【物理】2020届一轮复习人教版第五章验证机械能守恒定律作业

【物理】2020届一轮复习人教版第五章验证机械能守恒定律作业

‎ (三十三) 验证机械能守恒定律 作业 ‎1.(2016·北京高考)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．动能变化量与势能变化量 B．速度变化量和势能变化量 C．速度变化量和高度变化量 ‎(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________。‎ A．交流电 B．刻度尺 C．天平(含砝码)‎ ‎(3)实验中，先接通电，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hA、hB、hC。‎ 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ΔEp＝__________，动能变化量ΔEk＝______________。‎ ‎(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________。‎ A．利用公式v＝gt计算重物速度 B．利用公式v＝ 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v2h图像，并做如下判断：若图像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)在“验证机械能守恒定律”实验中，重物下落，重力势能减少，动能增加，要验证机械能是否守恒，需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大小是否相等，故A正确。‎ ‎(2)实验时用到电磁打点计时器，则必须使用交流电；在计算动能和势能变化量时，需用刻度尺测量重物下落的高度；在比较动能变化量和势能变化量大小是否相等时需验证m(v22－v12)＝mgh是否成立，而等式两边可约去质量m，故不需要天平。故A、B正确。‎ ‎(3)从打O点到打B点的过程中，重物下落hB，重力势能减少，则重物的重力势能变化量ΔEp＝－mghB。动能增加，则动能的变化量ΔEk＝mvB2－0＝m2－0＝m2。‎ ‎(4)重物在下落过程中，除受重力外还存在空气阻力和摩擦阻力的影响，重物的重力势能要转化为重物的动能和内能，则重力势能的减少量大于动能的增加量，选项C正确。‎ ‎(5)不正确。v2h图像为一条直线，仅表明重物所受合力恒定，与机械能是否守恒无关。例如，在本实验中若存在恒定阻力，则重物的机械能不守恒，但mgh－fh＝mv2－0，v2＝2h，v2h为一条过原点的直线，故该同学判断不正确。要想通过v2h图像的方法验证机械能是否守恒，还必须看图像的斜率是否接近‎2g。‎ 答案：(1)A　(2)AB　(3)－mghB　m2　‎ ‎(4)C　(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，根据动能定理得，mgh－fh＝mv2－0，v2＝2h，可知v2h图像为过原点的一条直线。要想通过v2h图像的方法验证机械能是否守恒，还必须看图像的斜率是否接近‎2g。‎ ‎2．某实验小组利用如图所示的实验装置验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒，装置中的气垫导轨工作时可使滑块悬浮起，以减小滑块运动过程中的阻力。实验前已调整气垫导轨底座保持水平，实验中测量出的物理量有：钩码的质量m、滑块的质量M、滑块上遮光条由图示初始位置到光电门的距离x。‎ ‎(1)若用游标卡尺测得遮光条的宽度为d，实验时挂上钩码，将滑块从图示初始位置由静止释放，由计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt，则可计算出滑块经过光电门时的速度为________。‎ ‎(2)要验证系统的机械能守恒，除了已经测量出的物理量外，还需要知道________________。‎ ‎(3)本实验通过比较________和____________(用物理量符号表示)在实验误差允许的范围内相等，即可验证系统的机械能守恒。‎ 解析：(1)根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度，可知滑块经过光电门的速度v＝。‎ ‎(2)以钩码和滑块所组成的系统为研究对象，其重力势能的减少量为mgx，系统动能的增加量为(M＋m)v2＝(M＋m)，可知还需要知道当地的重力加速度。‎ ‎(3)验证重力势能的减少量mgx和动能的增加量(M＋m)是否相等即可。‎ 答案：(1)　(2)当地的重力加速度　(3)mgx　(M＋m)‎ ‎3．(2019·哈尔滨六中模拟)用如图甲所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落，m1拖着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。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)，所用电的频率为50 Hz。已知m1＝‎50 g、m2＝‎150 g(结果均保留两位有效数字)。则：‎ ‎(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5＝________m/s。‎ ‎(2)在打下0点到计数点5的过程中系统动能的增量ΔEk＝________J，系统重力势能的减少量ΔEp＝________J(当地的重力加速度g取‎10 m/s2)。‎ ‎(3)若某同学作出v2h图像如图丙所示，则当地的重力加速度g＝________m/s2。‎ 解析：(1)根据匀变速直线运动的规律得v5＝ m/s＝‎2.4 m/s。‎ ‎(2)ΔEk＝(m1＋m2)v52－0≈0.58 J，ΔEp＝m2gh5－m1gh5＝0.60 J。‎ ‎(3)由机械能守恒定律得(m2－m1)gh＝(m1＋m2)v2，知＝，即图像的斜率k＝＝，解得g＝‎9.7 m/s2。‎ 答案：(1)2.4　(2)0.58　0.60　(3)9.7‎ ‎4.(2019·湖北七市模拟)‎ 某同学为了探究杆转动时的动能表达式，设计了如图甲所示的实验，质量为m的均匀长直杆一端固定在光滑转轴O处，杆由水平位置静止释放，用光电门测出另一端A经过某位置时的瞬时速度vA，并记下该位置与转轴O的高度差h。‎ ‎(1)调节h的大小并记录对应的速度vA，数据如表所示，为了形象直观地反映vA和h的关系，应选择________(选填“vA”“vA－‎1”‎或“vA‎2”‎)为纵坐标，并在图乙的坐标纸中标明纵坐标，画出图像。‎ 组次 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ h/m ‎0.05‎ ‎0.10‎ ‎0.15‎ ‎0.20‎ ‎0.25‎ ‎0.30‎ vA/(m·s－1)‎ ‎1.23‎ ‎1.73‎ ‎2.12‎ ‎2.46‎ ‎2.74‎ ‎3.00‎ vA－1/(s·m－1)‎ ‎0.81‎ ‎0.58‎ ‎0.47‎ ‎0.41‎ ‎0.36‎ ‎0.33‎ vA2/(m2·s－2)‎ ‎1.51‎ ‎2.99‎ ‎4.49‎ ‎6.05‎ ‎7.51‎ ‎9.00‎ ‎(2)当地重力加速度g取‎10 m/s2，结合图像分析，杆转动时的动能Ek＝________(请用质量m、速度vA表示)。‎ 解析：(1)由表中数据可看出，h与vA2成正比，因此应选择vA2为纵坐标，描点连线，可得到一条过原点的直线，如图所示。‎ ‎(2)根据机械能守恒定律得Ek＝mgh，由(1)中图像得h＝vA2，则Ek＝mg·vA2＝mvA2。‎ 答案：(1)vA2　见解析图　(2)mvA2‎