2023年高考物理二輪復習100考點千題精練第十二章物理實驗專題12.6驗證機械能守恒定律

專題12.6驗證機械能守恒定律1、〔2023江西贛州14縣聯(lián)考〕實驗小組的同學做“驗證機械能守恒定律〞的實驗。量角器中心O點和細線的一個端點重合，并且固定好；細線另一端系一個小球，當小球靜止不動時，量角器的零刻度線與細線重合，在小球所在位置安裝一個光電門。實驗裝置如下圖。本實驗需要測的物理量有：小球的直徑d，細線長度L，小球通過光電門的時間?t，小球由靜止釋放時細線與豎直方向的夾角為θ?！?〕除了光電門、量角器、細線外，還有如下器材可供選用：A．直徑約2cm的均勻鐵球B．直徑約5cm的均勻木球C．天平D．時鐘E．最小刻度為毫米的米尺F．游標卡尺實驗小組的同學選用了最小刻度為毫米的米尺，他們還需要從上述器材中選擇_________〔填寫器材前的字母標號〕?！?〕測出小球的直徑為d，小球通過光電門的時間為?t，可得小球經過最低點的瞬時速度v=_______。測小球直徑時游標尺位置如以下圖所示，用精確度為0.1mm的游標卡尺測得一物體的長度為1.34cm，這時候游標尺上的第條刻度線與主尺上的mm刻度線對齊．〔3〕假設在實驗誤差允許的范圍內，滿足_____________________，即可驗證機械能守恒定律〔用題給字母v、L、d、θ表示，當地重力加速度為g〕?！?〕通過改變小球由靜止釋放時細線與豎直方向的夾角θ，測出對應情況下，小球通過光電門的速度v，為了直觀地判斷機械能是否守恒，應作_______________圖象。【參考答案】〔1〕AF〔2〕；4；17〔3〕〔漏d得1分〕〔4〕2.〔2023濟南聯(lián)考〕某學習小組用圖示的實驗裝置驗證“機械能守恒定律〞。他們在氣墊導軌上安裝了一個光電門B，滑塊〔帶遮光條〕用細線繞過氣墊導軌左端的定滑輪與鉤碼相連，每次滑塊都從A處由靜止釋放。(1)以下實驗要求中不必要的一項為哪一項〔請?zhí)顚戇x項前對應的字母〕。A．應將氣墊導軌調至水平B．應使細線與氣墊導軌平行C．應使A位置與光電門B間的距離適當大些D．應使鉤碼質量遠小于滑塊和遮光條的總質量(2)實驗時，滑塊〔帶遮光條〕的質量M，鉤碼質量m，A、B間的距離L，遮光條的寬度為d和遮光條通過光電門的時間為t，重力加速度為g，那么滿足的關系式〔用M、m、g、L、d、t表示〕即可驗證從A到B過程系統(tǒng)機械能守恒。【參考答案】〔1〕D〔2〕mgL=(M+m)〔〕23．(2023·湖南十三校聯(lián)考)(4分)如下圖，某同學想利用滑塊在傾斜氣墊導軌上的運動來驗證機械能守恒定律。實驗步驟如下：①將長為L、原來已調至水平的氣墊導軌的左端墊高H，在導軌上靠右側P點處安裝一個光電門②用20分度的游標卡尺測量滑塊上遮光條的寬度d③接通氣源及光電計時器，將滑塊從導軌靠近左端某處自由釋放。測得滑塊通過光電門時遮光時間為Δt。閱讀上面的實驗步驟答復以下問題：(1)實驗中當地重力加速度為g，除上述步驟中測量的物理量之外，還需測量的物理量是________。A．滑塊的質量MB．氣墊導軌的傾斜角度θC．滑塊釋放處遮光條到光電門的距離xD．滑塊從開始運動至到達光電門所用的時間t(2)請用題中所給的物理量及第(1)問中所選的物理量寫出本實驗驗證機械能守恒的表達式___________________________________________________________?！緟⒖即鸢浮?1)C(2)2gxH＝eq\f(d2,Δt2)L【名師解析】物塊經過P點時的速度v＝eq\f(d,Δt)①斜面的傾角為θ，且sinθ＝eq\f(H,L)②由機械能守恒定律：Mgxsinθ＝eq\f(1,2)Mv2③故需要驗證的表達式：2gxH＝eq\f(d2,Δt2)L④4.在利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的實驗中，電源的頻率為50Hz，依次打出的點為0、1、2、3、4、…、n。那么：(1)如用第2點到第6點之間的紙帶來驗證，必須直接測量的物理量為________、________、________，必須計算出的物理量為________、________，驗證的表達式為___________________。(2)以下實驗步驟操作合理的排列順序是__________(填寫步驟前面的字母)。A．將打點計時器豎直安裝在鐵架臺上B．接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落C．取下紙帶，更換新紙帶(或將紙帶翻轉)重新做實驗D．將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過打點計時器，用手提著紙帶E．選擇一條紙帶，用刻度尺測出物體下落的高度h1、h2、h3、…h(huán)n，計算出對應的瞬時速度v1、v2、v3、…vnF．分別算出eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)和mghn，在實驗誤差允許的范圍內看是否相等【參考答案】(1)第2點到第6點之間的距離h26第1點到第3點之間的距離h13第5點到第7點之間的距離h57第2點的瞬時速度v2第6點的瞬時速度v6mgh26＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,6)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)(2)ADBCEF5．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下圖。O為第一個點，A、B、C為從適宜位置開始選取連續(xù)點中的三個點。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，(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(結果保存三位有效數字)。(3)假設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，那么以eq\f(v2,2)為縱軸，以h為橫軸畫出的圖象是圖中的________?！緟⒖即鸢浮?1)B(2)1.881.84(3)A【名師解析】(1)因計算B點的速度誤差相對較小，故應取圖中O點到B點來驗證機械能守恒。6.“驗證機械能守恒定律〞的實驗裝置如圖甲所示，采用重物自由下落的方法：(1)打點計時器所用電源的頻率為50Hz，當地的重力加速度g＝9.80m/s2，所用重物的質量為200g。實驗中選取一條符合實驗要求的紙帶如圖乙所示，O為紙帶下落的起始點，A、B、C為紙帶上選取的三個連續(xù)點。甲計算B點瞬時速度時，甲同學用veq\o\al(2,B)＝2gxOB，乙同學用vB＝eq\f(xAC,2T)，其中所選方法正確的選項是________(填“甲〞或“乙〞)同學；根據以上數據，可知重物由O運動到B點時動能的增加量等于____________J，重力勢能減少量等于________J(計算結果均保存3位有效數字)。乙(2)實驗中，發(fā)現重物減少的勢能總是大于重物增加的動能，造成這種現象的主要原因是______________________________________________________________?！緟⒖即鸢浮?1)乙0.3690.376(2)見解析(2)克服空氣對重物和打點計時器對紙帶的阻力做功。7．(2023·張掖模擬)如下圖裝置可用來驗證機械能守恒定律。擺錘A栓在長L的輕繩一端，另一端固定在O點，在A上放一個小鐵片，現將擺錘拉起，使繩偏離豎直方向成θ角時由靜止開始釋放擺錘，當其到達最低位置時，受到豎直擋板P阻擋而停止運動，之后鐵片將飛離擺錘而做平拋運動。(1)為了驗證擺錘在運動中機械能守恒，必須求出擺錘在最低點的速度。為了求出這一速度，實驗中還應該測量的物理量：___________________________________。(2)根據測得的物理量表示擺錘在最低點的速度v＝______________________。(3)根據的和測得的物理量，寫出擺錘在運動中機械能守恒的關系式為________?！緟⒖即鸢浮?1)鐵片遇到擋板后鐵片的水平位移x和豎直下落高度h(2)xeq\r(\f(g,2h))(3)eq\f(gx2,4h)＝gL(1－cos