2024版新教材高考物理全程一轮总复习课时分层作业25验证机械能守恒定律

这是一份2024版新教材高考物理全程一轮总复习课时分层作业25验证机械能守恒定律，共4页。

设计了以下步骤进行实验：
A．测出气垫导轨的倾角为θ、弹簧劲度系数k、弹簧原长l0、滑块质量m、遮光条宽度d、重力加速度g，按照图甲所示组装好实验装置；
B．将滑块拉至气垫导轨某一位置固定，要求从此位置释放滑块，可使小车运动到光电门时细线已经弯曲．测出此时滑块到光电门的距离x以及弹簧长度l；
C．由静止释放滑块，滑块在拉力作用下运动，测出滑块上遮光条通过光电门的时间为Δt；
D．将滑块拉至不同的位置，重复B、C步骤多次，并记录每次对应实验数据．
根据所测物理量可以得到每次实验中滑块重力势能、弹性势能、动能之间的关系，从而验证机械能守恒．
(1)根据实验中测出的物理量，可得到滑块从静止释放运动到光电门过程中重力势能减小量为________．
(2)根据实验中测出的物理量也可得到滑块到达光电门时的动能，若“在弹性限度内，劲度系数为k的弹簧，形变量为Δx时弹性势能为Ep＝eq \f(1,2)k(Δx)2”的说法正确，不考虑空气阻力影响．要说明整个运动过程系统机械能守恒，需满足的关系式为________________．
(3)若考虑到空气阻力影响，实验过程中得到的小车重力势能减小量与弹簧弹性势能减小量总和________(填“大于”“小于”或“等于”)小车动能增量．
2．[2023·北京十一中6月模拟]两位同学做“验证机械能守恒定律”实验．当地的重力加速度g＝9.8m/s2.
(1)小红采用如图甲所示的实验装置．
①在实验过程中，下列说法正确的是______；
A．实验时应先接通打点计时器的电源再释放纸带
B．打点计时器、天平和刻度尺是实验中必须使用的仪器
C．纸带与打点计时器的两个限位孔要在同一竖直线上
D．重物的密度大小不影响实验结果
②在一次实验中，质量1kg的重物自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图乙所示．纸带相邻两个点之间时间间隔为0.02s，从起点O到打下计数点B的过程中，重物动能的增加量ΔEk＝________J(保留2位有效数字)；若这一过程中重物的重力势能减小量为ΔEp，则应该有大小关系ΔEp________ΔEk(填“大于”“等于”或“小于”)，这是因为__________________．
(2)小明同学采用如图丙所示的实验装置．实验前，将气垫导轨调至水平，测出挡光条的宽度为d，并将滑块移到图示位置，测出挡光条到光电门的距离为l.释放滑块，读出挡光条通过光电门的挡光时间为t.多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点开始滑动，测量相应的l与t值，结果如下表所示：
①在图丁所示的eq \f(1,t2)­l图像中添加未标注的数据点，并根据数据点画出eq \f(1,t2)­l关系图线；
②小明同学进一步观察到eq \f(1,t2)­l图线是一条过原点的直线，于是就判断实验中系统的机械能守恒．你是否同意他的观点？若同意，说明理由，若不同意，请补充必要的步骤：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
3．用如图甲所示的实验装置来验证机械能守恒定律，轻杆两端固定两个大小相等但质量不相等的小球P、Q，杆的正中央有一光滑的水平转轴O，使杆能在竖直面内自由转动．O点正下方有一光电门，小球通过轨迹最低点时，球心恰好通过光电门．已知重力加速度为g.
(1)用游标卡尺测得小球的直径如图乙所示，则小球的直径d＝________cm.
(2)PQ从水平位置由静止释放，当小球P通过最低点时，与光电门连接的数字计时器显示的挡光时间为Δt，则小球P经过最低点时的速度v＝________(用物理量符号表示).
(3)小球P通过最低点时，测得两小球P、Q球心间距离为L，小球P的质量是2m，Q的质量为m，则PQ系统重力势能的减小量ΔEp＝________，动能的增加量为ΔEk.若在误差允许范围内，总满足ΔEp________(选填“<”“＝”或“>”)ΔEk，则可证得系统机械能守恒．
课时分层作业（二十五）
1．解析：（1）滑块从静止释放运动到光电门过程中重力势能减小量ΔEp＝mgh＝mgxsinθ
（2）要说明整个运动过程系统机械能守恒，需满足eq \f(1,2)k（Δx）2＋mgh＝eq \f(1,2)mv2
即mgxsinθ＋eq \f(1,2)k（l－l0）2＝eq \f(1,2)meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,Δt)))eq \s\up12(2)
（3）若考虑到空气阻力影响，实验过程中会有部分机械能转化为内能小车重力势能减小量与弹簧弹性势能减小量总会大于小车获得的动能即大于小车动能增量．
答案：（1）mgxsinθ
（2）mg（xsinθ）＋eq \f(1,2)k（l－l0）2＝eq \f(1,2)meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,Δt)))eq \s\up12(2) （3）大于
2．解析：（1）①实验时应先接通打点计时器的电源再释放纸带，故选项A正确；打点计时器、刻度尺是实验中必须使用的仪器，天平不需要，重力势能和动能表达式中都有质量，可约掉，故不需要测量重物的质量，不需要天平，故选项B错误；为减小摩擦阻力，纸带与打点计时器的两个限位孔要在同一竖直线上，故选项C正确；为减小空气阻力的影响，重物的密度要大，体积要小，故选项D错误．②打下计数点B时重物的瞬时速度为vB＝eq \f(xAC,2T)＝eq \f(（7.06－3.14）×10－2,2×0.02)m/s＝0.98m/s，重物动能的增加量为ΔEk＝eq \f(1,2)mv eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(B)) －0＝0.48J，重力势能减小量为ΔEp＝mghOB＝1×9.8×5.01×10－2J＝0.49J，故大小关系为ΔEp大于ΔEk.因为摩擦阻力和空气阻力做负功，使得机械能减小，重力势能的减小量应大于动能的增加量．
（2）①如图所示，用“×”号描点，为减小误差，用一条直线拟合这些点．
②不同意．设滑块和挡光条的总质量为M，砝码和托盘的总质量为m0，挡光条的宽度为d，若机械能守恒，有eq \f(1,2)（M＋m0）（eq \f(d,t)）2＝m0gl，可得eq \f(1,t2)＝eq \f(2m0g,（M＋m0）d2)l，需要验证图丁中图线的斜率是否等于eq \f(2m0g,（M＋m0）d2)，还需要测量M、m0、d.
答案：（1）①AC ②0.48 大于 重物下落过程要克服摩擦阻力和空气阻力做功，机械能减小，重力势能的减小量大于动能的增加量 （2）①见解析图 ②见解析
3．解析：（1）20分度的游标卡尺的精确度为0.05mm；其读数为10mm＋0.05×10mm＝10.50mm＝1.050cm.
（2）小球通过最低点的速度为v＝eq \f(d,Δt)；
（3）小球P通过最低点时，系统重力势能的减小量为ΔEp＝2mgeq \f(L,2)－mgeq \f(L,2)＝eq \f(mgL,2)，在实验误差允许的范围内，当系统减小的重力势能等于增加的动能时，即可验证系统的机械能守恒．
答案：（1）1.050 （2）eq \f(d,Δt) （3）eq \f(1,2)mgL ＝
1
2
3
4
5
l(m)
0.600
0.800
1.000
1.200
1.400
t(ms)
8.22
7.17
6.44
5.85
5.43
1/t2(104s－2)
1.48
1.95
2.41
2.92
3.39