时间为t.已知重力加速度大小为gd远小于h.(1)m2经过光电门时的速度大小为________(2)若将m0m1m2看作一个系统m2下落h过程中系统减少的重力势能为________系统增加的动能为________(3)经过多次实验发现m0m1m2组成的系统减少的重力势能ΔEp与系统增加的动能ΔEk并不相等请从系统误差的角度分析二者不相等的可能原因是(写出一条即可)________ΔEp________ΔEk(选填大于小于)答案 (1) (2)(m0m22m1)gh (m0m24m1)()2 (3)定滑轮有质量旋转增加了动能或存在摩擦或存在阻力 大于解析 (1)m2经过光电门时,其速度大小为v(2)m2下落h过程中,m0下落hm1上升2h,系统减少的重力势能为ΔEp(m2gm0g2m1g)hm2m0下落速度相同,m1上升速度为2v,系统增加的动能为ΔEk(m0m24m1)()2(3)从系统误差的角度分析二者不相等的可能原因是:定滑轮有质量,旋转增加了动能或存在摩擦或存在阻力减少的重力势能有一部分没有转化为动能,故选大于

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