2021高考物理大一轮复习题组层级快练：第五单元 机械能 作业26 Word版含答案

这是一份2021高考物理大一轮复习题组层级快练：第五单元 机械能 作业26 Word版含答案，共6页。试卷主要包含了选择题等内容，欢迎下载使用。

1．用如图甲所示的装置“验证机械能守恒定律”．
(1)下列物理量需要测量的是________，通过计算得到的是________(填写代号)．
A．重锤质量
B．重力加速度
C．重锤下落的高度
D．与下落高度对应的重锤的瞬时速度
(2)设重锤质量为m、打点计时器的打点周期为T、重力加速度为g.图乙是实验得到的一条纸带，A、B、C、D、E为相邻的连续点．根据测得的x1、x2、x3、x4写出重锤由B点到D点势能减少量的表达式________，动能增量的表达式________．由于重锤下落时要克服阻力做功，所以该实验的动能增量总是________(选填“大于”、“等于”或“小于”)重力势能的减少量．
答案 (1)C D
(2)mg(x3－x1) eq \f(mx4（x4－2x2）,8T2) 小于
解析 (2)重锤由B点到D：
势能减少量ΔEp＝mg(x3－x1)
动能增量ΔEk＝eq \f(1,2)m(vD2－vB2)
vB＝eq \f(x2,2T) vD＝eq \f(x4－x2,2T)，则ΔEk＝eq \f(mx4（x4－2x2）,8T2)
由于阻力作用动能增量总是小于重力势能的减少量．
2.某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律，频闪仪每隔0.05 s闪光一次，如图所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表．(当地重力加速度取9.8 m/s2，小球质量m＝0.2 kg，结果保留3位有效数字)
(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝________ m/s.
(2)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝________ J，动能减少量ΔEk＝________ J.
(3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，即可验证机械能守恒定律．由上述计算得ΔEp________ΔEk(选填“>”“<”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是________________________________________________________________________．
答案 (1)3.48 (2)1.24 1.28 (3)< 存在空气阻力
解析 (1)v5＝eq \f(16.14＋18.66,2×0.05)×10－2 m/s＝3.48 m/s.
(2)重力势能的增量ΔEp＝mgΔh，代入数据可得ΔEp＝1.24 J，动能减少量为ΔEk＝eq \f(1,2)mv22－eq \f(1,2)mv52，代入数据可得ΔEk＝1.28 J.
(3)由计算可得ΔEp<ΔEk，主要是由于存在空气阻力．
3．某实验小组利用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律．小钢球自由下落过程中，计时装置测出小钢球先后通过光电门A、B的时间分别为tA、tB，用小钢球通过光电门A、B的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度．测出两光电门间的距离为h，当地的重力加速度为g，小钢球所受空气阻力可忽略不计．
(1)先用游标卡尺测量钢球的直径，读数如图乙所示，钢球直径为d＝________cm.
(2)要验证机械能是否守恒，只要比较________与________是否相等．
(3)实验中小钢球通过光电门的平均速度________(选填“大于”或“小于”)小钢球球心通过光电门时的瞬时速度，导致动能增加量ΔEk总是稍________(选填“大于”或“小于”)重力势能减少量ΔEp，且随小钢球下落起始高度的增加，误差越来越________(选填“大”或“小”)．
答案 (1)0.850 (2)gh eq \f(1,2)eq \f(d2,tB2)－eq \f(1,2)eq \f(d2,tA2) (3)小于 小于 大
解析 (1)由图可知，主尺刻度为8 mm，游标对齐的刻度为10，故读数为：8 mm＋10×0.05 mm＝8.50 mm＝0.850 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＝eq \f(1,2)mvB2－eq \f(1,2)mvA2
即：gh＝eq \f(1,2)eq \f(d2,tB2)－eq \f(1,2)eq \f(d2,tA2).
(3)已知经过光电门所用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速度，故v＝eq \f(d,t)，即等于中间时刻的瞬时速度．
而小钢球球心通过光电门时的瞬时速度，即为中点的瞬时速度，因此平均速度小于钢球球心通过光电门时的瞬时速度；因此导致动能增加量ΔEk总是稍小于重力势能的减少量；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，ΔEp－ΔEk将增大．
4．图甲是验证机械能守恒定律的实验．小圆柱由一根不可伸长的轻绳拴住，轻绳另一端固定．将轻绳拉至水平后由静止释放．在最低点附近放置一组光电门，测出小圆柱运动到最低点的挡光时间Δt，再用游标卡尺测出小圆柱的直径d，如图乙所示，重力加速度为g.则
(1)小圆柱的直径d＝________cm.
(2)测出悬点到圆柱重心的距离l，若等式gl＝________成立，说明小圆柱下摆过程机械能守恒．
(3)若在悬点O安装一个拉力传感器，测出绳子上的拉力F，则要验证小圆柱在最低点的向心力公式还需要测量的物理量是________(用文字和字母表示)，若等式F＝________成立，则可验证向心力公式Fn＝meq \f(v2,R).
答案 (1)1.02 (2)eq \f(1,2)(eq \f(d,Δt))2 (3)小圆柱的质量m mg＋meq \f(d2,l（Δt）2)
解析 (1)小圆柱的直径d＝10 mm＋2×0.1 mm＝10.2 mm＝1.02 cm.
(2)根据机械能守恒定律得mgl＝eq \f(1,2)mv2，所以只需验证gl＝eq \f(1,2)v2＝eq \f(1,2)(eq \f(d,Δt))2，就说明小圆柱下摆过程中机械能守恒．
(3)若测量出小圆柱的质量m，则在最低点由牛顿第二定律得F－mg＝meq \f(v2,l)，若等式F＝mg＋meq \f(d2,l（Δt）2)成立，则可验证向心力公式，可知需要测量小圆柱的质量m.
5．(2014·广东)某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系．
①如图(a)，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测量相应的弹簧长度，部分数据如下表，由数据算得劲度系数k＝________N/m.(g取9.80 m/s2)
②取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图(b)所示，调整导轨使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小________．
③用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v.释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为________．
④重复③中的操作，得到v与x的关系如图(c)，由图可知，v与x成________关系．由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的________成正比．
答案 ①50 ②相等 ③滑块的动能 ④正比 压缩量的平方
解析 ①根据F1＝mg＝kΔx1，F2＝2mg＝kΔx2，有ΔF＝F1－F2＝kΔx1－kΔx2，则k＝eq \f(0.49,0.009 9) N/m＝49.5 N/m，同理可以求得k′＝eq \f(0.49,0.009 7) N/m＝50.5 N/m，则劲度系数为k＝eq \f(k＋k′,2)＝50 N/m.
②滑块离开弹簧后做匀速直线运动，故滑块通过两个光电门时的速度相等．
③在该过程中弹簧的弹性势能转化为滑块的动能；
④图线是过原点的倾斜直线，所以v与x成正比；弹性势能转化为动能，即E弹＝eq \f(1,2)mv2，即弹性势能与速度平方成正比，则弹性势能与压缩量平方成正比．
6．利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图所示，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片的滑块，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；遮光片两条长边与导轨垂直，导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片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表示遮光片的宽度，将遮光片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．
(1)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；(用题中字母表示)
(2)在上次实验中，某同学改变A、B间的距离，作出的v2－d图像如图所示，并测得m＝M，则重力加速度g＝____________ m/s2.
答案 (1)eq \f(（M＋m）b2,2t2) (m－eq \f(M,2))gd (2)9.6
解析 (1)系统动能增加量可表示为ΔEk＝eq \f(1,2)(M＋m)vB2＝eq \f(（M＋m）b2,2t2)，
系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝mgd－Mgdsin30°＝(m－eq \f(M,2))gd；
(2)根据机械能守恒可得(m－eq \f(M,2))gd＝eq \f(1,2)(M＋m)v2，即g＝2eq \f(v2,d)，代入数据得g＝9.6 m/s2.
7．如图所示装置可用来验证机械能守恒定律．摆锤A拴在长L的轻绳一端，另一端固定在O点，在A上放一个小铁片，现将摆锤拉起，使绳偏离竖直方向成θ角时由静止开始释放摆锤，当其到达最低位置时，受到竖直挡板P阻挡而停止运动，之后铁片将飞离摆锤而做平抛运动．
(1)为了验证摆锤在运动中机械能守恒，必须求出摆锤在最低点的速度．为了求出这一速度，实验中还应该测量的物理量：________________________________________________.
(2)根据测得的物理量表示摆锤在最低点的速度v＝________．
(3)根据已知的和测得的物理量，写出摆锤在运动中机械能守恒的关系式为________．
答案 (1)铁片遇到挡板后铁片的水平位移x和竖直下落高度h (2)xeq \r(\f(g,2h))(3)eq \f(gx2,4h)＝gL(1－csθ)
解析 (1)铁片在最低点飞出时做平抛运动，平抛的初速度即为铁片在最低点的速度，根据平抛运动规律可知：x＝vt，y＝eq \f(1,2)gt2，因此要想求出平抛的初速度，应该测量遇到挡板后铁片的水平位移x和竖直下落高度h.
(2)根据铁片做平抛运动有：
x＝vt①
h＝eq \f(1,2)gt2②
联立①②可解得：v＝xeq \r(\f(g,2h)).
(3)下落到最低点过程中，铁片重力势能的减小量等于其重力做功，因此有：
ΔEp＝mgh＝mgL(1－csθ)
动能的增量为：ΔEk＝eq \f(1,2)mv2
根据ΔEp＝ΔEk得机械能守恒的关系式为：eq \f(gx2,4h)＝gL(1－csθ)
时刻
t2
t3
t4
t5
速度(m/s)
4.99
4.48
3.98
砝码质量/g
50
100
150
弹簧长度/cm
8.62
7.63
6.66