浙江专版2021年高考物理一轮复习实验六验证机械能守恒定律高效演练含解析

浙江专版2021年高考物理一轮复习实验六验证机械能守恒定律高效演练含解析

实验六 验证机械能守恒定律 ‎1.(2016·浙江4月选考真题)(1)在下列学生实验中,需要用到打点计时器的实验有________(填字母)。 ‎ A.“探究求合力的方法”‎ B.“探究加速度与力、质量的关系”‎ C.“探究做功与物体速度变化的关系”‎ D.“探究作用力与反作用力的关系”‎ ‎(2)做“验证机械能守恒定律”的实验,已有铁架台、铁夹、电源、纸带、打点计时器,还必须选取的器材是图中的________(填字母)。 ‎ 某同学在实验过程中,‎ ‎①在重锤的正下方地面铺海绵;‎ ‎②调整打点计时器的两个限位孔连线为竖直;‎ ‎③重复多次实验。以上操作可减小实验误差的是________(填序号)。 ‎ ‎【解析】(1)只有B、C两个实验需要测速度,故选B、C。(2)需要可固定纸带的重物B,测量下落距离的刻度尺D;‎ ‎②为了减少摩擦,‎ ‎③可以减少偶然误差。‎ 答案:(1)B、C　(2)B、D　②③‎ ‎2.(2019·嘉兴模拟)小王同学在做“探究机械能守恒定律”的实验。‎ ‎(1)下列实验器材中必须用到的是________。 ‎ ‎(2)实验得到的纸带如图所示,已知重物质量为0.3 kg,标记1～5五个点,要验证点2到点4之间重物的机械能是否守恒,则由纸带计算可得重力势能减少________J,动能增加________J。(当地重力加速度为9.8 m/s2,保留三位有效数字) ‎ - 5 -‎ ‎(3)下列关于实验说法正确的是________。 ‎ A.重物的质量适当大一些,体积小一些 B.打点4时的速度用v=gt计算 C.实验时拎住纸带使重物尽量靠近打点计时器,接通电源后再释放重物 ‎【解析】(1)下列实验器材中,A是电火花打点计时器,B是小球,C是重锤,D是纸带,E是铅锤。在做“探究机械能守恒定律”的实验中,将打点计时器固定在铁架台上,把纸带的一端与重锤用夹子固定好,另一端穿过打点计时器的限位孔,用手提着纸带停靠在打点计时器附近,接通电源,待打点稳定后松开纸带,让重锤自由下落,所以实验器材中必须用到的是A、C、D。‎ ‎(2)点2到点4之间的距离h=(11.70-6.50) cm=5.20 cm,重力势能减少量Ep=mgh=0.3×9.8×5.20×10-2 J=0.153 J;打点2时的速度v2=　= m/s=1.13 m/s,打点4时的速度v4== m/s　=1.46 m/s,动能的增加量Ek=m-m=×0.3×(1.462-1.132) J=0.128 J。‎ ‎(3)重物的质量适当大一些,体积小一些,可以忽略空气阻力的作用,从而减小实验误差;v=gt是自由落体运动的速度—时间关系,打点4时的速度用v=gt计算就等于默认了机械能守恒;实验时拎住纸带使重物尽量靠近打点计时器,接通电源后再释放重物,故A、C正确,B错误。‎ 答案:(1)A、C、D　(2)0.153　0.128　(3)A、C ‎3.利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置示意图如图所示:‎ ‎(1)实验步骤。‎ ‎①将气垫导轨放在水平桌面上,桌面高度不低于1 m,将导轨调至水平。‎ ‎②用游标卡尺测量挡光条的宽度l=9.30 mm。‎ ‎③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s=__________cm。 ‎ - 5 -‎ ‎④将滑块移至光电门1左侧某处,待砝码静止不动时,释放滑块,要求砝码落地前挡光条已通过光电门2。‎ ‎⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2。‎ ‎⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M,再称出托盘和砝码的总质量m。‎ ‎(2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式。‎ ‎①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1=__________________和v2=__________。 ‎ ‎②当滑块通过光电门1和光电门2时,系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1=__________和Ek2=__________。 ‎ ‎③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中,系统势能的减少ΔEp=__________　(重力加速度为g)。 ‎ ‎(3)如果ΔEp=__________,则可认为验证了机械能守恒定律。 ‎ ‎【解析】由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s=80.30 cm-20.30 cm=‎ ‎60.00 cm。‎ 由于挡光条宽度很小,因此将挡光条通过光电门时的平均速度看作瞬时速度,挡光条的宽度l可用游标卡尺测量,挡光时间Δt可从数字计时器读出,因此,滑块通过光电门的瞬时速度为,则通过光电门1时瞬时速度为,通过光电门2时瞬时速度为。‎ 由于质量事先已用天平测出,由公式Ek=mv2可得:滑块通过光电门1时系统动能Ek1=(M+m)()2,滑块通过光电门2时系统动能Ek2=(M+m)()2。末动能减初动能可得动能的增加量。‎ 两光电门中心之间的距离s即砝码和托盘下落的高度,系统势能的减小量ΔEp=　mgs,最后对比Ek2-Ek1与ΔEp数值大小,在误差允许的范围内相等,就验证了机械能守恒定律。‎ 答案:(1)③60.00(59.96～60.04)‎ ‎(2)①　　②(M+m)()2‎ - 5 -‎ ‎(M+m)()2　③mgs　(3)Ek2-Ek1‎ ‎4.(2019·金华模拟)某同学在研究性学习活动中想利用光电门来“验证机械能守恒定律”。如图甲所示,光电门A、B固定在竖直铁架台上(连接光电门的计时器未画出),并让A、B的连线刚好竖直。小铁球在光电门A正上方(铁球球心与光电门A、B在同一竖直直线上)从静止释放,测得小铁球经过光电门A、B的时间分别为Δt1与Δt2。‎ ‎(1)题中Δt1________Δt2。(选填“<”“>”或“=”) ‎ ‎(2)实验时,某同学用20分度游标卡尺测得小铁球的直径如图乙所示,由读数可知,小铁球直径d是________cm。 ‎ ‎(3)除了测得小铁球直径d还需要测量什么物理量,答:____________(指出物理量并用合适字母表示),只要表达式________________(用题中字母与g表示)成立即可验证机械能守恒定律。 ‎ ‎(4)下列说法正确的是________。 ‎ A.不同次实验,必须保证小铁球释放的位置在光电门A正上方,但上下位置可以改变 B.若小铁球具有竖直向下的初速度,小铁球从光电门A到光电门B的过程机械能不守恒 C.若把小铁球换成小木球,实验误差将减小 D.若光电门A损坏,将没有办法利用此装置验证机械能守恒定律 ‎【解析】(1)依据Δt=,当经过光电门的速度越大时,时间越短,由于经过A光电门的速度小,因此其经过的时间长,即有Δt1>Δt2;‎ ‎(2)游标卡尺的主尺读数为12 mm,游标尺读数为0.05×14 mm=0.70 mm,则小铁球的直径d为:12.70 mm=1.270 cm。‎ - 5 -‎ ‎(3)极短时间内的平均速度等于瞬时速度的大小,可知小铁球通过光电门A的速度为:vA=,同理有:vB=。再利用位移与速度公式,结合小铁球直径d,即可求解结果,因此还需要测量发生的位移h,根据速度—位移公式得:-=2gh,解得:=+2gh ‎(4)A.不同次实验,必须保证小铁球释放的位置在光电门A正上方,但上下位置可以改变,故A正确;‎ B.若小铁球具有竖直向下的初速度,只要没有阻力做功,则小铁球从光电门A到光电门B的过程中机械能仍守恒,故B错误;‎ C.若把小铁球换成小木球,阻力较大,实验误差将增大,故C错误;‎ D.若光电门A损坏,将仍有办法利用此装置验证机械能守恒,在A处无初速度释放即可,故D错误。‎ 答案:(1)>　(2)1.270‎ ‎(3)测量发生的位移h　=+2gh　(4)A - 5 -‎