（江蘇專用）2019高考物理一輪復習 第五章 機械能 課時46 實驗：驗證機械能守恒定律加練半小時

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1、46 實驗：驗證機械能守恒定律 [方法點撥]　要明確“誰”在“哪個過程”中機械能守恒，列出守恒方程，明確要測量的物理量． 1．(2018·湖北黃岡模擬)如圖1甲所示，一位同學利用光電計時器等器材做“驗證機械能守恒定律”的實驗，有一直徑為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)，光電計時器記錄下小球通過光電門的時間為t，當?shù)氐闹亓铀俣葹間.則： 圖1 (1)如圖乙所示，用20分度的游標卡尺測得小球的直徑d＝________ cm. (2)多次改變高度H，重復上述實驗，作出隨H的變化圖象如圖丙所

2、示，當圖中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直徑d滿足以下表達式：________________(用t0、H0、g、d表示，四個量均取國際單位)時，可判斷小球下落過程中機械能守恒． (3)實驗中發(fā)現(xiàn)動能增加量ΔEk總是稍小于重力勢能減少量ΔEp，增加下落高度后，則ΔEp－ΔEk將________(選填“增加”“減小”或“不變”)． 2．用如圖2甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．實驗時接通電源，質(zhì)量為m2的重物從高處由靜止釋放，質(zhì)量為m1的重物拖著紙帶打出一系列的點，圖乙是實驗中打出的一條紙帶，A是打下的第1個點，計數(shù)點E、F、G到A點距離分別為d1、d2、d3，每相鄰兩計數(shù)點的時間

3、間隔為T，當?shù)刂亓铀俣葹間.(以下所求物理量均用已知符號表示) 　 圖2 (1)在打點A～F的過程中，系統(tǒng)動能的增加量ΔEk＝________________________________，系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp＝________________________，比較ΔEk、ΔEp大小即可驗證機械能守恒定律． (2)某同學根據(jù)紙帶算出各計數(shù)點速度，并作出－d圖象，如圖丙所示，若圖線的斜率k＝__________________，即可驗證機械能守恒定律． 3．(2017·四川成都模擬)某小組同學用簡易裝置驗證機械能守恒定律，他們找來一塊平整且比較光滑的木板，從實驗室借來打點

4、計時器、刻度尺、小車和紙帶．他們把木板搭在臺階上．如圖3甲安裝好實驗器材，得到如圖乙所示的一條紙帶． (1)在驗證機械能是否守恒時，還需要測量臺階的高度h和臺階與地面間木板的長度L，已知紙帶上相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔為T，紙帶上所標數(shù)據(jù)為已知量，可知該組同學需要驗證的機械能守恒的表達式為_________________________(用題中所給物理量的字母表示)． 圖3 (2)在該實驗中下列說法正確的是________． A．該實驗中先接通電源，后釋放小車 B．由于摩擦力對實驗結(jié)果有影響，所以把木板搭在臺階上是為了平衡摩擦力 C．由于阻力的存在，該實驗中小車增加的動能

5、一定小于小車減少的重力勢能 D．在該實驗中還需要用天平測量小車的質(zhì)量 4．某同學利用如圖4甲所示裝置來驗證機械能守恒定律，器材為：鐵架臺，約50 cm的不可伸長的細線，帶孔的小鐵球，光電門和計時器(可以記錄擋光的時間)，量角器，刻度尺，游標卡尺． 實驗前先查閱資料得到當?shù)氐闹亓铀俣葹間，再將細線穿過小鐵球，懸掛在鐵架臺的橫桿上，在小球軌跡的最低點安裝好光電門，依次測量擺線的長度l，擺球的直徑d，測量擺角θ，從靜止開始釋放小球，擺球通過光電門時記錄時間t. 圖4 (1)用50分度游標卡尺測量小球直徑，刻度線如圖乙(中間若干刻度線未畫出)，則d＝_____ cm. (2)若___

6、_______________________________________等式在誤差范圍內(nèi)成立，則驗證了機械能守恒．(用題中物理量符號表示) (3)除空氣阻力以及量角器、刻度尺、游標卡尺測量產(chǎn)生的誤差，再寫出一個主要的誤差來源：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 5．為了驗證機械能守恒定律，某研究性學習小組的同學利用透明直尺和光電

7、計時器設計了一套實驗裝置，如圖5所示．當有不透光物體從光電門間通過時，光電計時器就可以顯示物體的擋光時間，所用的光電門傳感器可測的最短時間為0.01 ms.將具有很好擋光效果的寬度為d＝3.8×10－3 m的黑色磁帶水平貼在透明直尺上．實驗時，將直尺從一定高度由靜止釋放，并使其豎直通過光電門．某同學測得各段黑色磁帶通過光電門的時間Δti與圖中所示的高度差Δhi，并將部分數(shù)據(jù)進行了處理，結(jié)果如下表所示(表格中M為直尺質(zhì)量，g取9.8 m/s2)． 圖5 Δti(10－3 s) vi＝(m·s－1) ΔEki＝Mv－Mv Δhi(m) MgΔhi 1 1.21 3.1

8、3 2 1.15 3.31 0.58M 0.06 0.58M 3 1.00 3.78 2.24M 0.23 2.25M 4 0.95 4.00 3.10M 0.32 3.14M 5 0.90 4.22 4.01M 0.41 (1)從表格中數(shù)據(jù)可知，直尺上磁帶通過光電門的瞬時速度是利用vi＝求出的，請你簡要分析該同學這樣做的理由是_____________________________________________． (2)請將表格中的數(shù)據(jù)填寫完整：_____________________________________

9、________. (3)通過實驗得出的結(jié)論是____________________________________________. (4)根據(jù)該實驗，請你判斷下列ΔEk—Δh圖象中正確的是(　　) 答案精析 1．(1)0.715　(2)2gH0t02＝d2　(3)增加 解析　(1)由圖可知，主尺刻度為7 mm；游標對齊的刻度為3；故讀數(shù)為：7 mm＋3×0.05 mm＝7.15 mm＝0.715 cm. (2)若減小的重力勢能等于增加的動能時，可以認為機械能守恒；則有：mgH＝mv2，即：2gH0＝()2，解得：2gH0t02＝d2. (3)由于該過程中有阻力做

10、功，而高度越高，阻力做功越多，故增加下落高度后，ΔEp－ΔEk將增加． 2．(1)　(m2－m1)gd2　(2)g 解析　(1)打F點時的速度vF＝，因為打A點時的速度為零，所以系統(tǒng)動能的增加量ΔEk＝(m1＋m2)v＝；系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp＝(m2－m1)gd2. (2)根據(jù)系統(tǒng)機械能守恒可得(m2－m1)gd＝(m1＋m2)v2，即在－d圖象中圖線的斜率k＝g. 3．(1)＝－ (2)AC 解析　(1)要驗證小車下滑過程中機械能守恒，則需要確定小車減少的重力勢能與增加的動能是否近似相等．從打點計時器打下M點到打下N點過程中，小車重力勢能減少量為ΔEp＝Mg(d2＋d3)·

11、，打點計時器打下M點時，小車的速度vM＝，打點計時器打下N點時，小車的速度vN＝，因此小車增加的動能為ΔEk＝M(vN2－vM2)，由機械能守恒定律有：ΔEp＝ΔEk，整理可得：＝－.(2)使用打點計時器時需要先接通電源，后釋放小車，A項正確；此實驗不需要平衡摩擦力，B項錯誤；整個過程中只有重力和阻力做功，合外力做的功使小車動能增加，由于阻力的存在，小車增加的動能一定小于減少的重力勢能，C項正確；由(1)所得表達式可知，此實驗不需要測量小車質(zhì)量，D項錯． 4．(1)2.058　(2)g(l＋)(1－cosθ)＝　(3)光電門中心未完全與小球球心對齊(或細線在擺動過程中長度發(fā)生變化) 解析　(1)根據(jù)游標卡尺的讀數(shù)規(guī)則知，游標卡尺的主尺讀數(shù)為20 mm，而游標尺讀數(shù)為29×0.02 mm，故游標卡尺的讀數(shù)為 (20＋29×0.02) mm＝2.058 cm. (2)若機械能守恒，小球應滿足mg(l＋)(1－cosθ)＝mv2，而小球通過光電門的速度v＝，兩式整理得 g(l＋)(1－cosθ)＝. (3)產(chǎn)生誤差的原因：細線在擺動過程中長度發(fā)生變化或光電門中心未完全與小球球心對齊等． 5．(1)瞬時速度等于極短時間或極短位移內(nèi)的平均速度　(2)4.02M (3)在誤差允許的范圍內(nèi)，重力勢能的減少量等于動能的增加量 (4)C 6