2022版高考物理一轮复习演练：专题5 实验6 验证机械能守恒定律

这是一份2022版高考物理一轮复习演练：专题5 实验6 验证机械能守恒定律，共4页。

1．(2021年德阳二模)为了验证矩形线框自由下落过程中上、下边经过光电门时机械能是否守恒，使用了如图所示的实验装置．已知矩形线框用直径为d的圆柱形材料做成，用刻度尺测出矩形线框上、下边之间的距离L．某次实验中矩形线框下边和上边先后经过光电门的挡光时间分别为Δt1和Δt2．
(1)通过实验可测出下、上边通过光电门的速度v1和v2，分别为v1＝________，v2＝________．
(2)如果满足关系式____________________(请用测量的物理量和已知量来表示，重力加速度为g)，则自由下落过程中线框的机械能守恒．
【答案】(1)eq \f(d,Δt1) eq \f(d,Δt2) (2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,Δt2)))2－eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,Δt1)))2＝2gL
2．(2021年成都名校质检)某同学用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，可以提供输出电压为6 V的交变电流和直流电，交变电流的频率为50 Hz．重锤从高处由静止开始下落，重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点测量并分析，即可验证机械能守恒定律．
(1)他进行了下面几个操作步骤：
A．按照图示的装置安装器件；
B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；
C．用天平测出重锤的质量；
D．先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带；
E．测量纸带上某些点间的距离；
F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于其增加的动能．
其中没有必要进行的步骤是____________，操作不当的步骤是__________．(填选项字母)
(2)这位同学进行正确测量后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析，如图乙所示，其中0点为起始点，A、B、C、D、E、F为六个计数点．根据纸带上的测量数据，可得出打B点时重锤的速度为______m/s．(保留3位有效数字)
(3)他根据纸带上的数据算出各点的速度v，量出下落距离h，并以eq \f(v2,2)为纵轴、h为横轴画出图像，应是下列图中的______．
【答案】(1)C B (2)1.84 (3)C
【解析】(1)将打点计时器接到电源的“交流输出”上，故B错误，操作不当；因为是比较mgh、eq \f(1,2)mv2的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平，故C没有必要．
(2)匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，由此可以求出B点的速度大小
vB＝eq \f(xAC,tAC)＝eq \f(0.216 8－0.143 1,2×0.02)＝1.84 m/s．
(3)他继续根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，并以eq \f(v2,2)为纵轴、以h为横轴画出图像，根据eq \f(1,2)v2＝gh，所以应是C图．
综合提升练
3．登上月球的宇航员利用频闪仪(频率为每秒20次)给自由落体的小球所拍的频闪照片如图所示(图上所标数据为小球到达各位置时下落的高度)，则：
(1)月球表面重力加速度为________m/s2．(保留2位有效数字)
(2)月球表面没有空气，因此做能量守恒实验具有更好的条件．假设月球表面重力加速度为上述计算值，小球的质量为m，则小球从O点由静止开始下落到E处增加的动能的表达式为____________(距离用OA，AB，BC等字母表示，频闪时间间隔为T)．从O点开始下落到E点的过程中减少的势能表达式为________________(月球表面重力加速度用g月表示)，由照片上的数据可以计算并判断出小球下落过程中机械能________(填“守恒”或“不守恒”)．
【答案】(1)1.6 (2)ΔEk＝eq \f(1,8)meq \f(DF2,T2) ΔEp＝mg月OE 守恒
4．(2021届徐州模拟)利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，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条的滑块，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的小球相连；遮光条两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光条经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光条的宽度，将遮光条通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度．实验时滑块在A处由静止开始运动．
甲 乙 丙
(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度b，结果如图乙所示，由此读出b＝________mm．
(2)滑块通过B点的瞬时速度可表示为________．
(3)某次实验测得倾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时，m和M组成的系统动能增加量可表示为ΔEk＝________，系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝________，在误差允许的范围内，若ΔEk＝ΔEp，则可认为系统的机械能守恒．
(4)在上次实验中，某同学改变A，B间的距离，作出的v2－d图像如图丙所示，并测得M＝m，则重力加速度g＝________ m/s2．
【答案】(1)3.75 (2)eq \f(b,t) (3)eq \f(m＋Mb2,2t2) eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(m－\f(M,2)))gd (4)9.6
【解析】(1)b＝3 mm＋0.05 mm×15＝3.75 mm．
(2)滑块通过B点的瞬时速度v＝eq \f(b,t)．
(3)ΔEk＝eq \f(1,2)(m＋M)v2＝eq \f(m＋Mb2,2t2)，
ΔEp＝mgd－Mgdsin 30°＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(m－\f(M,2)))gd．
(4)由ΔEk＝ΔEp得eq \f(1,2)(m＋M)v2＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(m－\f(M,2)))gd，
代入m＝M，可得v2＝eq \f(g,2)d，
对应v2－d图像可得eq \f(1,2)g＝eq \f(2.4,0.5)，
解得g＝9.6 m/s2．