2023年高考物理二輪復(fù)習(xí)100考點(diǎn)千題精練第十二章物理實(shí)驗(yàn)專(zhuān)題12.6驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

專(zhuān)題12.6驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1、〔2023江西贛州14縣聯(lián)考〕實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律〞的實(shí)驗(yàn)。量角器中心O點(diǎn)和細(xì)線的一個(gè)端點(diǎn)重合，并且固定好；細(xì)線另一端系一個(gè)小球，當(dāng)小球靜止不動(dòng)時(shí)，量角器的零刻度線與細(xì)線重合，在小球所在位置安裝一個(gè)光電門(mén)。實(shí)驗(yàn)裝置如下圖。本實(shí)驗(yàn)需要測(cè)的物理量有：小球的直徑d，細(xì)線長(zhǎng)度L，小球通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間?t，小球由靜止釋放時(shí)細(xì)線與豎直方向的夾角為θ?！?〕除了光電門(mén)、量角器、細(xì)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(shí)鐘E．最小刻度為毫米的米尺F．游標(biāo)卡尺實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)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(xiě)器材前的字母標(biāo)號(hào)〕?！?〕測(cè)出小球的直徑為d，小球通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間為?t，可得小球經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)的瞬時(shí)速度v=_______。測(cè)小球直徑時(shí)游標(biāo)尺位置如以下圖所示，用精確度為0.1mm的游標(biāo)卡尺測(cè)得一物體的長(zhǎng)度為1.34cm，這時(shí)候游標(biāo)尺上的第條刻度線與主尺上的mm刻度線對(duì)齊．〔3〕假設(shè)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，滿足_____________________，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律〔用題給字母v、L、d、θ表示，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間〕。〔4〕通過(guò)改變小球由靜止釋放時(shí)細(xì)線與豎直方向的夾角θ，測(cè)出對(duì)應(yīng)情況下，小球通過(guò)光電門(mén)的速度v，為了直觀地判斷機(jī)械能是否守恒，應(yīng)作_______________圖象?！緟⒖即鸢浮俊?〕AF〔2〕；4；17〔3〕〔漏d得1分〕〔4〕2.〔2023濟(jì)南聯(lián)考〕某學(xué)習(xí)小組用圖示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證“機(jī)械能守恒定律〞。他們?cè)跉鈮|導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門(mén)B，滑塊〔帶遮光條〕用細(xì)線繞過(guò)氣墊導(dǎo)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(shí)驗(yàn)要求中不必要的一項(xiàng)為哪一項(xiàng)〔請(qǐng)?zhí)顚?xiě)選項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母〕。A．應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平B．應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行C．應(yīng)使A位置與光電門(mén)B間的距離適當(dāng)大些D．應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊和遮光條的總質(zhì)量(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，滑塊〔帶遮光條〕的質(zhì)量M，鉤碼質(zhì)量m，A、B間的距離L，遮光條的寬度為d和遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間為t，重力加速度為g，那么滿足的關(guān)系式〔用M、m、g、L、d、t表示〕即可驗(yàn)證從A到B過(guò)程系統(tǒng)機(jī)械能守恒?！緟⒖即鸢浮俊?〕D〔2〕mgL=(M+m)〔〕23．(2023·湖南十三校聯(lián)考)(4分)如下圖，某同學(xué)想利用滑塊在傾斜氣墊導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)步驟如下：①將長(zhǎng)為L(zhǎng)、原來(lái)已調(diào)至水平的氣墊導(dǎo)軌的左端墊高H，在導(dǎo)軌上靠右側(cè)P點(diǎn)處安裝一個(gè)光電門(mén)②用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)量滑塊上遮光條的寬度d③接通氣源及光電計(jì)時(shí)器，將滑塊從導(dǎo)軌靠近左端某處自由釋放。測(cè)得滑塊通過(guò)光電門(mén)時(shí)遮光時(shí)間為Δt。閱讀上面的實(shí)驗(yàn)步驟答復(fù)以下問(wèn)題：(1)實(shí)驗(yàn)中當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，除上述步驟中測(cè)量的物理量之外，還需測(cè)量的物理量是________。A．滑塊的質(zhì)量MB．氣墊導(dǎo)軌的傾斜角度θC．滑塊釋放處遮光條到光電門(mén)的距離xD．滑塊從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)至到達(dá)光電門(mén)所用的時(shí)間t(2)請(qǐng)用題中所給的物理量及第(1)問(wèn)中所選的物理量寫(xiě)出本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒的表達(dá)式___________________________________________________________?！緟⒖即鸢浮?1)C(2)2gxH＝eq\f(d2,Δt2)L【名師解析】物塊經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)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(jī)械能守恒定律：Mgxsinθ＝eq\f(1,2)Mv2③故需要驗(yàn)證的表達(dá)式：2gxH＝eq\f(d2,Δt2)L④4.在利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，電源的頻率為50Hz，依次打出的點(diǎn)為0、1、2、3、4、…、n。那么：(1)如用第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的紙帶來(lái)驗(yàn)證，必須直接測(cè)量的物理量為_(kāi)_______、________、________，必須計(jì)算出的物理量為_(kāi)_______、________，驗(yàn)證的表達(dá)式為_(kāi)__________________。(2)以下實(shí)驗(yàn)步驟操作合理的排列順序是__________(填寫(xiě)步驟前面的字母)。A．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直安裝在鐵架臺(tái)上B．接通電源，再松開(kāi)紙帶，讓重物自由下落C．取下紙帶，更換新紙帶(或?qū)⒓垘ХD(zhuǎn))重新做實(shí)驗(yàn)D．將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，用手提著紙帶E．選擇一條紙帶，用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h1、h2、h3、…h(huán)n，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3、…vnF．分別算出eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)和mghn，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)看是否相等【參考答案】(1)第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的距離h26第1點(diǎn)到第3點(diǎn)之間的距離h13第5點(diǎn)到第7點(diǎn)之間的距離h57第2點(diǎn)的瞬時(shí)速度v2第6點(diǎn)的瞬時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，使質(zhì)量為m＝1.00kg的重物自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，選取一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶如下圖。O為第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C為從適宜位置開(kāi)始選取連續(xù)點(diǎn)中的三個(gè)點(diǎn)。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間＝9.80m/s2，(1)根據(jù)圖上所得的數(shù)據(jù)，應(yīng)取圖中O點(diǎn)到________點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(2)從O點(diǎn)到(1)問(wèn)中所取的點(diǎn)，重物重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝________J，動(dòng)能增加量ΔEk＝________J(結(jié)果保存三位有效數(shù)字)。(3)假設(shè)測(cè)出紙帶上所有各點(diǎn)到O點(diǎn)之間的距離，根據(jù)紙帶算出各點(diǎn)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(huà)出的圖象是圖中的________。【參考答案】(1)B(2)1.881.84(3)A【名師解析】(1)因計(jì)算B點(diǎn)的速度誤差相對(duì)較小，故應(yīng)取圖中O點(diǎn)到B點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒。6.“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律〞的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，采用重物自由下落的方法：(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80m/s2，所用重物的質(zhì)量為200g。實(shí)驗(yàn)中選取一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶如圖乙所示，O為紙帶下落的起始點(diǎn)，A、B、C為紙帶上選取的三個(gè)連續(xù)點(diǎn)。甲計(jì)算B點(diǎn)瞬時(shí)速度時(shí)，甲同學(xué)用veq\o\al(2,B)＝2gxOB，乙同學(xué)用vB＝eq\f(xAC,2T)，其中所選方法正確的選項(xiàng)是________(填“甲〞或“乙〞)同學(xué)；根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)動(dòng)能的增加量等于____________J，重力勢(shì)能減少量等于________J(計(jì)算結(jié)果均保存3位有效數(shù)字)。乙(2)實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)重物減少的勢(shì)能總是大于重物增加的動(dòng)能，造成這種現(xiàn)象的主要原因是______________________________________________________________。【參考答案】(1)乙0.3690.376(2)見(jiàn)解析(2)克服空氣對(duì)重物和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的阻力做功。7．(2023·張掖模擬)如下圖裝置可用來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。擺錘A栓在長(zhǎng)L的輕繩一端，另一端固定在O點(diǎn)，在A上放一個(gè)小鐵片，現(xiàn)將擺錘拉起，使繩偏離豎直方向成θ角時(shí)由靜止開(kāi)始釋放擺錘，當(dāng)其到達(dá)最低位置時(shí)，受到豎直擋板P阻擋而停止運(yùn)動(dòng)，之后鐵片將飛離擺錘而做平拋運(yùn)動(dòng)。(1)為了驗(yàn)證擺錘在運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒，必須求出擺錘在最低點(diǎn)的速度。為了求出這一速度，實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)該測(cè)量的物理量：___________________________________。(2)根據(jù)測(cè)得的物理量表示擺錘在最低點(diǎn)的速度v＝______________________。(3)根據(jù)的和測(cè)得的物理量，寫(xiě)出擺錘在運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒的關(guān)系式為_(kāi)_______。【參考答案】(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