高考物理一轮复习实验抢分练6验证机械能守恒定律含答案

实验专项抢分练(六)　验证机械能守恒定律

(建议用时40分钟)

1.(2021·柳州模拟)某同学设计出如图甲所示的实验装置来“验证机械能守恒定律”,让小球从A点自由下落,下落过程中经过A点正下方的光电门B时,光电计时器记录下小球通过光电门的时间t,当地的重力加速度为g。

(1)为了验证机械能守恒定律,该实验还需要测量下列哪些物理量　　　　　。 

A.小球的质量m　　　　　　　　B.AB之间的距离H

C.小球从A到B的下落时间tAB D.小球的直径d

(2)小球通过光电门时的瞬时速度v=　　　　　(用题中所给的物理量表示)。 

(3)调整AB之间距离H,多次重复上述过程,作出随H的变化图像如图乙所示,当小球下落过程中机械能守恒时,该直线斜率k0=　　　　　。 

(4)在实验中根据数据实际绘出-H图像的直线斜率为k(k<k0),则实验过程中所受的平均阻力f与小球重力mg的比值=　　　　　(用k、k0表示)。 

【解析】(1)根据机械能守恒的表达式可知,方程两边可以约掉质量,因此不需要测量质量,故A错误;根据实验原理可知,需要测量的是A点到光电门B的距离H,故B正确;利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度,不需要测量下落时间,故C错误;利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度时,需要知道挡光物体的尺寸,因此需要测量小球的直径,故D正确。

(2)已知经过光电门时的时间和小球的直径,则可以由平均速度表示经过光电门时的瞬时速度,故v=;

(3)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:2gH=()2,解得:=·H,那么该直线斜率k0=。

(4)乙图线=kH,因存在阻力,则有:mgH-fH=mv2;所以小球下落过程中所受平均阻力与小球所受重力的比值为=。

答案:(1)B、D　(2)　(3)　(4)

2.(2021·衡阳模拟)利用如图1所示的装置“验证机械能守恒定律”。正确进行实验操作,从打出的纸带中选出符合要求的纸带,如图2所示。图中O点为打点起始点,且速度为零。选取纸带上打出的连续点A、B、C、…,测出其中E、F、G点距打点起始点O的距离分别为h1、h2、h3,已知重锤质量为m,当地重力加速度为g,打点计时器打点周期为T。

(1)为验证从O到F过程中重锤的机械能是否守恒,需要计算出重锤下落过程中重力势能的减少量ΔEp=　　　　　。 

(2)计算动能的增加量ΔEk时需要先计算出打点计时器打下F点时重锤的瞬时速度vF,vF=　　　　　,这样计算的依据是　 　。 

(3)某小组同学利用同一条纸带上的多个数据点进行计算并将计算结果填入表格(为便于比较,表中数据均保留一位小数)。其中不合理的是第　　　　　组数据,判断的依据是　 　。 

【解析】(1)重锤从O到F下落过程重力势能的减少量ΔEp=mgh2;

(2)做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,打点计时器打下F点时重锤的瞬时速度vF==;

(3)重锤下落过程要受到空气阻力与纸带和打点计时器限位孔间摩擦阻力的作用,重锤下落过程要克服阻力做功,机械能有损失,重力势能的减少量大于动能的增加量,由表中实验数据可知,第3组数据中动能的增加量大于重力势能的减少量,第3组数据是错误的。

答案:(1)mgh2　(2)　做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度　(3)3　重锤下落过程要克服阻力做功,重力势能的减少量应大于动能的增加量

3.(2021·庆阳模拟)某同学利用如图甲所示装置验证机械能守恒定律。将长为L的轻绳一端固定在O点,另一端拴在一个质量为m的正方体小铁块A上,在小铁块A的上表面边缘放一个小铁片。将铁块拉起,使轻绳拉直且偏离竖直方向成θ角时由静止开始释放铁块,当其到达最低点时,受到竖直挡板P阻挡而停止运动,之后铁片将飞离铁块A而做平抛运动。

(1)用20分度的游标卡尺测量正方体小铁块厚度d的结果如图乙所示,则d=　　　　 cm。 

(2)若测得小铁片从水平抛出到落到地面的水平位移x和竖直位移y,就可求得小铁片做平抛运动的初速度v0=　　　　　(已知重力加速度为g)。若假设铁块与小铁片运动到最低点时的速度为v,则v与v0的大小关系为v　　　　　v0。(选填“=”“>”或“<”) 

(3)该同学在实验中发现,若θ角改变,小铁片平抛运动的水平位移x随之发生改变。于是他多次实验,得到了多组(θ,x)值,通过计算分析得出了“铁块与小铁片从一起由静止释放到运动至最低点过程中机械能守恒”的结论,并作出了x2-cosθ图象,你认为他作出的x2-cosθ图象应该是图中的　　　　　　(实验中近似认为v=v0) 

【解析】(1)游标卡尺的主尺刻度为23 mm,游标尺刻度为10×0.05 mm=0.50 mm,所以d=23 mm+0.50 mm=2.350 cm;

(2)根据铁片做平抛运动有x=v0t,y=gt2,联立可解得v0=,由于铁片与铁块间存在阻力作用,根据平抛运动规律计算得到的速度小于实际速度,所以v>v0。

(3)铁片下落过程中机械能守恒,由mgh=mv2得mgL(1-cosθ)=m,可得x2=-4yLcosθ+4yL,所以x2-cosθ图象应该是图中的C。

答案:(1)2.350　(2)　 >　(3)C