20202021年高三物理考点专项突破验证机械能守恒pdf含解析

2020-2021年高三物理考点专项突破：验证机械能守恒1.用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能。将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在O点；在O点右侧的B、C位置各安装一个光电门，计时器（图中未画出）与两个光电门相连。先用米尺测得B、C两点间距离x，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A，静止释放，计时器显示遮光片从B到C所用的时间t，用米尺测量A、O之间的距离x。（1）计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是_______。（2）为求出弹簧的弹性势能，还需要测量_______。A．弹簧原长B．当地重力加速度C．滑块（含遮光片）的质量（3）增大A、O之间的距离x，计时器显示时间t将_____。A．增大B．减小C．不变【答案】：（1）st；（2）C；（3）B。【解析】：（1）滑块离开弹簧后做匀速直线运动，因为气垫导轨可以平衡摩擦力。可以用st表示滑块离开弹簧时的速度；（2）根据能量守恒可知，弹簧弹性势能转化为滑块的动能212pEMv，故选择C正确；（3）增大A、O之间的距离x就是增大弹簧弹性势能，滑块获得速度大，通过相同的位移时间少，故选择B。2.(2016·全国卷Ⅰ)某同学用图（a）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（b）所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率，需要用实验数据和其它题给条件进行推算。（1）若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用和图（b）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________，重物下落的加速度的大小为________.（2）已测得=8.89cm，=9.50cm，=10.10cm；当地重力加速度大小为9.80m/，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%。由此推算出为________Hz。【答案】：（1）12(s1+s2)f12(s2+s3)f12(s3–s1)f2（2）40【解析】：（1）根据中间时刻的瞬时速度等于对应段的平均速度，由于1Tf故可以得B点的速度为12(s1+s2)f、C点的速度为12(s2+s3)f。22111()ssaf，23221()ssaf，222311()22aaafss。（2）2121ssaf999.8100a代入数据得39.874f故为40Hz。3.某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图（a）所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接。向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能。ff1s2s3s2sf（1）试验中涉及到下列操作步骤：①把纸带向左拉直②松手释放物块③接通打点计时器电源④向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是_______（填入代表步骤的序号）。（2）图（b）中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。打点计时器所用交流电的频率为50Hz。由M纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为______m/s。比较两纸带可知，________（填“M”或“L”）纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。图b【答案】：（1）④①③②（2）1.29M【解析】：（1）首先向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量，把纸带向左拉直，接通打点计时器电源，松手释放物块，故为④①③②。（2）脱离弹簧后做匀速运动22(2.582.57)101.2875410vm/s故为1.29m/s，速度越大弹性势能越大，在相等的时间里M和L那个的位移大对应的弹性势能大，故M的弹性势能大。4.如图1所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况。利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验。（1）打点计时器使用的电源是（选填选项前的字母）。A．直流电源B．交流电源（2）实验中，需要平衡摩擦力和其它阻力。正确操作方法是（选填选项前的字母）。A．把长木板右端垫高B．改变小车的质量在不挂重物且（选填选项前的字母）的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其它阻力的影响。A．计时器不打点B．计时器打点（3）接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O。在纸带上依次取A、B、C……若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T。测得A、B、C……各点到O点的距离为x1、x2、x3……，如图2所示。实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg，从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W=，打B点时小车的速度v=。（4）以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据做出如图3所示的v2–W图像。由此图像可得v2随W变化的表达式为_________________。根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含v2这个因子；分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是_________。（5）假设已经完全消除了摩擦力和其它阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图4中正确反映v2–W关系的是______________。【答案】：（1）B（2）A（3）mgx2（4）质量（5）A312xxT22-2-1,(4.5~5.0)msJvkWk【解析】：（1）根据打点计时器使用的是交流电，故选择B正确；（2）根据平衡摩擦力的方法，重力的分力与摩擦力平衡，垫高木板一端，故选择A正确；（3）根据功的公式可得W=mgx2，由中间时刻的瞬时速度等于这段平均速度可得：v=（4）根据图像可得v2-W是正比例函数，设斜率为k则：结合动能定理可知斜率与质量有关；（5）根据公式212wmv可得v2-W成正比例函数，故选择A。5.（2018年全国Ⅰ）如图（a），一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘：一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针。现要测量图（a）中弹簧的劲度系数，当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950cm；当托盘内放有质量为0.100kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图（b）所示，其读数为_______cm。当地的重力加速度大小为9.80m/s2，此弹簧的劲度系数为________N/m（保留3位有效数字）。【答案】：(1).3.775(2).53.7312xxT22-2-1,(4.5~5.0)msJvkWk【解析】：（1）游标卡尺精度为0.05mm，游标卡尺上游标第15条刻度线与主尺刻度线对齐，根据游标卡尺的读数规则，图（b）所示的游标卡尺读数为3.7cm+15×0.05mm=3.7cm+0.075cm=3.775cm。（2）托盘中放有质量为m=0.100kg的砝码时，弹簧受到的拉力F=mg=0.100×9.8N=0.980N，弹簧伸长x=3.775cm-1.950cm=1.825cm=0.01825m，根据胡克定律，F=kx，解得此弹簧的劲度系数k=F/x=53.7N/m。6.某实验小组利用如图所示的装置验证机械能守恒定律，实验主要步骤如下：①将光电门安放在固定于水平地面上的长木板上；②将细绳一端连在小车上，另一端绕过两个定滑轮后悬挂一钩码，调节木板上滑轮的高度，使该滑轮与小车间的细绳与木板平行；③测出小车遮光板与光电门之间的距离L，接通电源，释放小车，记下小车遮光板经过光电门的时间t；④根据实验数据计算出小车与钩码组成的系统动能的增加量和钩码重力势能的减少量。（1）根据上述实验步骤，实验中还需测量的物理量有A.小车上遮光板的宽度dB．小车的质量m1C．钩码的质量m2D．钩码下落的时间t′（2）由实验步骤和（1）选项中测得的物理量，可得到系统动能增加量的表达式为，钩码重力势能减少量的表达式为;改变L的大小，重复步骤③、④。若在误差范围内，系统动能的增加量均等于钩码重力势能的减少量，说明该系统机械能守恒。【答案】：（1）ABC（2）2122()2mmdtm2gL【解析】：（1）根据动能的表达式，需要知道小车上遮光板的宽度d、小车的质量m1、钩码的质量m2；（2）根据能量守恒可知，钩码重力势能减少量转化为系统的动能，用遮光片的宽度d与通过的时间t的比值表示此时的末速度，代入动能表达式可得：2122()2kmmdEt，钩码重力势能减少量为：Ep=m2gL。7.利用如图b甲所示装置做“验证机械能守恒定律”实验。图b（1）除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，不需要的器材是。A.交流电源B.刻度尺C.天平（含砝码）（2）实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T，设重物的质量为m。写出从打点O到打点B的过程中，验证机械能守恒的式子：。（3）某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2-h图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，请你分析论证该同学的判断是否正确：。【答案】：（1）C（2）22(=)8CABhhghT（3）该同学的判断依据不正确。在重物下落h的过程中，若阻力f恒定，根据212mghfhmv，可得22()mgfhmv，则此时2hv图象就是过原点的一条直线。所以要想通过2hv图象的方法验证机械能是否守恒，还必须看图象的斜率是否接近2g【解析】：（1）打点计时器需接交流电源，实验中需要用刻度尺测量点迹间的距离，从而求出瞬时速度以及重力势能的减小量。实验中验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，质量可以约去，不需要用天平测量质量，故选C。（2）从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量pBEmgh，B点的瞬时速度2CABhhTv，则动能的增加量22k2()128CABmhhEmTv。故验证机械能守恒的表达式为22(=)8CABhhghT。（3）该同学的判断依据不正确。在重物下落h的过程中，若阻力f恒定，根据212mghfhmv，可得22()mgfhmv，则此时2hv图象就是过原点的一条直线。所以要想通过2hv图象的方法验证机械能是否守恒，还必须看图象的斜率是否接近2g8.某同学用弹簧测力计及刻度尺探究橡皮筋的弹力与其伸长量之间的关系，具体步骤如下：（1）用刻度尺量出一条橡皮筋的自然长度L0，如图甲所示；（2）将橡皮筋的一端固定，用弹簧测力计的挂钩拉橡皮筋，当测力计的读数为F时，记下此时橡皮筋的长度L，如图乙所示；甲乙（3）在橡皮筋的弹性限度内，改变测力计的读数，重复步骤（2），并将数据记录在下表中：（4）以F为纵坐标、L为横坐标建立坐标系，利用上表中的数据在坐标图中描点并绘制图线。（5）根据图像可知，该种橡皮筋的弹力与其伸长量成正比（选填“成”、“不成”）；在弹性限度内，其劲度系数随外力的增大而（选填“减小”、“不变”、“增大”）。（6）如果将这条橡皮筋从弯曲处剪成相等的两段，若给其中一段两端施加大小为2.0N，方向相反的力，则此段橡皮筋的长度为cm。【答案】：（4）图如下图（5）不成，减小（6）21.30次数123456测力计读数F（N）01.02.03.04.04.5橡皮筋长度L（cm）7.308.8011.0015.1021.3025.00【解析】：（4）根据表中的数据在F-L坐标中描点，用平滑的曲线连接，图如上所示；（5）从作出的F-L图中可以清楚的看出，弹力与其伸长量不成正比，由胡克定律可得：Fkl结合图像，斜率在减小故劲度系数在