高考物理總復(fù)習(xí) 課時(shí)作業(yè)二十三 實(shí)驗(yàn)五 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律-人教版高三物理試題

課時(shí)作業(yè)二十三實(shí)驗(yàn)五：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(限時(shí)：45分鐘)(班級(jí)________姓名________)1．在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)重物減少的重力勢(shì)能總是略大于重物增加的動(dòng)能，造成這種現(xiàn)象的原因是()A．選用的重物質(zhì)量過(guò)大B．選用的重物質(zhì)量過(guò)小C．空氣對(duì)重物的阻力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的阻力D．實(shí)驗(yàn)時(shí)操作不規(guī)范，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)確2．為驗(yàn)證在自由落體過(guò)程中物體的機(jī)械能是守恒的，某同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，圖中A、B兩點(diǎn)分別固定了兩個(gè)速度傳感器，速度傳感器可以測(cè)出運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)速度．在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得一物體自由下落經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)的速度是v1，經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速度是v2，為了證明物體經(jīng)過(guò)A、B兩點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能相等，這位同學(xué)又設(shè)計(jì)了以下幾個(gè)步驟，你認(rèn)為其中不必要或者錯(cuò)誤的是()第2題圖A．用天平測(cè)出物體的質(zhì)量B．測(cè)出A、B兩點(diǎn)間的豎直距離C．利用eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)算出物體從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過(guò)程中動(dòng)能的變化量D．驗(yàn)證veq\o\al(2,2)-veq\o\al(2,1)與2gh是否相等3．與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一樣，光電計(jì)時(shí)器也是一種研究物體運(yùn)動(dòng)情況的常用計(jì)時(shí)儀器，其結(jié)構(gòu)如圖甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當(dāng)有物體從a、b間通過(guò)時(shí)，光電計(jì)時(shí)器就可以顯示物體的擋光時(shí)間．現(xiàn)利用圖所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．圖乙中AB是固定的光滑斜面，斜面的傾角為30°，1和2是固定在斜面上適當(dāng)位置的兩個(gè)光電門，與它們連接的光電計(jì)時(shí)器都沒(méi)有畫(huà)出．讓滑塊從斜面的頂端滑下，光電門1、2各自連接的光電計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為5.00×10－2s、2.00×10－2s.已知滑塊質(zhì)量為2.00kg，滑塊沿斜面方向的寬度為5.00cm，光電門1和2之間的距離為0.540m，g＝9.80甲乙第3題圖(1)滑塊通過(guò)光電門1時(shí)的速度v1＝______m/s，通過(guò)光電門2時(shí)的速度v2＝______m/s；(2)滑塊通過(guò)光電門1、2之間的動(dòng)能增加量為_(kāi)_____J，重力勢(shì)能的減少量為_(kāi)_____J.4．某次“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，用6V、50Hz的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條無(wú)漏點(diǎn)的紙帶，如圖所示，O點(diǎn)為重錘下落的起點(diǎn)，選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)為A、B、C、D，各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的長(zhǎng)度已在圖上標(biāo)出，單位為毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重錘質(zhì)量為1(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，重錘下落的速度vB＝____m/s，重錘的動(dòng)能EkB＝______J.第4題圖(2)從開(kāi)始下落算起，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)，重錘的重力勢(shì)能減小量為_(kāi)_____J.(3)根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘從靜止開(kāi)始到打出B點(diǎn)的過(guò)程中，得到的結(jié)論是____________________________________________．5．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，可以提供輸出電壓為6V的交流電和直流電，交流電的頻率為50Hz.重錘從高處由靜止開(kāi)始下落，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．甲乙(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“直流輸出”上C．用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量D．先接通電源，后釋放紙帶，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(guò)程中減少的重力勢(shì)能是否等于其增加的動(dòng)能其中沒(méi)有必要進(jìn)行的步驟是______，操作不當(dāng)?shù)牟襟E是______．(填選項(xiàng)字母)(2)這位同學(xué)進(jìn)行正確測(cè)量后挑選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測(cè)量分析，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)數(shù)點(diǎn)．根據(jù)紙帶上的測(cè)量數(shù)據(jù)，可得出打B點(diǎn)時(shí)重錘的速度為_(kāi)_____m/s.(保留3位有效數(shù)字)(3)他根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)算出各點(diǎn)的速度v，量出下落距離h，并以eq\f(v2,2)為縱軸、以h為橫軸，作畫(huà)出的eq\f(v2,2)-h圖象，應(yīng)是圖丙中的______．丙丁第5題圖(4)他進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)存在較大誤差，為此對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，用如圖丁所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律：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)，通過(guò)與之相連的毫秒計(jì)時(shí)器(圖中未畫(huà)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(guò)程中球心通過(guò)光電門中的激光束．則小鐵球通過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度v＝________．如果d、t、h、g滿足關(guān)系式________，就可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．(5)比較兩個(gè)方案，改進(jìn)后的方案相比原方案的最主要的優(yōu)點(diǎn)是：________________________________________________________________________.6．利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖所示．第6題圖(1)實(shí)驗(yàn)步驟：①將氣墊導(dǎo)軌放在水平面上，桌面高度不低于1m②用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光條的寬度為l＝9.30mm③由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離s＝______cm；④將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動(dòng)時(shí)，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過(guò)光電門2；⑤從數(shù)字計(jì)時(shí)器(圖中未畫(huà)出)上分別讀出擋光條通過(guò)光電門1和光電門2所用的時(shí)間Δt1和Δt2；⑥用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m.(2)用表示直接測(cè)量的字母寫(xiě)出下列所示物理量的表達(dá)式：①滑塊通過(guò)光電門1和光電門2時(shí)瞬時(shí)速度分別為v1＝______和v2＝______．②當(dāng)滑塊通過(guò)光電門1和光電門2時(shí)，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動(dòng)能分別為Ek1＝______和Ek2＝______．③在滑塊從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的過(guò)程中，系統(tǒng)勢(shì)能的減少量ΔEp減＝______(重力加速度為g)．(3)如果ΔEp減＝______，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．7．某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖甲所示的裝置來(lái)探究“功與速度變化的關(guān)系”，實(shí)驗(yàn)中，小車經(jīng)過(guò)光電門時(shí)，鉤碼尚未到達(dá)地面．(1)實(shí)驗(yàn)步驟如下：第一步：用螺旋測(cè)微器測(cè)得擋光片的寬度d如圖所示，則d＝______mm.第7題圖第二步：把擋光片固定在小車上，把小車放到軌道上，用細(xì)線一端與小車連接，另一端跨過(guò)定滑輪掛上砝碼盤．第三步：保持軌道水平，在砝碼盤里放適量砝碼，讓小車由靜止開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng)，釋放后，記錄光電門的擋光時(shí)間t，測(cè)出光電門距離擋光片前端的距離x.第四步：小車仍由同一點(diǎn)靜止釋放，僅移動(dòng)光電門，改變x，多次實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)．第五步：關(guān)閉電源，通過(guò)分析小車位移與速度變化的關(guān)系來(lái)研究合外力做功與速度變化的關(guān)系．(2)實(shí)驗(yàn)中，該小組同學(xué)通過(guò)研究小車位移x與擋光時(shí)間t的關(guān)系從而得到合外力做功與速度變化的關(guān)系，為了使圖象呈現(xiàn)線性關(guān)系，該組同學(xué)應(yīng)作____圖象．(填序號(hào))A．x-tB．x-eq\f(1,t)C．x-t2D．x-eq\f(1,t2)課時(shí)作業(yè)(二十三)實(shí)驗(yàn)五：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1.C【解析】造成題中所述誤差的主要原因是來(lái)自于各方面的阻力，選項(xiàng)C正確．2．AC【解析】物體重力勢(shì)能減少量為mgh，動(dòng)能增加量為eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)，計(jì)算gh和eq\f(1,2)veq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)veq\o\al(2,1)，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)gh＝eq\f(1,2)veq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)veq\o\al(2,1)，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證．3．(1)1.002.50(2)5.255.29【解析】(1)根據(jù)極短時(shí)間內(nèi)的平均速度等于瞬時(shí)速度知，v1＝eq\f(d,Δt1)＝eq\f(5×10－2,5×10－2)m/s＝1.00m/s，v2＝eq\f(d,Δt2)＝eq\f(5×10－2,2×10－2)m/s＝2.50m/s.(2)滑塊通過(guò)光電門1、2之間的動(dòng)能增加量ΔEk＝eq\f(1,2)m(veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1))＝eq\f(1,2)×2×(2.52－1)＝5.25J，重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝mgLsin30°＝2×9.8×0.54×eq\f(1,2)＝5.29J.4．(1)1.170.68(2)0.69(3)機(jī)械能守恒【解析】(1)重錘下落的速度vB＝eq\f(hAC,2T)＝1.17m/s重錘在打出B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能Ek＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)×1×1.172J＝0.68J.(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)，重錘的重力勢(shì)能減小量ΔEp減＝mghOB＝1×9.8×70.5×10－3J＝0.69J.(3)由(1)、(2)計(jì)算結(jié)果可知，重錘下落過(guò)程中，在實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍內(nèi)，動(dòng)能的增加量等于其重力勢(shì)能的減少量，機(jī)械能守恒．5．(1)CB(2)1.84(3)C(4)eq\f(d,t)eq\f(d2,2t2)＝gh(5)消除了紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間的摩擦影響，提高了測(cè)量的精確度，從而減小了實(shí)驗(yàn)誤差【解析】(1)B：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“交流輸出”上，故B錯(cuò)誤，操作不當(dāng)．C：因?yàn)槲覀兪潜容^mgh、eq\f(1,2)mv2的大小關(guān)系，故m可約去比較，不需要用天平，故C沒(méi)有必要．故答案為CB.(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(guò)程中的平均速度，由此可以求出B點(diǎn)的速度大小為：vB＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f(0.2168－0.1431,0.04)m/s＝1.84m/s.(3)他繼續(xù)根據(jù)紙帶算出各點(diǎn)的速度v，量出下落距離h，并以eq\f(v2,2)為縱軸、以h為橫軸畫(huà)出的圖象，根據(jù)eq\f(v2,2)＝gh知，圖線為過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，故選C.(4)光電門測(cè)速度的原理是用平均速度代替瞬時(shí)速度，因此有：v＝eq\f(d,t)，由于eq\f(v2,2)＝gh，所以eq\f(d2,2t2)＝gh.(5)該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差的主要原因是空氣阻力以及紙帶與限位孔之間的摩擦力影響，因此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改正之后的主要優(yōu)點(diǎn)是：沒(méi)有紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間的摩擦影響，實(shí)驗(yàn)誤差減小了．6．(1)60.00(59.96～60.04)(2)①eq\f(l,Δt1)eq\f(l,Δt2)②eq\f(1,2)(M＋m)(eq\f(l,Δt1))2eq\f(1,2)(M＋m)(eq\f(l,Δt2))2③mgs(3)Ek2－Ek1【解析】由于擋光條寬度很小，因此將擋光條通過(guò)光電門時(shí)的平均速度當(dāng)作瞬時(shí)速度，擋光條的寬度l可用游標(biāo)卡尺測(cè)量，擋光時(shí)間Δt可從數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出，因此，滑塊通過(guò)光電門的瞬時(shí)速度為eq\f(l,Δt)，由于質(zhì)量已用天平測(cè)出，所以，滑塊的動(dòng)能就是已知數(shù)了．測(cè)出動(dòng)能的增加值，測(cè)出重力勢(shì)能的減少值，如果兩者在誤差允許范圍內(nèi)相等，就驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．7．(1)5.695(5.6