高考物理一輪復習鞏固提升第5章實驗六 (含解析)

1．(2019·河北邯鄲摸底)某同學安裝如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．(1)此實驗中，應當是讓重物做__________運動，________(填“需要”或“不需要”)測出重物的質量．(2)打點計時器所用交流電的頻率為50Hz，該同學選取如圖乙所示的一段紙帶，對BD段進行研究．求得B點對應的速度vB＝________m/s(保留兩位有效數字)，若再求得D點對應的速度為vD，測出重物下落的高度為hBD，則還應計算________與______大小是否相等(填字母表達式)．(3)但該同學在上述實驗過程中存在明顯的問題．安裝實驗裝置時存在的問題是________________________________________________________________________；研究紙帶時存在的問題是________________________________________________________________________，實驗誤差可能較大．解析：(1)由實驗原理知，應讓重物在松開手后做自由落體運動；根據機械能守恒，mgΔh＝eq\f(1,2)m(veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1))，整理后，得gΔh＝eq\f(1,2)(veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1))，所以不需要測量質量．(2)B點速度等于AC段的平均速度，vB＝eq\f(AC,2T)≈0.19m/s；根據實驗原理知，還應計算eq\f(1,2)(veq\o\al(2,D)－veq\o\al(2,B))與ghBD，看兩者大小是否相等．(3)重物距離桌面太近，會落到桌面上；B、D時間間隔太短，實驗誤差較大．答案：(1)自由落體不需要(2)0.19eq\f(1,2)(veq\o\al(2,D)－veq\o\al(2,B))ghBD(3)重物會落在桌面上(或“紙帶打點過短”等與此類似的答案)B、D兩點時間間隔過短2．(2019·廣州執(zhí)信中學模擬)如圖甲所示的裝置叫做阿特伍德機，是英國數學家和物理學家阿特伍德創(chuàng)制的一種著名力學實驗裝置，用來研究勻變速直線運動的規(guī)律．某同學對該裝置加以改進后用來驗證機械能守恒定律，如圖乙所示．(1)實驗時，該同學進行了如下操作：①將質量均為M(A的含擋光片，B的含掛鉤)的重物用繩連接后，跨放在定滑輪上，處于靜止狀態(tài)，測量出____________(填“A的上表面”“A的下表面”或“擋光片中心”)到光電門中心的豎直距離h.②在B的下端掛上質量為m的物塊C，讓系統(tǒng)(重物A、B以及物塊C)中的物體由靜止開始運動，光電門記錄擋光片擋光的時間為Δt.③測出擋光片的寬度d，計算有關物理量，驗證機械能守恒定律．(2)如果系統(tǒng)(重物A、B以及物塊C)的機械能守恒，應滿足的關系式為______________(已知重力加速度為g)．(3)引起該實驗系統(tǒng)誤差的原因有________________________(寫一條即可)．(4)驗證實驗結束后，該同學突發(fā)奇想：如果系統(tǒng)(重物A、B以及物塊C)的機械能守恒，不斷增大物塊C的質量m，重物B的加速度a也將不斷增大，那么a與m之間有怎樣的定量關系？a隨m增大會趨于一個什么值？請你幫該同學解決：①寫出a與m之間的關系式：________________(還要用到M和g)．②a的值會趨于____________．解析：(1)①實驗時，測量出擋光片中心到光電門中心的豎直距離h.(2)重物A經過光電門時的速度為v＝eq\f(d,Δt)；則如果系統(tǒng)(重物A、B以及物塊C)的機械能守恒，應滿足的關系式為mgh＝eq\f(1,2)(2M＋m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))eq\s\up12(2).(3)引起該實驗系統(tǒng)誤差的原因：繩子有一定的質量，滑輪與繩子之間有摩擦，重物運動受到空氣阻力等．(4)①根據牛頓第二定律可知mg＝(m＋2M)a，解得：a＝eq\f(mg,2M＋m)＝eq\f(g,\f(2M,m)＋1).②當m增大時，式子的分母趨近于1，則a的值會趨于重力加速度g.答案：(1)①擋光片中心(2)mgh＝eq\f(1,2)(2M＋m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))eq\s\up12(2)(3)繩子有一定的質量、滑輪與繩子之間有摩擦、重物運動受到空氣阻力等(4)①a＝eq\f(g,\f(2M,m)＋1)②重力加速度g3．(2016·高考全國卷Ⅰ)某同學用圖(a)所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，其中打點計時器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20Hz、30Hz和40Hz.打出紙帶的一部分如圖(b)所示．該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率f，需要用實驗數據和其他題給條件進行推算．(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖(b)中給出的物理量可以寫出：在打點計時器打出B點時，重物下落的速度大小為____________，打出C點時重物下落的速度大小為____________，重物下落的加速度大小為____________．(2)已測得s1＝8.89cm，s2＝9.50cm，s3＝10.10cm；當地重力加速度大小為9.80m/s2，實驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%.由此推算出f為________Hz.解析：(1)利用做勻變速直線運動的質點在一段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度，可得打點計時器打出B點時重物下落的速度vB＝eq\f(s1＋s2,2T)＝eq\f(（s1＋s2）f,2)；打出C點時重物下落的速度vC＝eq\f(s2＋s3,2T)＝eq\f(（s2＋s3）f,2).根據加速度的定義，重物下落的加速度大小為a＝eq\f(vC－vB,T)＝(vC－vB)f＝eq\f(（s3－s1）f2,2).(2)根據題述，重物下落受到的阻力為0.01mg，由牛頓第二定律得，mg－0.01mg＝ma，解得a＝0.99g.由eq\f(（s3－s1）f2,2)＝0.99g，解得f＝40Hz.答案：(1)eq\f(（s1＋s2）f,2)eq\f(（s2＋s3）f,2)eq\f(（s3－s1）f2,2)(2)404．(2019·儋州四校聯(lián)考)在用打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗中，使質量為m＝1.00kg的重物自由下落，打點計時器在紙帶上打出一系列的點，選取一條符合實驗要求的紙帶如圖所示．O為第一個點，A、B、C為從合適位置開始選取連續(xù)點中的三個點．已知打點計時器每隔0.02s打一個點，當地的重力加速度為g＝9.80m/s2，那么：(1)根據圖上所得的數據，應取圖中O點到________點來驗證機械能守恒定律．(2)從O點到(1)問中所取的點，重物重力勢能的減少量ΔEp＝________J，動能增加量ΔEk＝________J；請簡述兩者不完全相等的原因________________________________________．(結果取三位有效數字)(3)若測出紙帶上所有各點到O點之間的距離，根據紙帶算出各點的速度v及物體下落的高度h，則以eq\f(v2,2)為縱軸，以h為橫軸畫出的圖象是圖中的________．解析：(1)根據題圖上所得的數據，應取圖中O點和B點來驗證機械能守恒定律，因為B點的瞬時速度比較方便計算．(2)減少的重力勢能ΔEp＝mgh＝1×9.8×19.2×10－2J＝1.88J，利用勻變速直線運動的推論vB＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f(0.2323－0.1555,0.04)m/s＝1.92m/sEkB＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝1.84JΔEk＝EkB－0＝1.84J動能