7-5-3-驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(備作業(yè))高一物理同步備課系列(解析版)

PAGE試卷第=1頁，共=sectionpages33頁7.5.3驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（備作業(yè)）（解析版）學(xué)校:___________姓名：___________班級：___________考號：___________一、實(shí)驗(yàn)題1．某同學(xué)利用圖示裝置驗(yàn)證不可伸長的細(xì)繩連接的物塊的速度沿著繩的分速度相等及機(jī)械能守恒。圖中P、Q、R是三個完全相同的木塊，P、Q木塊用細(xì)繩連接，放在水平氣墊桌上。木塊R用輕質(zhì)滑輪連接，放在正中間。a、b、c是三個光電門，調(diào)整三個光電門的位置，能實(shí)現(xiàn)同時遮光。將整個裝置無初速度釋放：(1)為了能完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。除了記錄P、Q、R三個遮光片的遮光的時間t1、t2、t3外，還必需測量的物理有()A．P、Q、R的質(zhì)量MB．兩個定滑輪的距離dC．R的遮光片到c的距離HD．遮光片的寬度x(2)根據(jù)裝置可以分析出P、Q的速度大小相等，驗(yàn)證表達(dá)式為___________。(3)驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒的表達(dá)式___________?！敬鸢浮?/p>

CD

【詳解】解：(1)[1]A．要驗(yàn)證系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，其表達(dá)式是可知與質(zhì)量M無關(guān)，因此不需要測量P、Q、R的質(zhì)量M，A錯誤；B．由驗(yàn)證表達(dá)式可知，與兩個定滑輪的距離d無關(guān)，B錯誤；C．由驗(yàn)證的表達(dá)式可知，需要測量R的遮光片到c的距離H，C正確；D．由驗(yàn)證的表達(dá)式可知，需要測量P、Q、R三個物塊遮光片的速度，因此需要測量遮光片的寬度x，速度D正確。故選CD。[2]物塊P的速度物塊Q的速度因此分析出P、Q的速度大小相等，即需要驗(yàn)證表達(dá)式為即t1=t2(3)[3]整個系統(tǒng)減少的機(jī)械能是ΔE=MgH增加的機(jī)械能是要驗(yàn)證機(jī)械能守恒，則有ΔE=ΔE＇即驗(yàn)證的表達(dá)式2．某同學(xué)利用如圖裝置對輕質(zhì)彈簧的彈性勢能進(jìn)行探究：一輕質(zhì)彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一小球接觸而不固連；彈簧處于原長時，小球恰好位于桌面邊緣，如圖所示。向左推小球，使彈簧壓縮一段距離△x后由靜主釋放；小球離開桌面后落到水平地面上。通過分析和計(jì)算，回答下列問題：（1）本實(shí)驗(yàn)中可認(rèn)為，彈簧被壓縮后的彈性勢能Ep與小球拋出時的動能Ek相等。已知重力加速度大小為g，不計(jì)空氣阻力，為求得Ek，至少需要測量下列物理量中的______________（填正確答案標(biāo)號）。A．小球的質(zhì)量mB．小球拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離sC．桌面到地面的高度hD．彈簧的原長l0（2）用所選取的量和已知量表示Ek，得Ek=____________。（3）圖中的直線是實(shí)驗(yàn)測量得到的水平射程s和壓縮量△x關(guān)系的s—△x圖線。從理論上可推出，如果h不變。m減小，s-△x圖線的斜率會___________（填“增大”、“減小”或“不變”）；如果m不變，h增加，s-△x圖線的斜率會____________（填“增大”、“減小”或“不變”）。由圖中給出的直線關(guān)系和Ek的表達(dá)式可知，Ep隨△x的增大會_____________（填“增大”、“減小”或“不變”）?！敬鸢浮?/p>

ABC

增大

增大

增大【詳解】（1）[1]由平拋規(guī)律可知，由水平距離和下落高度即可求出平拋時的初速度，進(jìn)而可求出物體動能，所以本實(shí)驗(yàn)至少需要測量小球的質(zhì)量m、小球拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離s、桌面到地面的高度h。故選ABC。（2）[2]由平拋規(guī)律可知豎直方向上h=gt2水平方向上s=vt而動能Ek=mv2聯(lián)立可得Ek=（3）[3]由題意可知如果h不變，m減小，則相同的△x對應(yīng)的速度變大，物體下落的時間不變，對應(yīng)的水平位移s變大，s-△x圖線的斜率會增大；[4]如果m不變，h增加，則物體下落的時間增加，則相同的△x下要對應(yīng)更大的水平位移s，故s-△x圖線的斜率會增大；[5]彈簧的彈性勢能等于物體拋出時的動能，即Ep=可知Ep與△s的2次方成正比，而△s與△x成正比，則Ep與△x的2次方成正比，故Ep隨△x的增大會增大。3．在用如圖的裝置探究彈簧的彈性勢能與壓縮量的關(guān)系時，主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：①測出滑塊（包括遮光片）的質(zhì)量m以及遮光片的寬度d；②將水平彈簧的一端固定于水平氣墊導(dǎo)軌的左側(cè)；③用滑塊壓縮彈簧，記錄彈簧的壓縮量x；④釋放滑塊，記錄滑塊通過光電門的遮光時間，算出滑塊的速度；⑤重復(fù)步驟③④，測出多組v與x的值。回答下列問題：（用已知和測得物理量的符號表示）（1）滑塊通過光電門時的速度______；（2）彈簧的彈性勢能______。（3）處理數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)v與x成正比，則彈簧的彈性勢能與形變量x的關(guān)系滿足______。A．

B．

C．

D．【答案】

C【詳解】(1)[1]滑塊通過光電門時的速度(2)[2]根據(jù)能量守恒得彈簧的彈性勢能(3)[3]因?yàn)閺椥詣菽芘c速度的平方成正比，所以彈性勢能與形變的平方成正比。故選C。4．圖甲為某實(shí)驗(yàn)小組同時測量A、B兩個箱子質(zhì)量的裝置圖，其中D為鐵架臺，E為固定在鐵架臺上的輕質(zhì)定滑輪（質(zhì)量和摩擦可忽略不計(jì)），F(xiàn)為光電門，C為固定在A上、寬度為d的細(xì)遮光條（質(zhì)量不計(jì)），此外，該實(shí)驗(yàn)小組還準(zhǔn)備了一套砝碼（總質(zhì)量為kg）和刻度尺等，請?jiān)谝韵聦?shí)驗(yàn)步驟中按要求作答。（1）在鐵架臺上標(biāo)記一位置O，并測得該位置與光電門F之間的高度差h。（2）取出質(zhì)量為m的砝碼放在A箱子中，剩余砝碼都放在B箱子中，讓A從位置O由靜止開始下降，則A下落到F處的過程中，其機(jī)械能是_______的（填增加、減少或守恒）。（3）記錄下遮光條通過光電門的時間t，根據(jù)所測數(shù)據(jù)可計(jì)算出A下落到F處的速度________，下落過程中的加速度大小________（用d、t、h表示）。（4）改變m重復(fù)（2）（3）步驟，得到多組m與a的數(shù)據(jù)，作出a-m圖像如圖乙所示。可得A的質(zhì)量________kg，B的質(zhì)量________kg（重力加速度大小g取）。【答案】

減少

【詳解】（1）[1]A下落到F處的過程中，受到繩子的拉力，拉力做負(fù)功，則其機(jī)械能減少（2）[2]A下落到F處的速率為v[3]由速度位移公式得解得（3）[4][5]把三個物體m0，A，B作為一個系統(tǒng)，根據(jù)牛頓第二定律可得可知圖像的斜率縱截距解得5．利用圖實(shí)驗(yàn)裝置探究重物下落過程中動能與重力勢能的轉(zhuǎn)化問題。（1）實(shí)驗(yàn)操作步驟如下，請將步驟B補(bǔ)充完整：A．按實(shí)驗(yàn)要求安裝好實(shí)驗(yàn)裝置；B．使重物靠近打點(diǎn)計(jì)時器，接著先_______，后_______，打點(diǎn)計(jì)時器在紙帶上打下一系列的點(diǎn)；C．圖為一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶，O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時器打下的第一個點(diǎn)。分別測出若干連續(xù)點(diǎn)A、B、與O點(diǎn)之間的距離、、（2）取打下O點(diǎn)時重物的重力勢能為零，計(jì)算出該重物下落不同高度h時所對應(yīng)的動能和重力勢能，建立坐標(biāo)系，橫軸表示h，縱軸表示和，根據(jù)數(shù)據(jù)在圖3中已繪出圖線Ⅰ和圖線Ⅱ已求得圖線Ⅰ斜率的絕對值，請計(jì)算圖線Ⅱ的斜率k2=______J/m（保留三位有效數(shù)字）。重物和紙帶下落過程中所受平均阻力與重物所受重力的比值為___________（用和表示）?！敬鸢浮?/p>

接通電源

釋放紙帶

2.85~2.90范圍內(nèi)即可

【分析】【詳解】（1）[1][2]如果先釋放紙帶后接通電源，有可能會出現(xiàn)小車已經(jīng)拖動紙帶運(yùn)動一段距離，電源才被接通，那么紙帶上只有很小的一段能打上點(diǎn)，大部分紙帶沒有打上點(diǎn)，紙帶的利用率太低；所以應(yīng)當(dāng)先接通電源，后釋放紙帶。（2）[3]由圖示圖像可知，圖線Ⅱ的斜率[4]對圖線Ⅰ即對圖線Ⅱ即則重物和紙帶下落過程中所受平均阻力與重物所受重力的比值為6．某探究小組想利用驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的裝置測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，如圖甲所示?？蚣苌涎b有可上下移動位置的光電門1和固定不動的光電門2；框架豎直部分緊貼一刻度尺，零刻度線在上端，可以測量出兩個光電門到零刻度線的距離和；框架水平部分用電磁鐵吸住一個質(zhì)量為m的小鐵塊，小鐵塊的重心所在高度恰好與刻度尺零刻度線對齊。切斷電磁鐵線圈中的電流時，小鐵塊由靜止釋放，當(dāng)小鐵塊先后經(jīng)過兩個光電門時，與光電門連接的傳感器即可測算出其速度大小和。小組成員多次改變光電門1的位置，得到多組和的數(shù)據(jù)，建立如圖乙所示的坐標(biāo)系并描點(diǎn)連線，得出圖線的斜率為k。（1）當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹開_______（用k表示）。（2）若選擇光電門2所在高度為零勢能面，則小鐵塊經(jīng)過光電門1時的機(jī)械能表達(dá)式為______________（用題中物理量的字母表示）。（3）關(guān)于光電門1的位置，下面哪個做法可以減小重力加速度的測量誤差________A．盡量靠近刻度尺零刻度線B．盡量靠近光電門2C．既不能太靠近刻度尺零刻度線，也不能太靠近光電門2【答案】

C【詳解】（1）[1]以0刻度線為零勢能面，小鐵塊從光電門1運(yùn)動到光電門2的過程中機(jī)械能守恒，根據(jù)機(jī)械能守恒定律得mv12-mgx1=mv22-mgx2整理得v22-v12=2g（x2-x1）所以圖像的斜率k=2g解得g=（2）[2]小鐵塊經(jīng)過光電門1時的機(jī)械能等于小鐵塊經(jīng)過光電門1時的動能加上勢能，若選擇刻度尺零刻度線所在高度為零勢能面，則有E1=mv12-mgx1=mv12-mkx1（3）[3]用電磁鐵釋放小球的缺點(diǎn)是，當(dāng)切斷電流后，電磁鐵的磁性消失需要一時間，鐵球與電磁鐵鐵心可能有一些剩磁，都會使經(jīng)過光電門1的時間較實(shí)際值大，引起誤差，并適當(dāng)增大兩光電門A、B間的距離，使位移測量的相對誤差減小，故C正確。故選C。7．小明同學(xué)用如圖甲所示裝置來測量當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭。一根不可伸長的細(xì)線一端固定于O，另一端拴一質(zhì)量為m的小球。將細(xì)線水平拉直靜止釋放小球后，О點(diǎn)安置的拉力傳感器可以測量細(xì)線所受的拉力F。（1）某次實(shí)驗(yàn)中，小球運(yùn)動到最低點(diǎn)時傳感器示數(shù)為F，由實(shí)驗(yàn)已知條件可以得出重力加速度表達(dá)式為______，這樣測出的重力加速度______真實(shí)值（填“大于”、“等于”、“小于”）；（2）改變小球的質(zhì)量重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到多組最低點(diǎn)拉力F與對應(yīng)的m，作出的圖像如圖乙所示，根據(jù)圖像（a、b已知）可得，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萠_____?！敬鸢浮?/p>

小于

【詳解】(1)[1]從初位置到最低點(diǎn)，由動能定理得由合力提供向心力得聯(lián)立解得[2]由公式可知，拉力與質(zhì)量是真實(shí)值，但沒有考慮阻力做功，則這樣測出來的重力加速度小于真實(shí)值。(2)[3]由公式可得結(jié)合圖，可得解得8．某同學(xué)利用圖1中的實(shí)驗(yàn)裝置探究機(jī)械能變化量與力做功的關(guān)系，所用器材有：一端帶滑輪的長木板、輕細(xì)繩、的鉤碼若干、光電門2個、數(shù)字計(jì)時器、帶遮光條的滑塊（質(zhì)量為，其上可放鉤碼）、刻度尺，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?，?shí)驗(yàn)操作步驟如下：①安裝器材，調(diào)整兩個光電門距離為，輕細(xì)繩下端懸掛4個鉤碼，如圖1所示；②接通電源，釋放滑塊，分別記錄遮光條通過兩個光電門的時間，并計(jì)算出滑塊通過兩個光電門的速度；③保持最下端懸掛4個鉤碼不變，在滑塊上依次增加一個鉤碼，記錄滑塊上所載鉤碼的質(zhì)量，重復(fù)上述步驟；④完成5次測量后，計(jì)算出每次實(shí)驗(yàn)中滑塊及所載鉤碼的總質(zhì)量M、系統(tǒng)（包含滑塊、滑塊所載鉤碼和輕細(xì)繩懸掛鉤碼）總動能的增加量及系統(tǒng)總機(jī)械能的減少量，結(jié)果如下表所示：0.2000.2500.3000.3500.4000.5820.4900.3920.2940.1950.3930.4900.6860.785回答下列問題：（1）實(shí)驗(yàn)中輕細(xì)繩所懸掛鉤碼重力勢能的減少量為______J（保留三位有效數(shù)字）；（2）步驟④中的數(shù)據(jù)所缺數(shù)據(jù)為______；（3）若M為橫軸，為縱軸，選擇合適的標(biāo)度，在圖2中繪出圖像____