高考实验专题验证机械能守恒定律.docx
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高考实验专题验证机械能守恒定律
2020高考实验专题:
验证机械能守恒定律(含答案)
1.(多选)在“验证机械能守恒定律”的实验中,有关重物的质量,下列说法正确的是A.选用质量较大的重物,使重物和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力B.应选用质量较小的重物,使重物的惯性小一些,下落时更接近于自由落体运动C.不需要称量重物的质量
D.必须称量重物的质量,而且要估读到0.01g
答案AC
1.如图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:
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:
(1)(多选)为完成此实验,除了所给的器材,还需要的器材有。
(填选项字母)
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
(答出两个原因)。
答案
(1)AD
(2)纸带和打点计时器之间有摩擦;用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差
2.用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验。
(1)为验证机械能是否守恒,需要比较重物下落过程中任意两点间的。
(填选项字母,下同)
A.动能变化量与势能变化量
B.速度变化量与势能变化量
C.速度变化量与高度变化量
(2)(多选)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,还必须使用的两种器材是。
A.交流电源B.刻度尺C.天平(含砝码)
(3)实验中,先接通电源,再释放重物,得到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。
从打O点到打B点的过程中,重物的重力势能变化量ΔEp=,动能变化量ΔEk=。
(4)大多数学生的实验结果显示,重力势能的减少量大于动能的增加量,原因是。
A.利用公式v=gt计算重物速度
B.利用公式v=2gh计算重物速度
C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响
D.没有采用多次实验取平均值的方法
(5)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,描述v2—h图象,并做如下判断:
若图象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依据是否正确。
时刻
t2
t3
t4
t5
t6
速度(m/s)
5.59
5.08
4.58
(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,重力势能增加量ΔEp=J,动能减少量ΔEk=J。
(3)在误差允许的范围内,若ΔEp与ΔEk近似相等,从而验证了机械能守恒定律。
由上述计算得ΔEp不完全等于ΔEk,造成这种结果的主要原因是
答案
(1)4.08
(2)1.421.46(3)存在空气阻力
4.如图甲所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置。
(g取9.80m/s2)
(1)选出一条纸带如图乙所示,其中O点为打点计时器打下的第一个点,A、B、C为三个计数点,打点计时器通以频率为50Hz的交变电流。
用分度值为1mm的刻度尺测得OA=12.41cm,OB=18.90cm,OC=27.06cm,在计数点A和B、B和C之间还各有一点,重锤的质量为1.00kg。
甲同学根据以上数据算出:
当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了J;此时重锤的速度vB=
m/s,此时重锤的动能比开始下落时增加了J。
(结果均保留三位有效数字)
示数如图乙所示,其读数为
m/s。
(2)用ΔEk=12mv2计算钢球动能变化的大小。
用刻度尺测量遮光条宽度,
cm。
某次测量中,计时器的示数为0.0100s,则钢球的速度为v=
(3)下表为该同学的实验结果:
ΔEp/(10-2J)
4.892
9.786
14.69
19.59
29.38
ΔEk/(10-2J)
5.04
10.1
15.1
20.0
29.8
他发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异,认为这是由空气阻力造成的。
你是否同意他的观点?
请说明理由。
(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议。
答案
(1)B
(2)1.50(1.49~1.51都算对)
1.50(1.49~1.51都算对)
(3)不同意,因为空气阻力会造成ΔEk小于ΔEp,但表中ΔEk大于ΔEp
(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l,计算ΔEk时,将v折算成钢球的速度v′=lLv
6.现要通过实验验证机械能守恒定律。
实验装置如图甲所示:
水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨;导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块,其总质量为M,左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳
与一质量为m的砝码相连;遮光片两条长边与导轨垂直;导轨上B点有一光电门,可以测量遮
光片经过光电门时的挡光时间t。
用d表示A点到导轨底端C点的距离,h表示A与C的高度
差,b表示遮光片的宽度,s表示A、B两点间的距离,将遮光片通过光电门的平均速度视为滑块通过B点时的瞬时速度。
用g表示重力加速度。
完成下列填空和作图。
(1)若将滑块自A点由静止释放,则在滑块从A运动至B的过程中,滑块、遮光片与砝码组成的系统重
1
力势能的减少量可表示为,动能的增加量可表示为。
若在运动过程中机械能守恒,t2与s
1
的关系式为t2=。
(2)多次改变光电门的位置,每次均令滑块自同一点(A点)下滑,测量相应的s与t值,结果如下表所
示。
1
2
3
4
5
s/m
0.600
0.800
1.000
1.200
1.400
t/ms
8.22
7.17
6.44
5.85
5.43
14-2t2/(10s-2)
1.48
1.95
2.41
2.92
3.39
1
以s为横坐标、t2为纵坐标,在坐标纸中描出第1和第5个数据点;根据5个数据点作直线,求得该直
1
由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出t2-s图线的斜率k0,将k和k0进行比较,若其差值在实际
允许的范围内,则可认为此实验验证了机械能守恒定律。
答案
Mgh
(1)d-mgs
2Mgh-mgdM+mbds
12
(2)图象见答案
(1)A、B两物块的质量m1和m2,两光电门之间的距离h
(2)(m1-m2)gh=2(m1+m2)(v22
-v21)
7.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所示,他将打点计时器接通低压电源后释放纸带。
(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。
12
2.理论分析可得出弹簧的弹性势能公式Ep=2kx2(式中k为弹簧的劲度系数,x为弹簧长度的变化量)。
为验证这一结论,A、B两位同学设计了以下的实验
①两位同学首先都进行了如图甲所示的实验:
将一根轻质弹簧竖直挂起,在弹簧的另一端挂上一个已知质量为m的小铁球,稳定后测得弹簧伸长d。
②A同学完成步骤①后,接着进行了如图乙的实验:
将这根弹簧竖直地固定在水平桌面上,并把小铁球放在弹簧上,然后竖直地套上一根带有插销孔的长透明塑料管。
利用插销压缩弹簧。
拔掉插销时,弹簧对小球做功,使小球弹起,测得弹簧的压缩量和小铁球上升的最大高度H。
③B同学完成步骤①后,接着进行了如图丙的实验:
将这根弹簧放在水平桌面上,一端固定在竖直的墙上,另一端被小铁球压缩,测得压缩量为x,释放弹簧后,小铁球从高为h的桌面上水平抛出,抛出的水平
距离为L。
(1)A、B两位同学进行如图甲所示的实验目的是为了确定什么物理量?
,请用m、d、g表示所
求的物理量。
12
(2)如果Ep=2kx2成立,那么A同学测出的物理量x与d、H的关系式是x=,B同学测出的物
理量x与d、h、L的关系式是x=。
(3)试分别分析A、B两位同学中,其中一位同学的实验误差的主要来源。
答案
(1)kk=mg
d
(2)
(3)甲同学是小球的器壁的摩擦,乙同学是物体和桌面的摩擦
8.用如图甲所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。
m2从高处由静止开始下落,m1上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒。
图乙给出的是实验中获取的一条纸带;0是打下的第一个点,每相邻两个计数点之间还有4个点(图中未标出),计数点间的距离如图乙所示。
已知两个物体m1=100g、m2=300g,则(g取9.8m/s2)
(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5=m/s。
(2)在打点0~5过程中系统动能的增加量ΔEk=J,系统重力势能的减少量ΔEp=J,
由此得出的结论是。
(结果保留三位有效数字)
2
v2
(3)若某同学作出2-h图象如图丙所示,则根据图象求得的重力加速度g=m/s。
答案
(1)2.40
(2)1.151.18在误差允许的范围内,m1、m2组成的系统机械能守恒
(3)9.6
9.某同学根据机械能守恒定律,设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系。
(1)如图甲,将轻质弹簧下端固定于铁架台,在上端的托盘中依次增加砝码,测量相应的弹簧长度,部
2分数据如下表。
由数据算得劲度系数k=N/m。
(g取9.80m/s2)
砝码质量/g
50
100
150
弹簧长度/cm
8.62
7.63
6.66
答案
(1)50
(2)相等(3)滑块的动能(4)正比
压缩量的平方
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- 高考 实验 专题 验证 机械能 守恒定律