高中一輪復習物理課時檢測（二十九）驗證機械能守恒定律（實驗提能課）

課時檢測(二十九)驗證機械能守恒定律(實驗提能課)1．關于“驗證機械能守恒定律”實驗的實驗誤差，下列說法中正確的是()A．重物質量的稱量不會造成較大誤差B．重物質量選用得大些，有利于減小誤差C．重物質量選用得較小些，有利于減小誤差D．紙帶先下落而后打點會造成較大誤差解析：選BD驗證機械能守恒，即驗證減少的重力勢能等于增加的動能，即mgh＝eq\f(1,2)mv2，其中質量可以約去，沒必要稱量重物質量，A錯誤；當重物質量大一些時，空氣阻力的影響可以忽略，B正確，C錯誤；紙帶先下落而后打點，所得紙帶上最初兩點的點跡間隔較正常時略大，用此紙帶進行數(shù)據(jù)處理，其結果是重物在打第一個點時就有了初動能，因此重物動能的增加量比重物重力勢能的減少量大，造成較大誤差，D正確。2．(2018·徐州、宿遷、連云港、淮安四市模擬)用如圖所示裝置驗證機械能守恒定律，實驗前調整光電門位置，使小球下落過程中球心通過光電門。實驗中通過斷開電磁鐵開關使小球從A點下落，經(jīng)過光電門B，記錄擋光時間Δt，測出小球在AB間下落的距離h。豎直平移光電門B，重復上述步驟，測得多組h及相應的Δt，已知當?shù)刂亓铀俣葹間。(1)實驗中還需測量的物理量是______________________。(2)小球通過光電門速度的表達式為v＝________。(3)根據(jù)測量數(shù)據(jù)描繪eq\f(1,Δt2)h圖像，能不能僅依據(jù)圖像是過原點的直線就得出機械能守恒的結論？________，理由是__________________________________________________。解析：(1)實驗中要驗證的關系式是mgh＝eq\f(1,2)mv2，即v2＝2gh，其中的v由小球通過光電門的相關量求得v＝eq\f(d,Δt)，可知實驗中還需測量的物理量是小球的直徑d。(2)小球通過光電門速度的表達式為v＝eq\f(d,Δt)。(3)根據(jù)v2＝2gh，即eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2＝2gh，即eq\f(1,Δt2)＝eq\f(2g,d2)h，可知eq\f(1,Δt2)h圖像是一條過原點且斜率為eq\f(2g,d2)的直線，所以僅依據(jù)圖像是過原點的直線不能得出機械能守恒的結論，還要看斜率是否近似等于eq\f(2g,d2)。答案：(1)小球直徑d(2)eq\f(d,Δt)(3)不能圖線斜率近似等于eq\f(2g,d2)，才能判斷小球下落過程中機械能守恒3．(2018·淮安月考)用自由落體驗證機械能守恒定律，器材安裝如圖甲。(1)請指出圖甲中的錯誤及不妥之處(至少寫出兩處)：①_____________________________________________________；②____________________________________________________。(2)改進實驗中的錯誤及不妥之處后，打出如圖乙所示一條紙帶。已知打點計時器頻率為50Hz，根據(jù)紙帶所給數(shù)據(jù)，可求得打C點時重物的速度為________m/s(結果保留兩位有效數(shù)字)。(3)某同學選用兩個形狀相同質量不同的重物a和b進行實驗測得幾組數(shù)據(jù)，畫出eq\f(v2,2)-h的圖像如圖丙所示，求出圖線的斜率k，由圖像可知a的質量m1________(選填“大于”或“小于”)b的質量m2。(4)通過分析發(fā)現(xiàn)造成k2值偏小的原因是實驗過程中存在各種阻力，已知實驗所用重物的質量m2＝0.052kg，當?shù)刂亓铀俣萭＝9.78m/s2，求出重物所受的平均阻力Ff＝________N(結果保留兩位有效數(shù)字)。解析：(1)①打點計時器需要用交流電源，而題圖甲中使用的是直流電源；②重物離打點計時器太遠，得到的數(shù)據(jù)太少；③沒有從上方提著紙帶，而是用手托著紙帶。(2)根據(jù)勻變速直線運動過程中的平均速度規(guī)律，可得vC＝eq\f(xBD,2T)，T＝eq\f(1,f)＝0.02s，故解得vC≈2.2m/s。(3)根據(jù)公式mgh＝eq\f(1,2)mv2可得eq\f(1,2)v2＝gh，則題圖丙圖線的斜率表示加速度，而重物質量越大，空氣阻力影響越小，加速度越大，故m1大于m2。(4)根據(jù)牛頓第二定律可得m2g－Ff＝m2k2，代入數(shù)據(jù)可得Ff≈0.031N。答案：(1)①使用的是直流電源②重物離打點計時器太遠③沒有從上方提著紙帶，而是用手托著紙帶(2)2.2(3)大于(4)0.0314．(2016·江蘇高考)某同學用如圖所示的裝置驗證機械能守恒定律。一根細線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點。光電門固定在A的正下方，在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條。將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t可由計時器測出，取v＝eq\f(d,t)作為鋼球經(jīng)過A點時的速度。記錄鋼球每次下落的高度h和計時器示數(shù)t，計算并比較鋼球在釋放點和A點之間的勢能變化大小ΔEp與動能變化大小ΔEk，就能驗證機械能是否守恒。(1)用ΔEp＝mgh計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應測量釋放時的鋼球球心到________之間的豎直距離。A．鋼球在A點時的頂端B．鋼球在A點時的球心C．鋼球在A點時的底端(2)用ΔEk＝eq\f(1,2)mv2計算鋼球動能變化的大小。用刻度尺測量遮光條寬度，示數(shù)如圖所示，其讀數(shù)為______cm。某次測量中，計時器的示數(shù)為0.0100s。則鋼球的速度為v＝________m/s。(3)下表為該同學的實驗結果：ΔEp(×10－2J)4.8929.78614.6919.5929.38ΔEk(×10－2J)5.0410.115.120.029.8他發(fā)現(xiàn)表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認為這是由于空氣阻力造成的。你是否同意他的觀點？請說明理由。(4)請你提出一條減小上述差異的改進建議。解析：(1)高度變化要比較鋼球球心的高度變化。(2)毫米刻度尺讀數(shù)時要估讀到毫米下一位，讀數(shù)為1.50cm，由v＝eq\f(d,t)代入數(shù)據(jù)可得v＝1.50m/s。(3)從表中數(shù)據(jù)可知ΔEk＞ΔEp，若有空氣阻力，則應為ΔEk＜ΔEp，所以不同意他的觀點。(4)實驗中遮光條經(jīng)過光電門時的速度大于鋼球經(jīng)過A點時的速度，因此由ΔEk＝eq\f(1,2)mv2計算得到的ΔEk偏大，要減小ΔEp與ΔEk的差異可考慮將遮光條的速度折算為鋼球的速度。答案：(1)B(2)1.50(1.49～1.51均可)1.50(1.49～1.51均可)(3)不同意，因為空氣阻力會造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp。(4)分別測出光電門和球心到懸點的長度L和l，計算ΔEk時，將v折算成鋼球的速度v′＝eq\f(l,L)v。5．(2018·邯鄲一中模擬)如圖甲所示，一位同學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、質量為m的金屬小球自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?shù)氐闹亓铀俣葹間。則：(1)如圖乙所示，用游標卡尺測得小球的直徑d＝_______cm。(2)多次改變高度H，重復上述實驗，作出eq\f(1,t2)隨H的變化圖像如圖丙所示，當圖中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直徑d滿足表達式：________________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，則ΔEp－ΔEk將________(選填“增加”“減小”或“不變”)。解析：(1)由題圖乙可知，主尺刻度為7mm；游標尺第5根刻度線與主尺對齊，故讀數(shù)為：(7＋5×0.05)mm＝7.25mm＝0.725cm。(2)若減小的重力勢能等于增加的動能時，可以認為機