高考物理实验精选百题解析专题验证机械能守恒定律

高考物理实验精选百题解析专题验证机械能守恒定律

‎2013年高考物理 实验精选百题解析 专题06 验证机械能守恒定律 ‎1．（1）（2013年5月门头沟区高三年级模拟）图1所示的游标卡尺主尺的最小分度是mm，副尺上有20分度（精度为‎0.05mm）。b1b2是它的外测脚,可以它用来测量圆管的 （填“外径”或“内径”）。用窄片测量一个工件槽深时，游标附近放大图如图2，则此工件的槽深为 mm。 ‎ ‎（2）（2013年5月门头沟区高三年级模拟）某实验小组利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验，图乙是她们选择的一条较理想的纸带，O点是打点计时器打出的第一个点，计数点A、B、C、D、E、F是纸带上相邻的点。她们测出了各点与O点的距离后做出了必要的计算，测量和计算的记录见下表（计数点的速度用表示） ‎ 计数点 A B C D E F ‎6.93‎ ‎9.47‎ ‎12.4‎ ‎15.71‎ ‎19.41‎ ‎23.49‎ ‎1.16‎ ‎1.37‎ ‎1.56‎ ‎1.75‎ ‎1.95‎ ‎2.14‎ ‎1.35‎ ‎1.88‎ ‎2.43‎ ‎3.06‎ ‎4.05‎ ‎4.58‎ ‎①测量某点与O点距离的记录中不合理的一组是 （填写计数点名称）‎ ‎②计数点D、E、F与O点之间的距离分别用、、表示，打点计时器的打点周 期用T表示，则打下计数点E时纸带的速度 （用符号表示），重物运动的加速度 （用符号表示）‎ ‎③该小组的同学在坐标纸上建立图丙所示坐标系，标出了各组测量数据的坐标点，并在坐标系中画出图线。由图线可以判断计数点 的测量误差较大（填写计数点名称），据图线得到重力加速度 （保留三位有效数字）‎ ‎④下判断中正确的是 A.在误差允许的范围内，该实验小组达到了实验目的 B.该地的重力加速度比偏大 C.她们实验操作过程中是先释放纸带然后再闭合打点计时器开关 D.实验过程中阻力引起的误差属于系统误差 ‎5．(10分) (2013浙江省湖州市二模)如图甲所示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可以验证机械能守恒定律。某同学设计了图乙装置来完成同样的实验。‎ ‎(1)下列关于图乙装置的说法中，能减小实验误差的是( ▲ )‎ A．用夹子夹住纸带上端避免手提纸带因抖动而造成摩擦的增大 B．用复夹和铁架台台面固定住打点计时器能使装置更加稳定 C．选用重锤连接纸带要比用夹子和重物连接纸带下落时阻力小 D．用图乙方式可以节省纸带，让点迹更为密集 ‎ (2)图丙是某次实验所得到的一条点迹较为清晰的纸带的一段，经过测量计算后，某同学画出了如图丁所示的E— h图线，则他所画图线选取的零势能点为图丙中打点计时器 打下 ▲ (选填“1点”或“11点”)时物体所在的位置，图丁中表示动能随高度变化的曲线为 ▲ (选填“图线A”或“图线B”)，‎ ‎ (3)图丁中的h1=58.5mm和h2=390.0mm两处机械能E1与E2大小关系为E1 ▲ E2‎ ‎(选填“大于”、“等于”或“小于”)。‎ 重锤 打点计时器 纸带 夹子 横杆 复夹 接电源 乙 重物 夹子 纸带 打点 计时器 复夹 铁架台 接电源 甲 丙 丁 ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 5．(10分)(1) ABC (共4分，漏选得2分)；‎ ‎(2) “11点” (2分)， 图线B (2分)；‎ ‎(3) 小于 (2分)。‎ ‎2．（2013浙江省杭州市二模）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、电火花打点计时器、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 。（填入正确选项前的字母）。‎ ‎ A．毫米刻度尺 B．秒表 C．0~12V的可调节直流电源 D．0~220V的可调节交流电源 ‎ （2）用打点计时器打出一条纸带，前后要连续进行一系列的操作，你认为需要并合理的步骤是 。（选出下列几点中需要的字母后按合理顺序排列）‎ ‎ A．释放纸带 B．接通电源 C．取下纸带 D．切断电源 ‎ （3）释放纸带前的瞬间，重锤和手的位置合理的是 （填“甲”、“乙”或“丙”）‎ ‎ （4）下列所说的实验中涉及到的处理方法或实验结果，其中正确的是（ ）‎ ‎ A．该实验中即使不用天平测重锤的质量，同样也可以验证机械能守恒定律 B．该实验选取的纸带，测量发现所打的第一和第二点间的距离为1.7mm，表明打点计时器打第一点时重锤的速度不为零 C．本实验中需要直接测量得到的物理量是重锤下落的高度，通过计算得到的是当地的重力加速度值和速度值 D．为了计算方便，本实验中先选一条打点计时器打第一点时重锤的速度为零的清晰纸带，然后通过对纸带的测量、分析，求出当地的重力加速度的值，再代入表达式：进行验证 E．本实验中，实验操作非常规范，数据处理足够精确，实验结果一定是mgh略大于，不可能出现略大于mgh ‎ ‎ ‎3.（2013年3月湖北省黄冈市质检）某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B,滑块P上固定一宽度为d的遮 光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出髙电压，两光 电传感器采集数据后与计算机 相连。滑块在细线的牵引下向 左加速运动，遮光条经过光电 传感器A、B时，通过计箅机可 以得到如图乙所示的电压U随 时间t变化的图象。‎ ‎(1) 实验前,接通气源,将滑块（不挂钩码）置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的Δt1_________Δt2(选填“ >”、“=”或“<”)时，说明气垫导轨已经水平。 ‎ ‎(2) 滑块P用细线跨过定滑轮与质量为m的钩码Q相连,将滑块P由图甲所示位置释放， 通过计算机得到电压图象如图乙所示，若Δt1、Δt2、d和m已知，要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒,还应测出的物理量是_______和_______。‎ ‎4 (5分) （2013山东省淄博市一模）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、，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 C．遮光条宽度太小 D．两光电门间距过小 答案：(1) ①AB(2分)‎ 图a ‎5、（10分）（2013年浙江省六校联考）在“验证机械能守恒定律”实验中，有三个同学做了如下的实验：‎ ‎⑴张三同学安装的实验装置如图a所示，实验得到纸带上留下的打点痕迹情况如图b所示,这样的操作可能会导致实验误差较大，从图中可以看出安装实验装置时明显存在的问题 是 。‎ ‎1.9 5.8 9.6 13.4 单位：mm 图b 图c 图d ‎（2）李四同学用正确安装的装置进行实验，获取一张纸带如图c 所示，但起始点模糊不清。取后面连续打出的清晰点来研究，测出B、C、D、E、F到A点的距离为hB、hC、hD、hE、hF，然后分别计算出B、C、D、E点的速度vB、vc、vD、vE ，最后在v2-h坐标系中，描出B、C、D、E点对应的坐标，如图d所示。如果这些点可连成一条直线，要判断重物下落过程中机械能是否守恒，还需要_ 。‎ ‎（3）王五同学也用正确安装的装置进行实验，来探究重物下落过程中动能与势能的转化问题。图e为一条符合实验要求的纸带，O点为打点计时器打下的第一点。取打下O点时重锤的重力势能为零，计算出该重锤下落不同高度h时所对应的动能Ek和重力势能EP。建立坐标系，横轴表示h，纵轴表示Ek和Ep，根据数据在图f中绘出图线I和图线II。‎ 已求得图线I斜率的绝对值k1=2.94J/m，请计算图线II的斜率k2= J/m（保留3位有效数字）。‎ 重物和纸带在下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值为 （用k1和k2表示）。‎ l mg= k1。=‎0.50m时， -1.5J，Ek= k2h，EP+Ek=-fh ‎，联立解得重物和纸带在下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值为f/mg=。‎ ‎5. (6分）（2013安徽省江南十校联考）小明所在学习小组，用中学实验室常见器材设计了如图所 示的装置来验证机械能守恒定律。图中a、b为两重物，用轻绳相连，b 的质量大于a的质量，滑轮为轻质光滑滑轮。实验时从图示位置静止释放 b, b下降且落到桌面后不再反弹，a上升但不与滑轮相碰。小明的学习小 组已测量了 a上升的总高度h1,要研究b从下落到刚要与桌面相碰这一过 程中，a、b组成系统的机械能是否守恒，他们还需要测量的物理量有：______、______、______。(填被测的三个物理量，及表示这三个物理量的字母)。若表达式___ ___成立（用设定的字母表示），即可验证机械能守恒定律成立。‎ ‎6．（6分）（2013山东省威海质检）用如图所示装置验证小球沿斜面运动的过程中机械能守恒。斜面的末端与水平桌面相切，小球从离桌面高h处由静止释放，小球离开桌面后落在水平地面上，此过程的水平位移用s表示，桌面高H。改变小球释放的位置，记录多组h、s值。‎ ‎（1）若小球在运动的过程中机械能守恒，则h与s2间应满足的关系是__________‎ h s H ‎ ‎ h s2‎ O ‎（2）某同学根据实验结果，画出了h―s2图象如上图所示。图象不过原点，并且随着s 的增大图象有弯曲的迹象。下列关于产生这种现象的原因及改进措施的论述正确的是 ‎ a.小球与斜面和桌面间有摩擦，改用动摩擦因数更小的斜面和桌面 b.小球运动过程中受到空气阻力的作用，换用密度小一点的空心球进行实验 c.小球运动过程中受到空气阻力的作用，换用密度大一点的实心球进行实验 d.小球与斜面和桌面间有摩擦，在原基础上适当减小一下斜面的倾角 ‎ ‎7.（2013乌鲁木齐二诊）用如图装置可验证机械能守恒定律。轻绳两端系着质量相等的物块A、B，物块B上放置一金属片C。铁架台上固定一金属圆环，圆环处在物块B正下方。系统静止时，金属片C与圆环间的高度差为h。由此释放，系统开始运动，当物块B穿过圆环时，金属片C被搁置在圆环上。两光电门固定在铁架台P1、P2处，通过数字计时器可测出物块B通过P1、P2这段时间。‎ ‎（1）若测得P1、P2之间的距离为d，物块B通过这段距离的时间为t，则物块B刚穿过圆环后的速度v= 。‎ ‎（2）若物块A、B的质量均为M表示，金属片C的质量用m表示，该实验中验证了下面哪个等式成立，即可验证机械能守恒定律。正确选项为 。‎ A．mgh=Mv2 B．mgh=Mv2‎ C．mgh=(‎2M+m)v2 D．mgh=(M+m)v2 ‎ ‎（3）本实验中的测量仪器除了刻度尺、光电门、数字计时器外，还需要 。‎ ‎（4）改变物块B的初始位置，使物块B由不同的高度落下穿过圆环，记录各次高度差h以及物块B通过P1、P2这段距离的时间为t，以h为纵轴，以 （填“t2”或“1/ t2‎ ‎”）为横轴，通过描点作出的图线是一条过原点的直线。该直线的斜率k= (用m、M、d表示)。‎ ‎8（12分）、（2013浙江瑞安四校联考）现要通过实验验证机械能守恒定律．实验装置如图1－9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，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；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点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，s表示A、B两点间的距离，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．用g表示重力加速度．完成下列填空和作图：(1)若将滑块自A点由静止释放，则在滑块从A运动至B的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为________，动能的增加量可表示为________．若在运动过程中机械能守恒，与s的关系式为＝ ________.‎ ‎ (2)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点(A点)下滑，测量相应的s与t值，结果如下表所示：‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ s/m ‎0.600‎ ‎0.800‎ ‎1.000‎ ‎1.200‎ ‎1.400‎ t/ms ‎8.22‎ ‎7.17‎ ‎6.44‎ ‎5.85‎ ‎5.43‎ /104s－2‎ ‎1.48‎ ‎1.95‎ ‎2.41‎ ‎2.92‎ ‎3.39‎ 以s为横坐标，为纵坐标，在图1－10的坐标纸中描出第1和第5个数据点；根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率k＝________×‎104 m－1·s－2(保留3位有效数字)．由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出－s直线的斜率k0 ，将k和k0 进行比较，若其差值在实验允许的范围内，则可认为此实验验证了机械能守恒定律．‎ 动能的增加量可表示为(M+m)()2。由机械能守恒定律，－mgs=(M+m)()2，可得=(-)s。－s直线的斜率k=2.4×‎104 m－1·s－2。‎ ‎9．（10分）（2013四川资阳诊断）某校两个课外活动小组分别用以下两种方法来验证机械能守恒定律。请阅读下列两段材料，完成后面问题。‎ 第1小组：利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。图所示所标数据为实际距离，t0时刻刚好对应抛出点，该小组同学通过计算得到不同时刻的速度和速度的平方值如下表，当他们要计算重力势能的改变量时，发现不知道当地重力加速度，请你根据实验数据，按照下列要求计算出重力加速度。‎ 时刻 t1‎ t2‎ t3‎ t4‎ t5‎ 速度v(m/s)‎ ‎4.52‎ ‎4.04‎ ‎3.56‎ ‎3.08‎ ‎2.60‎ v2(m2/s2)‎ ‎20.43‎ ‎16.32‎ ‎12.67‎ ‎9.49‎ ‎6.76‎ ‎（1）在所给的坐标纸上作出v2—h图象；‎ ‎（2）分析说明，图象斜率的绝对值表示的物理意义是：‎ ‎__________________________________________________________________________；‎ ‎（3）由图象求得的重力加速度是______m/s2（结果保留三位有效数字）。‎ 第2小组：DIS实验是利用现代信息技术进行的实验。“用DIS研究机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示，小组同学在实验中利用小铁球从很光洁的曲面上滚下，选择DIS以图象方式显示实验的结果，所显示的图象如图乙所示。图象的横轴表示小球距d点（最低点）的高度h，纵轴表示小铁球的重力势能EP、动能Ek或机械能E。试回答下列问题：‎ ‎（1）图乙的图象中，表示小球的重力势能EP、动能Ek、机械能E随小球距d点的高度h变化关系的图线分别是___________（按顺序填写相应图线所对应的文字）；‎ ‎（2）根据图乙所示的实验图象，可以得出的结论是：_____________________________。‎