高考物理一轮复习实验针对训练7验证机械能守恒定律含答案

这是一份高考物理一轮复习实验针对训练7验证机械能守恒定律含答案，共7页。


甲
乙
(1)对于该实验，下列操作中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．用手托稳重物，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________。
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EG的长度
2．用如图甲所示的实验装置验证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，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，所用电源的频率为50 Hz。已知m1＝50 g、m2＝150 g。则：(结果均保留两位有效数字)
甲 丙
乙
(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5＝________ m/s；
(2)在打下0点到打下计数点5的过程中系统动能的增加量ΔEk＝________ J，系统重力势能的减少量ΔEp＝ J；(当地的重力加速度g取10 m/s2)
(3)若某同学作出eq \f(1,2)v2­h图像如图丙所示，则当地的重力加速度g＝________ m/s2。
3．(2022·河北卷)某实验小组利用铁架台、弹簧、钩码、打点计时器、刻度尺等器材验证系统机械能守恒定律，实验装置如图1所示。弹簧的劲度系数为k，原长为L0，钩码的质量为m。已知弹簧的弹性势能表达式为E＝eq \f(1,2)kx2，其中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量，当地的重力加速度大小为g。
图1
(1)在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置，测得此时弹簧的长度为L。接通打点计时器电源。从静止释放钩码，弹簧收缩，得到了一条点迹清晰的纸带。钩码加速上升阶段的部分纸带如图2所示，纸带上相邻两点之间的时间间隔均为T(在误差允许范围内，认为释放钩码的同时打出A点)。从打出A点到打出F点时间内，弹簧的弹性势能减少量为________，钩码的动能增加量为________，钩码的重力势能增加量为________。
图2
(2)利用计算机软件对实验数据进行处理，得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分别与钩码上升高度h的关系，如图3所示。由图3可知，随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，主要原因是________。
图3
4．(2021·山东卷)某乒乓球爱好者，利用手机研究乒乓球与球台碰撞过程中能量损失的情况。实验步骤如下：
①固定好手机，打开录音功能；
②从一定高度由静止释放乒乓球；
③手机记录下乒乓球与台面碰撞的声音，其随时间(单位：s)的变化图像如图所示。
根据声音图像记录的碰撞次序及相应碰撞时刻，如下表所示。
根据实验数据，回答下列问题：
(1)利用碰撞时间间隔，计算出第3次碰撞后乒乓球的弹起高度为________ m(保留2位有效数字，当地重力加速度g＝9.80 m/s2)。
(2)设碰撞后弹起瞬间与该次碰撞前瞬间速度大小的比值为k，则每次碰撞损失的动能为碰撞前动能的________倍(用k表示)，第3次碰撞过程中k＝________(保留2位有效数字)。
(3)由于存在空气阻力，第(1)问中计算的弹起高度____________(填“高于”或“低于”)实际弹起高度。
实验针对训练(七)
1．解析：(1)重物选用质量和密度较大的金属锤，能够减小空气阻力的影响，以减小误差，故A正确；两限位孔在同一竖直面内上下对正，减小纸带和打点计时器之间的阻力，以减小误差，故B正确；验证机械能守恒定律的原理是：mgh＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,2)－eq \f(1,2)mveq \\al(2,1)，重物质量可以消掉，无需测量重物的质量，故C错误；用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物对减小实验误差无影响，故D错误。
(2)利用纸带数据，根据mgh＝eq \f(1,2)mv2即可验证机械能守恒定律。要从纸带上测出重物下落的高度并计算出对应的速度，选项A、D的条件中，下落高度与所能计算的速度不对应；选项B的条件符合要求，可以取重物下落OC段处理；选项C中，可以求出C、F点的瞬时速度，又知CF间的距离，可以利用eq \f(1,2)mveq \\al(2,2)－eq \f(1,2)mveq \\al(2,1)＝mgΔh验证机械能守恒定律。
答案：(1)AB (2)BC
2．解析：(1)v5＝eq \f(21.60＋26.40×10－2,0.1×2) m/s＝2.4 m/s。
(2)ΔEk＝eq \f(1,2)(m1＋m2)veq \\al(2,5)－0≈0.58 J，ΔEp＝m2gh5－m1gh5＝0.60 J。
(3)由(m2－m1)gh＝eq \f(1,2)(m1＋m2)v2，知eq \f(v2,2)＝eq \f(m2－m1gh,m1＋m2)，即图线的斜率k＝eq \f(m2－m1g,m1＋m2)＝eq \f(5.82,1.20) m/s2，
解得g＝9.7 m/s2。
答案：(1)2.4 (2)0.58 0.60 (3)9.7
3．解析：(1)从打出A点到打出F点时间内，弹簧的弹性势能减少量为
ΔEp弹＝eq \f(1,2)k(L－L0)2－eq \f(1,2)k(L－L0－h5)2
整理有ΔEp弹＝k(L－L0)h5－eq \f(1,2)kheq \\al(2,5)
打F点时钩码的速度为vF＝eq \f(h5－h3,2T)
由于在误差允许的范围内，认为释放钩码的同时打出A点，则钩码动能的增加量为
ΔEk＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,F)－0＝eq \f(mh5－h32,8T2)
钩码的重力势能增加量为ΔEp重＝mgh5。
(2)钩码机械能的增加量，即钩码动能和重力势能增加量的总和，若无阻力做功则弹簧弹性势能的减少量等于钩码机械能的增加量。现在随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，而两条曲线在纵向的间隔即阻力做的功，则产生这个问题的主要原因是钩码和纸带运动的速度逐渐增大，导致空气阻力逐渐增大，以至于空气阻力做的功也逐渐增大。
答案：(1)k(L－L0)h5－eq \f(1,2)kheq \\al(2,5) eq \f(mh5－h32,8T2) mgh5 (2)见解析
4．解析：(1)第3次碰撞到第4次碰撞用时t0＝2.40 s－2.00 s＝0.40 s，根据竖直上抛和自由落体运动的对称性可知第3次碰撞后乒乓球弹起的高度为h0＝eq \f(1,2)geq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(t0,2))) eq \s\up10(2)＝eq \f(1,2)×9.8×0.22 m≈0.20 m。
(2)碰撞后弹起瞬间速度为v2，碰撞前瞬间速度为v1，根据题意可知eq \f(v2,v1)＝k
则每次碰撞损失的动能与碰撞前动能的比值为eq \f(\f(1,2)mv\\al(2,1)－\f(1,2)mv\\al(2,2),\f(1,2)mv\\al(2,1))＝1－eq \f(\f(1,2)mv\\al(2,2),\f(1,2)mv\\al(2,1))＝1－k2
第3次碰撞前瞬间速度为第2次碰后从最高点落地瞬间的速度v＝gt＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2.00－1.58,2)))g＝0.21g
第3次碰撞后瞬间速度为v′＝gt′＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2.40－2.00,2)))g＝0.20g
则第3次碰撞过程中k＝eq \f(v′,v)＝eq \f(0.20,0.21)≈0.95。
(3)由于存在空气阻力，乒乓球在上升过程中受到向下的阻力和重力，加速度变大，上升的高度变小，所以第(1)问中计算的弹起高度高于实际弹起的高度。
答案：(1)0.20 (2)1－k2 0.95 (3)高于
碰撞次序
1
2
3
4
5
6
7
碰撞时刻
(s)
1.12
1.58
2.00
2.40
2.78
3.14
3.47