新教材高考物理微專題小練習(xí)專題37實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

PAGE4PAGE專題37實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1.[2022·廣東省湛江市四中期中考試]利用如圖所示裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)．為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點(diǎn)間的動(dòng)能變化量與勢能變化量．(1)實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到如圖所示的一條紙帶．在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為hA、hB、hC.已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T.設(shè)重物的質(zhì)量為m.從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，重物的重力勢能變化量ΔEp＝________，動(dòng)能變化量ΔEk＝________．(2)大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，重力勢能的減少量大于動(dòng)能的增加量，原因是________．A．利用公式v＝gt計(jì)算重物速度B．利用公式v＝eq\r(2gh)計(jì)算重物速度C．空氣阻力和摩擦力的影響D．沒有采用多次實(shí)驗(yàn)取平均值的方法(3)某同學(xué)想用下述方法研究機(jī)械能是否守恒，在紙帶上選取多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，測量它們到起始點(diǎn)O的距離h，計(jì)算對應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的重物速度v，描繪v2-h圖像，并做如下判斷：若圖像是一條過原點(diǎn)的直線，圖像斜率滿足k＝________，則重物下落過程中機(jī)械能守恒．2．[2022·河南省六市聯(lián)考]某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖所示，在鐵架臺(tái)上用鐵夾固定好一個(gè)力傳感器，一根長為L的不可伸長的細(xì)線上端固定在力傳感器上，下端固定在小球上(小球視為質(zhì)點(diǎn))，把小球拉離平衡位置使細(xì)線偏離豎直方向一個(gè)角度，由靜止釋放小球，力傳感器可記錄小球在擺動(dòng)過程中細(xì)線拉力大小，實(shí)驗(yàn)測得小球在平衡位置靜止時(shí)傳感器的讀數(shù)為F0.(1)某次實(shí)驗(yàn)測得釋放小球時(shí)的位置與最低點(diǎn)的高度差為h，小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)力傳感器的示數(shù)為F，則需要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式為________(用已知和測量的物理量的符號(hào)表示).(2)實(shí)驗(yàn)過程中要求力傳感器的最大讀數(shù)不超過2F0，則釋放小球時(shí)細(xì)線與豎直方向夾角θ不超過________．(3)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的有________．A．細(xì)線要選擇伸縮性小的B．小球盡量選擇密度大的C．不必測出小球的質(zhì)量D．可以直接用彈簧測力計(jì)代替力傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)3.[2022·湖南省五市十校聯(lián)考]某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示裝置來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．(1)質(zhì)量均為M的重物A、B用繞過光滑定滑輪的輕繩連接、重物A上裝有質(zhì)量不計(jì)的遮光片，豎直標(biāo)尺下端固定有光電門，固定重物A.先記下遮光片在標(biāo)尺上對準(zhǔn)的位置，再在重物A點(diǎn)下面懸掛一個(gè)質(zhì)量為m的鉤碼．由靜止釋放重物A，記錄遮光片通過光電門的遮光時(shí)間t，若遮光片的寬度為d，則遮光片擋光時(shí)重物A的速度為v＝________．(2)在重物A下面依次懸掛2個(gè)，3個(gè)，4個(gè)……n個(gè)質(zhì)量為m的鉤碼，每次重物A從同一位置靜止釋放，重復(fù)(1)實(shí)驗(yàn)n次，測得n個(gè)對應(yīng)的遮光片遮光時(shí)間t，以t2為縱軸，以eq\f(1,n)為橫軸，作出t2-eq\f(1,n)圖像，另外還需要測量的物理量是________(寫出物理量及符號(hào)).已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，如果作出的圖像與縱軸的截距等于________，圖像的斜率等于________，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證．專題37實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1．(1)mghBeq\f(m（hC－h(huán)A）2,8T2)(2)C(3)2g解析：(1)從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，重物的重力勢能減少量ΔEp＝mghB.B點(diǎn)的速度vB＝eq\f(hC－h(huán)A,2T)，則動(dòng)能的增加量為ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up11(2),\s\do4(B))＝eq\f(m（hC－h(huán)A）2,8T2).(2)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中若重物的速度采用選項(xiàng)A、B的方法計(jì)算得出，則會(huì)出現(xiàn)重力勢能的減少量小于等于動(dòng)能的增加量，A、B錯(cuò)誤；由于紙帶在下落過程中，重錘和空氣之間存在阻力，紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間存在摩擦力，所以減小的重力勢能會(huì)大于動(dòng)能的增加量，C正確；多次實(shí)驗(yàn)取平均值的方法可以減小偶然誤差，對系統(tǒng)誤差沒有效果，D錯(cuò)誤．(3)若機(jī)械能守恒，則有mgh＝eq\f(1,2)mv2，可得v2＝2gh，則此時(shí)v2-h圖像是過原點(diǎn)的一條直線，圖像的斜率為2g.2．(1)F0h＝eq\f(1,2)(F－F0)L(2)60°(3)ABC解析：(1)小球的重力mg＝F0，到最低點(diǎn)時(shí)，F(xiàn)－mg＝eq\f(mv2,L)，動(dòng)能Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)(F－F0)L，減小的重力勢能Ep＝mgh＝F0h，需驗(yàn)證的表達(dá)式為F0h＝eq\f(1,2)(F－F0)L.(2)小球的重力mg＝F0，在最低點(diǎn)F－mg＝meq\f(v2,L)，小球從靜止釋放運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的過程中，滿足機(jī)械能守恒的關(guān)系式mgL(1－cosθ)＝eq\f(1,2)mv2，解得F＝F0(3－2cosθ)，由F≤2F0可知θ≤60°.(3)為了減小細(xì)線對小球做功的影響，細(xì)線要選擇伸縮性小的，A正確；為減小空氣阻力的影響，小球盡量選擇密度大的，B正確；由實(shí)驗(yàn)原理可知，要驗(yàn)證F0h＝eq\f(1,2)(F－F0)L，不必測出小球的質(zhì)量，C正確；用彈簧測力計(jì)不能準(zhǔn)確讀出小球在最低點(diǎn)時(shí)的力的大小，即力的最大值，D錯(cuò)誤．3．(1)eq\f(d,t)(2)重物A釋放時(shí)遮光片離光電門的距離heq\f(d2,2gh)eq\f(Md2,mgh)解析：(1)由題意可得，遮光片遮光時(shí)重物的速度v＝eq\f(d,t)(2)根據(jù)機(jī)械能守恒，可得nmgh＝eq\f(1,2)(nm