高二物理下冊(cè)暑假知識(shí)點(diǎn)訓(xùn)練題16

實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1．如圖實(shí)－6－6所示是用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)得到的一條紙帶，我們選N點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．下面舉出一些計(jì)算打N點(diǎn)時(shí)紙帶下落速度的方法，其中正確的是(T為打點(diǎn)周期)()圖實(shí)－6－6A．N點(diǎn)是第n個(gè)點(diǎn)，則vN＝gnTB．N點(diǎn)是第n個(gè)點(diǎn)，則vN＝g(n－1)TC．vN＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)D．vN＝eq\f(dn＋1＋dn－1,2T)解析：物體下落的實(shí)際加速度小于g，不能采用公式v＝gt計(jì)算打N點(diǎn)時(shí)紙帶下落速度，N點(diǎn)的速度為xn和xn＋1段的平均速度，vN＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)，C項(xiàng)正確．答案：C2．在用圖實(shí)－6－7所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，某同學(xué)的以下說(shuō)法中正確的是()圖實(shí)－6－7A．必須用秒表測(cè)出重物下落的時(shí)間B．實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，注意手提著紙帶使重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，然后松開(kāi)紙帶C．如果打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不豎直，重物下落時(shí)，其重力勢(shì)能有一部分消耗在紙帶摩擦上，就會(huì)造成重力勢(shì)能的變化小于動(dòng)能的變化D．驗(yàn)證時(shí)，可以不測(cè)量重物的質(zhì)量或重力解析：因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，不需要測(cè)時(shí)間，A錯(cuò)誤；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不豎直，重物下落時(shí)，其重力勢(shì)能有一部分消耗在紙帶摩擦上，造成重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量，C錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)時(shí)，為節(jié)約紙帶，便于測(cè)量，應(yīng)使重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，應(yīng)先通電后放手，B正確；因?yàn)閯?dòng)能和勢(shì)能表達(dá)式中都含有質(zhì)量，可以消去，故不需測(cè)質(zhì)量，D正確．答案：BD3．(2010·廣州模擬)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)可以采用如圖實(shí)－6－8所示的甲或乙方案來(lái)進(jìn)行．甲方案為用自由落體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，乙方案為用斜面小車(chē)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．圖實(shí)－6－8(1)比較這兩種方案，________(填“甲”或“乙”)方案好一些，理由是________________________________________________________________________．(2)圖丙所示是該實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，測(cè)得每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示，已知每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T＝0.1s．物體運(yùn)動(dòng)的加速度a＝________；該紙帶是采用__________(填“甲”或“乙”)實(shí)驗(yàn)方案得到的．簡(jiǎn)要寫(xiě)出判斷依據(jù)______________________________．解析：(1)機(jī)械能守恒的前提是只有重力做功，實(shí)際操作的方案中應(yīng)該使摩擦力越小越好．故甲方案好一些．(2)a＝eq\f(xDE－xBC＋xCD－xAB,4T2)≈4.8m/s2因a遠(yuǎn)小于g，故為斜面上小車(chē)下滑的加速度．所以該紙帶采用圖乙所示的實(shí)驗(yàn)方案．答案：(1)甲因?yàn)檫@個(gè)方案摩擦阻力小，誤差小，操作方便，所用實(shí)驗(yàn)器材少(2)4.8m/s2(4.7m/s2～4.9m/s2)乙因?yàn)槲矬w運(yùn)動(dòng)的加速度比重力加速度小得多4．(2010·煙臺(tái)模擬)用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中：(1)運(yùn)用公式eq\f(mv2,2)＝mgh對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的要求是________；(2)若實(shí)驗(yàn)中所用重物的質(zhì)量m＝1kg.打點(diǎn)紙帶如圖實(shí)－6－9所示，打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s，則記錄B點(diǎn)時(shí)，重物速度vB＝________，重物動(dòng)能Ek＝________，從開(kāi)始下落起至B點(diǎn)時(shí)重物的重力勢(shì)能減少量是__________，由此可得出的結(jié)論是__________________________；(g取9.8m/s2)圖實(shí)－6－9(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eq\f(v2,2)為縱軸、以h為橫軸畫(huà)出的圖象應(yīng)是圖實(shí)－6－10中的()圖實(shí)－6－10解析：(1)重物自由下落時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的要求是打第一個(gè)點(diǎn)時(shí)重物的初速度為零．(2)vB＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f((31.4－7.8)×10－3,2×0.02)m/s＝0.59m/s此時(shí)重物的動(dòng)能為Ek＝eq\f(1,2)mvB2＝eq\f(1,2)×1×(0.59)2J≈0.17J重物的重力勢(shì)能減小量為ΔEp＝mgh＝1×9.8×17.6×10－3J≈0.17J故機(jī)械能守恒．(3)由機(jī)械能守恒定律可知，mgh＝eq\f(1,2)mv2，即驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律成立，只需驗(yàn)證eq\f(1,2)v2＝gh即可．如果縱坐標(biāo)為eq\f(v2,2)，橫坐標(biāo)為h，則圖象應(yīng)為過(guò)原點(diǎn)且斜率為g的直線，故C圖正確．答案：(1)打第一個(gè)點(diǎn)時(shí)重物的初速度為零(2)0.59m/s0.17J0.17J機(jī)械能守恒(3)C5．利用氣墊導(dǎo)軌裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，先非常仔細(xì)地把導(dǎo)軌調(diào)成水平，然后依圖實(shí)－6－11所示用墊塊把導(dǎo)軌一端墊高H，滑塊m上面裝l＝3cm的擋光框，使它由軌道上端任一處滑下，測(cè)出它通過(guò)電門(mén)G1和G2時(shí)的速度v1和v2，就可以算出它由G1到G2這段過(guò)程中動(dòng)能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)m(v22－v12)，再算出重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝mgh，比較ΔEk與ΔEp的大小，便可驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒．圖實(shí)－6－11(1)滑塊的速度v1、v2如何求出？滑塊通過(guò)G1時(shí)的高度h如何求出？(2)若測(cè)得圖中L＝1m，x＝0.5m，H＝20cm，m＝500g，滑塊通過(guò)G1和G2的時(shí)間分別為5.0×10－2s和2.0×10－2s，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.80m/s2，試判斷機(jī)械能是否守恒．解析：(1)因?yàn)閾豕饪虻膶挾群苄＝3cm，而滑塊通過(guò)電門(mén)的時(shí)間極短，故可以認(rèn)為滑塊通過(guò)電門(mén)時(shí)做勻速運(yùn)動(dòng)，則通過(guò)兩電門(mén)時(shí)的平均速度就等于通過(guò)G1和G2兩位置的瞬時(shí)速度，v1＝eq\f(l,Δt1)，v2＝eq\f(l,Δt2)；由相似原理可知eq\f(h,x)＝eq\f(H,L)，便可求得h＝eq\f(H,L)x，H、L、x都是事先設(shè)定的．(2)v1＝eq\f(l,Δt1)＝eq\f(3×10－2,5×10－2)m/s＝0.6m/s，v2＝eq\f(l,Δt2)＝eq\f(3×10－2,2×10－2)m/s＝1.5m/s，h＝eq\f(H,L)x＝eq\f(0.2,1)×0.5m＝0.1m動(dòng)能增加量ΔEk＝eq\f(1,2)m(v22－v12)＝eq\f(1,2)×0.5×(1.52－0.62)J≈0.473J.重力勢(shì)能減少量ΔEp＝mgh＝0.5×9.80×0.1J＝0.490J，在誤差允許的范圍內(nèi)可認(rèn)為機(jī)械能守恒．答案：見(jiàn)解析6．(2010·珠海調(diào)研)如圖實(shí)－6－12所示，用包有白紙的質(zhì)量為1.00kg的圓柱棒替代紙帶和重物；蘸有顏料的毛筆固定在電動(dòng)機(jī)的飛輪上并隨之勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，以替代打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．燒斷懸掛圓柱棒的線后，圓柱棒豎直自由下落，毛筆就在圓柱棒面的紙上畫(huà)出記號(hào)，如圖實(shí)－6－13所示．設(shè)毛筆接觸棒時(shí)不影響棒的運(yùn)動(dòng)，測(cè)得記號(hào)之間的距離依次為26.0mm、50.0mm、74.0mm、98.0mm、122.0mm、146.0mm，由此可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．已知電動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)有“1200r/min”字樣．根據(jù)以上內(nèi)容回答下列問(wèn)題：圖實(shí)－6－12圖實(shí)－6－13(1)毛筆畫(huà)相鄰兩條線的時(shí)間間隔T＝________s.(2)根據(jù)圖實(shí)－6－13所給的數(shù)據(jù)可知：毛筆畫(huà)下記號(hào)“3”時(shí)，圓柱棒下落的速度v3________m/s；畫(huà)下記號(hào)“6”時(shí)，圓柱棒下落的速度v6＝______m/s；在毛筆畫(huà)下記號(hào)“3到畫(huà)下記號(hào)“6”的這段時(shí)間內(nèi)，棒的動(dòng)能的增加量為_(kāi)_____J，重力勢(shì)能的減少量為_(kāi)___________J．由此可得出的結(jié)論是____________________．(g＝9.8m/s2，結(jié)果保留三位有效數(shù)字)解析：(1)由于電動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)有“1200r/min”字樣，所以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)周期為T(mén)＝eq\f(60,1200)s＝0.05s.(2)毛筆畫(huà)相鄰兩條線的時(shí)間間隔為0.05s．根據(jù)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間的平均速度，則畫(huà)記號(hào)“3”時(shí)，圓柱棒下落的速度為v3＝eq\f((74.0＋50.0)×10－3,0.1)m/s＝1.24m/s，同理可求得畫(huà)記號(hào)“6”時(shí)，圓柱棒下落的速度v6＝2.68m/s.由此可得棒的動(dòng)能的增加量為ΔEk＝eq\f(1,2)mv62－eq\f(1,2)mv32≈2.82J，重力勢(shì)能的減少量為ΔEp＝mg(h6－h(huán)3)≈2.88J．根據(jù)求得的數(shù)據(jù)，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，圓柱棒在下落過(guò)程中機(jī)械能守恒．答案：(1)0.05(2)1.242.682.822.88在誤差允許的范圍內(nèi)圓柱棒在下落過(guò)程中機(jī)械能守恒7．(2008·江蘇高考)某同學(xué)利用如圖實(shí)－6－14所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．弧形軌道末端水平，離地面的高度為H.將鋼球從軌道的不同高度h處?kù)o止釋放，鋼球的落點(diǎn)距軌道末端的水平距離為x.圖實(shí)－6－14(1)若軌道完全光滑，x2與h的理論關(guān)系應(yīng)滿足x2＝________(用H、h表示)．(2)該同學(xué)經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到一組數(shù)據(jù)，如下表所示：h(10－1m2.003.004.005.006.00x2(10－1m2.623.895.206.537.78請(qǐng)?jiān)趫D實(shí)－6－15所示的坐標(biāo)紙上作出x2－h(huán)關(guān)系圖．圖實(shí)－6－15(3)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算得到的x2－h(huán)關(guān)系圖線(圖實(shí)－6－15中已畫(huà)出)，自同一高度靜止釋放的鋼球，水平拋出的速率________(填“小于”或“大于”)理論值．(4)從x2－h(huán)關(guān)系圖線中分析得出鋼球水平拋出的速率差十分顯著，你認(rèn)為造成上述偏差的可能原因是_____________________________________________________________．解析：(1)設(shè)鋼球從軌道末端拋出的速度為v0，則有mgh＝eq\f(1,2)mv02，在平拋過(guò)程中有H＝eq\f(1,2)gt2，x＝v0t，由以上三式可解得x2＝4Hh.(2)依次描點(diǎn)、連線，如下圖所示．(3)由圖象可知，對(duì)應(yīng)同一個(gè)h值，x測(cè)<x理，由v0=

，可知v0測(cè)<v0理．(4)由于客觀上，軌道與小球間存在摩擦，機(jī)械能減小，因此會(huì)導(dǎo)致實(shí)際值比理論值?。∏虻霓D(zhuǎn)動(dòng)也需要能量維持，而機(jī)械能守恒中沒(méi)有考慮重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成小球轉(zhuǎn)動(dòng)的這一部分能量，也會(huì)導(dǎo)致實(shí)際速率明顯小于理論速率(這一點(diǎn)，可能不少同學(xué)會(huì)考慮不到)．答案：(1)4Hh(2)見(jiàn)解析圖(3)小于(4)摩擦，轉(zhuǎn)動(dòng)(回答任一即可)8．(2010·南京調(diào)研)某研究性學(xué)習(xí)小組用如圖實(shí)－6－16所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．讓一個(gè)擺球由靜止開(kāi)始從A位置擺到B位置，若不考慮空氣阻力，小球的機(jī)械能應(yīng)該守恒，即eq\f(1,2)mv2＝mgh.直接測(cè)量擺球到達(dá)B點(diǎn)的速度v比較困難．現(xiàn)讓小球在B點(diǎn)處脫離懸線做平拋運(yùn)動(dòng)，利用平拋的特性來(lái)間接地測(cè)出v.如圖實(shí)－6－16所示，懸點(diǎn)正下方P點(diǎn)處放有水平放置的熾熱的電熱絲，當(dāng)懸線擺至電熱絲處時(shí)能輕易被燒斷，小球由于慣性向前飛出做平拋運(yùn)動(dòng)．在地面上放上白紙，上面覆蓋著復(fù)寫(xiě)紙，當(dāng)小球落在復(fù)寫(xiě)紙上時(shí)，會(huì)在下面白紙上留下痕跡．用重垂線確定出A、B點(diǎn)的投影點(diǎn)N、M.重復(fù)實(shí)驗(yàn)10次(小球每一次都從同一點(diǎn)由靜止釋放)，球的落點(diǎn)痕跡如圖實(shí)－6－17所示，圖中米尺水平放置，零刻度線與M點(diǎn)對(duì)齊．用米尺量出AN的高度h1、BM的高度h2，算出A、B兩點(diǎn)的豎直距離，再量出M、C之間的距離x，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．已知重力加速度為g，小球的質(zhì)量為m.圖實(shí)－6－16圖實(shí)－6－17(1)根據(jù)圖實(shí)－6－16可以確定小球平拋時(shí)的水平射程為_(kāi)_______cm；(2)用題中所給字母表示出小球平拋時(shí)的初速度v0＝______；(3)用測(cè)出的物理量表示出小球從A到B過(guò)程中，重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝__________，動(dòng)能的增加量ΔEk＝________.解析：(1)將記錄點(diǎn)用較小的圓圈起來(lái)，讀出圓心處的位置為65.0(64.0～65.5)．(2)根據(jù)自由落體下落的距離