2023-2024學年高一物理人教版2019試題8.5實驗驗證機械能守恒定律（沖A提升練）-1

8.5實驗：驗證機械能守恒定律（沖A提升練）（解析版）一、實驗題（本大題共5小題）1.某實驗小組“用落體法驗證機械能守恒定律”，實驗裝置如圖甲所示。實驗中測出重物自由下落的高度h及對應的瞬時速度v，計算出重物減少的重力勢能mgh和增加的動能12mv2，然后進行比較，如果兩者相等或近似相等，即可驗證重物自由下落過程中機械能守恒.

(1)關(guān)于上述實驗，下列說法中正確的是________．

A.重物最好選擇密度較小的木塊

B.重物的質(zhì)量可以不測量

C.實驗中應先接通電源，后釋放紙帶

D.可以利用公式v=2gh來求解瞬時速度

(2)如圖乙是該實驗小組得到的一條點跡清晰的紙帶，紙帶上的O點是起始點，選取紙帶上連續(xù)的點A、B、C、D、E、F作為計數(shù)點，并測出各計數(shù)點到O點的距離依次為27.94?cm、32.78?cm、38.02?cm、43.65?cm、49.66?cm、56.07?cm.已知打點計時器所用的電源是50?Hz的交流電，重物的質(zhì)量為0.5?kg，則從計時器打下點O到打下點D的過程中，重物減小的重力勢能ΔEp=________?J；重物增加的動能ΔEk=________?J，兩者不完全相等的原因可能是________________.(重力加速度g取9.8?m/s2，計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

(3)實驗小組的同學又正確計算出圖乙中打下計數(shù)點A、B、C、D、E、F各點的瞬時速度v，以各計數(shù)點到A點的距離h'為橫軸，v2【答案】(1)BC；(2)2.14；2.12；重物下落過程中受到阻力作用；

(3)圖象的斜率等于19.52m/s2，約為重力加速度g【解析】(1)本實驗需要驗證的方程是：mgh=12mv2，可知不需要測量重物的質(zhì)量m，為保證重物做自由落體運動，必須保證計時器的兩限位孔在同一豎直線上且重物的質(zhì)量要大體積要小，這樣才能保證物體做自由落體運動．操作時，先接通電源，載釋放紙帶，在釋放紙帶前，重物應靠近打點計時器。要清楚紙帶的處理方法，即速度的計算方法(用平均速度計算)。

(2)紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度，從而求出動能．根據(jù)功能關(guān)系得重力勢能減小量等于重力做功的數(shù)值；

(3)實驗原理是實驗的核心，明確實驗原理是解決有關(guān)實驗問題的關(guān)鍵，根據(jù)實驗原理來選擇器材，安排操作步驟和處理數(shù)據(jù)等等；解決本題的關(guān)鍵知道實驗的原理，通過原理確定所需測量的物理量，以及知道實驗中的注意事項，在平時的學習中，需加以總結(jié)，要熟記求紙帶上某點瞬時速度的求法。【解答】(1)A.重物最好選擇密度較大的鐵塊，受到的阻力較小，故A錯誤；

B.本題是以自由落體運動為例來驗證機械能守恒定律，需要驗證的方程是：mgh=12mv2，因為我們是比較mgh、12mv2的大小關(guān)系，故m可約去比較，不需要用天平測量重物的質(zhì)量，故B正確；

C.實驗中應先接通電源，后釋放紙帶，故C正確；

D.不能利用公式v=2gh來求解瞬時速度，否則變成了利用機械能守恒定律去驗證機械能守恒，失去了驗證的意義，故D錯誤。

故選BC。

(3)根據(jù)表達式mgh'=12mv2-12mvA22.某同學用圖示裝置做“驗證機械能守恒定律”的實驗．(1)下列選項中，是實驗所需的物理量且需通過計算得到的是________．A.重錘下落的加速度

B.重錘下落的高度C.重錘底部距水平地面的高度

D.重錘下落的瞬時速度(2)已知打點計時器所用電源的頻率為50?Hz，當?shù)氐闹亓铀俣萭=9.80?m/s2，紙帶上O點是打點計時器打下的第一個點，A、B、C、D是連續(xù)打出的四個點(O和A之間還有一些點)，它們到O點的距離分別為62.99?cm、70.18?cm、77.76?cm、85.78?cm.根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知，打點計時器打下計數(shù)點C時物體的速度為vC，則12vC2=________m2/s2；重錘由(3)若實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)重力勢能的減少量總小于動能的增加量，造成這種現(xiàn)象的可能原因是________．A.選用的重錘密度過大

B.交流電源的頻率小于50?HzC.交流電源的電壓偏高

D.空氣對重錘的阻力和打點計時器對紙帶的阻力【答案】(1)D；(2)7.61；7.62；(3)B。

【解析】本題考查了驗證機械能守恒定律實驗，解決本題的關(guān)鍵掌握驗證機械能守恒定律的實驗原理，掌握紙帶的處理方法，會通過紙帶求解瞬時速度和重力勢能，注意單位的換算與有效數(shù)字的保留。

(1)根據(jù)實驗原理，結(jié)合實驗所需的物理量且需通過計算得到，從而判定解答；

(2)要測量重物下落的高度，要計算與下落高度相對應的重錘的瞬時速度。根據(jù)下降的高度求出重力勢能的減小量；根據(jù)某段時間內(nèi)平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出B點的瞬時速度，從而求出動能的變化量；

(3)關(guān)鍵是明確，在操作無誤的情況下，應有mgh>12mv2，所以如果出現(xiàn)重錘動能的增加量略大于重錘勢能的減小量，根據(jù)v=x1+x22T=x1+x22f，可知，若實際交流電源的頻率小于50Hz時，將f=50Hz代入求出的速度就大于實際的速度，從而得出12mv2>mgh的結(jié)論。

【解答】(1)根據(jù)減少的重力勢能等于增加的動能，即為：mgh=12mv2，解得：gh=v22，可見h可以通過刻度尺測量，重錘下落到某位置的瞬時速度需要通過計算得到，故D正確，ABC錯誤；

(2)依據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間內(nèi)中時刻的瞬時速度，

則有，C點的瞬時速度為：vC=x3.某同學利用水平放置的氣墊導軌和光電門“驗證機械能守恒定律”，裝置如圖所示。已知滑塊的質(zhì)量為M，鉤碼的質(zhì)量為m，重力加速度大小為g.測得遮光條的寬度為d，光電門A、B之間的距離為l，滑塊通過光電門A、B的時間分別為t1、t2(1)滑塊通過光電門A時的速度大小vA=(2)要驗證滑塊與鉤碼組成的系統(tǒng)機械能守恒，需要驗證的表達式為__________(用題干中的物理量表示)。(3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)鉤碼重力勢能的減少量大于系統(tǒng)動能的增加量，請寫出一條可能的原因__________?！敬鸢浮?1)dt1；(2)mgl=d2(M+m)2(1t22-1t12)；(3)實驗過程中存在阻力，導致動能減少。

【解析】本題主要考查“驗證機械能守恒定律”的實驗，明確實驗原理是解決問題的關(guān)鍵。

(1)根據(jù)一段極短時間內(nèi)的平均速度近似表示瞬時速度可求得滑塊通過光電門A時的速度大??；

(2)鉤碼減小的重力勢能與系統(tǒng)增加的動能在誤差范圍內(nèi)相等，即可驗證系統(tǒng)機械能守恒；

(3)根據(jù)實驗誤差來源分析即可正確求解。

【解答】

(1)根據(jù)一段極短時間內(nèi)的平均速度近似表示瞬時速度可得，滑塊通過光電門A時的速度大小vA=dt4.某探究小組想利用驗證機械能守恒定律的裝置測量當?shù)氐闹亓铀俣?，如圖甲所示．框架上裝有可上下移動位置的光電門1和固定不動的光電門2；框架豎直部分緊貼一刻度尺，零刻度線在上端，可以測量出兩個光電門到零刻度線的距離x1和x2；框架水平部分用電磁鐵吸住一個質(zhì)量為m的小鐵塊，小鐵塊的重心所在高度恰好與刻度尺零刻度線對齊．切斷電磁鐵線圈中的電流時，小鐵塊由靜止釋放，當小鐵塊先后經(jīng)過兩個光電門時，與光電門連接的傳感器即可測算出其速度大小υ1和υ2.小組成員多次改變光電門1的位置，得到多組x1和υ1⑴當?shù)氐闹亓铀俣葹開_______(用k表示)．⑵若選擇光電門2所在高度為零勢能面，則小鐵塊經(jīng)過光電門1時的機械能表達式為______________(用題中物理量的字母表示)．⑶關(guān)于光電門1的位置，下面哪個做法可以減小重力加速度的測量誤差(

)A.盡量靠近刻度尺零刻度線B.盡量靠近光電門2C.既不能太靠近刻度尺零刻度線，也不能太靠近光電門2【答案】(1)k2；(2)1【解析】解：(1)以0刻度線為零勢能面，小鐵塊從光電門1運動到光電門2的過程中機械能守恒，根據(jù)機械能守恒定律得：12mv12-mgx1=12mv22-mgx2

整理得：v22-v12=2g(x2-x1)

所以圖象的斜率k=2g，

解得：g=k2；

(2)小鐵塊經(jīng)過光電門1時的機械能等于小鐵塊經(jīng)過光電門1時的動能加上勢能，則有：

E1=12mv12+mg(x2-x15.小明利用圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，所用器材包括：安裝phyphox?APP的智能、鐵球、刻度尺、鋼尺等．(1)下列實驗操作步驟，正確順序是______．①將質(zhì)量為m的鐵球放在鋼尺末端②迅速敲擊鋼尺側(cè)面，鐵球自由下落③傳感器記錄下聲音振幅隨時間變化曲線④將鋼尺伸出水平桌面少許，用刻度尺測出鋼尺上表面與地板間的高度差h⑤將位于桌面上方，運行中的聲音“振幅”(聲音傳感器)項目(2)聲音振幅隨時間變化曲線如圖乙所示，第一、第二個尖峰的橫坐標分別對應鐵球開始下落和落地時刻，對應的時間間隔t=______s．(3)若鐵球下落過程中機械能守恒，則應滿足等式：mgh=______(用m、h、t表示)．(4)若敲擊鋼尺側(cè)面時鐵球獲得一個較小的水平速度，對實驗測量結(jié)果______(選填“有”或“沒有”)影響．(5)小華認為應將放在鋼尺與地板間的中點附近測量時間．你認為哪位同學的時間測量結(jié)果更準確，請簡要說明理由．【答案】

(1)?④?①?⑤?②?③；(2)?0.40；(3)12m(2ht)【解析】

(1)由實驗原理確定實驗步驟；

(2)由圖像判斷得解；

(3)解得鐵球落地瞬間的速度，再由機械能守恒定律得解；

(4)由機械能守恒的條件判斷得解；

(5)由聲音傳播的速度與時間對實驗的影響判斷得解。

本題主要考查驗證機械能守恒定律的實驗，熟悉實驗原理是解題的關(guān)鍵，難度一般。

【解答】

(1)由該實驗的原理及實驗步驟可知，應先將鋼尺伸出水平桌面少許，用刻度尺測出鋼尺上表面與地板間的高度差h；再將質(zhì)量