2019年高考物理總復習 第五章 第6講 實驗六 驗證機械能守恒定律 新人教版.doc

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2019年高考物理總復習 第五章 第6講 實驗六 驗證機械能守恒定律 新人教版 1．用如圖1所示實驗裝置驗證機械能守恒定律． 圖1 通過電磁鐵控制的小鐵球從A點自由下落，下落過程中經過光電門B時，毫秒計時器(圖中未畫出)記錄下擋光時間t，測出AB之間的距離h.實驗前應調整光電門位置使小球下落過程中球心通過光電門中的激光束． (1)為了驗證機械能守恒定律，還需要測量下列哪些物理量________． A．A點與地面間的距離H B．小鐵球的質量m C．小鐵球從A到B的下落時間tAB D．小鐵球的直徑d (2)小鐵球通過光電門時的瞬時速度v＝________，若下落過程中機械能守恒，則與h的關系式為＝________. 解析　(1)要驗證機械能守恒定律，除知道小鐵球下落的高度外，還需要計算小鐵球通過光電門時的速度v，因此需要測量出小鐵球的直徑d. (2)小鐵球通過光電門時的瞬時速度v＝.若下落過程中機械能守恒，則mgh＝mv2，解得＝h. 答案　(1)D　(2)　h 2．某研究性學習小組利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖2甲所示．在氣墊導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據后與計算機相連．滑塊在細線的牽引下向左加速運動，遮光條經過光電傳感器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． 圖2 (1)實驗前，接通氣源，將滑塊(不掛鉤碼)置于氣墊導軌上，輕推滑塊，當圖乙中的Δt1________Δt2(選填“>”“＝”或“<”)時，說明氣墊導軌已經水平． (2)用螺旋測微器測遮光條寬度d，測量結果如圖丙所示，則d＝________ mm. (3)滑塊P用細線跨過氣墊導軌左端的定滑輪與質量為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． 答案　(1)＝　(2)8.474(在8.473～8.475之間均算對) (3)滑塊質量M　兩光電門間距離L (4)mgL＝(M＋m)2－(M＋m)2 3．在利用打點計時器驗證做自由落體運動的物體機械能守恒的實驗中． (1)需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h.某小組的同學利用實驗得到的紙帶，共設計了以下四種測量方案，其中正確的是________． A．用刻度尺測出物體下落的高度h，并測出下落時間t，通過v＝gt計算出瞬時速度v B．用刻度尺測出物體下落的高度h，并通過v＝計算出瞬時速度v C．根據做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等于這點前、后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v，并通過h＝計算出高度h D．用刻度尺測出物體下落的高度h，根據做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等于這點前、后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v (2)已知當地重力加速度為g，使用交流電的頻率為f.在打出的紙帶上選取連續(xù)打出的五個點A、B、C、D、E，如圖3所示．測出A點距離起始點O的距離為s0，A、C兩點間的距離為s1，C、E兩點間的距離為s2，根據前述條件，如果在實驗誤差允許的范圍內滿足關系式________________________，即驗證了物體下落過程中機械能是守恒的．而在實際的實驗結果中，往往會出現物體的動能增加量略小于重力勢能的減少量，出現這樣結果的主要原因是__________________________． 圖3 解析　(1)該實驗中需要驗證的是mgh＝mv2，化簡可得gh＝v2，因此只需要了解h和各點的瞬時速度，h用刻度尺直接測量即可，而v需根據勻變速直線運動的規(guī)律求解．則本題的正確選項為D. (2)由運動學的規(guī)律可知vC＝AE＝＝＝，測量可得sOC＝s0＋s1，代入gh＝v2，整理可得32g(s0＋s1)＝f2(s1＋s2)2；由于紙帶在運動的過程中要受到來自打點計時器的阻力，而阻力對紙帶做負功，因此物體的動能增加量略小于重力勢能的減少量． 答案　(1)D　(2)32g(s0＋s1)＝f2(s1＋s2)2　打點計時器有阻力作用，阻力對紙帶做負功 4．某同學利用如圖4所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．該同學經正確操作得到打點紙帶，在紙帶后段每兩個計時間隔取一個計數點，依次為1、2、3、4、5、6、7，測量各計數點到第一個點的距離h，并正確求出打相應點時的速度v.各計數點對應的數據見下表： 圖4 計數點 1 2 3 4 5 6 7 h/m 0.124 0.194 0.279 0.380 0.497 0.630 0.777 v/(ms－1) 1.94 2.33 2.73 3.13 3.50 v2/(m2s－2) 3.76 5.43 7.45 9.80 12.3 請在圖5坐標中，描點作出v2h圖線；由圖線可知，重錘下落的加速度 g′＝________ m/s2(保留三位有效數字)；若當地的重力加速度g＝9.80 m/s2，根據作出的圖線，能粗略驗證自由下落的重錘機械能守恒的依據是 ____________________________________________． 圖5 解析　若機械能守恒，則滿足v2＝2gh則v2h圖線的斜率表示當地的重力加速度的2倍，所作的圖線可求出斜率為19.5，故g′＝9.75 m/s2，誤差允許的范圍內g′＝g，故機械能守恒． 答案　如圖所示　9.75(9.69～9.79均可) 圖線為通過坐標原點的一條直線，所求g′與g基本相等