新高考物理一輪復(fù)習(xí)分層提升練習(xí)專題35 驗證機械能守恒定律（原卷版）

專題35驗證機械能守恒定律導(dǎo)練目標(biāo)導(dǎo)練內(nèi)容目標(biāo)1教材經(jīng)典實驗方案的原理、步驟和數(shù)據(jù)處理目標(biāo)2新高考的改進創(chuàng)新實驗【知識導(dǎo)學(xué)與典例導(dǎo)練】教材經(jīng)典實驗方案的原理、步驟和數(shù)據(jù)處理誤差分析：1.減小測量誤差:一是測下落距離時都從0點量起,依次將各打點對應(yīng)下落高度測量完,二是多測幾次取平均值。2.誤差來源:由于重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功,故動能的增加量ΔEk=12mvn2必定稍小于重力勢能的減少量Δ注意事項：1.打點計時器要豎直:安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn),使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)以減少摩擦阻力。2.重物密度要大:重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料。3.一先一后:應(yīng)先接通電源,讓打點計時器正常工作,后松開紙帶讓重物下落。4.測長度,算速度:某時刻的瞬時速度的計算應(yīng)用vn=?n+1-?n-12T,不能用v【例1】某實驗小組利用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。（1）下列做法正確的有___________（填正確答案標(biāo)號）：A．使用的電源是直流電源B．必須使用天平測出重物的質(zhì)量C．必須使用秒表測量重物下落的時間D．釋放紙帶前，應(yīng)讓重物盡量靠近打點計時器（2）如圖乙為選取的一條符合實驗要求的紙帶（部分紙帶未畫出），其中O點為起始點，A、B、C、D、E、F、G均為連續(xù)的點。已知打點周期為T，重力加速度為g。①從紙帶上直接測出各點間的距離，利用下列測量值能驗證機械能守恒定律的有___________（填正確答案標(biāo)號）；A．OE、OF和OG的長度

B．OA和AC的長度C．OF和FG的長度

D．AC、BF和EG的長度②若已知OF的長度為SKIPIF1<0，EG的長度為SKIPIF1<0，選取從O點到F點的過程來驗證機械能守恒定律，請用題中所給的符號寫出需要驗證的表達式為：SKIPIF1<0=___________；（3）某同學(xué)利用實驗時打出的紙帶，測量出了各計數(shù)點到起始點的距離h，算出了各計數(shù)點對應(yīng)的速度v，然后以h為橫軸、v2為縱軸作出了如圖丙所示的圖線，發(fā)現(xiàn)圖線明顯未過原點O，其主要原因可能是___________（填正確答案標(biāo)號）。A．重物下落時受到阻力B．電源的頻率偏高C．先松開紙帶，后接通電源D．利用公式SKIPIF1<0計算重物速度新高考的改進創(chuàng)新實驗單物體光電門法【例2】某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置來驗證機械能守恒定律。先用游標(biāo)卡尺測出小球直徑d，再用米尺測出光電門1和光電門2之間的距離h，然后讓小球自由下落，光電計時器記錄下小球通過光電門1和光電門2的時間分別為t1、t2，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。（1）用50分度的游標(biāo)卡尺測量小球直徑如圖乙所示，此示數(shù)為___________mm；（2）小球通過光電門1時的瞬時速度v1=___________；（3）如果不計空氣阻力，滿足關(guān)系式：___________，就可以驗證小球下落過程中機械能守恒。【第（2）、（3）問用題中所給物理量的符號表示】系統(tǒng)光電門法【例3】用如圖所示裝置可驗證機械能守恒定律，輕繩兩端系著質(zhì)量相等的物塊A、B，物塊B上放一金屬片C，鐵架臺上固定一金屬圓環(huán)，圓環(huán)處在物塊B的正下方。開始時，金屬片C與圓環(huán)間的高度為h，A、B、C由靜止開始運動。當(dāng)物塊B穿過圓環(huán)時，金屬片C被擱置在圓環(huán)上，兩光電門分別固定在鐵架臺P1、P2處，通過數(shù)字計時器可測出物塊B從P1旁運動到P2旁所用時間t，已知重力加速度為g。(1)若測得P1、P2之間的距離為d，則物塊B剛穿過圓環(huán)后的速度SKIPIF1<0________。(2)若物塊A、B的質(zhì)量均用M表示，金屬片C的質(zhì)量用m表示，該實驗中驗證了下面選項________中的等式成立，即可驗證機械能守恒定律。A．SKIPIF1<0

B．SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0D．SKIPIF1<0(3)改變物塊B的初始位置，使物塊B從不同的高度由靜止下落穿過圓環(huán)，記錄每次金屬片C與圓環(huán)間的高度h以及物塊B從P1旁運動到P2旁所用時間t，則以h為縱軸，以________SKIPIF1<0選填“SKIPIF1<0”或“SKIPIF1<0”）為橫軸，通過描點作出的圖線是一條過原點的直線，該直線的斜率SKIPIF1<0________SKIPIF1<0用m、g、M、d表示SKIPIF1<0?！径嗑S度分層專練】1．某實驗小組利用如圖中所示的裝置完成“驗證機械能守恒定律”實驗。將氣墊導(dǎo)軌沿傾斜方向固定在水平桌面上，傾角為SKIPIF1<0。將光電門固定在氣墊導(dǎo)軌上，帶有擋光條的滑塊從光電門上方由靜止釋放。（1）實驗時，該小組的同學(xué)利用游標(biāo)卡尺測了擋光條的寬度，如圖乙所示，該游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為___________SKIPIF1<0。（2）已知擋光條的寬度為d，釋放點到光電門的距離為L，擋光條經(jīng)過光電門的擋光時間為t，重力加速度為g。若滑塊下滑過程中機械能守恒，則關(guān)系式___________成立（用題中所給物理量符號表示）。（3）改變釋放點到光電門的距離L，多次實驗，并記錄滑塊每次經(jīng)過光電門時的擋光時間t，該小組的同學(xué)利用圖像法驗證機械能守恒定律。坐標(biāo)系以L為縱軸，為了便于驗證，應(yīng)以___________（填“t”“SKIPIF1<0”或“SKIPIF1<0”）為橫軸，若圖線的斜率為k，重力加速度SKIPIF1<0___________時滑塊下滑過程中的機械能守恒。2．實驗小組同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌、數(shù)字計時器和拉力傳感器做“研究沿斜面下滑物體的機械能守恒”實驗，實驗裝置如圖甲所示，水平桌面上固定一帶有刻度尺的傾斜氣墊導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上A點處有一帶遮光條的長方形滑塊，用天平測得其總質(zhì)量為m。定滑輪與拉力傳感器之間的細(xì)繩是豎直的，定滑輪與滑塊之間的細(xì)繩平行于氣墊導(dǎo)軌。實驗步驟如下：①用圖乙所示的游標(biāo)卡尺測出測光條的寬度SKIPIF1<0______cm；②安裝好實驗器材，給氣墊導(dǎo)軌接上氣源，然后讀出拉力傳感器的示數(shù)F，同時從氣墊導(dǎo)軌刻度尺上讀出遮光條中心與光電門之間的距離L；③燒斷拉力傳感器與滑塊之間的細(xì)繩，讓滑塊滑向光電門并記錄遮光條通過光電門的時間t；④多次改變滑塊與光電門之間的距離，每次實驗測量相應(yīng)的L與t值，填入相應(yīng)的表格中。試分析下列問題：（1）小組同學(xué)根據(jù)測得的L與t的值，用描點法作出如圖丙所示的SKIPIF1<0圖像，如果不考慮空氣阻力，若該圖線的斜率SKIPIF1<0______，即可驗證滑塊沿下面下滑過程中機械能守恒；（2）考慮到實際存在的空氣阻力，設(shè)小球在下落過程中平均阻力大小為f，根據(jù)實際數(shù)據(jù)繪出SKIPIF1<0圖像的斜率為k，則SKIPIF1<0______SKIPIF1<0（填“大于”、“等于”或“小于”）。3．某同學(xué)用如圖甲裝置驗證機械能守恒定律。長為L的輕繩一端固定在光滑固定轉(zhuǎn)軸O處，另一端系一小球。讓小球繞O點在豎直面內(nèi)做完整的圓周運動，A、B為運動的最低點和最高點附近的光電門。當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，小球的直徑遠(yuǎn)小于輕繩的長。（1）實驗前先用游標(biāo)為20分度的游標(biāo)卡尺測出了小球的直徑，如圖乙所示，則小球的直徑d＝______mm。（2）使小球在豎直面內(nèi)做圓周運動，測出小球經(jīng)過最高點光電門的擋光時間為SKIPIF1<0，經(jīng)過最低點光電門的擋光時間為SKIPIF1<0，則小球經(jīng)過最高點和最低點時速度大小分別為______、______，小球從最低點運動到最高點的過程中，若表達式______成立，則機械能守恒定律得到驗證。（用題中已給的字母表示）4．某實驗小組用如圖所示的裝置，來做“驗證機械能守恒定律”的實驗其中，量角器的中心SKIPIF1<0和長為SKIPIF1<0的細(xì)線的一個端點重合，并且固定在一起細(xì)線的另一端系一個質(zhì)量為SKIPIF1<0、半徑為SKIPIF1<0的小球，當(dāng)小球靜止時量角器的零刻度線與細(xì)線重合，在小球所在位置固定安裝一個光電門，當(dāng)小球由SKIPIF1<0處靜止釋放時，細(xì)線與豎直方向的夾角為SKIPIF1<0，重力加速度為SKIPIF1<0。則：（1）在實驗中測得小球通過光電門的時間為SKIPIF1<0，那么，小球通過最低點的瞬時速度為__。（2）如圖所示，當(dāng)用精確度為SKIPIF1<0的游標(biāo)卡尺來測量小球直徑時，測得小球的直徑為SKIPIF1<0，那么，這時游標(biāo)尺上的第__條刻度線與主尺上的第__刻度線對齊。（3）若在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，滿足__，即可驗證機械能守恒定律（用題中字母來表示）。（4）通過改變小球由靜止釋放時，細(xì)線與豎直方向的夾角SKIPIF1<0，測出相應(yīng)情況下，小球通過光電門的時間SKIPIF1<0，為了形象、直觀地驗證機械能是否守恒，在平面直角坐標(biāo)系中，為使圖象是經(jīng)過坐標(biāo)原點的直線那么，圖象的橫坐標(biāo)為__，縱坐標(biāo)為SKIPIF1<0。5．某實驗小組利用鐵架臺、彈簧、鉤碼、打點計時器、刻度尺等器材驗證系統(tǒng)機械能守恒定律，實驗裝置如圖1所示。彈簧的勁度系數(shù)為k，原長為L0，鉤碼的質(zhì)量為m。已知彈簧的彈性勢能表達式為SKIPIF1<0，其中k為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間。（1）在彈性限度內(nèi)將鉤碼緩慢下拉至某一位置，測得此時彈簧的長度為L。接通打點計時器電源。從靜止釋放鉤碼，彈簧收縮，得到了一條點跡清晰的紙帶。鉤碼加速上升階段的部分紙帶如圖2所示，紙帶上相鄰兩點之間的時間間隔均為T（在誤差允許范圍內(nèi)，認(rèn)為釋放鉤碼的同時打出A點）。從打出A點到打出F點時間內(nèi)，彈簧的彈性勢能減少量為______，鉤碼的動能增加量為______，鉤碼的重力勢能增加量為______。（2）利用計算機軟件對實驗數(shù)據(jù)進行處理，得到彈簧彈性勢能減少量、鉤碼的機械能增加量分別與鉤碼上升高度h的關(guān)系，如圖3所示。由圖3可知，隨著h增加，兩條曲線在縱向的間隔逐漸變大，主要原因是______。6．阿特伍德機是著名的力學(xué)實驗裝置。如圖甲所示，繞過定滑輪的細(xì)線上懸掛質(zhì)量相等的重錘A和B，在B下面再掛重物C時，由于速度變化不太快，測量運動學(xué)物理量比較方便。（1）實驗過程中，下列操作正確的是()A．固定打點計器時，應(yīng)將重錘A與打點計時器距離盡量遠(yuǎn)一些B．開始時紙帶應(yīng)盡量豎直下垂并與系重錘A的細(xì)線在同一豎直線上C．應(yīng)先松開重錘A，然后再接通打點計時器電源D．打點結(jié)束后先將紙帶取下，再關(guān)閉打點計時器電源（2）某次實驗結(jié)束后，打出的紙帶如圖乙所示，E、F、G、H、J連續(xù)幾個點對應(yīng)刻度尺讀數(shù)分別為0.69SKIPIF1<0、2.21SKIPIF1<0、4.00SKIPIF1<0、6.12SKIPIF1<0、8.51SKIPIF1<0。已知打點計時器所用交流電源的頻率為50Hz，則重錘A運動拖動紙帶打出H點時的瞬時速度為__________SKIPIF1<0（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）；（3）如果本實驗室電源頻率小于50Hz，但參與實驗的同學(xué)不知道，則瞬時速度的測量值___________真實值（填“大于”“等于”或“小于”）；（4）已知重錘A和B的質(zhì)量均為SKIPIF1<0，某小組在重錘B下面掛質(zhì)量為m的重物C，由靜止釋放驗證運動過程中系統(tǒng)的機械能守恒。某次實驗中；從紙帶上測量重錘A由靜止上升不同高度h時對應(yīng)的速度v，描點作圖后得到如圖丙所示圖像，取SKIPIF1<0，則重物C質(zhì)量SKIPIF1<0__________SKIPIF1<0（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）。7．某實驗小組利用氣墊導(dǎo)軌做“驗證機械能守恒定律”的實驗，實驗裝置如圖所示。主要實驗步驟如下：①將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，將導(dǎo)軌調(diào)至水平；②測出遮光條的寬度d；③將滑塊移至圖示位置，釋放滑塊，記錄遮光條通過光電門的擋光時間SKIPIF1<0；④用天平稱出鉤碼質(zhì)量m，滑塊及遮光條總質(zhì)量M。已知重力加速度大小為g，請回答下列問題：（1）滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度大小為_________；（2）實驗中還需要測量的物理量有_________（注明物理量并用相應(yīng)的字母表示）；（3）在實驗誤差允許的范圍內(nèi)等式_________成立，則鉤碼和滑塊組成的系統(tǒng)機械能守恒（用測量的物理量符號表示）；（4）該實驗產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因有_________。8．某研究性學(xué)習(xí)小組利用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖甲所示。在氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個光電傳感器A、B，滑塊P上固定一遮光條，若光線被遮光條遮擋，光電傳感器會輸出高電壓，兩光電傳感器采集數(shù)據(jù)后與計算機相連。滑塊在細(xì)線的牽引下向左加速運動，遮光條經(jīng)過光電傳感器A、B時，通過計算機可以得到如圖乙所示的電壓U隨時間t變化的圖象。（1）實驗前，接通電源，將滑塊（不掛鉤碼）置于氣墊導(dǎo)軌上，輕推滑塊，當(dāng)圖乙中的Δt1________（填“>”“＝”或“<”）Δt2時，說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平。（2）用螺旋測微器測遮光條寬度d，測量結(jié)果如圖丙所示，則d＝________mm。（3）滑塊P用細(xì)線跨過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與質(zhì)量為m的鉤碼Q相連，將滑塊P由圖甲所示位置釋放，通過計算機得到的圖象如圖乙所示，若Δt1、Δt2和d已知，要驗證滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機械能是否守恒，還應(yīng)測出________和________（寫出物理量的名稱及符號）。（4）若上述物理量間滿足關(guān)系式________，則表明在上述過程中，滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機械能守恒。9．利用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖所示。水平桌面上固定一傾斜的氣