（通用版）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)檢測（三十三）驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（實(shí)驗(yàn)增分課）（含解析）.doc

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課時(shí)檢測(三十三) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 (實(shí)驗(yàn)增分課) 1.(2016北京高考)利用圖甲裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。 (1)為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點(diǎn)間的________。 A．動(dòng)能變化量與勢能變化量 B．速度變化量和勢能變化量 C．速度變化量和高度變化量 (2)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(tái)(含鐵夾)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是________。 A．交流電源 B．刻度尺 C．天平(含砝碼) (3)實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到圖乙所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為hA、hB、hC。 已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T。設(shè)重物的質(zhì)量為m。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，重物的重力勢能變化量ΔEp＝__________，動(dòng)能變化量ΔEk＝______________。 (4)大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，重力勢能的減少量大于動(dòng)能的增加量，原因是________。 A．利用公式v＝gt計(jì)算重物速度 B．利用公式v＝ 計(jì)算重物速度 C．存在空氣阻力和摩擦阻力的影響 D．沒有采用多次實(shí)驗(yàn)取平均值的方法 (5)某同學(xué)想用下述方法研究機(jī)械能是否守恒：在紙帶上選取多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，測量它們到起始點(diǎn)O的距離h，計(jì)算對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的重物速度v，描繪v2h圖像，并做如下判斷：若圖像是一條過原點(diǎn)的直線，則重物下落過程中機(jī)械能守恒。請你分析論證該同學(xué)的判斷依據(jù)是否正確。 解析：(1)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，重物下落，重力勢能減少，動(dòng)能增加，要驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需比較重物下落過程中任意兩點(diǎn)間的動(dòng)能變化量與勢能變化量大小是否相等，故A正確。 (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)用到電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，則必須使用交流電源；在計(jì)算動(dòng)能和勢能變化量時(shí)，需用刻度尺測量重物下落的高度；在比較動(dòng)能變化量和勢能變化量大小是否相等時(shí)需驗(yàn)證m(v22－v12)＝mgh是否成立，而等式兩邊可約去質(zhì)量m，故不需要天平。故A、B正確。 (3)從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，重物下落hB，重力勢能減少，則重物的重力勢能變化量ΔEp＝－mghB。動(dòng)能增加，則動(dòng)能的變化量ΔEk＝mvB2－0＝m2－0＝m2。 (4)重物在下落過程中，除受重力外還存在空氣阻力和摩擦阻力的影響，重物的重力勢能要轉(zhuǎn)化為重物的動(dòng)能和內(nèi)能，則重力勢能的減少量大于動(dòng)能的增加量，選項(xiàng)C正確。 (5)不正確。v2h圖像為一條直線，僅表明重物所受合力恒定，與機(jī)械能是否守恒無關(guān)。例如，在本實(shí)驗(yàn)中若存在恒定阻力，則重物的機(jī)械能不守恒，但mgh－fh＝mv2－0，v2＝2h，v2h為一條過原點(diǎn)的直線，故該同學(xué)判斷不正確。要想通過v2h圖像的方法驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，還必須看圖像的斜率是否接近2g。 答案：(1)A　(2)AB　(3)－mghB　m2　 (4)C　(5)該同學(xué)的判斷依據(jù)不正確。在重物下落h的過程中，若阻力f恒定，根據(jù)動(dòng)能定理得，mgh－fh＝mv2－0，v2＝2h，可知v2h圖像為過原點(diǎn)的一條直線。要想通過v2h圖像的方法驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，還必須看圖像的斜率是否接近2g。 2．某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，裝置中的氣墊導(dǎo)軌工作時(shí)可使滑塊懸浮起來，以減小滑塊運(yùn)動(dòng)過程中的阻力。實(shí)驗(yàn)前已調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座保持水平，實(shí)驗(yàn)中測量出的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、滑塊的質(zhì)量M、滑塊上遮光條由圖示初始位置到光電門的距離x。 (1)若用游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度為d，實(shí)驗(yàn)時(shí)掛上鉤碼，將滑塊從圖示初始位置由靜止釋放，由計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門的時(shí)間Δt，則可計(jì)算出滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的速度為________。 (2)要驗(yàn)證系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，除了已經(jīng)測量出的物理量外，還需要知道________________。 (3)本實(shí)驗(yàn)通過比較________和____________(用物理量符號(hào)表示)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等，即可驗(yàn)證系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。 解析：(1)根據(jù)極短時(shí)間內(nèi)的平均速度等于瞬時(shí)速度，可知滑塊經(jīng)過光電門的速度v＝。 (2)以鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，其重力勢能的減少量為mgx，系統(tǒng)動(dòng)能的增加量為(M＋m)v2＝(M＋m)，可知還需要知道當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取? (3)驗(yàn)證重力勢能的減少量mgx和動(dòng)能的增加量(M＋m)是否相等即可。 答案：(1)　(2)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取?3)mgx　(M＋m) 3．(2019哈爾濱六中模擬)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。m2從高處由靜止開始下落，m1拖著紙帶打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。圖乙給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶，0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)，所用電源的頻率為50 Hz。已知m1＝50 g、m2＝150 g(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)。則： (1)在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v5＝________m/s。 (2)在打下0點(diǎn)到計(jì)數(shù)點(diǎn)5的過程中系統(tǒng)動(dòng)能的增量ΔEk＝________J，系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp＝________J(當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭取10 m/s2)。 (3)若某同學(xué)作出v2h圖像如圖丙所示，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝________m/s2。 解析：(1)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得v5＝ m/s＝2.4 m/s。 (2)ΔEk＝(m1＋m2)v52－0≈0.58 J，ΔEp＝m2gh5－m1gh5＝0.60 J。 (3)由機(jī)械能守恒定律得(m2－m1)gh＝(m1＋m2)v2，知＝，即圖像的斜率k＝＝，解得g＝9.7 m/s2。 答案：(1)2.4　(2)0.58　0.60　(3)9.7 4.(2019湖北七市模擬)某同學(xué)為了探究桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能表達(dá)式，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)，質(zhì)量為m的均勻長直桿一端固定在光滑轉(zhuǎn)軸O處，桿由水平位置靜止釋放，用光電門測出另一端A經(jīng)過某位置時(shí)的瞬時(shí)速度vA，并記下該位置與轉(zhuǎn)軸O的高度差h。 (1)調(diào)節(jié)h的大小并記錄對(duì)應(yīng)的速度vA，數(shù)據(jù)如表所示，為了形象直觀地反映vA和h的關(guān)系，應(yīng)選擇________(選填“vA”“vA－1”或“vA2”)為縱坐標(biāo)，并在圖乙的坐標(biāo)紙中標(biāo)明縱坐標(biāo)，畫出圖像。 組次 1 2 3 4 5 6 h/m 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 vA/(ms－1) 1.23 1.73 2.12 2.46 2.74 3.00 vA－1/(sm－1) 0.81 0.58 0.47 0.41 0.36 0.33 vA2/(m2s－2) 1.51 2.99 4.49 6.05 7.51 9.00 (2)當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取10 m/s2，結(jié)合圖像分析，桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能Ek＝________(請用質(zhì)量m、速度vA表示)。 解析：(1)由表中數(shù)據(jù)可看出，h與vA2成正比，因此應(yīng)選擇vA2為縱坐標(biāo)，描點(diǎn)連線，可得到一條過原點(diǎn)的直線，如圖所示。 (2)根據(jù)機(jī)械能守恒定律得Ek＝mgh，由(1)中圖像得h＝vA2，則Ek＝mgvA2＝mvA2。 答案：(1)vA2　見解析圖　(2)mvA2