2018年高中全程训练计划·物理课练含答案18 实验：探究功与速度变化的关系 验证机械能守恒定律

如图乙是根据实验数据描绘的W—L图象，图线不过原点的原．
得木块从A到O过程中克服摩擦力
，每次实验，物体从不同初始位置处由静止释放．
同学们设计了以下表格来记录实验数据．其中
代表物体分别从不同初始位置处无初速度释放时初始位置到速度传
v、v……表示物体每次通过
．可使得橡皮筋松驰后小车做匀速运动
实验中，打点计时器使用的交流电频率为50 Hz.
图乙所示，则小车匀速运动时的
计算结果保留两位有效数字)．
实验中，某同学分别用1根、2根、…、
测得小车匀速运动时的速度分别为0.52 m/s
请根据实验数据图丙所示的在坐标系中画出
根据图线可知，对W与v的关系的猜想肯定不正确的是
请回答下列问题：
(1)电火花计时器的工作电压是________V.
(2)根据纸带可以判断，实验时纸带的________(
“右”)端和重物相连接．
(3)若x2＝4.80 cm，则在纸带上打下计数点B时的速度
________ m/s(计算结果保留三位有效数字
(4)若x1数据也已测出，则实验还需测出的物理量为
利用图示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，
由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度
对实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案．
．用刻度尺测出物体下落的高度h，用打点间隔数测出下落时计算出瞬时速度v
用如图甲所示的实验装置验证m1、m
从高处由静止开始下落，在m1拖着的纸带上打出一系列的点，对
即可验证机械能守恒定律．
是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有计数点间的距离如图乙所示．
(1)在纸带上打下计数点5时m2的速度v＝________m/s.
(2)在打点0～5过程中系统动能的增量ΔE k＝________J，
图象如图丙所示，则该同学测得的重力
用来研究匀变速直线运动的规律．某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示．
(1)实验时，该同学进行了如下步骤：
①将质量均为M(A含挡光片、B含挂钩)的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出________(填“A的上表面”、“A的下表面”或“挡光片中心”)到光电门中心的竖直距离h.
②在B的下端挂上质量为m的物块C，让系统(重物A、B以及物块C)中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为Δt.
③测出挡光片的宽度d，计算有关物理量，验证机械能守恒定律．
(2)如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒，应满足的关系式为________(已知重力加速度为g)．
(3)引起该实验系统误差的原因有________(写一条即可)．
(4)验证实验结束后，该同学突发奇想：如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒，不断增大物块C的质量m，重物B的加速度a也将不断增大，那么a与m之间有怎样的定量关系？a随m增大会趋于一个什么值？请你帮该同学解决：
①写出a与m之间的关系式：________(还要用到M和g)；
②a的值会趋于________．
E p＝mgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高应测量释放时的钢球球心到__________之间的竖直距离．
．钢球在A点时的顶端B．钢球在A点时的球心
．钢球在A点时的底端
E k＝1
2m v
2计算钢球动能变化的大小．用刻度尺测量遮光
的关系，设计了如下实验，他的操作步骤是：
①按图甲摆好实验装置，其中小车质量M＝0.4 kg，钩码总质量
0.1 kg.
②先接通打点计时器的电源(电源频率f＝50 Hz)，然后释放小车，打出一条纸带．
置．其实验步骤如下：
．易拉罐内盛上适量细砂，用轻绳通过滑轮连接在小车上，小车连接纸带．调整木板倾角，让小车沿木板匀速下滑．
．取下轻绳和易拉罐，测出易拉罐和细砂的总质量
．取下轻绳和易拉罐后，换一条纸带，将小车由静止释放，打
中小车所受的合力为________．
过程中小车所受的合力做的功与小车动能变
算结果均保留两位小数)
C、D、E、F各点时重物的速度并填入下表
计数点 B C D E F
________成________关系．
云南毕业统测)
如图所示，质量分别为m1和m2的物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的轻质细绳两端，已知m1>m2,1、2是两个计时光电门，不计滑轮质量和摩擦，重力加速度为g.用此装置验证机械能守恒定律．
(1)物块B上固定有一宽度为d的挡光条，实验中记录下挡光条通过1、2两光电门的时间分别为Δt1和Δt2，此外还需要测量的物理量是____________．
(2)用已知量和测量量写出验证机械能守恒的表达式：________________________.
6．(2017·吉林三模)利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图1所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B点的距离，b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度，实验时滑块在A点由静止开始运动．
(1)用游标卡尺测量遮光片的宽度b，结果如图2所示，由此读出b＝________mm.
(2)滑块通过B点的瞬时速度可表示为________．
(3)某次实验测得倾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑块从A 点到达B点时小球和滑块(包括遮光片)组成的系统动能增加量可表示为ΔE k＝________，系统的重力势能减少量可表示为ΔE p＝________，在误差允许的范围内，若ΔE k＝ΔE p，则可认为系统的机械能守恒．
(4)
在上次实验中，某同学改变A、B间的距离，作出的v2—d图象如图所示，并测得M＝m，则重力加速度g＝________ m/s2.
如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d＝________ mm. 小球经过光电门B时的速度表达式为________．
多次改变高度H，重复上述实验，作出1
t2随H的变化图象如图当图中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直径
力的总功W也与距离L成正比，因此不会影响探究的结果．答案：(1)不合适(2)应进一步绘制L—v2图象(3)不会
3．解题思路：(1)该实验中要使橡皮筋对小车所做功为合外力的功，应当进行平衡摩擦力的操作，这样操作可以使橡皮筋松弛后，小车能做匀速运动，从而根据纸带求出小车匀速时的速度大小(加速运动的最大速度)，故A、B错误，C、D正确．
(2)点距均匀时的速度为匀速运动时的速度，因此有v＝x
T＝
4.00×10－2
0.02m/s＝2.0 m/s.
(3)用描点法得出图象如图所示．
(4)图象基本为一条抛物线，因此根据数学知识可知W∝1
v一定是不正确的，故B错误．
答案：(1)CD(2)2.0(3)如图所示(4)B
4．解题思路：(2)从纸带上可以发现从左到右，相邻的计数点的距离越来越大，说明速度越来越大，纸带与重物相连接的一端先打出点，速度较小，所以实验时纸带的左端通过夹子和重物相连接．
(3)纸带随重物一起做匀加速直线运动，根据匀变速直线运动的
推论得：打出B点时纸带运动的瞬时速度为v B＝x2
2T＝
0.048
0.04m/s＝1.20
m/s.
(4)若x1数据已测出，则可求出在纸带上打下计数点A时的速度，进而可求出A、B两点动能的变化量，要验证机械能守恒定律，则还要求出重力势能的变化量，所以还要测出A、B之间的距离h AB.
(5)因重物在下落过程中做匀加速直线运动，所以高度越来越小，速度越来越大，动能越来越大，故图丙中表示动能随高度变化的曲线为图线B.
答案：(1)220(2)左(3)1.20(4)A、B之间的距离或h AB(5)图线B
5．解题思路：(1)物体由静止开始自由下落过程中受到空气阻力和纸带与打点计时器的摩擦阻力作用，不是自由落体运动，v＝gt和
速度的平方正比
通过连接在一起的A、B
恒定律，即验证系统的势能变化与动能变化是否相等，物块
A下降的距离一定等于物块
的速度大小总是相等的，故需要测量两光电门之间的距离
的同时，物块B上升h，它们的重力势能的变化量
块A与B动能的变。