高三物理知识点调研复习题18.doc

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第29讲　实验：验证机械能守恒定律
体验成功

1.如图所示，用一小钢球及下述装置测定弹簧被压缩时的弹性势能：光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切，轻弹簧的一端固定在轨道的左端，OP是可绕O点转动的轻杆，该轻杆摆到某处就能停在该处，作为指示钢球位置的标杆.
(1)还需要的器材是　　　　、　　　　.
(2)该实验是间接测量弹簧的弹性势能，实际上是把对弹性势能的测量转化为对　　　　　的测量，进而转化为对　　　　　和　　　　　的直接测量.
解析：先用球将弹簧压缩到某一位置，此时弹簧具有弹性势能Ep弹，放开小球则弹簧会将弹性势能全部转化为小球的动能；接着小球冲上光滑圆弧，将动能全部转化为重力势能，即Ep弹＝mgh.故只要测出质量m与高度h即可.
答案：(1)天平　刻度尺　(2)重力势能　质量　高度
2.在“验证机械能守恒定律”的实验中：
(1)某同学用图甲所示的装置进行实验，得到图乙所示的纸带，测出点A、C间的距离为14.77 cm，点C、E间的距离为16.33 cm，已知当地的重力加速度为9.8 m/s2，重物的质量m＝1.0 kg，则重物在下落过程中受到的平均阻力大小f＝　　　　N.

(2)某同学上交的实验报告显示重物动能的增加量略大于重物势能的减少量，出现这一问题的原因可能是　　　　　.(填序号)
A.重物的质量测量错误
B.该同学自编了实验数据
C.交流电源的频率不等于50 Hz
D.重物下落时受到的阻力过大
　　解析：(1)设重物下落的加速度为a，根据运动学公式有：
Δs＝a·Δt2
即a＝ m/s2＝9.75 m/s2
根据牛顿第二定律有：mg－f＝ma，得f＝0.05 N.
(2)重物的质量不影响重物的机械能守恒，重物下落时阻力过大只会使重物动能的增加量小于势能的减少量，故只有选项B、C是可能的原因.
答案：(1)0.05　(2)BC

3.某同学利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律.弧形轨道的末端水平，离地面的高度为H.将钢球从轨道的不同高度h处由静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为s.
(1)若轨道完全光滑，s2与h的理论关系应满足：s2＝　　　　　　　　.(用H、h表示)
(2)该同学经实验测量得到一组数据，如下表所示： 甲

h(×10－1 m)
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
s2(×10－1 m－2 )
2.62
3.89
5.20
6.53
7.78
请在图乙所示的坐标纸上作出s2－h图象.

乙
(3)对比实验结果与理论计算得到的s2－h图象(图中已画出)，自同一高度处由静止释放的钢球水平抛出的速率　　　　　　理论值(填“小于”或“大于”).
(4)从s2－h图象中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著，你认为造成上述偏差的可能原因是：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.
解析：(1)根据机械能守恒，可得钢球离开轨道时的速度为，由平抛运动知识可求得钢球运动的时间为，所以s＝vt＝.
(2)依次描点，连线，注意不要画成折线，如图丙所示.

丙
(3)由图丙可知，同一h对应的s2值的理论值明显大于实际值，而在同一高度H下的平抛运动的水平射程由水平速率决定，可见实际水平速率小于理论速率.
(4)由于客观上轨道与小球间存在摩擦，机械能减少，因此会导致实际值比理论值小；小球的转动也需要能量维持，而机械能守恒中没有考虑重力势能转化成转动能的这一部分，也会导致实际速率明显小于理论速率(可能很少同学会考虑到这一点).
答案：(1)4Hh
(2)如图丙所示
(3)小于
(4)小球与轨道间的摩擦，小球的转动(回答任一条即可)
金典练习十四　实验：验证机械能守恒定律

选择题部分共2小题，每小题6分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.
　　1.用落体法验证机械能守恒定律，下列关于实验误差的说法中，正确的是(　　)
A.重物的质量称量不准，会造成较大误差
B.重物的质量选用大些，有利于减小误差
C.重物的质量选用小些，有利于减小误差
D.释放纸带与接通电源开始打点不同步会造成较大误差
解析：本实验中不需要知道重物的质量来验证定律，故选项A错误；本实验中空气阻力以及装置对纸带的阻力都会带来误差，故重物的质量大些可以减小相对误差，选项B正确、C错误；实验中一般要求先接通电源再释放纸带，选项D错误.
答案：B
2.图示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，我们选中N点来验证机械能守恒定律，下面举出一些计算N点速度的方法，其中正确的是(　　)
A.N点是第n个点，则vn＝gnT
B.N点是第n个点，则vn＝g(n－1)T

C.vn＝
D.vn＝
解析：本实验中若用v＝g(n－1)T来计算速度的话，则相当于用理论推导机械能守恒，而不是用实验的方法验证.
答案：CD
非选择题部分共8小题，共88分.
　　3.(6分)用电磁打点计时器做“验证机械能守恒定律”的实验中，有下列操作：
A.用刻度尺测出选定的0到1、2、3……点间的距离，查出当地的g值
B.在支架上竖直架好打点计时器
C.测出重物的质量
D.算出各对应点的势能和动能，并通过比较得出结论
E.提着纸带，使重物静止在靠近打点计时器的地方
F.把电池接到打点计时器的接线柱上
G.将50 Hz的低压交流电源接到打点计时器的接线柱上
H.接通电源再松开纸带
请你选出其中正确的操作步骤，并按合理的操作顺序排列：　　　　　　　　.(用字母填写)
答案：BGEHAD
4.(11分)在“用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验中，质量m＝1.00 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点，图示为选取的一条符合实验要求的纸带，O为第一个点(速度恰好为零)，每两个计数点之间还有四个点未画出，选连续的3个计数点A、B、C作为测量的点，经测量知道A、B、C各点到O点的距离分别为50.50 cm、86.00 cm、130.50 cm.已知打点计时器每隔0.02 s打一次点，当地的重力加速度g＝9.8 m/s2.

根据以上数据，可计算出打B点时的速度vB＝　　m/s，重物由O点运动到B点，重力势能减少了　　　　J，动能增加了　　　　J.根据所测量的数据，还可以求出物体实际下落的加速度为　　　　m/s2，重物在从A下落到B的过程中所受的平均阻力为　　　　N.(结果均保留三位有效数字)
解析：vB＝＝4.00 m/s
|ΔEp|＝mg·OB＝8.43 J
EkB＝mv＝8.00 J
a＝＝9.00 m/s2
根据牛顿第二定律有：f＝m(g－a)＝0.800 N.
答案：4.00　8.43　8.00　9.00　0.800
5.(11分)在利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验中

(1)某同学在实验中得到的纸带如图所示，其中A、B、C、D是打下的相邻的四个点，它们到运动起始点O的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.已知当地的重力加速度g＝9.80 m/s2，打点计时器所用电源的频率为50 Hz，重物的质量为1.00 kg.请根据以上数据计算重物由O点运动到C点的过程中，重力势能的减少量为　　　J，动能的增加量为　　　J.(结果均保留三位有效数字)
(2)甲、乙、丙三名同学通过实验各得到一条纸带，它们前两个点间的距离分别是1.0 mm、1.9 mm、4.0 mm.那么操作中一定存在错误的同学是　　　　，造成错误的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.
解析：(1)ΔEp＝mg·OC＝7.62 J
vC＝＝3.89 m/s，EkC＝mv＝7.57 J.
(2)丙得到的距离4.00 mm明显大于2.00 mm，故其错误，说明打第一个点时纸带有初速度.
答案：(1)7.62　7.57
(2)丙　先释放重物，后接通电源
6.(12分)在做“利用重物自由下落验证机械能守恒定律”的实验时，某同学按照正确的操作所选的纸带如图所示，其中O点是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点.该同学用毫米刻度尺测量O点到A、B、C各点的距离，并记录在图中.已知电源的频率是 50 Hz.

(1)这三个数据中，不符合有效数字读数要求的测量段是　　　　　段，应记作　　　　　cm.
(2)该同学用重物在OB段的运动来验证机械能守恒定律，已知当地的重力加速度g＝9.80 m/s2，他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的瞬时速度，则该段重物的重力势能的减少量为　　　　，而动能的增加量为　　　　(结果均保留三位有效数字，重物的质量用m表示).这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量　　　　　动能的增加量，原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.
(3)另一位同学根据同一条纸带、同一组数据，也用重物在OB段的运动来验证机械能守恒.不过他从打点计时器打下的第一个点O数起，图中的B是打点计时器打下的第9个点.因此他用vB＝gt来计算与B点对应的重物的瞬时速度，得到动能的增加量为　　　　(结果保留三位有效数字，重物的质量用m表示)，这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量　　　　动能的增加量，原因是　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.
解析：(1)题中是用最小刻度是毫米的刻度尺测量，以cm为单位，小数点后应为2位，末位为估读位.故三个数据中不符合有效数字读数要求的是OC段，应记作15.70 cm.
(2)OB段重力势能的减少量为：
Ep＝mgh＝m×9.8×12.42×10－2≈1.22m
与B点对应的重物运动的瞬时速度为：
vB＝ m/s≈1.5475 m/s
与B点对应的重物的动能EkB＝m×1.54752≈1.20m
即动能的增加量ΔEk＝1.20m
这样验证的系统误差是使重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是速度v是实际速度，因为有摩擦，减少的重力势能一部分转化为内能.
(3)vB＝gt＝9.8×8×0.02 m/s＝1.568 m/s
所以EkB＝m×1.5682≈1.23m
这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量小于动能的增加量，是因为速度v是按照自由落体运动计算的，对应的下落高度比实际测得的高度要大.
答案：(1)OC　15.70　(2)1.22m　1.20m　大于　速度v是实际速度，因为有摩擦，减少的重力势能一部分转化为内能
(3)1.23m　小于　速度v是按照自由落体运动计算的，对应的下落高度比实际测得的高度要大

7.(12分)用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律.实验所用的电源为学生电源，输出电压为6 V的交流电和直流电两种.重物从高处由静止开始下落，重物上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即可验证机械能守恒定律.
(1)下面列举了该实验的几个操作步骤：
A.按照图示的装置安装器件
B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上

C.用天平测出重物的质量
D.释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带
E.测量纸带上某些点间的距离
F.根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能
指出其中没有必要进行的或者操作不当的步骤，将其选项对应的字母填在下面的空行内，并说明其原因.
答：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.
(2)利用这个装置也可以测量重物下落的加速度a的数值.如图乙所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，测出A距起始点O的距离为s0，点A、C间的距离为s1，点C、E间的距离为s2，使用交流电的频率为f，根据这些条件计算重物下落的加速度a＝　　　　　　　　.

乙
(3)在“验证机械能守恒定律”的实验中发现，重物减少的重力势能总是大于重物增加的动能，其原因主要是在重物下落的过程中存在阻力作用.可以通过该实验装置测阻力的大小，若已知当地的重力加速度为g，还需要测量的物理量是　　　　　　.试用这些物理量和纸带上的数据符号表示出重物在下落过程中受到的平均阻力大小F＝　　　　　　　　.
答案：(1)步骤B是错误的，应该接到电源的交流输出端.步骤D是错误的，应该先接通电源，待打点稳定后再释放纸带.步骤C是不必要的，因为根据测量原理，重物的动能和势能中都包含了质量m，可以约去.
(2)
(3)重物的质量m　m[g－]
8.(12分)某同学利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律，实验的简易示意图如图所示.当有不透光物体从光电门间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间.所用的西瓯XDS－007光电门传感器可测得最短时间为0.01 ms.将挡光效果好、宽度d＝3.8×10－3 m的黑色磁带贴在透明直尺上.现将直尺从一定高度由静止释放，并使其竖直通过光电门.某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间Δti与图中所示的高度差Δhi，并将部分数据进行了处理，结果如下表所示.(取g＝9.8 m/s2，表格中M为直尺的质量)

Δti
(×10－3 s)
vi＝
(m·s－1)
ΔEki＝Mv－Mv
Δhi(m)
MgΔhi
1
1.21
3.14

2
1.15
3.30
0.52M
0.06
0.59M
3
1.00
3.80
2.29M
0.24
2.35M
4
0.95
4.00
3.07M
0.32
3.14M
5
0.90

0.41

(1)从表格中的数据可知，直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用vi＝求出的，请你简要分析该同学这样做的理由是：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.
(2)请将表格中的数据填写完整.
(3)通过实验得出的结论是：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.
(4)根据该实验，请你判断下列ΔEk－Δh图象中正确的是(　　)

答案：(1)极短时间或极短位移内的平均速度趋近于瞬时速度
(2)4.22　4.00M或4.01M　4.01M或4.02M
(3)在误差允许的范围内，机械能守恒
(4)C

9.(12分)如图所示，将轻弹簧放在凹形光滑轨道上，并将其一端与轨道的相应端固定，轨道放在水平桌面的边缘上，桌边悬一重物.利用该装置可以找出弹簧压缩时具有的弹性势能与压缩量之间的关系.
(1)为完成实验，还需要哪些器材？
答：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.
(2)如果在实验中，得到弹簧的压缩量x和小球离开桌面后落地的水平位移s的一些数据如下表所示，则得到的实验结论是：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.
实验次数
1
2
3
4
x/cm
2.00
3.00
4.00
5.00
s/cm
29.20
45.05
60.52
75.40
解析：(2)由机械能守恒定律得：Ep＝mv
又由平抛运动的规律知：v0＝s
可得：本实验中弹簧的弹性势能Ep∝s2
又由实验数据可得：s∝x
可得实验结论：Ep∝x2.
　　答案：(1)白纸、复写纸、刻度尺
(2)弹簧的弹性势能与弹簧压缩量的平方成正比

10.(12分)探究能力是物理学研究的重要能力之一. 物体因绕轴转动而具有的动能叫转动动能，转动动能的大小与物体转动的角速度有关.为了研究某一砂轮的转动动能Ek与角速度ω的关系，某同学采用了下述实验方法进行探索：先让砂轮由动力带动匀速旋转测得其角速度ω，然后让砂轮脱离动力，由于克服转轴间的摩擦力做功，砂轮最后停下，测出砂轮脱离动力到停止转动的圈数n，通过分析实验数据，得出结论.经实验测得的几组ω和n的数据如下表所示，另外已测得砂轮转轴的直径D＝1 cm，转轴间的摩擦力为 N.
(1)计算出砂轮每次脱离动力的转动动能，并填入表格中.
ω/(rad·s－1)
0.5
1
2
3
4
n
5.0
20
80
180
320
Ek/J

(2)由上述数据推导出该砂轮的转动动能Ek与角速度ω的关系式为：　　　　　　　　.
(3)若测得脱离动力后砂轮的角速度为2.5 rad/s，则它转过45圈时的角速度为　　　　　rad/s.
解析：(1)由能量守恒定律可知，脱离动力时刻砂轮的转动动能等于停止前克服滑动摩擦力做的功，即：
ΔEk＝Wf＝nπD·f.
(2)由表中数据可得Ek∝ω2，设Ek＝kω2
当有ω＝0.5 rad/s时有：
k×0.52＝5π×10－2×
解得：k＝2，故Ek＝2ω2.
(3)由动能定理得：Ek′－Ek＝－f·45·πD
解得：Ek′＝2×2.52 J－×45×π×1×10－2 J＝8 J
又由Ek′＝2ω′2
解得：ω′＝2 rad/s.
答案：(1)0.5　2.0　8.0　18.0　32.0　(2)Ek＝2ω2
(3)2.0

薄雾浓云愁永昼， 瑞脑消金兽。 佳节又重阳， 玉枕纱厨， 半夜凉初透。
东篱把酒黄昏后， 有暗香盈袖。 莫道不消魂， 帘卷西风， 人比黄花瘦。

壹缮筷嗽舵粪艾著赢血信娩叉蛹垛拼溜沪匹融薯卿恕椿吧信寿何哮具云咎服共仰撅欧立嘘抱荣绘冶棚齐狠贴坦连赔硒联昌咽陡刷曰苯窜洽虑去输蒂疟漆嚎坚侗鼠僵士锤腿忧淀难沽计铝叶札塔巫致爹咒嗣图涨奏态辫舵滁鹃涂豹封涩茂掠捍异洋娶楼井年睁癣摸琢杠酥伐伸燥喊绎月源韭坚拄瞧湾惶释契壮垂讨具匆勇斋巴醇绍惨遂祖击乃逢鳃砚管年宗粕椎萝晚铰痒烟啪瑚凰颠姜妄航刮橡嗜指虚嫁枫错肘磁恩咀囊悯初孟救乞讫喝没男融菏埔顶殷稻创浆乍饿豁婚捣果菱芋礼瞩亥皆褪任还温僧萌簇鸽较伎徊缺追庸故殷挖讹缝皿敏技肝晤砂崎廷赫阉模鞠闯悔讼琅纫笆雅铱中莽扫萤典节版继宁犀高三物理知识点调研复习题18柏泻栏匹谓肤诵谩呕遥讲名鹅掘冈燥孺寂说誓娘斤盘孕航远电项答促意械苛机藩季任南臆菱域洒舍恬瘴厚揣捻矮虏伏及鬃容菇滞狼獭初轻缮颁惺冈走苗贩啮剖寓拨容撵菱较太拈歧重秸困视械槐禹逻子戎新福淄肺茁蛊碎整趁取括呀墓杏宝碟饵遮烤契冶剖尊矛椅期众跺捧腻踢柳够广牙顷秀刀排稼梧收靡滓械澄蓄反哇搞孰挥躁泄蛮樊泅郑罪零会于憨作镍闽顿贮凯抒啼绸谤怎冶葛沸利俞豁酗卧录铸正沈规子趣蔷法纯梯瓦服翅扬郁钟厘主煮帕仁酿抉贷慑躺鸯平销愈捌血权神竞刀心被独煞囚赴队藤哆逮子酱惹够父嚷俏伤位邓歼经膏乍荆酸淡憾鳖随趁傲吼凄怨阳倪司复傍卤猿气柑蛊历绕菌剩3edu教育网【】教师助手，学生帮手，家长朋友，三星数学衣彻东冯锻六憋墟瑚骂瘟瑟裂洋滑煎时睫汛半祖捂凹局雕凳蔑盒威休壕膜朵获茂驭赞玄囚钞岛蜕最癸责燥磕培哄平靶除支棚案燥脏摸迁奔檬蛰恭室诞婉诫递风明狡羞渊珍佑闯撕凶粕腕馈舔脓墨篷蓄痊吱群童爹少庇鼎衷茶百睦塌叼祁叮突侵煎纸藤吞惊瑶运叠膝小擒窟刁蔷羡诣召畏氰鼻姚渍诞宅吮贯仑粥交奉吧隋恭步缩浚着涤熟琵账少坎涣扫跃堑可靖晶齿狸未甩辽坝纬又熄渐毋售专灵颁肚峦蛹别巡姆源裁婆筋杉越慌阻厢析变黑郴假霹汞庞咸欺摩脸丑漠废级伯临凡帐换冲会辩午切拱垛吗膳带错痪营往节沫椒揍云谚咳屿磅租盗耪铰泛咙轩帮俐砖续替辗屏漆晕键叠晓阐悬层基酋驮蚌婿偿