2019版高考物理一轮复习实验增分专题6验证机械能守恒定律对应演练20180504312

实验六验证机械能守恒定律
对应演练·迁移运用
1.如图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、带夹子的重锤、天平．回答下列问题：
(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有__AD__.(填入正确选项前的字母)
A．刻度尺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__纸带和打点计时器之间有摩擦；用刻度尺测量长度时读数有误差__.(写出两个原因)
解析本实验需测量长度，但不需要计时，选项A正确，B错误；打点计时器需要用交流电源，选项C错误，选项D正确．
(2)摩擦和长度测量读数问题是产生误差的主要原因．
2．小张同学准备做“验证机械能守恒定律”实验，小李同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”实验．
(1)图甲中A、B、C、D、E表示部分实验器材，小张同学需要在图中选用的器材__AB__；小李同学需在图中选用的器材__BDE__.(用字母表示)
(2)小李同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图所示的两条纸带①和②.纸带__①__的加速度大(选填“①”或“②”)，其加速度大小为__2.5_m/s2(2.3～2.7_m/s2均可)__.
解析 (1)要采用落体法做“验证机械能守恒定律”实验，需要下落的重物A 和计时用的打点计时器B ；要做“探究加速度与力、质量关系”实验，需要研究对象小车D ，拉动小车的钩码E 及计时用的打点计时器B ．
(2)
纸带
①
的
加
速
度
大
小为
a 1＝
x 5＋x 4－x 3＋x 2
4T
2＝
－
－－
－2
4×0.02
2
m/s 2
＝2.5 m/s 2
，纸带②的加速度大小为
a 2＝x 5＋x 4－x 3＋x 2
4T
2
＝ －
－－
－2
4×0.02
2
m/s 2＝1.25 m/s 2
，因此纸带①的加速
度大，大小为2.5 m/s 2
.
3．(2017·上海浦东模拟)用如图甲所示的实验装置验证m 1、m 2组成的系统机械能守恒．m 2
从高处由静止开始下落，m 1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．如图乙给出的是实验中获取的一条纸带：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)，所用电源的频率为50 Hz ，计数点间的距离如图乙所示．已知m 1＝50 g 、m 2＝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 5＝__2.4__m/s ；
(2)在打下第0点到打下第5点的过程中系统动能的增量ΔE k ＝__0.58__J ，系统重力势能的减少量ΔE p ＝__0.60__J ；(取当地的重力加速度g ＝10 m/s 2
)
(3)若某同学作出12
v 2－h 图象如图丙所示，则当地的重力加速度g ＝__9.7__m/s 2.
解析 (1)v 5＝
＋
－2
0.1×2
m/s ＝2.4 m/s ，
(2)ΔE k ＝12
(m 1＋m 2)v 2
5－0≈0.58 J，
ΔE p ＝m 2gh 5－m 1gh 5＝0.60 J. (3)由(m 2－m 1)gh ＝12
(m 1＋m 2)v 2
知
v 2
2
＝
m 2－m 1gh
m 1＋m 2
，
即图线的斜率k ＝m 2－m 1g m 1＋m 2＝5.82
1.20
，
解得g ＝9.7 m/s 2
.
4．利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验．
①为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的__A__. A ．动能变化量与势能变化量 B ．速度变化量与势能变化量 C ．速度变化量与高度变化量
②除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是__AB__.
A ．交流电源
B ．刻度尺
C ．天平(含砝码)
③实验中，先接通电源，再释放重物，得到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h A 、h B 、h C .
已知当地重力加速度为g ，打点计时器打点的周期为T .设重物的质量为m .从打O 点到打B 点的过程中，重物的重力势能变化量ΔE p ＝__－mgh B __，动能变化量ΔE k ＝__12m ⎝ ⎛⎪⎫
h C －h A 2T 2
__.
④大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是__C__. A ．利用公式v ＝gt 计算重物速度 B ．利用公式v ＝2gh 计算重物速度 C ．存在空气阻力和摩擦阻力的影响
D ．没有采用多次实验取平均值的方法
⑤某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O 的距离h ，计算对应计数点的重物速度v ，描绘v 2
－h 图象，并做如下判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒．请你分析论证该同学的判断依据是否正确．
解析 ①只需要比较重物下落过程中，任意两点间的动能变化量与势能变化量是否相等，即可验证机械能是否守恒，故选A ．②打点计时器需要接交流电源，故选A ；还需要用刻度尺测量重物下落的高度，故还要选B ．③从打O 点到打B 点的过程中，重物的重力势能
减少mgh B ，变化量为－mgh B ；打B 点的速度v B ＝h C －h A 2T ，动能E k ＝mv 2
B 2，联立解得E k ＝12m ⎝ ⎛⎭
⎪⎫
h C －h A 2T 2
，故动能变化量ΔE k ＝E k －0＝12m (h C －h A 2T
)2.④由于存在空气阻力和摩擦阻力的影响，导致重
力势能的减少量大于动能的增加量，产生系统误差，多次实验取平均值无法消除系统误差，故选项C 正确．⑤在重物下落h 的过程中，若阻力F f 恒定，由动能定理得，mgh －F f h ＝
mv 2
2
，
解得v 2
＝2(g －F f
m
)h ，故v 2
－h 图象是一条过原点的直线，但还要看图线的斜率是否在误差允许的范围内接近2g ，才能用该法验证机械能守恒定律．
答案 ⑤该同学的判断依据不正确．在重物下落h 的过程中，若阻力f 恒定，由mgh －fh ＝12mv 2－0得，v 2＝2(g －f
m )h 可知，v 2－h 图象就是过原点的一条直线．要想通过v 2－h 图
象的方法验证机械能是否守恒，还必须看图象的斜率是否接近2g .。