优化探究新课标高三物理一轮复习第5章机械能实验6验证机械能守恒定律知能提升演练

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1、验证机械能守恒定律1. （2016 南宁模拟）用如图甲所示的装置“验证机械能守恒定律”.乙通过计算得到的是（1）下列物理量需要测量的是 A. 重锤质量B. 重力加速度C. 重锤下落的高度D. 与下落高度对应的重锤的瞬时速度（2）设重锤质量为 m打点计时器的打点周期为T、重力加速度为g.图乙是实验得到的一条纸带，A B C D E为相邻的连续点.根据测得的Si、S2、S3、S4写出重锤由B点到D点势能减少量的表达式，动能增加量的表达式 .解析：（1）实验中需要直接测量的是重锤下落的高度，通过计算得到的是与下落高度相对应 的重锤的瞬时速度. 重锤重力势能的减少量为 mg S3 S1）,.（填写代号

2、）S4 S2VB= 2T，2T9故重锤动能的增加量为答案：（1）CD (2) mg S3 smS S4 2S28T_2. （2016 福建南侨中学模拟）在验证机械能守恒的实验中，某同学利用图甲中器材进行实 验，正确地完成实验操作后，得到一条点迹清晰的纸带，如图乙所示.在实验数据处理中，某同学取 A B两点来验证实验.已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，g取9.8 m/S 2121 S4 S2 21 S2 2 ES S4 2S2 mv尹.丿刃云戶8T,图中测量结果记录在下面的表格中.屮左匸匚2二卜 ，:)右乙项目X1/cmA点瞬时一 1速度/(m s )X2/cmB点瞬时一 1速度/(m s

3、 )A、B两点间距离/cm数据3.920.9812.8050.00观察纸带，可知连接重物的夹子应夹在纸带的 端；(选填“左”或“右”)(2) 将表格中未填项目填写完整；(3) 若重物和夹子的总质量为0.6 kg，那么在A到B运动过程中，动能的增加量为 J，重力势能的减少量为J.解析：(1)重物刚开始运动，速度较小，点迹比较密集，故夹子应夹在纸带的左端；X2(2) vb=亓=3.20 m/s ; 1 2 1 2 在A到B运动过程中，动能的增加量 E = mB qmv2.78 J,重力势能的减少量 &=mghu= 2.94 J.答案： 左 (2)3.20(3)2.782.943“验证机械能守恒定律

4、”的实验装置可以采用如图所示的甲或乙方案来进行.自山裁怵慣验 验证机摭能守宦定律斜面小年宝验強泄机械能导恫定律打点计时器丙丁(1) 比较这两种方案，(选填“甲”或“乙”)方案好些.(2) 某同学开始实验时情形如图丙所示，接通电源释放纸带请指出该同学在实验操作中存 在的两处明显错误或不当的地方：: (3)该实验中得到一条纸带，且测得每两个计数点间的距离如图丁中所示已知相邻两个计数点之间的时间间隔T= 0.1 s，则物体运动的加速度a=；该纸带是采用（选填“甲”或“乙”）实验方案得到的.解析：由 x= aT2,利用逐差法得到物体运动的加速度a= 4.8 m/s【若用自由落体实验测得物体运动的加速度

5、 a应该接近10 m/s，所以该纸带是采用“乙”实验方案得到的.答案：（1）甲（2）打点计时器接了直流电源重物离打点计时器太远（3）4.8 m/s 彳乙4 某同学利用如图所示的气垫导轨装置验证系统机械能守恒定律在气垫导轨上安装了两 光电门1、2,滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过轻质定滑轮与钩码相连.迟调节雄钮卩耳塑揃e歩电门1光削巴”冊缨遮朮乗:连弋諒（1）实验时要调整气垫导轨水平.不挂钩码和细线，接通气源，如果滑块则表示气垫导轨调整至水平状态.（2）不挂钩码和细线，接通气源，滑块从轨道右端向左运动的过程中，发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门 2的时间.实施下列措施能够让导轨水平的是

6、A. 调节P使轨道左端升高一些B. 调节Q使轨道右端降低一些C. 遮光条的宽度应适当大一些D. 滑块的质量增大一些E. 气源的供气量增大一些 实验时，测出光电门1、2间的距离L,遮光条的宽度为d,滑块和遮光条的总质量为M钩码的质量 m由数字计时器读出遮光条通过光电门1、2的时间t1、t2,则系统机械能守恒成立的表达式是解析：滑块从轨道右端向左运动的过程中，发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门 2的时间，说明滑块加速向左运动，导轨右端较高，能够让导轨水平的是：调节 Q使轨道右端降低一些或调节 P使轨道左端升高一些，选项 A、B正确.根据机械能守恒定律，系统重力一1（d 1fd 1& 1势能减

7、少量 mgL应该等于动能增加量 ？（耐- 2-M二丿，即mgL= ?（付- J2(m M答案：（1）能在气垫导轨上静止或做匀速运动或滑块经两个光电门的时间相等（2）AB mgL= 2( m+ MB补充完整：FT甲打点计 吋掘-纸带A. 按实验要求安装好实验装置；B. 使重物靠近打点计时器，先占；八、C. 图乙为一条符合实验要求的纸带，O点为打点计时器打下的第一个点分别测出若干连 续点A B C与0点之间的距离 hi、h2、h3.，后，打点计时器在纸带上打下一系列的hi、h*已知打点计时器的打点周期为T,重物质量为m重力加速度为g,结合实验中所测得的h2、ha,可得重物下落到B点时的速度大小为

8、，纸带从O点下落到B点的过程重物增加的动能为 ，减少的重力势能为 .中，取打下O点时重物的重力势能为零，计算出该重物下落不同高度重力势能B,建立坐标系，横轴表示h,纵轴表示Ek和Ep，根据数据在图丙中已绘出图线I和图线n 已求得图线I斜率的绝对值ki = 2.94 J/m ,请计算图线n的斜率k2 =h时所对应的动能E和J/m（保留三位有效数字）重物和纸带下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的5. 利用如图甲所示实验装置探究重物下落过程中动能与重力势能的转化问题.（1）实验操作步骤如下，请将步骤通过对ki和k2的比较分析，可得到的结论是（只要求写出一条）解析：（3）对图线I：巳=mgh 即 k

9、i = mg 对图线n： E = （mg- Ff） h，即 k2= mg- Ff，所以 Ff = ki - k2,Ff ki k2 ki k2mg mg ki答案：(1)接通电源放开纸带h3 hikm h3 hi8T2mgh(3)2.80(2.732.87均可)ki k2ki的高度为h2,放手后，AB C从静止开始运动.(i)利用计时仪器测得钩码A通过狭缝后到落地用时ti，则钩码 A通过狭缝的速度为(用题中字母表示 ).(2)若通过此装置验证机械能守恒定律，还需测出环形金属块C的质量m当地的重力加速度g.若系统的机械能守恒，则需满足的等式为(用题中字母表示 ).(4) k2小于ki,动能的增加

10、量小于重力势能的减少量(其他结论合理的也可)6. 某实验小组利用如图所示的装置进行实验，钩码A和B分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，钩码质量均为 M在A的上面套一个比它大一点的环形金属块 C,在距地面为hi处有宽度略比A大一点的狭缝,钩码A能通过狭缝，环形金属块 C不能通过.开始时A距离狭缝(3) 为减小测量时间的误差，有同学提出如下方案：实验时调节hi = h2= h,测出钩码A从释放到落地的总时间t，来计算钩码 A通过狭缝的速度，你认为可行吗？若可行，写出钩码 A 通过狭缝时的速度表达式；若不可行，请简要说明理 由.hi解析：(i)钩码A通过狭缝直到到达地面做匀速运动，则速度v =-; (

11、2) A B、C三者从静11止开始运动至 C到狭缝处，根据系统的机械能守恒定律有，mgh= $2阿m 设钩2V Vh码A通过狭缝的速度为 v, A从静止至狭缝，做匀加速运动，时间Ti=-,钩码A通过狭缝后2h做匀速运动，时间 T2 = -，v3h而t = Ti+ T2,解得速度的表达式为 v = .(2) mgh=扣阿 n)可行;3hv=rhi答案：卜t 17. 某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律.频闪仪每隔0.05 s闪光一次,图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表（当地重力加速度取10 m/s 2，小球质量n 0.2 kg，结果保留三位有效数字）：1

12、9.14 cm21.6&cm24.16 cmij-26.68 cm29.18 cm2-时刻t 2t 3t4t 5一 1速度 v/(m s )5.595.084.58（1）由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度 V5=m/s. 从t2到t5时间内，重力势能增加量 & = J，动能减小量 E= J.在误差允许的范围内，若 Ep与 E”“ ”或“=”），造成这种结果的主要原因是： ”丄 l丄Xn+ Xn-1“19.14 + 21.66解析：(1)由 Vn=可知，V5=cm/s = 408 cm/s = 4.08 m/s.2T0.05 X2(2)由题给条件知h25= (26.68 + 24.16 + 21.66) cm = 72.5 cm = 0.725 m , Ep= mgh5= 0.2 x 10X 0.725 J = 1.45 J , 2 1 2 1 2 2 Ek= qmv mv =寸 0.2 x (5.59 4.08 )J = 1.46 J. 由 中知 EpA Ek，因为存在空气摩擦等原因，导致重力势能的增加量小于动能的减 少量.答案：(1)4.08(2)1.451.46(3) 见解析