（江蘇專用）2023版高考物理大一輪復(fù)習(xí)第五章機(jī)械能及其守恒定律第6講實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

PAGEPAGE1第6講實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1．用如圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．圖1通過(guò)電磁鐵控制的小鐵球從A點(diǎn)自由下落，下落過(guò)程中經(jīng)過(guò)光電門B時(shí)，毫秒計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)記錄下?lián)豕鈺r(shí)間t，測(cè)出AB之間的距離h.實(shí)驗(yàn)前應(yīng)調(diào)整光電門位置使小球下落過(guò)程中球心通過(guò)光電門中的激光束．(1)為了驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，還需要測(cè)量以下哪些物理量________．A．A點(diǎn)與地面間的距離HB．小鐵球的質(zhì)量mC．小鐵球從A到B的下落時(shí)間tABD．小鐵球的直徑d(2)小鐵球通過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度v＝________，假設(shè)下落過(guò)程中機(jī)械能守恒，那么eq\f(1,t2)與h的關(guān)系式為eq\f(1,t2)＝________.解析(1)要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，除知道小鐵球下落的高度外，還需要計(jì)算小鐵球通過(guò)光電門時(shí)的速度v，因此需要測(cè)量出小鐵球的直徑d.(2)小鐵球通過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度v＝eq\f(d,t).假設(shè)下落過(guò)程中機(jī)械能守恒，那么mgh＝eq\f(1,2)mv2，解得eq\f(1,t2)＝eq\f(2g,d2)h.答案(1)D(2)eq\f(d,t)eq\f(2g,d2)h2．某研究性學(xué)習(xí)小組利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2甲所示．在氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個(gè)光電傳感器A、B，滑塊P上固定一遮光條，假設(shè)光線被遮光條遮擋，光電傳感器會(huì)輸出高電壓，兩光電傳感器采集數(shù)據(jù)后與計(jì)算機(jī)相連．滑塊在細(xì)線的牽引下向左加速運(yùn)動(dòng)，遮光條經(jīng)過(guò)光電傳感器A、B時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)可以得到如圖乙所示的電壓U隨時(shí)間t變化的圖象．圖2(1)實(shí)驗(yàn)前，接通氣源，將滑塊(不掛鉤碼)置于氣墊導(dǎo)軌上，輕推滑塊，當(dāng)圖乙中的Δt1________Δt2(選填“>〞“＝〞或“<〞)時(shí)，說(shuō)明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平．(2)用螺旋測(cè)微器測(cè)遮光條寬度d，測(cè)量結(jié)果如圖丙所示，那么d＝________mm.(3)滑塊P用細(xì)線跨過(guò)氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與質(zhì)量為m的鉤碼Q相連，將滑塊P由圖甲所示位置釋放，通過(guò)計(jì)算機(jī)得到的圖象如圖乙所示，假設(shè)Δt1、Δt2和d，要驗(yàn)證滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒，還應(yīng)測(cè)出________和________(寫出物理量的名稱及符號(hào))．(4)假設(shè)上述物理量間滿足關(guān)系式__________________，那么說(shuō)明在上述過(guò)程中，滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒．答案(1)＝(2)8.474(在8.473～8.475之間均算對(duì))(3)滑塊質(zhì)量M兩光電門間距離L(4)mgL＝eq\f(1,2)(M＋m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))2－eq\f(1,2)(M＋m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))23．在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)中．(1)需要測(cè)量物體由靜止開(kāi)始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h.某小組的同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，共設(shè)計(jì)了以下四種測(cè)量方案，其中正確的選項(xiàng)是________．A．用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，并測(cè)出下落時(shí)間t，通過(guò)v＝gt計(jì)算出瞬時(shí)速度vB．用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，并通過(guò)v＝eq\r(2gh)計(jì)算出瞬時(shí)速度vC．根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于這點(diǎn)前、后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測(cè)算出瞬時(shí)速度v，并通過(guò)h＝eq\f(v2,2g)計(jì)算出高度hD．用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于這點(diǎn)前、后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測(cè)算出瞬時(shí)速度v(2)當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，使用交流電的頻率為f.在打出的紙帶上選取連續(xù)打出的五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，如圖3所示．測(cè)出A點(diǎn)距離起始點(diǎn)O的距離為s0，A、C兩點(diǎn)間的距離為s1，C、E兩點(diǎn)間的距離為s2，根據(jù)前述條件，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)滿足關(guān)系式________________________，即驗(yàn)證了物體下落過(guò)程中機(jī)械能是守恒的．而在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，往往會(huì)出現(xiàn)物體的動(dòng)能增加量略小于重力勢(shì)能的減少量，出現(xiàn)這樣結(jié)果的主要原因是__________________________．圖3解析(1)該實(shí)驗(yàn)中需要驗(yàn)證的是mgh＝eq\f(1,2)mv2，化簡(jiǎn)可得gh＝eq\f(1,2)v2，因此只需要了解h和各點(diǎn)的瞬時(shí)速度，h用刻度尺直接測(cè)量即可，而v需根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律求解．那么此題的正確選項(xiàng)為D.(2)由運(yùn)動(dòng)學(xué)的規(guī)律可知vC＝eq\o(v,\s\up6(－))AE＝eq\f(sAE,tAE)＝eq\f(s1＋s2,\f(4,f))＝eq\f(s1＋s2f,4)，測(cè)量可得sOC＝s0＋s1，代入gh＝eq\f(1,2)v2，整理可得32g(s0＋s1)＝f2(s1＋s2)2；由于紙帶在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中要受到來(lái)自打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力，而阻力對(duì)紙帶做負(fù)功，因此物體的動(dòng)能增加量略小于重力勢(shì)能的減少量．答案(1)D(2)32g(s0＋s1)＝f2(s1＋s2)2打點(diǎn)計(jì)時(shí)器有阻力作用，阻力對(duì)紙帶做負(fù)功4．某同學(xué)利用如圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．該同學(xué)經(jīng)正確操作得到打點(diǎn)紙帶，在紙帶后段每?jī)蓚€(gè)計(jì)時(shí)間隔取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，依次為1、2、3、4、5、6、7，測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)到第一個(gè)點(diǎn)的距離h，并正確求出打相應(yīng)點(diǎn)時(shí)的速度v.各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)見(jiàn)下表：圖4計(jì)數(shù)點(diǎn)1234567h/m0.1240.1940.2790.3800.4970.6300.777v/(m·s－1)1.942.332.733.133.50v2/(m2·s－2)3.765.437.459.8012.3請(qǐng)?jiān)趫D5坐標(biāo)中，描點(diǎn)作出v2h圖線；由圖線可知，重錘下落的加速度g′＝________m/s2(保存三位有效數(shù)字)；假設(shè)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80m/s2，根據(jù)作出的圖線，能粗略驗(yàn)證自由下落的重錘機(jī)械能守恒的依據(jù)是____________________________________________．圖5解析假設(shè)機(jī)械能守恒，那