高考物理总复习(粤教版) 第5章实验六

1．(单选)关于“验证机械能守恒定律”的实验，以下说法正确的是( )
A ．实验中摩擦是不可避免的，因此纸带越短越好，因为纸带越短，克服摩擦力做的功就越小，误差就越小
B ．称出重锤的质量
C ．纸带上第1、2两点间距若不接近2 m m ，则无论怎样处理实验数据，实验误差一定较大
D ．处理打完点的纸带时，可以直接利用打点计时器打出的实际点迹，而不必采用“计数点”的方法
解析：选D.A 选项中，没有考虑到纸带过短，长度测量的相对误差增大，故A 错误；由12
m v 2＝mgh 知，只需验证12
v 2＝gh 即可，不必测重锤质量，故B 错；对C 项中的纸带，可选点迹清晰的距离合适的任意两点(M 、N )，通过计算ΔE k ＝12m v 2N －12m v 2M
与mgh MN 比较，实验误差不一定大，故C 错；由于自由落体加速度较大，因此除去第1、2两点距离可能很小，其它相邻两点间的距离均大于或远大于2 m m ，用毫米刻度尺测量完全可以，不必采用“计数点”法，故D 正确．
2．(单选)如图5－6－7所示，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( )
图5－6－7 ①N 点是第n 个点，则v n ＝gnT ②N 点是第n 个点，则v n ＝g (n －1)T ③v n ＝s n ＋s n ＋12T
④v n ＝d n ＋1－d n －12T
A ．①③
B ．①②③
C ．③④
D ．①③④
解析：选C.由于本实验需要的是物体在某一时刻的真实速度，故应使用纸带上的数据求解，利用做匀变速运动的物体在一段时间的中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度这一规律求解．
3．(2010年高考课标全国卷)图5－6－8为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平．回答下列问题：
图5－6－8
(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有
________________________________________________________________________．
(填入正确选项前的字母)
A．米尺B．秒表
C．0～12 V的直流电源D．0～12 V的交流电源
(2)实验中误差产生的原因有
________________________________________________________________________．(写出两个原因)
解析：(1)用A项米尺测量长度，用D项交流电源供打点计时器使用．(2)纸带与打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算势能变化时，选取的始末两点距离过近；交流电频率不稳定．
答案：(1)AD(2)纸带和打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算势能变化时，选取始末两点距离过近；交流电频率不稳定．
4．“验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图5－6－9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，理由是________________．
(2)如图丙是实验中得到的一条纸带，测得每两个计数点间的距离如图中所示，已知每两个计数点之间的时间间隔T＝0.1 s．物体运动的加速度a＝________；该纸带是采用________(填“甲”或“乙”)实验方案得到的．简要写出判断依据________．
图5－6－9
答案：(1)甲因为这个方案摩擦阻力小，误差小，操作方便，实验器材少
(2)4.8 m/s2(4.7 m/s2～4.9 m/s2都算对)乙因为物体运动的加速度比重力加速度小很多5．(2011年武汉模拟)某同学在应用打点计时器做“验证机械能守恒定律”实验中，获取了一条纸带如图5－6－10所示，但测量发现0、1两点间距离远大于2 m m，且0、1和1、2间有点漏打或没有显示出来，而其他点都是清晰完整的，现在该同学用刻度尺分别量出2、3、4、5、6、7六个点到0点的长度h i(i＝2,3，…，7)，再分别计算得到3、4、5、6四个点的速度v i和v2i(i＝3,4,5,6)，已知打点计时器打点周期为T.
图5－6－10
(1)该同学求6号点的速度计算式是v 6＝________.
图5－6－11
(2)该同学将计算得到的四组(h i ，v 2i )数据在v 2－h 坐标系中找到对应的坐标点，将四个点连
接起来得到如图5－6－11所示的直线，请你回答：接下来他是否能够判断重物下落过程机械能守恒？(说明理由)
解析：(1)根据“做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻
的瞬时速度”可知，6号点的速度等于5、7两点之间的平均速度，即v 6＝v 57＝h 7－h 52T
. (2)从0点到任意i 点，在这个过程中，根据机械能守恒定律有12m v 2i ＝12
m v 20＋mgh i ，化简后得：v 2i ＝v 20＋2gh i ，由此可见，v 2和h 是一次函数，在v 2－h 图上图线是一条直线，斜率为2g ，因此，只要在直线上取相距较远的两点，计算出直线的斜率，再与2g 进行比较，在实验误差允许的范围内相等即可．
答案：(1)h 7－h 52T
(2)能 理由见解析 6．(2011年江苏南通一模)某同学利用如图5－6－12甲所示的实验装置验证机械能守恒定律．该同学经正确操作得到打点纸带，在纸带后段每两个计时间隔取一个计数点，依次为1、2、3、4、5、6、7，测量各计数点到第一个打点的距离h ，并正确求出打相应点时的速度v .各计数点对应的数据见下表：
计数点
1 2 3 4 5 6 7 h /m 0.124 0.194 0.279 0.380 0.497 0.630 0.777
v /(m ·s －1)
1.94
2.33 2.73
3.13 3.50 v 2/(m ·s －1)2
3.76 5.43 7.45 9.80 12.3 (1)请在图乙坐标中，描点作出v 2－h 图线；由图线可知，重锤下落的加速度g ′＝________m/s 2(保留三位有效数字)；
(2)若当地的重力加速度g ＝9.80 m/s 2，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的重锤机械能守恒的依据是________________________．
图5－6－12 解析：由机械能守恒定律得，12m v 2＝mg ′h ，即v 2＝2g ′h ，图线的斜率k ＝2g ′＝Δv 2Δh
，代入数据，得g ′＝9.75 m/s 2.
答案：(1)如图所示 9.75(9.69～9.79均可)
(2)g ′与g 基本相等
7.
图5－6－13
(创新实验)某同学利用如图5－6－13所示的实验装置验证机械能守恒定律．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，s 2与h 的理论关系应满足s 2＝____________.(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：
h (10－1m )
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00 s 2(10－1m 2)
2.62
3.89 5.20 6.53 7.78 请在图5－6－14所示的坐标纸上作出s 2－h 关系图．
(3)对比实验结果与理论计算得到的s 2－h 关系图线(如图5－6－13所示)．自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率________(填“小于”或“大于”)理论值．
图5－6－14
(4)从s 2－h 关系图线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)根据机械能守恒定律，可得离开轨道时速度为v ＝2gh ，由平抛运动知识可求得
时间为 t ＝ 2H g
，可得 s ＝v t ＝4Hh ，从而s 2＝4Hh .
(2)依次描点，连线，注意不要画成折线．
(3)从图中看出，同一h 下的s 2值，理论值明显大于实际值，而在同一高度H 下的平抛运动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，轨道与钢球间存在摩擦，机械能减小，因此会导致实际值比理论值小．钢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动能的这一部分，也会导致实际速率明显小于“理论”速率．
答案：(1)4Hh(2)见图(3)小于(4)轨道与钢球间存在摩擦或钢球转动需要能量维持(回答任一即可)。