（江蘇專版）2023版高考物理一輪復(fù)習(xí)第五章機械能微專題45實驗：驗證機械能守恒定律備考精煉

PAGEPAGE145實驗：驗證機械能守恒定律[方法點撥]要明確“誰〞在“哪個過程〞中機械能守恒，列出守恒方程，明確要測量的物理量．1．(2022·泰州中學(xué)模擬)如圖1甲所示，一位同學(xué)利用光電計時器等器材做“驗證機械能守恒定律〞的實驗，有一直徑為d、質(zhì)量為m的金屬小球從A處由靜止釋放，下落過程中能通過A處正下方、固定于B處的光電門，測得A、B間的距離為H(H?d)，光電計時器記錄下小球通過光電門的時間為t，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間.那么：圖1(1)如圖乙所示，用20分度的游標(biāo)卡尺測得小球的直徑d＝________cm.(2)屢次改變高度H，重復(fù)上述實驗，作出eq\f(1,t2)隨H的變化圖象如圖丙所示，當(dāng)圖中量t0、H0和重力加速度g及小球的直徑d滿足以下表達式：________________(用t0、H0、g、d表示，四個量均取國際單位)時，可判斷小球下落過程中機械能守恒．(3)實驗中發(fā)現(xiàn)動能增加量ΔEk總是稍小于重力勢能減少量ΔEp，增加下落高度后，那么ΔEp－ΔEk將________(選填“增加〞“減小〞或“不變〞)．2．用如圖2甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．實驗時接通電源，質(zhì)量為m2的重物從高處由靜止釋放，質(zhì)量為m1的重物拖著紙帶打出一系列的點，圖乙是實驗中打出的一條紙帶，A是打下的第1個點，計數(shù)點E、F、G到A點距離分別為d1、d2、d3，每相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為T，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間.(以下所求物理量均用符號表示)圖2(1)在打點A～F的過程中，系統(tǒng)動能的增加量ΔEk＝________________________________，系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp＝________________________，比擬ΔEk、ΔEp大小即可驗證機械能守恒定律．(2)某同學(xué)根據(jù)紙帶算出各計數(shù)點速度，并作出eq\f(v2,2)－d圖象，如圖丙所示，假設(shè)圖線的斜率k＝__________________，即可驗證機械能守恒定律．3．(2022·東臺市5月模擬)某小組同學(xué)用簡易裝置驗證機械能守恒定律，他們找來一塊平整且比擬光滑的木板，從實驗室借來打點計時器、刻度尺、小車和紙帶．他們把木板搭在臺階上．如圖3甲安裝好實驗器材，得到如圖乙所示的一條紙帶．(1)在驗證機械能是否守恒時，還需要測量臺階的高度h和臺階與地面間木板的長度L，紙帶上相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔為T，紙帶上所標(biāo)數(shù)據(jù)為量，可知該組同學(xué)需要驗證的機械能守恒的表達式為_____________________________________________(用題中所給物理量的字母表示)．圖3(2)在該實驗中以下說法正確的選項是________．A．該實驗中先接通電源，后釋放小車B．由于摩擦力對實驗結(jié)果有影響，所以把木板搭在臺階上是為了平衡摩擦力C．由于阻力的存在，該實驗中小車增加的動能一定小于小車減少的重力勢能D．在該實驗中還需要用天平測量小車的質(zhì)量4．某同學(xué)利用如圖4甲所示裝置來驗證機械能守恒定律，器材為：鐵架臺，約50cm的不可伸長的細線，帶孔的小鐵球，光電門和計時器(可以記錄擋光的時間)，量角器，刻度尺，游標(biāo)卡尺．實驗前先查閱資料得到當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，再將細線穿過小鐵球，懸掛在鐵架臺的橫桿上，在小球軌跡的最低點安裝好光電門，依次測量擺線的長度l，擺球的直徑d，測量擺角θ，從靜止開始釋放小球，擺球通過光電門時記錄時間t.圖4(1)用50分度游標(biāo)卡尺測量小球直徑，刻度線如圖乙(中間假設(shè)干刻度線未畫出)，那么d＝________cm.(2)假設(shè)__________________________________________等式在誤差范圍內(nèi)成立，那么驗證了機械能守恒．(用題中物理量符號表示)(3)除空氣阻力以及量角器、刻度尺、游標(biāo)卡尺測量產(chǎn)生的誤差，再寫出一個主要的誤差來源：________________________________________________________________________________________________________________________________________________.5．為了驗證機械能守恒定律，某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)利用透明直尺和光電計時器設(shè)計了一套實驗裝置，如圖5所示．當(dāng)有不透光物體從光電門間通過時，光電計時器就可以顯示物體的擋光時間，所用的光電門傳感器可測的最短時間為0.01ms.將具有很好擋光效果的寬度為d＝3.8×10－3m的黑色磁帶水平貼在透明直尺上．實驗時，將直尺從一定高度由靜止釋放，并使其豎直通過光電門．某同學(xué)測得各段黑色磁帶通過光電門的時間Δti與圖中所示的高度差Δhi，并將局部數(shù)據(jù)進行了處理，結(jié)果如下表所示(表格中M為直尺質(zhì)量，g取9.8m/s2圖5Δti(10－3s)vi＝eq\f(d,Δti)(m·s－1)ΔEki＝eq\f(1,2)Mvi2－eq\f(1,2)Mv12Δhi(m)MgΔhi11.213.1321.153.310.580.060.5831.003.782.240.232.2540.954.003.100.323.1450.904.224.010.41(1)從表格中數(shù)據(jù)可知，直尺上磁帶通過光電門的瞬時速度是利用vi＝eq\f(d,Δti)求出的，請你簡要分析該同學(xué)這樣做的理由是________________________________________________．(2)請將表格中的數(shù)據(jù)填寫完整：_______________________________________________.(3)通過實驗得出的結(jié)論是________________________________________________________________________.(4)根據(jù)該實驗，請你判斷以下ΔEk—Δh圖象中正確的選項是()

答案精析1．(1)0.715(2)2gH0t02＝d2(3)增加解析(1)由圖可知，主尺刻度為7mm；游標(biāo)對齊的刻度為3；故讀數(shù)為：7mm＋3×0.05mm＝7.15mm＝0.715cm.(2)假設(shè)減小的重力勢能等于增加的動能時，可以認(rèn)為機械能守恒；那么有：mgH＝eq\f(1,2)mv2，即：2gH0＝(eq\f(d,t0))2，解得：2gH0t02＝d2.(3)由于該過程中有阻力做功，而高度越高，阻力做功越多，故增加下落高度后，ΔEp－ΔEk將增加．2．(1)eq\f(m1＋m2d3－d12,8T2)(m2－m1)gd2(2)eq\f(m2－m1,m1＋m2)g解析(1)打F點時的速度vF＝eq\f(d3－d1,2T)，因為打A點時的速度為零，所以系統(tǒng)動能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)(m1＋m2)vF2＝eq\f(m1＋m2d3－d12,8T2)；系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp＝(m2－m1)gd2.(2)根據(jù)系統(tǒng)機械能守恒可得(m2－m1)gd＝eq\f(1,2)(m1＋m2)v2，即在eq\f(v2,2)－d圖象中圖線的斜率k＝eq\f(m2－m1,m1＋m2)g.3．(1)eq\f(ghd2＋d3,L)＝eq\f(d3＋d42,8T2)－eq\f(d1＋d22,8T2)(2)AC解析(1)要驗證小車下滑過程中機械能守恒，那么需要確定小車減少的重力勢能與增加的動能是否近似相等．從打點計時器打下M點到打下N點過程中，小車重力勢能減少量為ΔEp＝Mg(d2＋d3)·eq\f(h,L)，打點計時器打下M點時，小車的速度vM＝eq\f(d1＋d2,2T)，打點計時器打下N點時，小車的速度vN＝eq\f(d3＋d4,2T)，因此小車增加的動能為ΔEk＝eq\f(1,2)M(vN2－vM2)，由機械能守恒定律有：ΔEp＝ΔEk，整理可得：eq\f(ghd2＋d3,L)＝eq\f(d3＋d42,8T2)－eq\f(d1＋d22,8T2).(2)使用打點計時器時需要先接通電源，后釋放小車，A項正確；此實驗不需要平衡摩擦力，B項錯誤；整個過程中只有重力和阻力做功，合外力做的功使小車動能增加，由于阻力的存在，小車增加的動能一定小于減少的重力勢能，C項正確；由(1)所得表達式可知，此實驗不需要測量小車質(zhì)量，D項錯．4．(1)2.058(2)g(l＋eq\f(d,2))(1－cosθ)＝eq\f(d2,2t2)(3)光電門中心未完全與小球球心對齊(或細線在擺動過程中長度發(fā)生變化)解析(1)根據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)那么知，游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為20mm，而游標(biāo)尺讀數(shù)為29×0.02mm，故游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為(20＋29×0.02)mm＝2.058cm.(2)假設(shè)機械能守恒，小球應(yīng)滿足mg(l＋eq\f(d,2))(1－cos