2017年高考物理一輪復習專題25驗證機械能守恒定律(練)(含解析)

1、專題25驗證機械能守恒定律(練)1.用如圖所示實驗裝置，驗證機械能守恒定律，重物 P (含遮光片)，Q用跨過輕滑輪的細繩相連，現(xiàn)讓P從光電門1的上側由靜止釋放，P豎直向下運動，分別測出遮光片經(jīng)過光電門1和光電門2的時間ti和t2 ,另測得遮光片的寬度為d,兩光電門之間的距離為h,已知重力加速度為g輕滑輪細線遮光片(填寫物理量名稱以及表示光電門(1)實驗中還需要測量的物理量有符號)(2)寫出驗證機械能守恒定律的等式為 (用以上測得的物理量符號表示)(3)本實驗還可以測出重物 Q上升的加速度，其大小是 【答案】(1)重物P的質量m,和重物Q的質量m2 (2)(m1m2)gh-(m1mJ (-)2(

2、)2(3)a (-)2()2212 t12h t2 t1CMtI系統(tǒng)懸小的動勢能為號=g電3)嚴鬟過比電門的速度為H =齊，經(jīng)過光電門2的速度是選二3，故系統(tǒng)動能增加量力#岫十鵬:(昌廣1要檢證機械能守恒j即(m1 m2)gh 。(叫 mJ ()2 ()2 ,所以還需要測量重物 P的質量m1和重物Q的2t2t1rr.日質重m2 ;Q與P的加速度是相等的，由運動學的公式：2ah= v2 V所以：a ()2 (2ht2ti)2【名師點睛】此題為一驗證性實驗題.要求根據(jù)物理規(guī)律選擇需要測定的物理量，運用實驗 方法判斷系統(tǒng)重力勢能的變化量是否與動能的變化量相同是解題的關鍵2 .實驗“用DIS研究機械能

3、守恒定律”的裝置如下圖a所示，某組同學在一次實驗中，選擇DIS以圖像方式顯示實驗的結果，所顯示的圖像如下圖 b所示。圖像的橫軸表示小球距 D點的高度h,縱軸表示擺球的重力勢能Ep、動能日或機械能E,圖b的圖像中，表示小球的重力勢能Ep、動能 3和機械能E隨小球距D點的高度h變化關系的圖線分別是A.乙、丙、甲B.乙、甲、丙C.甲、乙、丙 D.丙、甲、乙【答案】At解新】小城在靜止釋放后，重力在假止比，重力勢能號不斷減少，動/不防揩加.通過照索斡b特點易知，丙耒示重力勢能外，乙表示前能以，已表示機械箱瓦加笞案為3【名師點 睛】本題比較新穎，要注意結合實驗的原理進行分析，從而找出符合該實驗的原理；根

4、據(jù)小球在靜止釋放后，重力在做正功，重力勢能b不斷減少，動能Ek不斷增加，而重力勢能和動能的總量即機械能不變來選擇圖線。3 .如圖甲所示，一位同學利用光電計時器等器材做“驗證機械能守恒定律”的實驗。有一直徑為d、質量為m的金屬小球由A處由靜止釋放，下落過程中能通過A處正下方、固定于 B處的光電門，測得 A、B間的距離為H (Hd),光電計時器記錄下小球通過光電門的時間為t, 當?shù)氐闹亓铀俣葹?go則：如圖乙所示，用游標卡尺測得小球的直徑d =mm小球經(jīng)過光電門 B時的速度表達式為。甲乙多次改變高度 H,重復上述實驗，作出 隨H的變化圖象如圖丙所示，當圖中已知量t0、t2H)和重力加速度g及小球

5、的直徑d滿足以下表達式：時，可判斷小球下落過程中機械能守恒。實驗中發(fā)現(xiàn)動能增加量 &總是稍小于重力勢能減少量48,增加下落高度后，則與 員將(選填“增加”、“減小”或“不變”)。【答案】7. 25mm (2) d/t(3) gH0=d2/2t2 (4)增大”或“ ”)鋼球球心通過光電門的瞬時速 度，由此產生的誤差 (選填能”或“不能”)通過增加實驗次數(shù)減小?！敬鸢浮?1) D (2) 不能W析】用胴gt虎門的平均速度表示鋼百辟心通過光電口的喇速度,有匕=色,勺=W根 久B I 據(jù)機械能守恒京德+jugfi =解得wfrugrn箭. F需比仗與邇立是否由3W即可撞證機雌守恒J 根據(jù)勻變速直魏嗣激

6、律用鋼球通過犬電門的平七曬度等于這例程 申中向E、刻速度，所以銅城通辿光電門的平t城度小于球匕通過光電門外掰時速度，包此產J的誤差是系 疑愧差.不靛道過增皿出的東勤屆小克疫誤差了睛】解決本題的關鍵是用鋼球通過光電門的平均速度表示鋼球球心通過光電門的瞬時速度，根據(jù)勻變速直線運動規(guī)律得鋼球通過光電門的平均速度等于這個過程中中間時刻速度，所以 鋼球通過光電門的平均速度小于球心通過光電門的瞬時速度，由此產生的誤差屬于系統(tǒng)誤差。，疆崎題1 .用如圖1實驗裝置驗證 m1、m2組成的系統(tǒng)機械能守恒， m2從高處由靜止開始下落， m,上 拖著的紙帶帶出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律

7、，圖2給出的是實驗中獲取的一條紙帶： 0是打下的第一個點，每相鄰兩計數(shù)點間還有 4個點（圖中未標出），計數(shù)點間的距離如圖 2所示，已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz,2mi 50g、 mb 150g, g 9.8m/s紙帶上打下計數(shù)點 5時的速度v5=m/s；在打。5點過程中系統(tǒng)動能的增量Ek=J,系統(tǒng)重力勢能的減少量Ep=J;由此得出的結論是2若某同學作出了 h圖線（如圖3）,據(jù)圖線得到的重力加速度為g=m/s22【答案】2.4m/s0.576J、0.588J在誤差允許的范圍內，m1、m|2組成的系統(tǒng)機械能守恒g 9.7m/s速度，由圖可知，斜率k=9. 7,故當?shù)氐膶嶋H重力加速度g 9

8、.7m/s .I能析】n曰眈兩首觸點同環(huán)包*個點 偷申索標出:，州斑出由謝沖r罰閆值為地=池=之4幽仃r=5KQ.0i= hlj.在顯盅縊Uh翻伽1 口BAE財誼序“盜干i虻幅中的平r 27;蒯慎.融也,24商j jir 電體斷俅I吃事，腳坳他都酬跌；=，承寸T = 0父。鼻重力,能的犍小置等于物體充力保功，藏士小=所=祥0t =口契，由比同如動例理燦和勢郵班5小重量中蹄，因比在強強坦范春的范圍內，E廣明組成的鼎就嫄守恒n （3）根據(jù)1O 1 oV2機械能守恒可知， mgh mv2,即有一V2 gh ,所以一 h圖象中圖象的斜率表示重力加 222【名師點睛】根據(jù)在勻變速直線運動中時間中點的瞬時

9、速度大小等于該過程中的平均速度， 可以求出打下記數(shù)點 5時的速度大??；根據(jù)物體的初末動能大小可以求出動能的增加量，根 據(jù)物體重力做功和重力勢能之間的關系可以求出系統(tǒng)重力勢能的減小量，比較動能增加量和 重力勢能減小量之間的關系可以得出機械能是否守恒；根據(jù)圖象的物理意義可知，圖象的斜 率大小等于物體的重力加速度大小2.如圖所示的裝置可用來驗證機械能守恒定律.擺錘A拴在長L的輕繩一端，另一端固定在O點，在A上放 一個小鐵片，現(xiàn)將擺錘拉起，使繩偏離豎直方向成 0角時靜止開始釋放擺錘, 當其到達最低位置時，受到豎直擋板P阻擋而停止運動，之后鐵片將飛離擺錘而做平拋運動.(1)為了驗證擺錘在運動中機械能守恒

10、，必須求出擺錘在最低點的速度.為了求出這一速度, 實驗中還應該測得的物理量是 .(2)根據(jù)測得的物理量表示擺錘在最低點的速度v=.(3)根據(jù)已知的和測量的物理量，寫出擺錘在運動中機械能守恒的關系式為【答案】(1)鐵片豎直下落的高度 h和水平位移s；sj-g; ( 3) gs2/4h=gL (1-cos。),2h根拎軌片假平弛云動百：M 卜,班，聯(lián)立3可解得：實驗中理應 2、*修惻孱劉物埋置是鐵片二直下落的高M *和水平位核【名師點口)里鋌卜落過程甲機林或守。由唯二 m3得：承用社、Lm 遇睛】本題比較簡單，考查了平拋運動的基本規(guī)律和機械能守恒的基本知識，對于基礎知識要 加強理解和應用.鐵片飛出

11、的速度大小即為重錘擺到最低點的速度大小，鐵片做平拋運動, 根據(jù)平拋運動的特點可正確求出鐵片平拋出去的水平速度大?。恢劐N下落過程中機械能守 恒，由mgh= Imv2可以求出其機械能守恒的表達式.23.某同學利用自由落體運動驗證機械能守恒定律，它在同一豎直線上不同高度處安裝兩個光 電門，然后在高處的光電門正上方一定距離處由靜止釋放小球，下落中小球球心經(jīng)過兩光電 門的細光束，光電門顯示的遮光時間分別為 t1和t2。(1)為驗證機械能守恒定律，它還必須測出的物理量有A小球白質量 m日小球白直徑 DC兩光電門中心的距離 LD小球在兩光電門中心間運動的時間t(2)為驗證機械能守恒定律，需要比較小球在兩光電

12、門間運動時重力勢能的減少量Ep與小球增加的動能 Ek是否相等，若運用所測量物理量及相關常量表示，則Ep=；Ek=(3)為了減小實驗誤差，對選擇小球的要求是1 o t2 t2【答案】(1) BC (2) Ep mgL、 Ek mD2(4) (3)質量大，體積小，外表面光2以；【解圻】門)指挺捫精或M恒定律可得：遍 ；心書.等式兩力質量消去,防以不需要測量小球 Ju上的質量 要慢小球遽運立書吁白用厚寸速庾j則勢須需要Q道白光翎率的尺寸，因此需要劣建4玨柏遁校，熨瀏堂，卜現(xiàn)七落的高度九則需要測量西光電n中心的距商山故員正常,(2)重力艙多少方，重十1勢向瀛誠小多歲,所以弓二例,小球通過兩個光電門的隰

13、時速度介另的M Vj = ?量# AAjj = -= -mZ)a(a f1 )(3)為了t片Jr 12 Ji 士,減小實驗誤差，需要減小小球受到的空氣阻力，則應選取質量大，體積小，外表面光滑的小球【名師點睛】無論采用什么樣的方法來驗證機械能守恒，明確其實驗原理都是解決問題的關 鍵，同時在處理數(shù)據(jù)時，要靈活應用所學運動學的基本規(guī)律4 .如圖甲所示，兩物塊 A、B分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端，利用光電門驗證A、B所構成的系統(tǒng)機械能守恒，遮光板質量不計，(1)用游標卡尺和螺旋測微器分別測出遮光板的寬度如圖乙所示，游標卡尺測得遮光板的寬度d=mm螺旋測微器測得遮光板的寬度為d=mm(2)驗證此過程

14、機械能守恒，除了需要記錄運動時間，測量遮光板的寬度外，還需要測量的物理量有【答案】(1)3.6、3.5813.584(2)物塊A、B的質量，兩光電門的高度差H,豚聽】 簫標不尺刷為d =3.如 I,噓善則微3的解舊紇素蛻的初速度吐亙，末速度外一,小東晚動能的暗扣量編L切+圳/fWy 一 (色力.MM2M 45的重力勢裾減小，的薊勢能培加1則系挽重力芬靛的貓小量州,(市占-刑，亞，巴我證【名師點必印 蛆=上網(wǎng)+*K勺*-WL酰L還禹要硬僮物塊兒b孫健，的比電門打高度差從 2A/, M睛】游標卡尺的讀數(shù)等于主尺讀數(shù)加上游標讀數(shù)，不需估讀.根據(jù)極短時間內的平均速度等于瞬時速度，求出系統(tǒng)通過光電門的瞬

15、時速度，從而求出系統(tǒng)動能的增加量，通過B的重力勢能減小，A的重力勢能增加，求出系統(tǒng)重力勢能的減小量。5 .某同學利用電磁打點計時器打出的紙帶來驗證機械能守恒定律，該同學在實驗中得到一條紙帶，如圖所示，在紙帶上取6個計數(shù)點，兩個相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T=0. 02s,其中1、2、3相鄰，4、5、6相鄰，在3點和4點之間還有若干點， &是1、3兩點的距離，S2是2、5兩點的距離，S3是4、6兩點的距離,(1)實驗過程中，下列操作正確的是 A電磁打點計日器應接在 220V的交流電源上日實驗時應先松開紙帶，然后迅速打開打點計時器C實驗時應先打開打點計時器，然后松開紙帶D紙帶應理順，穿過限位孔并保持豎

16、直(2)點2速度的表達式 v2=(3)該同學測得的數(shù)據(jù) s 4.00cm、s2 16.00cm、s3 8.00cm,重物(質量為 mm在豎直方向上運動從點 2運動到點5過程中，動能增加量為 m,勢能減小量為 m,(結 果保留三位有效數(shù)字，重力加速度取g 9.8m/ s2)【答案】（1） CD（2） -sL（3）1.50J、1.57J【解析】（1）電磁打點計時器使用的是 4-6V的低壓交流電，A錯誤；因為下落時間非常短暫,如果先釋放紙帶再接通電源，則紙帶上打出的點非常少，不利于實驗，所以應先接通電源，待打點計時器工作溫度穩(wěn)定后釋放紙帶，B錯誤C正確；因為實驗是豎直方向上的運動，為了減小阻力，紙帶

17、應理順，穿過限位孔并保持豎直，D正確;2點時0之間的申同B棱|的點，言勻變速直城運動平均速用t論可得醒=今5聊才能之目的中心閡的點故巧=今所以M點？部至點5過程中，的能增加量為【名師點睛】:那一/W-L5UJ，勢能底小量為人%=一啊%=L57J 解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項.紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的 推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度和加速度，從而求出動能.根據(jù)功能關系得 重力勢能減小量等于重力做功的數(shù)值。1.2016 全國新課標I卷】（5分）某同學用圖（a）所示的實驗裝置驗證機械能

18、守恒定律，其中打點計時器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz、30 Hz和40也。打出紙帶的一部分如圖（b）所示。打有計時翔該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率f,需要用實驗數(shù)據(jù)和其它題給條件進行推算。（1）若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用 f和圖（b）中給出的物理量可以寫出：在打點計時器打出 B點時，重物下落的速度大小為 ,打出C點時重物下落的速度大 小為,重物下落的加速度大小為 .（2）已測得 si =8. 89 cm, S2=9. 50 cm, S3 =10. 10 cm；當重力加速度大小為 9. 80 m/s2實驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%由此推算出f為 H

19、Zo【答案】（1） 1（S1+S2）f （S2+S3）f （S3S1）f2（2）40222【解析】U）1TB也盯，重物下落的速度等于AC段的平均速度，所以與三中-如言“同埋打出cwm重軻下落的速度4二空 二色孚由加速度的定乂式得在=當=殳【名師點力日牛場第二定律得：力唱E蛋-朗口，解得：/ 一、隹二握，代人接值解得：月段 巧一斯睛】本題主要考查驗證機械能守恒定律實驗、紙帶數(shù)據(jù)分析。解決這類問題的關鍵是會根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)求出打某一點的瞬時速度、整個過程的加速度；解決本題要特別注意的是打點計時器的頻率不是經(jīng)常用的 50 Hz。2.12016 北京卷】利用圖 2裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗。為驗證機

20、械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點間的。A.動能變化量與勢能變化量B.速度變化量和勢能變化量C.速度變化量和高度變化量除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺（含鐵夾）、電磁打點計時器、導線及開關外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是。A.交流電源B.刻度尺C .天平（含祛碼）實驗中，先接通電源，再釋放重物，得到圖3所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A B、C,測得它們到起始點 O的距離分別為hA、hB、hco已知當?shù)刂亓铀俣葹?g,打點計時器打點的周期為 To設重物的質量為 mi從打O點到打B 點的過程中，重物的重力勢能變化量Ep =,動能變化量 Ek=。大多數(shù)學生的實驗結果顯示

21、，重力勢能的減少量大于動能的增加量，原因是。A.利用公式v gt計算重物速度b.利用公式v j2gh計算重物速度C.存在空氣阻力和摩擦阻力的影響D.沒有采用多次實驗取平均值的方法某同學想用下述方法研究機械能是否守恒，在紙帶上選取多個計數(shù)點，測量它們到起始點 O的距離h,計算對應計數(shù)點的重物速度 V,描繪v2-h圖像，并做如下判斷：若圖像是一條過原 點的直線，則重物下落過程中機械能守恒。請你分析論證該同學的判斷依據(jù)是否正確?！敬鸢浮緼AB-mghB,1m(hc hA)2C該同學的判斷依據(jù)不正確。在重物下2 2T落h的過程中，若阻力f恒定，根據(jù)mgh fh 1mv2 0 v2 2(g1)h可知，v

22、2-h圖像就 2m是過原點的一條直線。要向通過v2-h圖像的方法驗證機械能是否守恒，還必須看圖像的斜率是否接近2g?！窘馕鯦根概喻卷F恒定律可得融H歸一;由3。，蠕要食切變此量與勢京晚七量,為工硝電市打點十打器使用的是交流電源曲A正他；因為在計營重力峨的費化堂時，雷是用利祇帶上兩年之間的即高，所以還需要刻點尺j的B1L翻&相摳/的_|穆/0可蹲等式朝邊的質量略酎曲不需要天干， Ac錯退；重力勢靛改變量為耳,=M，由于下瘩過程中是句變速直線運猷I,用以根據(jù)中間因到重坳源度的規(guī)潭可得5點的速度為心=與白，所以4國=；富瞬1程中有衽空三阻力，苑帶運力2程中存在摩撞上c止硝。階我司學的網(wǎng)斷依用不止確在

23、里利卜落，的過程中,與出力F 1f恒定，根據(jù) /HRirFzuxmJOnyuw一二沖可知，通*圖I魏喝d原點的T直線.栗向通 2m過小圖信防法騷詢麻群守恒.汪場看圖嚕詢率帝宣越*【方法技巧】解決本題的關鍵掌握實驗的原理，會通過原理確定器材，以及掌握紙帶的處理方法，會通過紙帶求解瞬時速度的大小，做分析勻變速直線運動情況時，其兩個推論能使我們更為方便地解決問題，一、在相等時間內走過的位移差是一個定值，即x aT2 ,二、在選定的某一過程中，中間時刻瞬時速度等于該過程中的平均速度。3.12016 江蘇卷】某同學用如題11 - 1圖所示的裝置驗證機械能守恒定律.一根細線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜

24、止于A點，光電門固定在 A的正下方.在鋼球底部豎直地粘住一片寬帶為d的遮光條.將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間 td 可由計時器測出，取v 作為鋼千經(jīng)過A點時的速度.記錄鋼球每次下落的高度 h和計時器 t示數(shù)t,計算并比較鋼球在釋放點和 A點之間的勢能變化大小 A b與動能變化大小 A R,就能 驗證機械能是否守恒.(1)用A &=mgh計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度 h應測量釋放時的鋼球球心到之間的豎直距離.(A)鋼千在A點時的頂端(B)鋼千在A點時的球心(C)鋼千在A點時的底端1 2(2)用AR= mv2計算鋼球動能變化的大小，用刻度尺測量遮光條寬度，

25、示數(shù)如題11-2圖2所示，其讀數(shù)為cm.某次測量中，計時器的示數(shù)為0. 0100 s ,則鋼球的速度為 v=m/s.他發(fā)現(xiàn)表中的 AEp與A E之間存在差異，認為這是由于空氣阻力造成的.你是否同意他的觀 點？請說明理由.(4)請你提出一條減小上述差異的改進建議.【答案】(1) B (2) 1. 50 (1. 49T. 51 都算對)1 . 50 (1. 49T. 51 都算對)(3)不同意，因為空氣阻力會造成AR小于Ab,但表中AE大于AEp. (4)分別測出光電門和球心到懸點的長度L和l ,計算AE時，將v折算成鋼球的速度 v -vL【解析】:好桿落的高層北徹末垃民稼心間白旗離，所以選用由輯

26、圖扣領為I. 5次皿.小璘的速度為=0.代人翻推解R il.沏而/箝看是空Ffi內造成的，則皿小于必，果!辭格射星如皿大于獨,故不是空F時造成的.【方法技巧】本題重在考查實驗的誤差分析，空氣阻力的影響是使得一部分勢能轉化為內能，勢能的減少量大于動能的增加量。4.12015 浙江2115.甲同學準備做“驗證機械能守恒定律”實驗，乙同學準備做“探究 加速度與力、質量的關系”實驗(1)圖1中A、B、G DD E表示部分實驗器材，甲同學需在圖中選用的器材乙同學需在圖中選用的器材。(用字母表示)33 34 35 36 37 38 cm卬/f?9 30 31 3228 29 30 31 32 第 34 35 36 5第21題圖2(2)乙同學在實驗室選齊所需器材后，經(jīng)正確操作獲得如圖2所示的兩條紙帶和。紙帶的加速度大(填或者)，其加速度大小為【答案】(1) AB; BDE (2)，2. 5 m/s2 (2.5 0.2m/s2)【解析】蛤證利械官舒旦定律”買檢，需要在豎直面上上一出一條里濰卜落艘芾？即可轆證，故選便器AE* 探究加速度局力.反量球系r X的需要科津1叵可小車打巴一條維帚,敬選BDEU)盤帶中前第1、2點與籥，3點的位移差為三個點的把格羞為0 =( 32 40找