鲁科版高考物理一轮总复习实验5验证机械能守恒定律练习题含答案

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实验五　验证机械能守恒定律(建议用时：40分钟)1．如图甲所示，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。甲(1)对于该实验，下列操作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．用手拿着纸带上端，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，如图乙所示。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________。乙A．OA、AD和EG的长度B．OC、BC和CD的长度C．BD、CF和EG的长度D．AC、BD和CE的长度解析：(1)重物选用质量和密度较大的金属锤，这样能减小空气阻力的影响，从而减小实验误差，故A正确；为了减小纸带与限位孔之间的摩擦，两限位孔必须在同一竖直线上，两限位孔在同一竖直面内上下对正，从而减小实验误差，故B正确；因在实验中比较的是mgh、mv2的大小关系，故m可约去，不需要测量重物的质量，故C错误；释放重物前，应先接通电源，故D正确。(2)当知道OA、AD和EG的长度时，无法算出某点的速度和O点到该点的距离，故A错误；当知道OC、BC和CD的长度时，能计算出C点的速度，从而求出O点到C点的动能变化量，知道OC的长度，可以求出O点到C点重力势能的变化量，可以验证机械能守恒，故B正确；知道BD的长度可以求出C点的速度，根据EG的长度可以求出F点的速度，结合CF的长度，可以验证机械能守恒定律，故C正确；知道AC的长度可以求出B点的速度，知道CE的长度可以求出D点的速度，结合BD的长度，可以验证机械能守恒定律，故D正确。答案：(1)ABD　(2)BCD2．(2020·北京模拟)利用如图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验。(1)已知打点计时器所用电源的频率为f，重物的质量为m，当地的重力加速度为g。实验中得到一条点迹清晰的纸带如图乙所示，把打下的第一个点记作O，在纸带上测量四个连续的点A、B、C、D到O点的距离分别为hA、hB、hC、hD。则重物由O点运动到C点的过程中，计算重力势能减少量的表达式为ΔEp＝________，计算动能增加量的表达式为ΔEk＝________。(2)由实验数据得到的结果往往是重力势能的减少量________(选填“大于”“小于”或“等于”)动能的增加量，原因是_________________________________________________________。(3)小红利用公式vC＝ 计算重物的速度vC，由此计算重物增加的动能ΔEk＝mv，然后计算此过程中重物减小的重力势能ΔEp，则结果应当是ΔEp________(选填“>”“<”或“＝”)ΔEk。解析：(1)重物由O点运动到C点的过程中，重力势能的减小量为ΔEp＝mghC；在匀变速直线运动中，时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，则有vC＝＝＝f，所以动能增加量为ΔEk＝mv＝。(2)由实验数据得到的结果中，往往会出现重物的重力势能的减少量大于其动能的增加量，出现这样结果的主要原因是重物与纸带克服空气阻力与摩擦阻力做功，导致部分重力势能转化为内能。(3)若利用公式vC＝ 计算重物的速度vC，则说明重物就是做自由落体运动，重物的机械能守恒，则重物增加的动能ΔEk＝mv＝mghC，而此过程中重物减少的重力势能ΔEp＝mghC，则有ΔEp＝ΔEk。答案：(1)mghC　　(2)大于　重物和纸带克服摩擦力和空气阻力做功，有一部分重力势能转化成了内能　(3)＝3．用如图甲所示实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒，m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。图乙给出的是实验中获取的一条纸带，0是打下的第一个点，每相邻两个计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图乙所示。已知m1＝50 g、m2＝150 g，则：(g取10 m/s2，结果保留2位有效数字)  (1)在纸带上打下计数点5时的速度v＝________m/s。(2)在打点0～5过程中系统动能的增加量ΔEk＝________J，系统势能的减少量ΔEp＝________J，由此得出的结论是__________________________。(3)若某同学作出的 ­h图像如图丙所示，则当地的实际重力加速度g＝________m/s2。解析：(1)根据在匀变速直线运动中，时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度，可知打计数点5时的速度为v＝＝＝2.4 m/s。(2)物体的初速度为0，所以动能的增加量为ΔEk＝(m1＋m2)v2－0＝0.58 J重力势能的减少量等于物体重力做的功，故ΔEp＝W＝(m2－m1)gs05＝0.60 J在误差允许的范围内，m1、m2组成的系统机械能守恒。(3)本题中根据机械能守恒可知(m1＋m2)v2＝(m2－m1)gh即有 v2＝gh所以作出的 v2­h图像中，图线的斜率表示重力加速度的一半，由题图丙可知图线的斜率k＝4.85 m/s2故当地的实际重力加速度g＝2k＝9.7 m/s2。答案：(1)2.4　(2)0.58　0.60　在误差允许的范围内，m1、m2组成的系统机械能守恒　(3)9.74．在用“自由落体法”做“验证机械能守恒定律”的实验时，小明选择一条较为满意的纸带，如图甲所示。他舍弃前面密集的点，以O为起点，从A点开始选取纸带上的连续点A、B、C、…，测出O点到A、B、C、…点的距离分别为h1、h2、h3、…，电源的频率为f。(1)有关本实验，下列操作正确的是________。A．选用质量和密度较大的重物B．安装打点计时器使两限位孔在同一竖直线上C．利用公式v＝gt计算重物的速度D．需使用秒表测出重物下落的时间(2)打B点时，重物的速度vB为____________(用题中字母表示)。(3)小明用实验测得的数据画出的v2­h图像如图乙所示，图线不过坐标原点的原因是________________________________。解析：(1)为了减小阻力的影响，实验时重物应选择质量大一些、体积小一些的，即密度较大些，故A正确；安装打点计时器使两限位孔在同一竖直线上，从而减小摩擦阻力的影响，故B正确；实验中如果利用v＝gt计算速度，则即认为物体只受重力，则机械能一定守恒，不需要再验证了，故C错误；利用打点计时器可以直接读出下落时间，不需要使用秒表，故D错误。(2)根据匀变速直线运动中，某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可知打B点时重物的瞬时速度为vB＝＝。(3)小明用实验测得的数据画出的v2­h图像如题图乙所示，图线不过坐标原点的原因是打下O点时重物的速度不为0，即因为h＝0时重物已经有速度。答案：(1)AB　(2)　(3)打下O点时重物的速度不为05．用落体法验证机械能守恒定律，打出如图甲所示的一条纸带。已知打点计时器的工作频率为50 Hz。(1)根据纸带所给数据，打下C点时重物的速度为________m/s。(结果保留3位有效数字)(2)某同学选用两个形状相同、质量不同的重物a和b进行实验，测得几组数据，画出 ­h图像，并求出图线的斜率k，如图乙所示，由图像可知a的质量m1________(选填“大于”或“小于”)b的质量m2。(3)通过分析发现造成k2值偏小的原因是实验中存在各种阻力，已知实验所用重物的质量m2＝ 0.052 kg，当地重力加速度g＝9.78 m/s2，求出重物所受的平均阻力f＝________N。(结果保留2位有效数字)解析：(1)打下C点时重物的瞬时速度等于BD段的平均速度，则有vC＝＝×10－2 m/s＝2.25 m/s。(2)考虑各种阻力时，根据动能定理知(mg－f)h＝mv2则有 ＝h可知图线的斜率k＝＝g－b的斜率小，则b的质量小，所以a的质量m1大于b的质量m2。(3)m2＝0.052 kg，k2＝9.18 m/s2，解得f＝m2(g－k2)＝0.052×(9.78－9.18) N＝0.031 N。答案：(1)2.25　(2)大于　(3)0.0316．(2020·茂名模拟)某实验小组的同学在做验证机械能守恒定律的实验，实验装置如图甲所示，接下来该小组的同学完成了如下的操作：(1)先用10分度的游标卡尺测出了小球的直径，其示数如图乙所示，该示数为________cm。(2)将该小球由光电门1的正上方无初速度释放，先后通过光电门1、2，通过电脑显示的时间分别为Δt1＝5×10－3 s、Δt2＝4×10－3 s，若小球通过两光电门1、2的速度分别用v1、v2表示，由以上数据可知v2＝________m/s。(3)该小组的同学测出两光电门之间的距离为h，重力加速度用g表示，若要验证小球下落过程中机械能守恒，则需要验证的关系式为_____________________________________________________。(用题中所给字母表示)解析：(1)游标卡尺的主尺刻度读数为12 mm，游标尺刻度读数为0.1×2 mm＝0.2 mm，则小球的直径d＝12.2 mm＝1.22 cm。(2)根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度知，小球通过光电门2时的速度为v2＝＝ m/s＝3.05 m/s。(3)小球通过两光电门过程中重力势能的减少量为ΔEp＝mgh动能的增加量为ΔEk＝mv－mv若小球下落过程中机械能守恒，则ΔEp＝ΔEk即2gh＝v－v。答案：(1)1.22　(2)3.05　(3)2gh＝v－v7．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两位置各安装一个光电门，计时器(图中未画出)与两光电门相连。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运动到C所用的时间为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．当地的重力加速度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