备考2024届高考物理一轮复习强化训练第六章机械能实验七验证机械能守恒定律

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a.遮光片的宽度d；
b.遮光片到光电门的距离l；
c.遮光片通过光电门的时间Δt；
d.托盘与砝码的质量m1，小车与遮光片的质量m2.
图甲
①小车通过光电门时的速度v＝ dΔt ；
②小车从释放到经过光电门的过程，系统重力势能的减少量为 m1gl ，动能的增加量为 12（m1＋m2）（dΔt）2 ；
③改变l，做多组实验，作出如图乙所示以l为横轴、以（dΔt）2为纵轴的图像，若系统机械能守恒，则图像的斜率k＝ 2m1gm1＋m2 .
解析 ①小车通过光电门的挡光时间极短，该时间内的平均速度近似等于小车通过光电门的瞬时速度，即v＝dΔt；
②由题意可知，小车从释放到经过光电门的过程，托盘和砝码下降的高度为l，则该过程系统重力势能的减少量为｜ΔEp｜＝m1gl，系统动能的增加量为ΔEk＝12（m1＋m2）（dΔt）2；
③若系统的机械能守恒，则有｜ΔEp｜＝ΔEk，即m1gl＝12（m1＋m2）（dΔt）2成立，整理得（dΔt）2＝2m1gm1＋m2·l，结合题图乙可知该图像的斜率k＝2m1gm1＋m2.
2.[探究机械能变化量与力做功的关系/2021河北]某同学利用图1中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系.所用器材有：一端带滑轮的长木板、轻细绳、50g的钩码若干、光电门2个、数字计时器、带遮光条的滑块（质量为200g，其上可放钩码）、刻度尺.当地重力加速度为9.80m/s2.实验操作步骤如下：
图1
①安装器材，调整两个光电门距离为50.00cm，轻细绳下端悬挂4个钩码，如图1所示；
②接通电源，释放滑块，分别记录遮光条通过两个光电门的时间，并计算出滑块通过两个光电门的速度；
③保持绳下端悬挂4个钩码不变，在滑块上依次增加一个钩码，记录滑块上所载钩码的质量，重复上述步骤；
④完成5次测量后，计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量M、系统（包含滑块、滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码）总动能的增加量ΔEk及系统总机械能的减少量ΔE，结果如下表所示.
回答下列问题：
（1）实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的减少量为 0.980 J（保留三位有效数字）；
（2）步骤④中的表格所缺数据为 0.588 ；
（3）以M为横轴，ΔE为纵轴，选择合适的标度，在图2中绘出ΔE－M图像；
图2
完全忽略其他的摩擦力做功，则滑块与木板之间的动摩擦因数为 0.40（0.38～0.42均可） （保留两位有效数字）.
答案 （3）如图所示
解析 （1）所悬挂4个钩码重力势能减少量ΔEp＝4mgL＝0.980J；
（2）实验过程中，悬挂钩码重力势能的减少量等于系统总动能增加量ΔEk与系统总机械能减少量ΔE之和，所以步骤④中表格所缺数据为ΔE＝0.980J－0.392J＝0.588J；
（3）根据图表中相关数据在坐标纸上描点，用直线拟合各点，如图所示，根据功能关系有ΔE＝μMgL，则ΔE－M图像的斜率为k＝μgL＝0.785－－0.200J/kg＝1.96J/kg，解得μ＝0.40.
M/kg
0.200
0.250
0.300
0.350
0.400
ΔEk/J
0.587
0.490
0.392
0.294
0.195
ΔE/J
0.393
0.490
0.686
0.785