【優(yōu)化探究】2022屆高三物理一輪復(fù)習(xí)知能檢測：5-5-2驗證機(jī)械能守恒定律-

[命題報告·老師用書獨具]學(xué)問點題號試驗原理和操作1、2數(shù)據(jù)處理及誤差分析3、4、5試驗創(chuàng)新設(shè)計6、71.在“驗證機(jī)械能守恒定律”的試驗中，要驗證的是重物重力勢能的削減等于它動能的增加，以下步驟僅是試驗中的一部分，在這些步驟中多余的或錯誤的有________．A．用天平稱出重物的質(zhì)量B．把打點計時器固定到鐵架臺上，并用導(dǎo)線把它和低壓溝通電源連接起來C．把紙帶的一端固定到重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔，把重物提升到確定高度D．接通電源，待打點穩(wěn)定后釋放紙帶E．用秒表測出重物下落的時間解析：在“驗證機(jī)械能守恒定律”的試驗中，需驗證重力勢能削減量mgh和動能增加量eq\f(1,2)mv2之間的大小關(guān)系，若機(jī)械能守恒，則有mgh＝eq\f(1,2)mv2成立，兩邊都有質(zhì)量，可約去，即驗證gh＝eq\f(1,2)v2成馬上可，故無需測質(zhì)量，A選項多余，對E選項，測速度時，用的是紙帶上的記錄點間的距離和打點計時器打點的時間間隔，無需用秒表測量，因此E選項也多余．答案：AE2．“驗證機(jī)械能守恒定律”的試驗裝置可以接受如圖所示的甲或乙方案來進(jìn)行．(1)比較這兩種方案，________(填“甲”或“乙”)方案好些．(2)該同學(xué)開頭試驗時情形如圖丙所示，接通電源釋放紙帶．請指出該同學(xué)在試驗操作中存在的兩處明顯錯誤或不當(dāng)?shù)牡胤剑孩賍_____________；②________________.(3)該試驗中得到一條紙帶，且測得每兩個計數(shù)點間的距離如圖丁中所示．已知相鄰兩個計數(shù)點之間的時間間隔T＝0.1s，則物體運(yùn)動的加速度a＝________；該紙帶是接受________(填“甲”或“乙”)試驗方案得到的．解析：由Δx＝aT2，利用逐差法得到物體運(yùn)動的加速度a＝4.8m/s2.若用自由落體試驗測得物體運(yùn)動的加速度a應(yīng)當(dāng)接近10m/s2，所以該紙帶是接受“乙”試驗方案得到的．答案：(1)甲(2)①打點計時器接了直流電源②重物離打點計時器太遠(yuǎn)(3)4.8m/s2乙3．某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗證機(jī)械能守恒定律，頻閃儀每隔0.05s閃光一次，圖中所標(biāo)數(shù)據(jù)為實際距離，該同學(xué)通過計算得到不同時刻的速度如下表(當(dāng)?shù)刂亓铀俣热?0m/s2，小球質(zhì)量m＝0.2kg，結(jié)果保留三位有效數(shù)字)時刻t2t3t4t5速度/(m/s)5.595.084.58(1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計算t5時刻小球的速度v5＝________m/s.(2)從t2到t5時間內(nèi)，重力勢能增加量ΔEp＝____________J，動能削減量ΔEk＝________J.(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEp與ΔEk近似相等，從而驗證了機(jī)械能守恒定律．由上述計算得ΔEp______________ΔEk(選填“>”“<”或“＝”)，造成這種結(jié)果的主要緣由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.解析：(1)v5＝eq\f(19.14＋21.66,0.05×2)cm/s＝408cm/s＝4.08m/s.(2)由題給條件知：h25＝(26.68＋24.16＋21.66)cm＝72.5cm＝0.725m.ΔEp＝mgh25＝0.2×10×0.725J＝1.45JΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,5)＝eq\f(1,2)×0.2×(5.592－4.082)J＝1.46J(3)由(2)中知ΔEp<ΔEk，由于存在空氣摩擦等緣由，導(dǎo)致重力勢能的增加量小于動能的削減量．答案：(1)4.08(2)1.451.46(3)<緣由見解析4．利用圖1試驗裝置探究重物下落過程中動能與重力勢能的轉(zhuǎn)化問題．(1)試驗操作步驟如下，請將步驟B補(bǔ)充完整：A．按試驗要求安裝好試驗裝置：B．使重物靠近打點計時器，接著先________，后________，打點計時器在紙帶上打下一系列的點；C．圖2為一條符合試驗要求的紙帶，O點為打點計時器打下的第一點，分別測出若干連續(xù)點A、B、C……與O點之間的距離h1、h2、h3…….(2)已知打點計時器的打點周期為T，重物質(zhì)量為m，重力加速度為g，結(jié)合試驗中所測得的h1、h2、h3，可得重物下落到B點時的速度大小為________，紙帶從O點下落到B點的過程中，重物增加的動能為________，削減的重力勢能為________．(3)取打下O點時重物的重力勢能為零，計算出該重物下落不同高度h時所對應(yīng)的動能Ek和重力勢能Ep，建立坐標(biāo)系，橫軸表示h，縱軸表示Ek和Ep，依據(jù)以上數(shù)據(jù)在圖3中繪出圖線Ⅰ和圖線Ⅱ.已求得圖線Ⅰ斜率的確定值k1＝2.94J/m，請計算圖線Ⅱ的斜率k2＝________J/m(保留3位有效數(shù)字)．重物和紙帶下落過程中所受平均阻力與重物所受重力的比值為______(用k1和k2表示)．(4)通過對k1和k2的比較分析，可得到的結(jié)論是(只要求寫出一條)：________________________________________________________________________.解析：對圖線Ⅰ：Ep＝－mgh，即k1＝mg，對圖線Ⅱ：Ek＝(mg－Ff)h，即k2＝mg－Ff，所以Ff＝k1－k2，eq\f(Ff,mg)＝eq\f(k1－k2,mg)＝eq\f(k1－k2,k1).答案：(1)接通電源放開紙帶(2)eq\f(h3－h(huán)1,2T)eq\f(mh3－h(huán)12,8T2)mgh2(3)2.80(2.73～2.87之間均可)eq\f(k1－k2,k1)(k1用mg表示也可)(4)k2小于k1，動能的增量小于重力勢能的削減量(其他結(jié)論合理的也可)5．用如圖1所示的試驗裝置驗證m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒．m2從高處由靜止開頭下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進(jìn)行測量，即可驗證機(jī)械能守恒定律．如圖2給出的是試驗中獵取的一條紙帶：0是打下的第一個點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點(圖中未標(biāo)出)，計數(shù)點間的距離如圖所示．已知m1＝50g，m2＝150g，則(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(1)在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度v＝________m/s；(2)在打下第“0”到打下第“5”點的過程中系統(tǒng)動能的增量ΔEk＝________J，系統(tǒng)勢能的削減量ΔEp＝________J；(取當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝10m/s2)(3)若某同學(xué)作出eq\f(1,2)v2-h圖象如圖3所示，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝________m/s2.解析：(1)v＝eq\f(21.60＋26.40×10－2,0.1×2)m/s＝2.4m/s(2)ΔEk＝eq\f(1,2)(m1＋m2)v2－0＝0.58JΔEp＝m2gh－m1gh＝0.60J(3)由(m2－m1)gh＝eq\f(1,2)(m1＋m2)v2知eq\f(v2,2)＝eq\f(m2－m1gh,m1＋m2)即圖象的斜率k＝eq\f(m2－m1g,m1＋m2)＝eq\f(5.82,1.20)解得g＝9.7m/s2答案：(1)2.4(2)0.580.60(3)9.76．在利用重物自由下落驗證機(jī)械能守恒定律的試驗中(1)某同學(xué)在試驗中得到的紙帶如圖所示，其中A、B、C、D是打下的相鄰的四個點，它們到運(yùn)動起始點O的距離分別為62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm.已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80m/s2，打點計時器所用電源的頻率為50Hz，重物的質(zhì)量為1.00kg.請依據(jù)以上數(shù)據(jù)計算重物由O點運(yùn)動到C點的過程中，重力勢能的削減量為________J，動能的增加量為______________J．(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)(2)甲、乙、丙三名同學(xué)通過試驗各得到一條紙帶，它們前兩個點間的距離分別是1.0mm、1.9mm、4.0mm.那么操作上確定存在錯誤的同學(xué)是________，造成錯誤的緣由是________．解析：(1)ΔEp＝mg·OC＝7.62J，vC＝eq\f(BD,2T)＝3.89m/s，EkC＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)＝7.57J.(2)丙得到的距離為4.00mm，而自由落體運(yùn)動中在前0.02s內(nèi)下落的距離h＝eq\f(1,2)gt2＝2mm，故其錯誤，說明打第一個點時紙帶有初速度．但當(dāng)摩擦力較大時，相距1mm還是可能的答案：(1)7.627.57(2)丙先釋放重物，后接通電源7．某同學(xué)利用如圖甲所示的試驗裝置驗證機(jī)械守恒定律．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處靜止釋放，鋼球的落點距軌道末端的水平距離為s.(1)若軌道完全光滑，s2與h的理論關(guān)系應(yīng)滿足s2＝________(用H、h表示)．(2)該同學(xué)經(jīng)試驗測量得到一組數(shù)據(jù)，如表所示：h/×10－12.003.004.005.006.00s2/×10－12.623.895.206.537.78請在坐標(biāo)紙上作出s2-h關(guān)系圖．(3)對比試驗結(jié)果與理論計算得到的s2-h關(guān)系圖線(圖乙中已畫出)，自同一高度靜止釋放的鋼球，水平拋出的速率________(選填“小于”或“大于”)理論值．(4)從s2-h關(guān)系圖線中分析得出鋼球水平拋出的速率與理論值偏差格外顯著，你認(rèn)為造成上述偏差的可能緣由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.解析：(1)由機(jī)械能守恒有：mg