2024高考物理一輪復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律題型突破練含解析

PAGE9-試驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律熱點(diǎn)一教材原型試驗(yàn)熱點(diǎn)一教材原型試驗(yàn)【典例1】如圖甲所示為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)裝置?，F(xiàn)有器材為:帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重物、天平。 (1)為完成試驗(yàn),還須要的器材有________。

A.米尺 B.0～6V直流電源C.秒表 D.0～6V溝通電源(2)某同學(xué)用圖甲所示裝置打出的一條紙帶如圖乙所示,相鄰兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.02s,依據(jù)紙帶計(jì)算出打下D點(diǎn)時(shí)重物的速度大小為________m/s。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

(3)采納重物下落的方法,依據(jù)公式12mv2=mgh驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,對試驗(yàn)條件的要求是__________,為驗(yàn)證和滿意此要求,所選擇的紙帶第1、2點(diǎn)間的距離應(yīng)接近_______________________。(4)該同學(xué)依據(jù)紙帶算出了相應(yīng)點(diǎn)的速度,作出v2-h圖象如圖丙所示,則圖線斜率的物理意義是

_____________________________________。

【解析】(1)通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器計(jì)算時(shí)間,不須要秒表,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)當(dāng)與溝通電源連接,須要刻度尺測量紙帶上兩點(diǎn)間的距離,故A、D正確,B、C錯誤。(2)由圖可知CE間的距離為s=19.41cm-12.40cm=7.01cm=0.0701m,則由平均速度公式得D點(diǎn)的速度v(3)用公式12mv2=mgh時(shí),對紙帶上起點(diǎn)的要求是重物是從初速度為零起先下落,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為50Hz,打點(diǎn)周期為0.02s,重物起先下落后,在第一個(gè)打點(diǎn)周期內(nèi)重物下落的高度h=12gT2=12×9.8×0.02(4)由機(jī)械能守恒mgh=12mv2得v2=2gh,由此可知圖象的斜率k=2g答案:(1)A、D(2)1.75(3)重物的初速度為零2mm(4)當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊?倍【解題通法】試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法有計(jì)算法和圖象法。(1)本題采納圖象法驗(yàn)證機(jī)械能守恒。通過圖象驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，要依據(jù)機(jī)械能守恒定律寫出圖象對應(yīng)的函數(shù)表達(dá)式，弄清圖象斜率的物理意義，如v2-h圖象、v2-2h圖象，依據(jù)圖象計(jì)算出重力加速度，計(jì)算結(jié)果與當(dāng)?shù)刂亓铀俣缺容^，依據(jù)二者是否在誤差允許的范圍內(nèi)相等推斷機(jī)械能是否守恒。(2)本題也可以利用計(jì)算法驗(yàn)證機(jī)械能守恒。計(jì)算法須要知道當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，通過計(jì)算重力勢能的削減量與動能的增加量是否相等驗(yàn)證機(jī)械能守恒。熱點(diǎn)二創(chuàng)新型試驗(yàn)創(chuàng)新型試驗(yàn)1氣墊導(dǎo)軌【典例2】(2024·汕頭模擬)利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，試驗(yàn)裝置如圖所示。 (1)試驗(yàn)步驟。①將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平。②用游標(biāo)卡尺測量擋光條的寬度l=9.30mm。③由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離x=_________cm。

④將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動時(shí)，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2。⑤從數(shù)字計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時(shí)間Δt1和Δt2。⑥用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量m0，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m。(2)用表示干脆測量量的字母寫出下列所求物理量的表達(dá)式：①滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)瞬時(shí)速度分別為v1=_________和v2=_________。

②當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動能分別為Ek1=_________和Ek2=_________。

③在滑塊從光電門1運(yùn)動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的削減量ΔEp=_________(重力加速度為g)。

(3)假如ΔEp=_________，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。

創(chuàng)新點(diǎn)分析(1)利用氣墊導(dǎo)軌減小阻力對試驗(yàn)的影響；(2)分析系統(tǒng)機(jī)械能守恒。【解析】(1)由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離x=80.30cm-20.30cm=60.00cm。(2)由于擋光條寬度很小，因此將擋光條通過光電門時(shí)的平均速度看作瞬時(shí)速度，擋光條的寬度l可用游標(biāo)卡尺測量，擋光時(shí)間Δt可從數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出，因此，滑塊通過光電門的瞬時(shí)速度為lΔt，則通過光電門1時(shí)瞬時(shí)速度為lΔt1，通過光電門2時(shí)瞬時(shí)速度為lΔt2。由于質(zhì)量事先已用天平測出，由公式Ek=12mv2，可得滑塊通過光電門1時(shí)系統(tǒng)動能Ek1=12(m0+m)lΔt12(3)最終對比Ek2-Ek1與ΔEp數(shù)值大小，若在誤差允許的范圍內(nèi)相等，就驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。答案：(1)③60.00(59.96～60.04)(2)①lΔt②12(m0+m)lΔt1212(m0+m)l創(chuàng)新型試驗(yàn)2光電門【典例3】如圖甲所示，一位同學(xué)利用光電計(jì)時(shí)器等器材做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)。有始終徑為d、質(zhì)量為m的金屬小球從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(H?d)，光電計(jì)時(shí)器記錄下小球通過光電門的時(shí)間為t，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。則： (1)如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測得小球的直徑d=_________cm。

(2)多次變更高度H，重復(fù)上述試驗(yàn)，作出1t2隨H的變更圖象如圖丙所示，當(dāng)圖中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直徑d滿意以下表達(dá)式：_________時(shí)，(3)試驗(yàn)中發(fā)覺動能增加量ΔEk總是稍小于重力勢能削減量ΔEp，增加下落高度后，則ΔEp-ΔEk將_________(選填“增大”“減小”或“不變”)。

創(chuàng)新點(diǎn)分析(1)應(yīng)用光電計(jì)時(shí)器測瞬時(shí)速度；(2)利用試驗(yàn)圖象找尋物理規(guī)律?！窘馕觥?1)由題圖乙可知，主尺刻度為7mm；游標(biāo)尺上對齊的刻度為5。故讀數(shù)為：(7+5×0.05)mm=7.25mm=0.725cm。(2)若減小的重力勢能等于增加的動能時(shí)，可以認(rèn)為機(jī)械能守恒，則有：mgH=12mv2，即：2gH0=解得：1t02=2(3)由于該過程中有阻力做功，且高度越高，阻力做功越多；故增加下落高度后，ΔEp-ΔEk將增大。答案：(1)0.725(2)1t02=2創(chuàng)新型試驗(yàn)3系統(tǒng)機(jī)械能守恒【典例4】某同學(xué)用如圖甲所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。繞過定滑輪的細(xì)線連接物塊A和B，A和B的質(zhì)量相同，B上套有一鐵環(huán)C，A的下端與穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連。起先時(shí)固定物塊A，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接溝通電的頻率為50Hz。 (1)接通電源，再釋放物塊A，物塊B在下落過程中穿過圓環(huán)D時(shí)，鐵環(huán)C落到圓環(huán)D上。圖乙是該過程打出的一條紙帶，已測出了紙帶上離第一個(gè)點(diǎn)O較遠(yuǎn)的一些點(diǎn)到O點(diǎn)的距離。由紙帶可知，鐵環(huán)C運(yùn)動到圓環(huán)D處時(shí)的速度大小為v=_________m/s(保留3位有效數(shù)字)。

(2)要驗(yàn)證機(jī)械能守恒，還須要測量的物理量為_______。

A.起先時(shí)，鐵環(huán)C和圓環(huán)D間的高度差hB.鐵環(huán)C的質(zhì)量mCC.物塊A和B的質(zhì)量mA、mBD.鐵環(huán)C運(yùn)動到D所用的時(shí)間t(3)試驗(yàn)只要驗(yàn)證表達(dá)式___________(用已知和測量的物理量符號表示)在誤差允許的范圍內(nèi)成立，則機(jī)械能守恒得到驗(yàn)證。

創(chuàng)新點(diǎn)分析(1)通過系統(tǒng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(2)鐵環(huán)C落到圓環(huán)D上前A、B、C系統(tǒng)機(jī)械能守恒，鐵環(huán)C落到圓環(huán)D上后A、B系統(tǒng)機(jī)械能守恒?！窘馕觥?1)鐵環(huán)C運(yùn)動到圓環(huán)D處時(shí)的速度大小即為鐵環(huán)被攔住后，A、B勻速運(yùn)動的速度，由紙帶可得v=(31.28(2)(3)要驗(yàn)證機(jī)械能守恒，鐵環(huán)C從起先下落到運(yùn)動到D的過程中，則有(mB+mC)gh-mAgh=12(mA+mB+mC)v2，由于A、B質(zhì)量相等，因此要驗(yàn)證的表達(dá)式為mCgh=12(mA+mB+mC)v2，因此還須要測量的物理量為起先時(shí)，鐵環(huán)C和圓環(huán)D間的高度差h、物塊A、B和鐵環(huán)C的質(zhì)量mA、mB、m答案：(1)2.01(2)A、B、C(3)mCgh=12(mA+mB+mC)v創(chuàng)新型試驗(yàn)4測彈簧彈性勢能【典例5】某試驗(yàn)小組利用如圖甲所示的試驗(yàn)裝置，探究輕質(zhì)彈簧的彈性勢能與形變量的關(guān)系，光滑水平桌面距地面高為h，一輕質(zhì)彈簧左端固定，右端與質(zhì)量為m的小球接觸，彈簧處于原長時(shí)，將小球向左推，壓縮彈簧一段距離后由靜止釋放，在彈簧彈力的作用下，小球從桌子邊緣水平飛出，小球落到位于水平地面的復(fù)寫紙上，從而在復(fù)寫紙下方的白紙P點(diǎn)留下痕跡。(已知重力加速度為g) (1)試驗(yàn)測得小球的落點(diǎn)P到O點(diǎn)的距離為l，那么由理論分析得到小球釋放前壓縮彈簧的彈性勢能Ep與h、l、mg之間的關(guān)系式為；

(2)變更彈簧壓縮量進(jìn)行多次試驗(yàn)，測量數(shù)據(jù)如表所示，請?jiān)趫D乙坐標(biāo)紙上作出x-l圖象。彈簧壓縮量x/m0.0200.0400.0600.0800.1000.120小球飛行水平距離l/m0.51.01.52.42.63.0(3)由圖象得出x與l的關(guān)系式為___________；由試驗(yàn)得到彈簧彈性勢能Ep與彈簧壓縮量x之間的關(guān)系式為___________。

創(chuàng)新點(diǎn)分析(1)利用圖象獲得信息；(2)應(yīng)用平拋運(yùn)動規(guī)律求小球離開彈簧時(shí)的瞬時(shí)速度。【解析】(1)小球從桌子邊緣水平飛出，做平拋運(yùn)動，有h=12gt2，l=v0將小球向左推壓縮彈簧，由機(jī)械能守恒可得Ep=12mv02，聯(lián)立得Ep(2)依據(jù)給出的數(shù)據(jù)利用描點(diǎn)法可得出對應(yīng)的圖象如圖所示(3)由圖象得出x與l的關(guān)系式為x=0.04l，由試驗(yàn)得到彈簧彈性勢能Ep與彈簧壓縮量x之間的關(guān)系式為Ep=mgl24答案：(1)Ep=mgl(3)x=0.04lEp=625【加固訓(xùn)練】(2024·全國卷Ⅱ)某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進(jìn)行探究，試驗(yàn)裝置如圖甲所示。輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并與物塊連接。向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測量和計(jì)算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能。(1)試驗(yàn)中涉及下列操作步驟：①把紙帶向左拉直②松手釋放物塊③接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源④向左推物塊使彈簧壓縮，并測量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作依次是___________(填入代表步驟的序號)。

(2)圖乙中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實(shí)際打點(diǎn)結(jié)果。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用溝通電的頻率為50Hz。由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對應(yīng)的試驗(yàn)中物塊脫離彈簧時(shí)的速度為______m/s。比較兩紙帶可知，___________(選填“M”或“L”)紙帶對應(yīng)的試驗(yàn)中彈簧被