重庆市2020年高考物理一轮专题： 第24讲 实验：验证机械能守恒定律C卷

重庆市2020年高考物理一轮专题：第24讲实验：验证机械能守恒定律C卷姓名:________ 班级:________ 成绩:________一、填空题 (共4题；共20分)1. （7分） (2017高一下·浦北期末) “验证机械能守恒定律”时，用6V、50Hz的电源向打点计时器供电，打出一条无漏点的纸带，如图所示，O点为重锤开始下落时打下的点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O 点的长度已在图上标出，g取9.8m/s2 ，若重锤质量为1kg，打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB=________m/s，重锤的动能EkB=________J，从重锤开始下落到打下B点的过程中，重锤的重力势能减小量为________ J（结果保留三位有效数字），该同学这样验证的误差总是使重力势能的减少量________动能的增加量，原因是________．2. （4分） (2019高三上·唐山月考) 如图，某实验小组在实验室中利用水平气垫导轨和两光电门计时器A 和B验证滑块M和钩码m组成的系统机械能守恒，已知遮光条的宽度为d，先后通过A、B光电门的时间分别为△t1、△t2 ，滑块运动通过光电门B时，钩码未落地．①本实验中需要用到的器材有________（填字母序号）．A．天平B．刻度尺C．打点计时器D．秒表E．测力计②验证本系统机械能守恒的原理表达式为________（用已知量和能直接测量的量表示）．③下列因素中可能增大实验误差的是________（填字母序号）．A．气垫导轨未调水平B．滑块质量M和钩码质量m不满足m＜＜MC．遮光条宽度太小D．两光电门间距过小．3. （5分） (2017高一下·赣州期末) 在“用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验中，质量m=1.00kg的重物拖着纸带竖直下落，打点计时器在纸带上打下一系列的点，如图所示．相邻计数点时间间隔为0.04s，P为纸带运动的起点，从P点到打下B点过程中物体重力势能的减少△Ep=________J，在此过程中物体动能的增加量△EK=________J．（已知当地的重力加速度g=9.80m/s2 ，答案保留三位有效数字）用V表示各计数点的速度，h 表示各计数点到P点的距离，以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出﹣h的图线，若图线的斜率等于某个物理量的数值时，说明重物下落过程中机械能守恒，该物理量是________．4. （4分） (2017高一下·陆川期末) 实验中得到的一条点迹清晰的纸带如图乙所示，若把第一个点记作O，另选连续的三个点A、B、C作为测量点，经测量A、B、C各点到O点的距离分别为70.18cm、77.76cm、85.76cm．根据以上数据，可知重物由O点运动到B点，重力势能的减少量为________ J，动能的增加量等于________ J．所有重物的质量为1.00kg（g=10m/s2 ，计算结果保留三位有效数字）二、实验探究题 (共10题；共51分)5. （3分） (2017高一下·禅城期中) 用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能．将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在O点；在O点右侧的B、C位置各安装一个光电门，计时器（图中未画出）与两个光电门相连．先用米尺测得B、C两点间距离x，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A，静止释放，计时器显示遮光片从B到C所用的时间t，用米尺测量A、O之间的距离x．（1）计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是________．（2）为求出弹簧的弹性势能，还需要测量．A . 弹簧原长B . 当地重力加速度C . 滑块（含遮光片）的质量（3）增大A、O之间的距离x，计时器显示时间t将．A . 增大B . 减小C . 不变．6. （4分） (2015高一下·大名期中) 某同学利用如图所示的气垫导轨装置验证系统机械能守恒定律．在气垫导轨上安装了两光电门1，2，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连．（1）实验时要调整气垫导轨水平．不挂钩码和细线，接通气源，释放滑块，如果滑块________，则表示气垫导轨已调整至水平状态，（2）不挂钩码和细线，接通气源，滑块从轨道右端向左运动的过程中，发现滑块通过光电门1所用的时间小于通过光电门2所用的时间．实施下列措施能够达到实验调整目标的是A . 调节P使轨道左端升高一些B . 调节Q使轨道右端降低一些C . 遮光条的宽度应适当大一些D . 滑块的质量增大一些E . 气源的供气量增大一些（3）实验时，测出光电门1，2间的距离L，遮光条的宽度d，滑块和遮光条的总质量M，钩码质量m．由数字计时器读出遮光条通过光电门1，2的时间分别为t1，t2，则系统机械能守恒成立的表达式是________．7. （5分） (2019高三上·海淀月考) 如图所示，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可“验证机械能守恒定律”。

①除打点计时器（含纸带、复写纸）、交流电源、铁架台、导线及开关外，在下面的器材中，必须使用的还有________。

（选填器材前的字母）A．大小合适的铁质重锤B．体积较大的木质重锤C．刻度尺D．游标卡尺E．秒表② 安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图15所示（其中一段纸带图中未画出）。

图中O点为打出的起始点，且速度为零。

选取在纸带上连续打出的点A、B、C、D、E、F、G作为计数点。

其中测出D、E、F点距起始点O的距离如图所示。

已知打点计时器打点周期为T=0.02s。

由此可计算出物体下落到E点时的瞬时速度vE =________ m/s。

（结果保留三位有效数字）③实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，关于此误差，下列说法中正确的是________。

A．该误差属于偶然误差B．该误差属于系统误差C．可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差D．可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差④某同学在纸带上选取计数点后，测量它们到起始点O的距离h，并计算出打相应计数点时重锤的速度v，通过描绘v2-h图像去研究机械能是否守恒。

若实验中重锤所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不变，从理论上分析，合理的v2-h图像是下图中的哪一个________。

（填选填图下对应的字母）A． B．C． D．⑤若不考虑地球的自转，地表附近的物体所受的重力等于其所受的引力。

地表附近重力加速度为g。

已知若以无穷远处为引力势能零点，距离为r的两个质点M、m之间的引力势能为，这一结论可以适用于匀质球体与其外质点，此时r为球心与质点之间的距离。

请论证：本实验中的重锤在下落高度为h的过程中，可以认为重锤的重力势能减少量等于其（与地球共有的）引力势能的减少量。

________8. （8分） (2017高一下·福建期中) 第二组同学利用下图所示的实验装置，验证钩码和滑块所组成的系统从由静止释放到通过光电门这一过程机械能守恒．实验开始时，气轨已经调成水平状态．（1）已知遮光条的宽度为d，实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间为t，则滑块经过光电门时的速度为________．（2）在本次实验中还需要测量的物理量有（文字说明并用相应的字母表示）：钩码的质量m、________和________．（3）本实验通过比较________和________（用测量的物理量符号表示）在实验误差允许的范围内是否相等，从而验证系统的机械能是否守恒．（4）在本次实验中钩码的质量________远小于滑块的质量．（填“需要”或者“不需要”）9. （5分） (2017高一下·城关期末) 某同学利用竖直向上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律，频闪仪每隔0.05s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表（当地重力加速度取10m/s2 ，小球质量m=0.2kg，结果保留三位有效数字）时刻t1t2t3t4速度（m/s） 5.59 5.08 4.58（1）由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5=________m/s．（2）从t2到t5时间内，重力势能增加量△Ep=________J，动能减少量△Ek=________J．（3）此实验得到的结论是________．10. （4分） (2019高一下·兰州月考) 如图，在用电磁打点计时器“验证机械能守恒定律”实验中（1）下列做法中，正确的有______A . 必需使用天平测出重物的质量B . 必需使用秒表测出重物下落的时间C . 实验时应选择体积小质量大的重物D . 实验时应先松开纸带再接通打点计时器电源E . 纸带应理顺，穿过限位孔并保持竖直（2）图是实验中测得的一条纸带，O点为重物下落的起始点，A、B、C、D为O点后连续打出的点，图示数据为各点距O点的距离，A、B、C、D四点打点时间间隔为0.02s。

若测得重锤的质量为1kg，则重锤从O点下落至C 点的过程中，取g=9.8m/s2，动能增加量△Ek=________J，重力势能减少量Ep=________J．（结果均保留三位有效数字）（3）根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以v2/2为纵轴，以h为横轴画出的图象应是图中的______A .B .C .D .11. （4分） (2017高一下·武汉期中) 某研究性学习小组用如图甲所示装置验证机械能守恒定律．让一个摆球由静止开始从A位置摆到B位置，若不考虑空气阻力，小球的机械能应该守恒，即 mv2=mgh．直接测量摆球到达B点的速度v比较困难．现让小球在B点处脱离悬线做平抛运动，利用平抛运动的特性来间接地测出v，如图甲中，悬点正下方P点处放有水平放置炽热的电热丝，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断，小球由于惯性向前飞出做平抛运动．在地面上放上白纸，上面覆盖着复写纸，当小球落在复写纸上时，会在下面白纸上留下痕迹．用重锤线确定出A、B点的投影点N、M．重复实验10次（小球每一次都从同一点由静止释放），球的落点痕迹如图乙所示，图中米尺水平放置，零刻度线与M点对齐．用米尺量出AN的高度h1、BM的高度h2 ，算出A、B两点的竖直距离，再量出M、C之间的距离x，即可验证机械能守恒定律．已知重力加速度为g，小球的质量为m．（1）根据图乙可以确定小球平抛时的水平射程为________ cm；（2）用题中所给字母表示出小球平抛时的初速度v0=________；（3）用测出的物理量表示出小球从A到B过程中，重力势能的减少量△Ep=________，动能的增加量△Ek=________．12. （3分） (2017高一下·钦北期末) 某同学用如图甲所示的装置通过研究重锤的落体运动来验证机械能守恒定律．已知重力加速度为g．（1）在实验所需的物理量中，需要直接测量的是________，通过计算得到的是________．（填写代号）A．重锤的质量B．重锤下落的高度C．重锤底部距水平地面的高度D．与下落高度对应的重锤的瞬时速度（2）在实验得到的纸带中，我们选用如图乙所示的起点O与相邻点之间距离约为2mm的纸带来验证机械能守恒定律．图中A、B、C、D、E、F、G为七个相邻的原始点，F点是第n个点．设相邻点间的时间间隔为T，下列表达式可以用在本实验中计算F点速度vF的是．A . vF=g（nT ）B . vF=C . vF=D . vF=（3）若代入图乙中所测的数据，求得在误差范围内等于________（用已知量和图乙中测出的物理量表示），即可验证重锤下落过程中机械能守恒．即使在操作及测量无误的前提下，所求也一定会略________（选填“大于”或“小于”）后者的计算值，这是实验存在系统误差的必然结果．（4）另一名同学利用图乙所示的纸带，分别测量出各点到起始点的距离h，并分别计算出各点的速度v，绘出v2﹣h 图线，如图丙所示．从v2﹣h图线求得重锤下落的加速度g′=________m/s2（保留3位有效数字）．则由上述方法可知，这名同学是通过观察v2﹣h图线是否过原点，以及判断________与________（用相关物理量的字母符号表示）在实验误差允许的范围内是否相等，来验证机械能是否守恒的．13. （6分） (2017高二上·枣阳开学考) 在用落体法“验证机械能守恒定律”实验时，某同学按照正确的步骤操作，并选得一条如图所示的纸带．其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点，该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图2中（单位cm），重锤质量为0.5kg，重力加速度g=9.80m/s2 ．（1）根据图中的数据，可知重物由O点运动到B点，重力势能减少量△Ep=________J，动能的增加量△Ek=________J．（计算结果保留3位有效数字）（2）重力势能的减少量△Ep往往大于动能的增加量△Ek，这是因为________．（3）他进一步分析，发现本实验存在较大误差，为此设计出用如图3所示的实验装置来验证机械能守恒定律．通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中经过光电门B时，通过与之相连的毫秒计时器（图中未画出）记录挡光时间t，用毫米刻度尺测出AB之间的距离h，用精密仪器测得小铁球的直径D．重力加速度为g．实验前应调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束．题中所给的d、t、h、g应满足关系式________，方可验证机械能守恒定律．（4）比较两个方案，改进后的方案相比原方案的优点是：________．14. （9分）(2017·济南模拟) 在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如图．其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点．该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中（单位cm）．（1）这三个数据中不符合有效数字读数要求的是________段，应记作________cm．（2）该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g=9.80m/s2，他用AC 段的平均速度作为跟B点对应的物体的瞬时速度，则该段重锤重力势能的减少量为________，而动能的增加量为________，（均保留3位有效数字，重锤质量用m表示）．这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量________（填大于、小于或等于）动能的增加量，原因是________．参考答案一、填空题 (共4题；共20分)1-1、2-1、3-1、4-1、二、实验探究题 (共10题；共51分)5-1、5-2、5-3、6-1、6-2、6-3、7-1、8-1、8-2、8-3、8-4、9-1、9-2、9-3、10-1、10-2、10-3、11-1、11-2、11-3、12-1、12-2、12-3、12-4、13-1、13-2、13-3、13-4、14-1、14-2、。