（浙江選考）2020版高考物理一輪復習 實驗6 驗證機械能守恒定律夯基提能作業(yè)本.docx
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實驗6 驗證機械能守恒定律 1.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中 (1)(多選)實驗室提供了鐵架臺、夾子、導線、紙帶等器材。為完成此實驗,除了所給的器材,從圖中還必須選取的實驗器材是 。(填字母代號) 圖1 (2)下列方法有助于減小實驗誤差的是 。 A.在重物的正下方地面鋪海綿 B.必須從紙帶上第一個點開始計算驗證機械能是否守恒 C.重復多次實驗,重物必須從同一位置開始下落 D.重物的密度盡量大一些。 (3)完成實驗后,小明用刻度尺測量紙帶上各點間距離時如圖2(乙),已知打點計時器每0.02 s打一個點,則B點對應的速度vB= m/s。 圖2 若H點對應的速度為vH,重物下落的高度為hBH,重物質量為m,當?shù)刂亓铀俣葹間,為得出實驗結論完成實驗,需要比較mghBH與 的大小關系(用題中字母表示)。 答案 (1)AEF (2)D (3)1.35 12mvH2-12mvB2 解析 (1)在實驗中需要刻度尺測量紙帶上點與點間的距離。紙帶上相鄰兩計時點的時間間隔已知,所以不需要秒表。用電火花計時器時不用學生電源。實驗中不需測力和質量,所以不需要彈簧測力計和天平。實驗中需要重物。必須選取的實驗器材其名稱是重物、電火花計時器、毫米刻度尺。 (2)在重物的正下方地面鋪海綿可以防止摔壞實驗器材,故A不符合題意;不一定要從紙帶上第一個點開始計算驗證機械能是否守恒,故B不符合題意;重復多次實驗時,重物不需要從同一位置開始下落,故C不符合題意;重物下落時受到的空氣阻力、紙帶與限位孔之間的摩擦會使實驗誤差變大。所以重物的密度盡量大一些,可以減小受到的阻力的影響,可減少實驗誤差,故D符合題意。 (3)打B點時對應的速度等于A、C兩點間的平均速度。 vB=xAC2T=5.4010-20.04 m/s=1.35 m/s; 如果機械能守恒,物體減小的重力勢能等于增加的動能,則mgh=12mv2,即mghAB=12mvH2-12mvB2。 2.某實驗小組利用自由落體運動來驗證“機械能守恒定律”。 (1)已有鐵架臺、電磁打點計時器、復寫紙、導線、紙帶、刻度尺、重物,還必須選取的器材是圖甲中的 。 甲 (2)選好器材后開始實驗,下列操作中正確的是 。 A.先接通計時器電源,后釋放紙帶 B.用手托住重物,由靜止釋放 C.計時器的兩個限位孔應處于同一水平直線上 (3)某次實驗中打出的紙帶如圖乙所示,1至5是計時器打下的五個點,圖中3號點對應的刻度尺讀數(shù)是 cm,打點計時器打3號點時重物的速度是 m/s(保留三位有效數(shù)字)。 乙 答案 (1)D (2)A (3)9.00 1.28~1.30 解析 (1)該實驗中,因為有做自由落體運動的物體重物,則不需要鉤碼;通過打點計時器來記錄物體運動時間,不需要秒表;由于驗證機械能守恒定律的公式中可以把物體質量約掉,因此不需要天平;電磁打點計時器需要的是低壓交流電源,因此需要學生電源。故選D。 (2)先接通計時器電源,后釋放紙帶,選項A正確;用手捏住紙帶的一端,由靜止釋放,選項B錯誤;計時器的兩個限位孔應處于同一豎直直線上,選項C錯誤;故選A。 (3)題圖乙中3號點對應的刻度尺讀數(shù)是9.00 cm;2、4兩點對應的刻度尺讀數(shù)分別為:6.50 cm、11.65 cm;則打點計時器打3號點時重物的速度v3=x242T=0.1165-0.06520.02 m/s=1.29 m/s。 3.利用圖甲的實驗裝置可探究重物下落過程中物體的機械能守恒問題。圖乙給出的是實驗中獲取的一條紙帶,O點為電火花打點計時器打下的第一個點,分別測出若干連續(xù)點A、B、C……與O點的距離如圖乙所示。請回答下列問題: (1)(多選)下列有關此實驗的操作中正確的是 ; A.重物應選擇質量大、體積小的 B.實驗時采用的電源為4~6 V的低壓交流電源 C.重物應靠近打點計時器,先接通電源再放開紙帶,讓重物帶動紙帶自由下落 (2)打點計時器在打B點時重物的速度為 m/s(計算結果保留三位有效數(shù)字); (3)利用圖甲的實驗裝置還能完成的實驗有 。 A.探究沖量與動量變化的關系 B.探究做功與速度變化的關系 C.探究加速度與力、質量的關系 答案 (1)AC (2)3.88 (3)AB 解析 (1)重物應選擇質量大、體積小的,從而減小下落時所受阻力對實驗的影響,選項A正確;電火花計時器采用的電源為220 V的交流電源,選項B錯誤;重物應靠近打點計時器,先接通電源再放開紙帶,讓重物帶動紙帶自由下落,選項C正確;故選A、C。 (2)打點計時器在打B點時重物的速度為vB=xAC2T=0.6570-0.50180.04 m/s=3.88 m/s。 (3)利用題圖甲的實驗裝置打出的紙帶可求解某點的速度,得到物體的動量變化及動能變化,根據時間可求解重力的沖量和重力做功,故此裝置可以探究沖量與動量變化的關系以及做功與速度變化的關系,故選A、B。 4.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中,打點計時器所用電源頻率為50 Hz,當?shù)刂亓铀俣鹊闹禐?.80 m/s2,測得所用重物的質量為1.00 kg。 若按實驗要求正確地選出紙帶進行測量,量得連續(xù)三點到第一個點的距離如圖所示(相鄰計數(shù)點時間間隔為0.02 s),那么: (1)打點計時器打下計數(shù)點B時,物體的速度vB= ; (2)從起點O到打下計數(shù)點B的過程中重力勢能減少量是ΔEp= ,此過程中物體動能的增加量ΔEk= (取g=9.8 m/s2); (3)通過計算,數(shù)值上ΔEp ΔEk(填“>”“=”或“<”),這是因為 ; (4)實驗的結論是 。 答案 (1)0.98 m/s (2)0.49 J 0.48 J (3)> 實驗中有阻力 (4)在誤差允許范圍內機械能守恒 解析 (1)B點的瞬時速度等于AC段的平均速度,則vB=0.0706-0.031420.02 m/s=0.98 m/s; (2)從起點O到打下計數(shù)點B的過程中重力勢能減少量是ΔEp=mgh=1.009.800.050 1 J≈0.49 J; 動能的增加量ΔEk=12mvB2=121.00(0.98)2 J=0.48 J; (3)重力勢能的減少量大于動能的增加量,原因是實驗中存在阻力; (4)實驗的結論是在誤差允許的范圍內機械能守恒。 5.利用如圖所示裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗。 (1)(多選)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(含鐵夾)、電磁打點計時器、導線及開關外,在下列器材中,還必須使用的兩種器材是 。 A.交流電源 B.刻度尺 C.天平(含砝碼) (2)實驗中,先接通電源,再釋放重物,得到如圖所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點C,測得它們到起始點O的距離分別為hA、hB、hC。已知當?shù)刂亓铀俣葹間,打點計時器打點的周期為T。設重物的質量為m。從打O點到打B點的過程中,重物的重力勢能變化量ΔEP= ,動能變化量ΔEk= 。 (3)大多數(shù)學生的實驗結果顯示,重物的重力勢能的減少量大于動能的增加量,原因是 。 A.利用公式v=gt計算重物速度 B.利用公式v=gh計算重物速度 C.存在空氣阻力和摩擦阻力的影響 D.沒有采用多次實驗取平均值的方法 (4)某同學想用下述方法研究機械能是否守恒,在紙帶上選取多個計數(shù)點,測量它們到起始點O的距離h,計算打對應計數(shù)點時的重物速度v,描繪v2-h圖像,并做如下判斷:若圖像是一條過原點的直線,則重物下落過程中機械能守恒。請你分析論證該同學的判斷依據是否正確 。 答案 (1)AB (2)mghB m(hC-hA)28T2 (3)C (4)不正確,還需要近一步判斷圖像的斜率是否接近2g 解析 (1)驗證機械能守恒,即驗證動能的增加量和重力勢能的減小量是否相等,質量可以約去,不需要測量重物的質量,所以不需要天平,實驗中需要交流電源,需要用刻度尺測量點跡間的距離,從而計算出重力勢能的減小量和動能的增加量并進行比較,故選AB。 (2)從打O點到打B點的過程中,重物的重力勢能減少量ΔEp=mghB,打B點時重物的瞬時速度vB=hC-hA2T,則重物的動能的增加量ΔEk=12mvB2=12mhC-hA2T2=m(hC-hA)28T2。 (3)試驗結果顯示,重物的重力勢能的減少量大于動能的增加量,原因是存在空氣阻力和摩擦阻力的影響,故選C。 (4)該同學的判斷不正確;根據mgh=12mv2得,v2=2gh,可知只有v2-h圖像近似是一條過原點的直線且斜率接近2g才能說明機械能守恒。 6.“驗證機械能守恒定律”的實驗采用重物自由下落的方法。 (1)(多選)本實驗中,除鐵架臺、夾子、交流電源、紙帶和重物外,還需選用的儀器是 。 A.秒表 B.刻度尺 C.天平 D.打點計時器 (2)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中,下列物理量中需要直接測量的有 。 A.重物的質量 B.重力加速度 C.重物下落的高度 D.與重物下落高度對應的重物的瞬時速度 (3)在驗證機械能守恒定律的實驗中,得到一條紙帶如圖2所示,圖中O點為打點計時器打下的第一個點,可以看做重物運動的起點,若重物的質量為1 kg,已知打下相鄰兩點時間間隔為0.02 s,g取9.8 m/s2,則打點計時器打下B點時,重物的速度vB= m/s。從起點O到打下B點的過程中,重物動能的增加量ΔEk= J,重力勢能的減小量ΔEP= J,經過計算發(fā)現(xiàn)重物的動能的增加量略小于重力勢能的減少量,這是因為 。(以上計算結果均保留兩位有效數(shù)字) 答案 (1)BD (2)C (3)0.97 0.47 0.48 存在空氣阻力和摩擦阻力的影響 解析 (1)在用自由落體“驗證機械能守恒定律”時,我們是利用自由下落的重物帶動紙帶運動,通過打點計時器在紙帶上打出的點求得重物動能的增加量及重力勢能的減少量,故還需要刻度尺和打點計時器,故選B、D。 (2)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中,需要驗證的是mgh=12mv2,需要用刻度尺測量重物下落的高度,重物的質量可以測量也可以不測量,重力加速度是當?shù)氐闹亓铀俣?通過查表可得,故A、B錯誤,C正確;根據勻變速運動的推論,利用紙帶上的測量數(shù)據通過計算可求得與重物下落高度對應的重物的瞬時速度,故D錯誤;故選C。 (3)根據勻變速直線運動中中間時刻的速度等于該段時間內的平均速度可以求出重物在打下B點時的速度vB=xAC2T=0.0702-0.031320.02 m/s≈0.97 m/s 重力勢能的減少量ΔEp=mghB=19.84.8610-2 J≈0.48 J 動能的增加量ΔEk=12mvB2=1210.972 J≈0.47 J 重物帶動紙帶下落過程中,除了受到重力還受到空氣阻力和摩擦阻力,從能量轉化的角度,由于阻力做功,減少的重力勢能除了轉化為動能還有一部分轉化為內能,所以動能的增加量略小于重力勢能的減少量。 7.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中,現(xiàn)有的器材為:帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、重錘、天平、毫米刻度尺、50 Hz交流電源?；卮鹣铝袉栴}: (1)(多選)關于重錘的選用,以下說法正確的是( ) A.選用重錘時,重的比輕的好 B.選用重錘時,密度大的比密度小的好 C.選用重錘后要測質量 D.重錘所受重力要遠大于它所受的空氣阻力和打點計時器對紙帶的阻力 (2)如圖所示,釋放紙帶前的瞬間,重錘和手的位置合理的是 (填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”)。作這樣選擇的原因是 。 (3)在實驗中,由于打點計時器兩限位孔不在同一豎直線上,使紙帶通過時受到較大阻力,則結果( ) A.mgh>12mv2 B.mgh<12mv2 C.mgh=12mv2 D.以上都有可能 答案 (1)ABD (2)丙 實驗中要讓重錘靠近打點計時器,可以在紙帶上記錄足夠多的點,實驗中手提著紙帶上端并保持紙帶豎直,可以減小紙帶與限位孔間的摩擦阻力 (3)A 解析 (1)重錘應選用質量和密度較大的,增大重力可使阻力的影響相對減小,增大密度可以減小體積,可使空氣阻力的影響減小。故選項A、B、D正確。 (2)實驗中要讓重錘靠近打點計時器,可以在紙帶上記錄足夠多的點;實驗中手提著紙帶上端并保持紙帶豎直,可以減小紙帶與限位孔間的摩擦阻力,故丙中重錘和手的位置合理。 (3)重物帶動紙帶下落過程中,除了受到重力還受到空氣阻力和摩擦阻力,從能量轉化的角度看,由于阻力做功,減少的重力勢能除了轉化為動能還有一部分轉化為內能,所以重力勢能的減小量會大于動能的增加量。故選A。 8.小明同學利用如圖所示的裝置來驗證機械能守恒定律,A為裝有擋光片的鉤碼,總質量為M,擋光片的擋光寬度為b,輕繩一端與A相連,另一端跨過光滑輕質定滑輪與質量為m(m
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