2022届高三物理一轮复习知能检测：5-5-2验证机械能守恒定律-.docx

[命题报告·老师用书独具]
学问点
题号
试验原理和操作
1、2
数据处理及误差分析
3、4、5
试验创新设计
6、7
1.在“验证机械能守恒定律”的试验中，要验证的是重物重力势能的削减等于它动能的增加，以下步骤仅是试验中的一部分，在这些步骤中多余的或错误的有________．
A．用天平称出重物的质量
B．把打点计时器固定到铁架台上，并用导线把它和低压沟通电源连接起来
C．把纸带的一端固定到重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，把重物提升到确定高度
D．接通电源，待打点稳定后释放纸带
E．用秒表测出重物下落的时间
解析：在“验证机械能守恒定律”的试验中，需验证重力势能削减量mgh和动能增加量mv2之间的大小关系，若机械能守恒，则有mgh＝mv2成立，两边都有质量，可约去，即验证gh＝v2成马上可，故无需测质量，A选项多余，对E选项，测速度时，用的是纸带上的记录点间的距离和打点计时器打点的时间间隔，无需用秒表测量，因此E选项也多余．
答案：AE
2．“验证机械能守恒定律”的试验装置可以接受如图所示的甲或乙方案来进行．

(1)比较这两种方案，________(填“甲”或“乙”)方案好些．
(2)该同学开头试验时情形如图丙所示，接通电源释放纸带．请指出该同学在试验操作中存在的两处明显错误或不当的地方：
①______________；②________________.
(3)该试验中得到一条纸带，且测得每两个计数点间的距离如图丁中所示．已知相邻两个计数点之间的时间间隔T＝0.1 s，则物体运动的加速度a＝________；该纸带是接受________(填“甲”或“乙”)试验方案得到的．
解析：由Δx＝aT2，利用逐差法得到物体运动的加速度a＝4.8 m/s2.若用自由落体试验测得物体运动的加速度a应当接近10 m/s2，所以该纸带是接受“乙” 试验方案得到的．
答案：(1)甲　(2)①打点计时器接了直流电源　②重物离打点计时器太远　(3)4.8 m/s2　乙
3．某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律，频闪仪每隔0.05 s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取10 m/s2，小球质量m＝0.2 kg，结果保留三位有效数字)

时刻
t2
t3
t4
t5
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，动能削减量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______________ΔEk(选填“>”“<”或“＝”)，造成这种结果的主要缘由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
解析：(1)v5＝ cm/s
＝408 cm/s＝4.08 m/s.
(2)由题给条件知：
h25＝(26.68＋24.16＋21.66) cm＝72.5 cm
＝0.725 m.
ΔEp＝mgh25＝0.2×10×0.725 J＝1.45 J
ΔEk＝mv－mv
＝×0.2×(5.592－4.082) J＝1.46 J
(3)由(2)中知ΔEp<ΔEk，由于存在空气摩擦等缘由，导致重力势能的增加量小于动能的削减量．
答案：(1)4.08　(2)1.45　1.46　(3)<　缘由见解析
4．利用图1试验装置探究重物下落过程中动能与重力势能的转化问题．

(1)试验操作步骤如下，请将步骤B补充完整：
A．按试验要求安装好试验装置：
B．使重物靠近打点计时器，接着先________，后________，打点计时器在纸带上打下一系列的点；
C．图2为一条符合试验要求的纸带，O点为打点计时器打下的第一点，分别测出若干连续点A、B、C……与O点之间的距离h1、h2、h3…….

(2)已知打点计时器的打点周期为T，重物质量为m，重力加速度为g，结合试验中所测得的h1、h2、h3，可得重物下落到B点时的速度大小为________，纸带从O点下落到B点的过程中，重物增加的动能为________，削减的重力势能为________．
(3)取打下O点时重物的重力势能为零，计算出该重物下落不同高度h时所对应的动能Ek和重力势能Ep，建立坐标系，横轴表示h，纵轴表示Ek和Ep，依据以上数据在图3中绘出图线Ⅰ和图线Ⅱ.已求得图线Ⅰ斜率的确定值k1＝2.94 J/m，请计算图线Ⅱ的斜率k2＝________ J/m(保留3位有效数字)．重物和纸带下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值为______(用k1和k2表示)．

(4)通过对k1和k2的比较分析 ，可得到的结论是(只要求写出一条)：________________________________________________________________________.
解析：对图线Ⅰ：Ep＝－mgh，即k1＝mg，对图线Ⅱ：Ek＝(mg－Ff)h，即k2＝mg－Ff，所以Ff＝k1－k2，＝＝.
答案：(1)接通电源　放开纸带　(2)　　mgh2　(3)2.80(2.73～2.87之间均可)　(k1用mg表示也可)　(4)k2小于k1，动能的增量小于重力势能的削减量(其他结论合理的也可)
5．用如图1所示的试验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒．m2从高处由静止开头下落，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定律．如图2给出的是试验中猎取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示．已知m1＝50 g，m2＝150 g，则(结果均保留两位有效数字)

(1)在纸带上打下计数点5时的速度v＝________m/s；
(2) 在打下第“0”到打下第“5”点的过程中系统动能的增量ΔEk＝________ J，系统势能的削减量ΔEp＝________J；(取当地的重力加速度g＝10 m/s2)
(3)若某同学作出v2　­　h图象如图3所示，则当地的重力加速度g＝________ m/s2.

解析：(1)v＝ m/s＝2.4 m/s
(2)ΔEk＝(m1＋m2)v2－0＝0.58 J
ΔEp＝m2gh－m1gh＝0.60 J
(3)由(m2－m1)gh＝(m1＋m2)v2知
＝
即图象的斜率k＝＝
解得g＝9.7 m/s2
答案：(1)2.4　(2)0.58　0.60　(3)9.7
6．在利用重物自由下落验证机械能守恒定律的试验中

(1)某同学在试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.请依据以上数据计算重物由O点运动到C点的过程中，重力势能的削减量为________J，动能的增加量为______________J．(结果均保留三位有效数字)
(2)甲、乙、丙三名同学通过试验各得到一条纸带，它们前两个点间的距离分别是1.0 mm、1.9 mm、4.0 mm.那么操作上确定存在错误的同学是________，造成错误的缘由是________．
解析：(1)ΔEp＝mg·OC＝7.62 J，vC＝＝3.89 m/s，
EkC＝mv＝7.57 J.
(2)丙得到的距离为4.00 mm，而自由落体运动中在前0.02 s内下落的距离h＝gt2＝2 mm，故其错误，说明打第一个点时纸带有初速度．但当摩擦力较大时，相距1 mm还是可能的
答案：(1)7.62　7.57　(2)丙　先释放重物，后接通电源
7．某同学利用如图甲所示的试验装置验证机械守恒定律．弧形轨道末端水平，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)该同学经试验测量得到一组数据，如表所示：
h/×10－1 m
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
s2/×10－1 m2
2.62
3.89
5.20
6.53
7.78
请在坐标纸上作出s2­h关系图．

(3)对比试验结果与理论计算得到的s2­h关系图线(图乙中已画出)，自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率________(选填“小于”或“大于”)理论值．
(4)从s2­h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率与理论值偏差格外显著，你认为造成上述偏差的可能缘由是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
解析：(1)由机械能守恒有：
mgh＝mv2
由平抛运动规律s＝vt、H＝gt2得：s2＝4Hh.
(2)依据表中数据描出s2­h关系如图所示．

(3)由图看出在相同h下，水平位移s值比理论值要小，由s＝vt＝v，说明水平抛出的速率比理论值小．
(4)水平抛出的速率偏小，说明有机械能损失，可能由于摩擦或在下落过程中钢球发生转动．
答案：(1) 4Hh　(2)图见解析　(3)小于　(4)摩擦或转动(回答一个即可)