高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題六 機(jī)械能及其守恒 考點(diǎn)6 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律精練（含解析）試題

考點(diǎn)6實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1.[2020陜西百校第一次模擬,6分]某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)生電源,可提供輸出電壓為6V的交流電和直流電兩種,交流電的頻率為50Hz,重錘從高處由靜止開始下落,在重錘拖著的紙帶上打出一系列的點(diǎn),對(duì)紙帶上的點(diǎn)測(cè)量并分析,即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(1)他進(jìn)行了下面幾個(gè)操作步驟:A.按照?qǐng)D示的裝置安裝器件;B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“交流輸出”上;C.用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量;D.先釋放紙帶,后接通電源,打出一條紙帶;E.測(cè)量紙帶上某些點(diǎn)間的距離;F.根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能.其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是,沒有必要進(jìn)行的步驟是.(填選項(xiàng)字母)

圖甲(2)該同學(xué)進(jìn)行正確操作后挑選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測(cè)量與分析,如圖乙所示.其中O點(diǎn)為起始點(diǎn),A、B、C、D、E、F為六個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn).根據(jù)紙帶上的測(cè)量數(shù)據(jù)分析可知,打B點(diǎn)時(shí)重錘的速度為m/s,重錘的加速度為m/s2.(保留3位有效數(shù)字)

圖丙(3)該同學(xué)通過計(jì)算數(shù)據(jù)及查閱資料發(fā)現(xiàn),重錘的加速度與當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣认嗖钶^大,為此他對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn),用如圖丙所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.通過電磁鐵控制的小鐵球從A點(diǎn)自由下落,下落過程中經(jīng)過光電門B時(shí),通過與之相連的毫秒計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)記錄擋光時(shí)間t,用毫米刻度尺測(cè)出A、B之間的距離h,用游標(biāo)卡尺測(cè)得小鐵球的直徑d,重力加速度為g.實(shí)驗(yàn)前應(yīng)調(diào)整光電門位置使小鐵球下落過程中球心通過光電門中的激光束.則小鐵球通過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度v=.如果d、t、h、g滿足關(guān)系式,該實(shí)驗(yàn)就可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.

2.[2020吉林長春高三質(zhì)量檢測(cè),5分]如圖所示為某同學(xué)設(shè)計(jì)的驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置.不可伸長的輕繩上端系于O點(diǎn),下端連接小球A,B為光電門,量角器C的中心在O點(diǎn),小球A可繞O點(diǎn)在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng).(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是.

A.實(shí)驗(yàn)中,應(yīng)選質(zhì)量大、體積小的小球B.實(shí)驗(yàn)中,小球是否由靜止釋放,不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果C.實(shí)驗(yàn)中,只要細(xì)繩是繃緊的,小球無論從何位置靜止釋放,均可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律D.實(shí)驗(yàn)中,輕繩偏離豎直方向擺角θ越大(θ<90°),速度測(cè)量誤差越小(2)若已知小球的質(zhì)量為m,輕繩的長度為l,小球的直徑為d(小球的直徑遠(yuǎn)小于繩長),輕繩偏離豎直方向的擺角為θ,光電門記錄小球通過的時(shí)間為t,試用上述物理量寫出驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式:.

3.[2019浙江十校適應(yīng)性考試,5分]“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)采用重物自由下落的方法.(本實(shí)驗(yàn)中取g=9.8m/s2)(1)通過驗(yàn)證12mv2=mgh來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí),對(duì)紙帶上起點(diǎn)的要求是(2)若實(shí)驗(yàn)中所用重物質(zhì)量m=1.0kg,打點(diǎn)紙帶如圖1所示,所用電源頻率為50Hz,圖中hA=27.94cm,hB=32.79cm,hC=38.02cm.記錄B點(diǎn)時(shí),重物動(dòng)能EkB=.從O點(diǎn)開始下落至B點(diǎn),重物的重力勢(shì)能減少量是,因此可得出的結(jié)論是.(計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)

圖1(3)根據(jù)紙帶算出相關(guān)各點(diǎn)的速度v,量出下落距離h,則以v22為縱軸,h為橫軸,畫出的圖象應(yīng)是圖2中的4.[開放題,6分]如圖所示,兩個(gè)質(zhì)量分別為m1和m2的小物塊A和B,分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端,已知m1>m2,現(xiàn)要利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.(1)若選物塊A從靜止開始下落的過程進(jìn)行測(cè)量,則需要測(cè)量的物理量有.

A.物塊的質(zhì)量m1、m2B.物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時(shí)間C.物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時(shí)間D.繩子的長度(2)為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度,某小組同學(xué)對(duì)此實(shí)驗(yàn)提出以下建議:A.繩的質(zhì)量要輕B.在“輕質(zhì)繩”的前提下,繩子越長越好C.盡量保證物塊只沿豎直方向運(yùn)動(dòng),不要搖晃D.兩個(gè)物塊的質(zhì)量之差要盡可能大以上建議中確實(shí)對(duì)提高準(zhǔn)確程度有作用的是.

(3)在處理數(shù)據(jù)的過程中,A、B物塊的勢(shì)能減小量總是大于A、B物塊的動(dòng)能增加量,導(dǎo)致這一結(jié)果的原因除有空氣阻力和摩擦阻力外,還有可能的原因是.

(4)寫出一條上面沒有提到的對(duì)提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確程度有益的建議:.

考點(diǎn)6實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1.(1)D(1分)C(1分)(2)1.84(1分)9.31(1分)(3)dt(1分)d2解析:(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源,后釋放紙帶,打出一條紙帶,D操作不當(dāng);在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí),質(zhì)量m可約去,不需要用天平測(cè)重錘的質(zhì)量,C操作沒有必要.(2)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中,中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于該過程中的平均速度,由此可以求出B點(diǎn)的速度大小為vB=xACtAC=21.68-14.312×0.02×10-2m/s=1.(3)光電門測(cè)速度的原理是用短時(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度,因此有v=dt.若滿足12v2=gh,即d2【實(shí)驗(yàn)攻略】解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握實(shí)驗(yàn)原理,了解實(shí)驗(yàn)儀器、操作步驟以及注意事項(xiàng),只有這樣才能明確每步操作的具體含義.根據(jù)重力做功和重力勢(shì)能的關(guān)系可以求出重力勢(shì)能的減少量;勻變速直線運(yùn)動(dòng)中,中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于該過程中的平均速度,由此求出B點(diǎn)的速度,進(jìn)一步可以求出重錘動(dòng)能的增加量.改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)利用小鋼球經(jīng)過光電門的平均速度來代替瞬時(shí)速度,若mgh=12mv2成立,即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,由此可以求出該實(shí)驗(yàn)中需要驗(yàn)證的關(guān)系式2.(1)AD(2分)(2)mgl(1-cosθ)=12m(dt)2[gl(1-cosθ)=12(d解析:(1)在實(shí)驗(yàn)中,為減小空氣阻力的影響,應(yīng)該選擇質(zhì)量大、體積小的小球,選項(xiàng)A正確;實(shí)驗(yàn)中,若小球不是由靜止釋放,即小球初速度不為零,不能得出小球動(dòng)能的變化量,不能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)中,輕繩偏離豎直方向的擺角θ越大,小球經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)的速度就越大,速度測(cè)量誤差就越小,但θ不能大于90°,選項(xiàng)D正確,C錯(cuò)誤.(2)由題意知,小球通過光電門時(shí)的速度v=dt.小球由靜止向下擺動(dòng),重力勢(shì)能的減少量ΔEp=mgl(1-cosθ),動(dòng)能的增加量ΔEk=12mv2,若ΔEp=ΔEk,則可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.可得驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式為mgl(1-cosθ)=12m(d3.(1)初速度等于零(第一、二兩點(diǎn)間距約為2mm)(1分)(2)3.18J(1分)3.21J(1分)在誤差允許的范圍內(nèi)重物機(jī)械能守恒(1分)(3)C(1分)解析:(1)通過驗(yàn)證12mv2=mgh來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí),對(duì)紙帶上起點(diǎn)的要求是初速度等于零(或第一、二兩點(diǎn)間距約為2mm)(2)根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體在一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度,可得打B點(diǎn)時(shí)重物的速度vB=?C-?A2T=38.02-27.942×0.02×10-2m/s=2.52m/s,重物動(dòng)能Ek=12mvB2=12×1×2.522J=3.18J.從O點(diǎn)下落至B點(diǎn),重物重力勢(shì)能減少量是ΔEp=mghB=1×(3)12mv2=mgh可化簡(jiǎn)為12v2=gh4.(1)AB(或AC)(2分)(2)AC(2分)(3)沒有考慮滑輪動(dòng)能的增加(1分)(4)對(duì)同一距離進(jìn)行多次測(cè)量取平均值(選取受力后相對(duì)伸長盡量小的繩也可)(1分)解析:(1)通過連接在一起的A、B兩物塊驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,即驗(yàn)證系統(tǒng)的勢(shì)能變化大小與動(dòng)能變化大小是否相等,A、B連接在一起,A下降的距離一定等于B上升的距離;A、B的速度大小總是相等的,故不需要測(cè)量繩子的長度;對(duì)A、B兩物塊,分別由牛頓第二定律得加速度a=(m1-m2)gm1+m2,又v=at,所以驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式為(m1-m2)gs=12(m1+m2)v2,即2(m1+m2)s=(2)如果繩子較重,系統(tǒng)的重力勢(shì)能就會(huì)有一部分轉(zhuǎn)化為繩子的動(dòng)能,造成實(shí)驗(yàn)誤差;繩子不宜太長,越長,形變對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響越大;物塊末速度v是根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)求出的,故要保