课标通用2021高考物理一轮复习作业26实验六验证机械能守恒定律含解析

-1-作业26实验六验证机械能守恒定律非选择题1．如图26－1所示为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平．回答下列问题：图26－1(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有________．(填入正确选项前的字母)A．米尺B．秒表C．0～12V的直流电源D.0～12V的交流电源(2)实验中误差产生的原因有________________(写出两个原因)．解析：(1)需要米尺来测量纸带上两点之间的距离，电磁打点计时器需用交流电源，故A、D正确．(2)①纸带与电磁打点计时器之间存在摩擦力；②测量两点之间距离时的读数有误差；③计算势能变化时，选取的两点距离过近；④交流电源频率不稳定．(选取两个原因即可)答案：(1)AD(2)见解析2．在一次实验验证课上，某同学利用自由落体运动来验证机械能守恒定律，该同学开始实验时的情形如图26－2所示，他将打点计时器接通低压电源后释放纸带．图26－2(1)请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方．①_____________________________________________________；②_____________________________________________________.-2-(2)该同学在教师的指导下规范了实验操作，重新进行实验，得到了几条(3～5条)打出一系列点的纸带，在选点验证机械能守恒时，有以下两种方案，其中对选取纸带的1、2两点间距离要求小于或接近2mm的是方案________(填“一”或“二”)．方案一：利用起始点和第n点计算；方案二：任取两点计算．(3)该同学最终选择了方案一，结合图象法进行数据分析，他从纸带上选取多个点．测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，根据实验数据作出12v2－h图象，其中图线的斜率表示____________________．解析：(1)打点计时器采用的是交流电源，而本实验中采用了直流电源；同时，由于加速度较大，故纸带应在1米左右，且应让重物紧靠打点计时器，而本实验中离打点计时器太远．(2)根据自由落体运动规律应有h＝12×10×(0.02)2m＝0.002m＝2mm.选用点迹清晰，第1、2点间距离接近2mm的纸带，也就以利用起始点和第n点计算，所以是方案一．(3)重物由静止开始下落距离h获得速度v，根据动能定理得mgh＝12mv2，即12v2＝gh，所以12v2－h图线的斜率是重力加速度g.答案：(1)①打点计时器接了直流电②重物离打点计时器太远(2)一(3)重力加速度g3．某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律，频闪仪每隔0.05s闪光一次，如图26－3所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表．(当地重力加速度取g＝9.8m/s2，小球质量m＝0.2kg，结果保留3位有效数字)图26－3时刻t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝________m/s.(2)从t2到t5时间内，重力势能的增量ΔEp＝________J，动能的减少量ΔEk＝________J.-3-(3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，即验证了机械能守恒定律．由上述计算得ΔEp________(填“”“”或“＝”)ΔEk，造成这种结果的主要原因是__________________________________________．解析：(1)v5＝16.14＋18.662×0.05×10－2m/s＝3.48m/s.(2)重力势能的增量ΔEp＝mgΔh，代入数据可得ΔEp≈1.24J，动能减少量为ΔEk＝12mv22－12mv25，代入数据可得ΔEk≈1.28J．(3)由计算可得ΔEpΔEk，主要是由于存在空气阻力．答案：(1)3.48(2)1.241.28(3)存在空气阻力4．在验证机械能守恒定律的实验中，使质量m＝0.30kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，已知打点计时器每隔T＝0.02s打一个点，当地的重力加速度为g＝9.8m/s2.(1)同学甲选取一条纸带如图26－4所示，在点迹较清晰的部分选取某点O作为起始点，图中A、B、C、D为纸带上选取的四个连续点．根据vC＝h1＋h22T计算出C点的速度，然后利用mgh＝12mv2C验证机械能守恒定律，这样处理存在的错误是__________________________________．图26－4(2)同学乙利用同学甲的纸带测量出：OB＝15.55cm，OC＝19.20cm，OD＝23.23cm.根据测量数据计算重物和纸带下落的加速度a＝________m/s2，进一步计算重物和纸带下落过程中所受的阻力Ff＝________N.图26－5(3)同学丙通过实验得到一条纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，以h为横轴，以12v2为纵轴画出了如图26－5所示的图线，图线未过原点O.试分析同学丙在实验操作过程中可能出现的问题是______________．解析：(1)O点不是打出来的第一个点，速度不为零，动能不为零，所以验证机械能守恒-4-定律的表达式为：mgh＝12mv2C－12mv2O.(2)根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，得：a＝（0.2323－0.1920）－（0.1920－0.1555）0.022＝9.5m/s2.由牛顿第二定律得mg－Ff＝ma解得阻力Ff＝0.09N.(3)图线不过原点，说明开始时，重物已经具有了动能，因此该同学做实验时先释放了纸带，然后再合上打点计时器的开关．答案：(1)O点不是打出来的第一个点，速度不为零，动能不为零(2)9.50.09(3)该同学做实验时先释放了纸带，然后再合上打点计时器的开关5．(2016年高考·课标全国卷Ⅰ)某同学用图26－6甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20Hz、30Hz和40Hz.打出纸带的一部分如图26－6乙所示．图26－6该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他题给条件进行推算．(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图26－6乙中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为________，打出C点时重物下落的速度大小为________，重物下落的加速度大小为________．(2)已测得s1＝8.89cm，s2＝9.50cm，s3＝10.10cm；当地重力加速度大小为9.80m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%.由此推算出f为________Hz.-5-解析：物体做匀变速直线运动，中间时刻速度等于平均速度，可求得第一、第二空答案12(s1＋s2)f，12(s2＋s3)f；根据匀变速直线运动判别式可用逐差法求得加速度为12(s3－s1)f2；第二小问可以由牛顿第二定律得，mg－0.01mg＝ma，解得a＝0.99g，由12(s3－s1)f2＝0.99g，解得f＝40赫兹．答案：(1)12(s1＋s2)f12(s2＋s3)f12(s3－s1)f2(2)406．(福建泉州五校联考)如图26－7甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验．有一直径为d、质量为m的金属小球由A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H(H≫d)，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g.则：图26－7(1)如图26－7乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d＝________mm.(2)小球经过光电门B时的速度表达式为vB＝________．图26－8(3)多次改变高度H，重复上述实验，作出1t2随H的变化图象如图26－8所示，当图中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直径d满足表达式________时，可判断小球下落过程中机械能守恒．(4)实验中发现动能增加量ΔEk总是稍小于重力势能减少量ΔEp，增加下落高度后，则ΔEp－ΔEk将________(填“增大”“减小”或“不变”)．解析：(1)主尺刻度为7mm，游标尺对齐的刻度为5，读数为7mm＋5×0.05mm＝7.25mm.(2)-6-小球经过光电门时的速度v＝dt.(3)若机械能守恒，则有mgh＝12mv2，结合图中数据得d2＝2gH0t20.(4)小球的动能增加量ΔEk总是稍小于重力势能减少量ΔEp，主要原因是运动过程中克服阻力做功，使小球的一部分重力势能转化为内能，当增大H时，阻力做功随之增大．答案：(1)7.25(2)dt(3)d2＝2gH0t20(4)增大7．在进行“验证机械能守恒定律”的实验中：图26－9(1)两实验小组同学分别采用了如图26－9甲和乙所示的装置，采用两种不同的实验方案进行实验．①在图甲中，下落物体应选择密度________(填“大”或“小”)的重物；在图26－9乙中，两个重物的质量关系是m1________(填“”“＝”或“”)m2；②采用图乙的方案进行实验，还需要的实验器材有交流电源、刻度尺和________；③比较两种实验方案，你认为图________(填“甲”或“乙”)所示实验方案更合理，理由是________________________________________．(2)有一同学采用了图26－9甲所示的方案，选出一条纸带如图26－10所示，其中O点为起始点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以50Hz交流电，在计数点A和B之间、B和C之间还各有一个点，重物的质量为0.5kg，取g＝9.8m/s2.根据以上数据，打B点时重物的重力势能比开始下落时减少了________J，这时它的动能是________J，根据上面这两个数据你能得到的结论是：__________________．(结果保留三位有效数字)图26－10-7-解析：(1)①在甲图中为了减少空气阻力的影响，选择体积小、密度大的重物；在图乙中，m2在m1的拉力作用下向上运动，所以m1m2.②两重物质量不等，分析系统损失的重力势能是否近似等于增加的动能时，两边质量不能约去，故需要天平测量两重物的质量．③题图乙中所示实验还受到细线与滑轮的阻力的影响，机械能损失较大，故题图甲所示实验方案较为合理．(2)重力势能减少量为ΔEp＝mghOB≈0.867J；打B点时重物的速度为vB＝xOC－xOA4T，打B点时重物的动能为ΔEkB＝12mxOC－xOA4T2≈0.852J，可见在误差允许的范围内，重物下落时机械能守恒．答案：(1)①大②天平③甲图乙中还受到细线与滑轮的阻力的影响(2)0.8670.852在误差允许的范围内，重物下落时机械能守恒