高考物理试卷分类汇编070验证机械能守恒定律

高考物理试卷分类汇编070验证机械能守恒定律

‎ 第70节 验证机械能守恒定律 ‎1.2016年上海卷26.（3分）在“用DIS研究机械能守恒定律”的实验中，用到的传感器是 传感器。若摆锤直径的测量值大于其真实值会造成摆锤动能的测量值偏 。（选填：“大”或“小”）。‎ ‎【答案】光电门；大 ‎【解析】在实验中，摆锤的速度通过光电门进行测量，测量的速度是通过小球直径d与挡光时间的比值进行计算，为：，当摆锤直径测量值大于真实值时，小球直径d会变大，导致计算出的小球速度变大，故小球动能也会变大。‎ ‎2.2017年天津卷打点 计时器 接电源 铁架台 重锤 限位孔 纸带 9.（2）如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。‎ ‎①对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是______________。‎ A．重物选用质量和密度较大的金属锤 B．两限位孔在同一竖直面内上下对正 C．精确测量出重物的质量 D．用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物 ‎②某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有____________。‎ C B A O F E D G A．OA、AD和EG的长度 ‎ B．OC、BC和CD的长度 C．BD、CF和EG的长度 ‎ C．AC、BD和EG的长度 ‎【答案】①AB； ②BC。‎ ‎【解析】①重物选用质量和密度较大的金属锤，减小空气阻力，以减小误差，故A正确；两限位孔在同一竖直面内上下对正，减小纸带和打点计时器之间的阻力，以减小误差，故B正确；验证机械能守恒定律的原理是：，重物质量可以消去，无需精确测量出重物的质量，故C错误；用手拉稳纸带，而不是托住重物，接通电源后，撒手释放纸带，故D错误。‎ ‎②由EG的长度长度可求出打F点的速度v2，打O点的速度v1=0，但求不出OF之间的距离h，故A错误；由BC和CD的长度长度可求出打C点的速度v2，打O点的速度v1=0，有OC之间的距离h，可以来验证机械能守恒定律，故B正确；由BD和EG的长度可分别求出打C点的速度v1和打F点的速度v2，有CF之间的距离h，可以来验证机械能守恒定律，故C正确；AC、BD和EG 的长度可分别求出BCF三点的速度，但BC、CF、BF之间的距离都无法求出，无法验证机械能守恒定律，故D错误。‎ ‎3.2013年海南卷 ‎86.59cm ‎70.99cm ‎78.57cm A B C O 打点计时器 重物 纸带 图(a)‎ 图(b)‎ ‎11．某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律。已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地重力加速度为g=‎9.80m/s2。实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图（b）所示。纸带上的第一个点记为O，另选连续的三个点A、B、C进行测量，图中给出了这三个点到O点的距离hA、hB和hC的值。回答下列问题（计算结果保留3位有效数字）‎ ‎（1）打点计时器打B点时，重物速度的大小vB= m/s; ‎ ‎（2）通过分析该同学测量的实验数据，他的实验结果是否验证了机械能守恒定律？简要说明分析的依据。 ‎ 答案：（1）3.90（2）vB2/2=7.61(m/s)2 ，因为mvB2/2≈mghB，近似验证机械能守恒定律 解析：（1）由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度可知，由电源频率为50Hz可知T=0.02s，代入其他数据可解得vB=‎3.90m/s.‎ ‎（2）本实验是利用自由落体运动验证机械能守恒定律，只要在误差允许范围内，重物重力势能的减少等于其动能的增加，即可验证机械能守恒定律。选B点分析，由于，故该同学的实验结果近似验证了机械能守恒定律。‎ ‎4.2015年理综浙江卷A B C D E 小车 ‎ 21.（10分）甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验，乙同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”实验 ‎（1）图1中A、B、C、D、E表示部分实验器材，甲同学需在图中选用的器材_______；乙同学需在图中选用的器材_________。（用字母表示）‎ ‎①‎ ‎29‎ cm ‎30‎ ‎31‎ ‎32‎ ‎33‎ ‎34‎ ‎35‎ ‎36‎ ‎37‎ ‎38‎ ‎②‎ cm ‎28‎ ‎29‎ ‎30‎ ‎31‎ ‎32‎ ‎33‎ ‎34‎ ‎35‎ ‎36‎ ‎（2‎ ‎）乙同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图2所示的两条纸带①和②。纸带__________的加速度大（填①或者②），其加速度大小为____________。‎ 答案：（1）AB；BDE （2）①； (2.5±0.2)m/s2‎ 解析：（1）验证“机械能守恒定律”实验，需要在竖直面打出一条重锤下落的纸带，即可验证，故选仪器AB；“探究加速度与力、质量的关系”实验需要钩码拉动小车打出一条纸带，故选BDE。‎ ‎（2）纸带①中前三个点的位移差为Δx1=(32.40-30.70)-(30.70-29.10)=0.1cm 纸带②中前三个点的位移差为Δx2=(31.65-29.00)-(29.00-27.40)=0.05cm 根据逐差法可得纸带①的加速度比②大，大小为。5.2011年海南卷 ‎14．现要通过实验验证机械能守恒定律。实验装置如图1所示：水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t。用d表示A点到导轨低端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，s表示A，B两点的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度。用g表示重力加速度。完成下列填空和作图；‎ m B A C M 遮光片 光电门 图1‎ ‎（1）若将滑块自A点由静止释放，则在滑块从A运动至B的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为 。动能的增加量可表示为 。若在运动过程中机械能守恒，与s的关系式为= ________.‎ ‎ (2)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点（A点）下滑，测量相应的s与t值，结果如下表所示：‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ s(m)‎ ‎0.600‎ ‎0.800‎ ‎1.000‎ ‎1.200‎ ‎1.400‎ t(ms）‎ ‎8.22‎ ‎7.17‎ ‎6.44‎ ‎5.85‎ ‎5.43‎ ‎1/t2(104s-2)‎ ‎1.48‎ ‎1.95‎ ‎2.41‎ ‎2.92‎ ‎3.39‎ 以s为横坐标，为纵坐标，在答题卡上对应图2位置的坐标纸中描出第1和第5个数据点；根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率k= ×‎104m-1·s-2 (保留3位有效数字)。‎ 由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出直线的斜率k0，将k和k0进行比较，若其差值在试验允许的范围内，则可认为此试验验证了机械能守恒定律。‎ ‎1.4‎ s(m)‎ ‎1/t2(104s-2)‎ ‎1.8‎ ‎2.2‎ ‎2.6‎ ‎3.0‎ ‎3.4‎ ‎0.6‎ ‎0.8‎ ‎1.0‎ ‎1.2‎ ‎1.4‎ 答：（1） ‎ ‎ ‎ ‎（2）如图； 2.40‎ ‎【解析】（1）重力势能的减少量，‎ ‎1.4‎ s(m)‎ ‎1/t2(104s-2)‎ ‎1.8‎ ‎2.2‎ ‎2.6‎ ‎3.0‎ ‎3.4‎ ‎0.6‎ ‎0.8‎ ‎1.0‎ ‎1.2‎ ‎1.4‎ 到达B点的速度为，动能的增加量。‎ 若在运动过程中机械能守恒，可得：‎ ‎（2）利用图像可求得斜率为2.40×‎104m-1·s-2。利用实验数据分别进行逐差法得直线斜率为2.399×‎104m-1·s-2，保留3位有效数字为2.40×‎104m-1·s-2。‎ ‎6.2016年新课标I卷22.（5分）‎ 重物 打点计时器 纸带 图（a）‎ 某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有和。打出纸带的一部分如图（b）所示。‎ 该同学在实验中没有记录交流电的频率，需要用实验数据和其它题给条件进行推算。‎ A B C D S1‎ S3‎ S2‎ 图（b）‎ ‎(1) 若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用和图（b）中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为______________，打出C点时重物下落的速度大小为 ‎_____________，重物下落的加速度大小为_____________。‎ ‎(2) 已测得当地重力加速度大小为9.80m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%，由此推算出f为__________。‎ 答案： (1) ； ； (2) 40‎ 解析： (1)由于重物匀加速下落，A、B、C、D各相邻点之间时间间隔相同，因此B点应是从A运动到C的过程的中间时刻，由匀变速直线运动的推论可得：‎ B点的速度vB等于AC段的平均速度，即 由于，故 同理可得 匀加速直线运动的加速度 故 ①‎ ‎(2)重物下落的过程中，由牛顿第二定律可得：‎ ‎ ②‎ 由已知条件 ③‎ 由②③得 ‎ 代入①得： ，‎ 代入数据得 ‎ ‎7.2016年北京卷21（18分）‎ 金属热电阻 图1‎ 热敏电阻 R t O ‎（1）热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。图1为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力 ‎ ‎　　　　　（选填“增强”或“减弱”）；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的影响更　　　　　（选填“敏感”或“不敏感”）。‎ ‎（2）利用图2装置做“验证机械能守恒定律”实验。‎ ‎①为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的。‎ 打点 计时器 纸带 夹子 重物 图2‎ A. 动能变化量与势能变化量 B. 速度变化量和势能变化量 C. 速度变化量和高度变化量 ‎②除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是。‎ A.交流电源 B.刻度尺 C.天平（含砝码）‎ hA A B C 图3‎ O hC hB ‎③实验中，先接通电源，再释放重物，得到图3所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。‎ 已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打Ｏ点到打Ｂ点的过程中，重物的重力势能变化量ΔEp＝　　　　　，动能变化量ΔEk＝　　　　　。‎ ④大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是 A．利用公式v=gt计算中午速度 B．利用公式v=计算重物速度 C．存在空气阻力和摩擦力阻力的影响 D．没有采用多次试验去平均值的方法 某同学想用下述方法研究机械能是否守恒，在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2-h图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，请你分析论证该同学的判断是否正确。‎ ‎【答案】（1）增强；敏感（2）‎ ‎①A ② AB ③， ④C ⑤该同学的判断依据不正确 ‎【解析】（1）由R-t图像可得，随温度升高热敏电阻的阻值降低，且热敏电阻阻值随温度变化的更快，所以当温度上升时热敏电阻导电能力增强，相对于金属电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更敏感。‎ ‎（2）①由机械能守恒可知，实验只需要比较动能的变化量和势能的变化量。所以选A。‎ ‎②电磁打点计时器使用的是交流电源，故A正确。因为在计算重力势能时，需要用到纸带上两点之间的距离，所以还需要刻度尺，故B正确；根据可把等式两边的质量抵消掉，故不需要天平，C错误。‎ ‎③重力势能改变两为，由于下落过程中是匀变速直线运动，所以根据中间时刻规律可得B 点的速度为，所以 ‎④实验过程中存在空气阻力，纸带运动过程中存在摩擦力，C正确；‎ ‎⑤该同学的判断依据不正确，在重物下落h的过程中，若阻力f恒定，根据得到可知，v2-h图像就是过原点的一条直线。要向通过v2-h图像的方法验证机械能是否守恒，还必须看图像的斜率是否接近2g.‎ ‎8.2016年江苏卷计时器 遮光条 光电门 题11-1图 11．某同学用如图11-1所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A点，光电门固定在A的正下方。在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条．将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出，取 作为钢球经过A点时的速度．记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小ΔEp与动能变化大小ΔEk，就能验证机械能是否守恒。‎ ‎(1)用ΔEp=mgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到________之间的竖直距离。‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎2‎ 遮光条 题11-2 图 A．钢球在A点时的顶端 B．钢球在A点时的球心 C．钢球在A点时的底端 ‎(2)用ΔEk=mv2计算钢球动能变化的大小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图11-2所示，其读数为________cm。某次测量中，计时器的示数为0.0100 s，则钢球的速度为v=________m/s。‎ ‎(3)下表为该同学的实验结果：‎ ΔEp/(10-2 J)‎ ‎4.892‎ ‎9.786‎ ‎14.69‎ ‎19.59‎ ‎29.38‎ ΔEk/(10-2 J)‎ ‎5.04‎ ‎10.1‎ ‎15.1‎ ‎20.0‎ ‎29.8‎ 他发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点？请说明理由。‎ ‎(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议。‎ ‎【答案】 (1)B ‎(2)1.50(1.49～1.51 都算对) 1.50(1.49～1.51 都算对)‎ ‎(3)不同意，因为空气阻力会造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp。‎ ‎(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l，计算ΔEk时，将v折算成钢球的速度v′=v。‎ ‎【解析】（1）小球下落的高度为初末位置球心间的距离，所以选B；‎ ‎（2）读数时要注意最小分度是1毫米，要估读到最小分度的下一位，由图知读数为‎1.50cm，小球的速度为，代入解得v=‎1.50m/s；‎ ‎（3）若是空气阻力造成的，则ΔEk小于ΔEp，根据表格数据ΔEk大于ΔEp，可知不是空气阻力造成的，所以不同意他的观点。‎ ‎（4）据图可看出，光电门计时器测量的是遮光条经过光电门的挡光时间，而此时遮光条经过光电门时的速度比小球的速度大，因为它们做的是以悬点为圆心的圆周运动，半径不等，所以速度不能等同，而这位同学误以为相同，从而给实验带来了系统误差。改进方法：根据它们运动的角速度相等，分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l，计算ΔEk时，将v折算成钢球的速度。‎