高考物理一轮复习-实验六-验证机械能守恒定律.doc

1．在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，依次打出的点为0、1、2、3、4、…、n。

(1)如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为________________、________________、________________，必须计算出的物理量为________________、________________，验证的表达式为___________________________________________________________________。
(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是________。(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．先接通电源，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)重新做实验
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，在实验误差范围内看是否相等
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，必须测出第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，机械能守恒的表达式为mgh26＝mv－mv。
(2)实验操作顺序为ADBCEF。
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
2．(2021·四川资阳期末)某同学用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。实验中，让滑块都从气垫导轨某一固定位置O由静止开始下滑，已测得气垫导轨倾角为θ。

(1)下列物理量不需要测量的是________。
A．滑块和挡光片的总质量M
B．光电门位置P到O点之间的距离l
C．挡光片通过光电门遮光时间Δt
D．挡光片的宽度d
(2)先用游标卡尺测出挡光片的宽度，读数如图乙所示，则宽度d＝________mm。

乙
(3)若某次实验中测出宽度d＝10.00 mm，挡光片通过光电门遮光时间Δt＝5.75 ms，则滑块通过光电门的速度v＝________m/s(计算结果保留三位有效数字)。
(4)根据直接测量的物理量，经过计算分析就可以验证滑块和挡光片整体下滑过程中机械能是否守恒。
解析：(1)用气垫导轨验证机械能守恒定律，需要测量的物理量是光电门位置P到O点之间的距离l，挡光片通过光电门遮光时间Δt和挡光片的宽度d，不需要测量的物理量是滑块和挡光板的总质量M，选项A正确。
(2)根据游标卡尺读数规则，挡光片的宽度d＝10 mm＋4×0.05 mm＝10.20 mm。
(3)滑块通过光电门的速度v＝＝1.74 m/s。
答案：(1)A　(2)10.20　(3)1.74
3．(2021·北京昌平区高三上学期期末)利用如图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”实验：

(1)通过比较重物在某两点间动能增加量ΔEk与重力势能减少量ΔEp就能验证机械能是否守恒。实验中，先接通电源，再释放重物，得到如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。重物的质量用m表示，已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。从打O点到打B点的过程中，重物的ΔEp＝________，ΔEk＝________。
(2)某同学采用上述实验方法进行实验，最终得到ΔEp与ΔEk并不完全相等，请简述原因_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
解析：(1)利用中间时刻速度公式v＝v可得，B点的速度为vB＝vAC＝，
从打O点到打B点的过程中，重物的ΔEp＝mghB，
ΔEk＝mv＝m()2。
(2)因为存在空气阻力，纸带与打点计时器存在摩擦力，使得重力势能没有完全转化为动能，从而最终得到ΔEp与ΔEk并不完全相等。
答案：(1)mghB　m()2　(2)存在空气阻力，纸带与打点计时器存在摩擦力
4.(2021·四川广元一诊)某同学设计出如图甲所示的实验装置来“验证机械能守恒定律”，让小球从A点自由下落，下落过程中经过A点正下方的光电门B时，光电计时器记录下小球通过光电门时间t，当地的重力加速度为g。

(1)为了验证机械能守恒定律，该实验还需要测量下列哪些物理量________。
A．小球的质量m
B．A、B之间的距离H
C．小球从A到B的下落时间tAB
D．小球的直径d
(2)小球通过光电门时的瞬时速度v＝________(用题中所给的物理量表示)。
(3)调整A、B之间距离H，多次重复上述过程，作出随H的变化图像如图乙所示，当小球下落过程中机械能守恒时，该直线斜率k0＝________。

(4)在实验中，根据数据实际绘出的H图像的直线斜率为k(k＜k0)，则实验过程中所受的平均阻力f与小球重力mg的比值为________(用k、k0表示)。
解析：(1)根据机械能守恒的表达式可知，方程两边可以约掉质量，因此不需要测量质量，故A错误；根据实验原理可知，需要测量的是A点到光电门B的距离H，故B正确；利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，不需要测量下落时间，故C错误；利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度时，需要知道挡光物体的尺寸，因此需要测量小球的直径，故D正确。
(2)已知经过光电门时的时间及小球的直径，则可以由平均速度表示小球经过光电门时的速度，故v＝。
(3)若小球减小的重力势能等于增加的动能时，可以认为小球下落过程中机械能守恒，则有mgH＝mv2，
即2gH＝()2，

解得＝·H，那么该直线斜率k0＝。
(4)因存在阻力，则有mgH－fH＝mv2，则＝H，所以k＝，
所以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
＝。
答案：(1)BD　(2)　(3)　(4)