实验5 知能达标训练-2022高考物理 新编大一轮总复习（word）人教版

1．(2021·四川南充市适应性考试)“验证机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示，图乙为实验所得的一条纸带，在纸带上选取了点迹清晰的连续7个点，若只测出了点4与点0之间的距离为h4以及点6与点0的距离为h6，已知打点周期为T，当地重力加速度为g。(以下的三个结论均由题中所给符号表示)

(1)打点5时重物的速度v＝____________；

(2)由已知条件从理论上计算点5到点0的距离h5＝__________________

(3)若打点0时重物的速度为零，则要验证从点0到点5间重物下落过程中机械能守恒的等式为________________。

[解析]　(1)打点5时重物的速度v＝；

(2)h6－h4＝h45＋h56，

而h56－h45＝gT2，

则h45＝(h6－h4－gT2)，

则h5＝h4＋h45＝(h4＋h6－gT2)

(3)要验证的等式是：mgh5＝mv2

即g(h4＋h6－gT2)＝。

[答案]　(1)　(2)

(3)g(h4＋h6－gT2)＝

2．(2016·全国卷Ⅰ)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20 Hz、30 Hz和40 Hz，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f，需要用实验数据和其他题给条件进行推算。

(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f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s1＝8.89 cm，s2＝9.50 cm，s3＝10.10 cm；当地重力加速度大小为9.80 m/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______________________ Hz。

[解析]　(1)匀变速直线运动中，某一段位移的平均速度等于中间时刻的瞬时速度：vB＝＝(s1＋s2)f，同理vC＝(s2＋s3)f，加速度a＝＝(s3－s1)f2。

(2)由牛顿第二定律可知：mg－0.01 mg＝ma

a＝0.99 g①

又由(1)问知：a＝②

①②联立得f＝40 Hz。

[答案]　(1)(s1＋s2)f　(s2＋s3)f　(s3－s1)f2　(2)40

3．如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为d、质量为m的金属小球从A处静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H(H≫d)，光电计时器记录小球通过光电门的时间为t，则：

(1)如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d＝____________ mm；

(2)多次改变高度H，重复上述实验，作出随H的变化图象如图丙所示，当图中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直径d满足表达式____________时，可判断小球下落过程中机械能守恒；

(3)实验中发现动能增加量ΔEk总是稍小于重力势能减少量ΔEp，增加下落高度后，则ΔEp－ΔEk将____________(选填“增加”“减小”或“不变”)。

[解析]　(1)由题图乙可知，主尺刻度为7 mm；游标对齐的刻度为5；故读数为：(7＋5×0.05)mm＝7.25 mm＝0.725 cm。

(2)若减小的重力势能等于增加的动能时，可以认为机械能守恒；则有：

mgH＝mv2，即：2gH0＝2

解得：2gH0t＝d2。

(3)由于该过程中有阻力做功，而高度越高，阻力做功越多；故增加下落高度后，则ΔEp－ΔEk将增大。

[答案]　(1)0.725　(2)2gH0t＝d2　(3)增加

4．(2020·湖北荆州市四月质检)用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能。将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在O点；在O点右侧的B、C位置各安装一个光电门，计时器(图中未画出)与两个光电门相连。先用米尺测得B、C两点间距离s，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A，然后由静止释放，计时器显示遮光片从B到C所用的时间t，用米尺测量A、O之间的距离x。

(1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是v＝____________。

(2)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量____________。(填字母序号)

A．弹簧原长

B．当地重力加速度

C．滑块(含遮光片)的质量

(3)若气垫导轨左端比右端略高，弹性势能的测量值与真实值比较将____________。(填字母序号)

A．偏大 

B．偏小

C．相等

[解析]　(1)滑块离开弹簧后的运动可视为匀速运动，故可以用BC段的平均速度表示滑块离开弹簧时的速度，则有：v＝。

(2)弹簧的弹性势能等于滑块增加的动能，故应求解滑块的动能，根据动能表达式可知，应测量滑块(含遮光片)的质量，故选C。

(3)若气垫导轨左端比右端略高，导致通过两光电门的时间将减小，那么测得的速度偏大，因此弹性势能的测量值也偏大，故选A。

[答案]　(1)　(2)C　(3)A

5．(2016·江苏卷)某同学用如图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v＝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。

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，示数如图所示，其读数为____________ cm。某次测量中，计时器的示数为0.010 0 s，则钢球的速度为v＝____________ m/s。

(3)下表为该同学的实验结果：

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。

[解析]　(1)要考虑钢球重力势能的改变量大小，需要测量钢球球心下降的高度h，因此要测量钢球在释放点和A点时球心之间的竖直距离，选项B正确。

(2)刻度尺的读数为1.50 cm，钢球的速度

v＝＝m/s＝1.50 m/s。

(3)由动能定理可知，mgh－Wf＝ΔEk，即ΔEp－Wf＝ΔEk，ΔEp＞ΔEk，所以空气阻力会造成ΔEp＞ΔEk，但表中为ΔEk＞ΔEp，因此不同意他的观点。

(4)钢球球心和遮光条都绕悬点做圆周运动，但运动半径不同，因此分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l，遮光条在光电门处的速度v＝，则钢球的速度v′＝·l，可以减小表中差异。

[答案]　(1)B

(2)1.50,1.50(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。