2022年高考物理一轮复习好题演练-实验6-验证机械能守恒定律.docx

试验六　验证机械能守恒定律

1．在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的试验中，电源的频率为50 Hz，依次打出的点为0,1,2,3,4…n.则：

(1)如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必需直接测量的物理量为____________________、__________________、________________，必需计算出的物理量为____________、____________，验证的表达式为______________．
(2)下列试验步骤操作合理的排列挨次是________．(填写步骤前面的字母)
A．将打点计时器竖直安装在铁架台上
B．接通电源，再松开纸带，让重物自由下落
C．取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做试验
D．将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带
E．选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h1、h2、h3…hn，计算出对应的瞬时速度v1、v2、v3…vn
F．分别算出mv和mghn，在试验误差范围内看是否相等
答案：(1)第2点到第6点之间的距离h26　第1点到第3点之间的距离h13　第5点到第7点之间的距离h57　第2点的瞬时速度v2　第6点的瞬时速度v6　mgh26＝mv－mv　(2)ADBCEF
解析：(1)要验证从第2点到第6点之间的纸带对应重物的运动过程中机械能守恒，应测出第2点到第6点的距离h26，要计算第2点和第6点的速度v2和v6，必需测出第1点到第3点之间的距离h13和第5点到第7点之间的距离h57，机械能守恒的袁达式为mgh26＝mv－mv
(2)试验操作挨次为ADBCEF.
2．(2021·九江模拟)图甲是验证机械能守恒定律的试验．小圆柱由一根不行伸长的轻绳拴住，轻绳另一端固定．将轻绳拉至水平后由静止释放．在最低点四周放置一组光电门，测出小圆柱运动到最低点的挡光时间Δt，再用游标卡尺测出小圆柱的直径d，如图乙所示，重力加速度取g.则

(1)小圆柱的直径d＝________cm.
(2)测出悬点到圆柱重心的距离l，若等式gl＝________成立，说明小圆柱下摆过程机械能守恒．
(3)若在悬点O安装一个拉力传感器，测出绳子上的拉力F，则要验证小圆柱在最低点的向心力公式还需要测量的物理量是________________________________(用文字和字母表示)，若等式F＝________成立，则可验证小圆柱在最低点的向心力公式．
答案：(1)1.02　(2)2　(3)小圆柱的质量m　mg＋m
解析：(1)小圆柱的直径d＝10 mm＋2×0.1 mm＝10.2 mm＝1.02 cm.
(2)依据机械能守恒定律得mgl＝mv2，所以只需验证gl＝v2＝2，就说明小圆柱下摆过程中机械能守恒．
(3)若测量出小圆柱的质量m，则在最低点由牛顿其次定律得F－mg＝m，若等式F＝mg＋m成立，则可验证小圆柱在最低点的向心力公式．
3．某试验小组利用如图甲所示的试验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒．本次试验中已测量出的物理量有钩码的质量m、滑块的质量M、滑块上的遮光条由图示初始位置到光电门的距离s.

(1)试验前需要调整气垫导轨底座使之水平，其方法是：接通气源，将滑块置于气垫导轨任意位置上，(未挂钩码前)若________________________，则说明导轨是水平的．
(2)如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d＝________cm；试验时挂上钩码，将滑块从图示初始位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt，则可计算出滑块经过光电门时的瞬时速度．
(3)试验中又测量出相关物理量：钩码的质量m、滑块的质量M、滑块上的遮光条由图示初始位置到光电门的距离s.本试验通过比较____________和____________(用物理量符号表示)在试验误差允许的范围内相等，即可验证系统的机械能守恒．
答案：(1)滑块基本保持静止(或轻推滑块，滑块能做匀速直线运动)　(2)0.53　(3)mgs　(m＋M)()2
解析：(1)气垫导轨调整水平的推断方法是：滑块在任意位置上基本保持静止，或轻推滑块，滑块能做匀速直线运动．
(2)游标卡尺的主尺读数为5 mm，游标尺上第3个刻度和主尺上某一刻度对齐，游标读数为0.1×3 mm＝0.3 mm，所以最终读数为：主尺读数＋游标尺读数＝5 mm＋0.3 mm＝5.3 mm＝0.53 cm.
(3)钩码重力势能的削减量为mgs，滑块和钩码动能的增加量为(m＋M)()2，若两者在试验误差允许的范围内相等，即可验证系统的机械能守恒．
4．(2021·厦门市杏南中学期中)用如图所示的试验装置验证机械能守恒定律．试验所用的电源为同学电源，有输出电压为6 V、频率为50 Hz的沟通电和输出电压为6 V的直流电两种．质量为0.300 kg的重锤从高处由静止开头下落，重锤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．(取g＝9.8 m/s2)
下面列举了该试验的几个操作步骤：
A．依据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.松开手释放纸带，然后接通电源开关，打出一条纸带；
D．测量纸带上某些点间的距离；
E．依据测量的结果计算重锤下落过程中削减的重力势能和增加的动能．
(1)其中没有必要进行或者操作不当的步骤，请将其选项对应的字母填在下面的空行内，答：________.
(2)试验中得到如图所示的纸带，依据纸带可计算得知，重锤从B点到D点过程中重力势能削减量等于________J，动能增加量等于________J．(结果保留三位有效数字)

(3)在验证机械能守恒定律的试验中发觉，重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加量，其缘由主要是_________________________________________________.
答案：(1)BC　(2)0.271 J(0.269～0.275均正确)　0.264(0.261～0.267均正确)　(3)试验过程中存在摩擦阻力
解析：(1)打点计时器使用沟通电源，操作过程应先接通电源后释放纸带．
(2)ΔEp＝mghBD＝0.271 J
ΔEk＝mv－mv＝m()2－m()2＝0.264 J.
(3)重锤下落过程有阻力，此为系统误差，故总有ΔEp>ΔEk.
5．用如图所示装置可验证机械能守恒定律，轻绳两端系着质量相等的物体A、B，物体B上放一金属片C，铁架台上固定一金属圆环，圆环处在物体B的正下方．系统静止时，金属片C与圆环间的高度为h，由此释放，系统开头运动．当物体B穿过圆环时，金属片C被搁置在圆环上，两光电门固定在铁架台P1、P2处，通过电子计时器可测出物体B通过P1、P2这段距离的时间．

(1)若测得P1、P2之间的距离为d，物体B通过这段距离的时间为t，则物体B刚穿过圆环后的速度v＝________.
(2)若物体A、B的质量均用M表示，金属片C的质量用m表示，重力加速度为g，该试验中验证了等式____________成立，即可验证机械能守恒定律．
(3)本试验中的测量仪器除刻度尺、光电门、电子计时器外，还需要________．
答案：(1)　(2)mgh＝(2M＋m)v2　(3)天平
解析：(1)由于A、B两物体的质量相等，当物体B通过圆环，金属片C被搁置在圆环上后，A、B系统做匀速直线运动，故v＝.
(2)A、B、C系统由初态至金属片C被搁置在圆环上的过程中，系统损失的重力势能为ΔEp＝mgh，系统增加的动能ΔEk＝(2M＋m)v2，只要验证了等式ΔEp＝mgh＝ΔEk＝(2M＋m)v2成立，即可验证机械能守恒定律．
(3)从第(2)问验证的表达式分析，速度可由v＝求解，但质量的测量还需要天平．