高中物理分类汇编验证机械能守恒定律.docx
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专题06 验证机械能守恒定律1．利用如图装置做“验证机械能守恒定律”实验1）为验证机械能是否守恒，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．交流电源 B．刻度尺 C．天平（含砝码）（2）实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图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、、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，重物的重力势能减少量___________动能增加量___________；（3）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．利用公式计算重物速度 B．利用公式计算重物速度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（4）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，测量它们到计数起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘图像，如下判断正确的是___________。
A．若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能一定守恒B．若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能可能不守恒C．若图像是一条不经过原点的直线，则重物下落过程中机械能一定不守恒【答案】 AB C B【详解】(1)[1]A．实验时用到电磁打点加速器，则必须使用交流电源故A正确；B．在计算动能和重力势能变化量时，需要用到刻度尺测量纸带上计数点间的距离故B正确；C．在比较动能变化量和重力势能变化量是否相等时，需验证可知等式两边可约去质量m，所以不需要天平故C错误故选AB；(2)[2]重物的重力势能减少量[3]计时器打B点时，纸带的速度大小为从打O点到打B点的过程中，重物的动能增加量为(3)[4]AB．利用公式计算重物速度，则说明重物做自由落体运动，重力势能减小量与动能增加量相等故AB错误；C．由于纸带在下落过程中，重锤和空气之间存在阻力，纸带和打点计时器之间存在摩擦力，所以减小的重力势能一部分转化为动能，还有一部分要克服空气阻力和摩擦阻力做功，故重力势能的减小量大于动能的增加量故C正确；D．若采用多次实验取平均值的方法，会使得实验误差减小，但实验过程中仍然存在阻力作用，仍有重力势能的减小量大于动能的增加量。
故D错误故选C；(4)[5]AB．在重物下落h过程中，若初速度为零、阻力恒定，有可得则此时图像就是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能可能不守恒故A错误；B正确；C．在重物下落h过程中，若初速度不为零、阻力为零，有可得此时图像是一条不过原点的直线，但重物下落过程中机械能守恒故C错误2．某同学利用如图1所示的装置完成了机械能守恒定律的验证，实验时将纸带拉直使重物由静止释放某次实验时得到如图2所示的纸带，纸带上的各点均为计时点，已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度为g回答下列问题：（1）由图2中的数据可求出打下计时点3时重物的速度_______；（2）根据纸带测量数据，分别测出计时点2、3、4、5到点1的距离，用表示，假设重物下落过程机械能守恒，由对应依次算出纸带速度的理论值，描绘出如图3甲所示的图线，则该图线的斜率应为______（用题中给出的物理量表示）；（3）又由纸带上各计时点间的距离依次算出在点1、2、3、4、5时重物的实际速度，根据得出的实验数据描绘出如图3所示的图线，发现实际速度与理论速度间的差值越来越大，出现这种现象的原因可能是______答案】 2g 重物速度越大，重物和纸带受到的阻力越大【详解】（1）[1]匀变速直线运动某段时间内中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度，所以打下点3时重物的速度为（2）[2]设打点1时重物的速度为v0，由机械能守恒定律有整理得所以（3）[3]设重物和纸带运动过程中所受阻力大小为f，根据动能定理有整理得真实速度与理论速度间的差值越来越大，即v2-h图像的斜率逐渐减小，说明重物速度越大，重物和纸带受到的阻力越大。
3．在“验证机械能守恒定律”的实验中：（1）为了减小实验误差，应该选择___________ （填“甲”或 “乙”）图来完成这个实验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．交流电源 B．刻度尺 C．天平（含砝码）（3）实验中，先接通电源，再释放重物，得到图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、、已知当地重力加速度为，打点计时器打点的周期为设重物的质量为从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量___________，动能变化量___________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．利用公式计算重物速度B．利用公式计算重物速度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【答案】 甲 AB##BA C【详解】（1）[1]比较两个图可知，图甲中纸带放开前，固定较好，能保证纸带开始时的速度为，而且图甲中使用的是电火花打点计时器，纸带下落过程中受到的摩擦阻力比图乙中的小，故为了减小误差，，应该选择甲图来完成这个实验。
2）[2]电磁打点计时器需要使用低压交流电源，需要选用刻度尺测出纸带上任意点到点距离，表示重锤下落的高度，由于验证机械能守恒表达式两边都含有重锤的质量，可以消掉，故不需要天平测质量，AB正确，C错误；故选AB3）[3]根据功能关系可知，从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量为[4] B点的速度为从打O点到打B点的过程中，动能变化量为（4）[5]AB．由于重物拖着纸带在下落过程中，存在一定的空气阻力和纸带与打点计时器之间的摩擦力，使得重物下落的加速度小于重力加速度，利用公式或计算重物速度，都会使重物的动能变化量偏大，不是重力势能的减少量大于动能的增加量的原因，AB错误；C．由于重物拖着纸带在下落过程中，存在一定的空气阻力和纸带与打点计时器之间的摩擦力，所以减少的重力势能一部分转化为动能，还有一部分要克服空气阻力和摩擦阻力做功而转化为内能，故重力势能的减少量大于动能的增加量，C正确；D．没有采用多次实验取平均值的方法不会使重力势能的减少量大于动能的增加量，D错误；故选C4．气垫导轨通过小气孔喷出压缩空气，可以使滑块运动时受到导轨的阻力很小，现有一气垫导轨上固定有相距s的光电门1和光电门2，连接的光电计时器可以自动记录遮光物体通过光电门的时间，如图甲所示。
小红、小兰两同学用此气垫导轨来验证机械能守恒定律1）小红把气垫导轨倾斜30°，让带有宽为d=0.2cm的遮光条的滑块从斜面的顶端A处静止滑下，光电计时器显示的挡光时间分别为Δt1=2.50ms、Δt2=0.80ms已知滑块（含遮光条）的质量为m=0.2kg，光电门1和2之间的距离为s=0.60m，取重力加速度大小g=9.80m/s2，求：（结果均保留两位有效数字）①滑块经过光电门1时的速度v1=___________m/s；②滑块通过光电门1、2的动能增加量为___________J，重力势能的减少量为___________J；③动能的增加量与重力势能的减少量不完全相等的原因可能是___________2）小兰将小红用过的气垫导轨放在水平桌面上调至水平，用细线连接砝码和滑块，将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，砝码落地前挡光条已通过光电门2，读出滑块分别通过光电门1和光电门2的挡光时间Δt3和Δt4，用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m计算出滑块和挡光条的动能及托盘和砝码的动能，在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，如果满足关系式___________，则也可验证机械能守恒定律。
用M、m、g、s、d、Δt3、Δt4中的符号表示结果）【答案】 0.80 0.56 0.59 有摩擦阻力做功，使滑块的机械能减少 【详解】（1）①[1]滑块经过光电门1时的速度为②[2]滑块经过光电门2时的速度为滑块通过光电门1、2的动能增加量为[3]滑块通过光电门1、2重力势能的减少量为③[4]动能的增加量与重力势能的减少量不完全相等的原因可能是有摩擦阻力做功，使滑块的机械能减少2）[5]滑块通过光电门1、2的速度分别为；在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，若机械能守恒，则需要满足关系式即5．阿特伍德机是英国数学家和物理学家阿特伍德创制的一种著名力学实验装置，常用来研究匀变速直线运动的规律现对该装置加以改进，利用改进后的装置（如图所示）验证机械能守恒定律轻绳两端系着质量均为M的重物A（含挡光片）、B（含挂钩），物块B上放一质量为m的金属片C，铁架台上固定一金属圆环，圆环处在物块B的正下方，金属片C不能穿过圆环而B可以穿过，金属片C到圆环的高度为h，固定在A上的挡光片到光电门的竖直距离大于h，挡光片的宽度d1）为了完成实验还需要记录或测量的物理量是______A．物块B运动到圆环处的时间tB．挡光片到光电门的竖直距离lC．刚刚释放时物块AB之间的距离D．挡光片穿过光电门的时间（2）为了减小实验误差进行多次实验，改变物块B的初始位置，使物块B从不同的高度由静止下落穿过圆环，记录每次金属片C与圆环间的高度h以及挡光片穿过光电门的时间，通过描点作图，为了得到一条过原点的直线，则应该绘制的图像是______（选填“h−∆t”、“”、“”），则该直线的斜率k=______（用字母m、g、M、d表示）。
答案】 D 【详解】（1）[1]ABC．要验证机械能守恒定律，金属片C到圆环的高度为h是已知条件，所以不需要测物块B运动到圆环处的时间t、挡光片到光电门的竖直距离l、物块AB之间的距离，ABC错误；D．需要测出重物运动至光电门的速度，就必须测出挡光片穿过光电门的时间，所以D正确2）[2]重物A运动到光电门时的速度由机械能守恒定律可有联立以上两式解得因此绘制的图像是，此图线是一条过原点的直线[3] 则该直线的斜率为6．为“验证机械能守恒定律”，某研究小组采用了如图所示实验装置，装置中包括两个定滑轮，细线，A、B两重物（mA
经过多次实验后，测得图像，并测得，，则重力加速度g=___________结果保留两位有效数字）【答案】 ## > 9.6【详解】（1）[1]释放物体B，B向下运动，A向上运动，则重力势能减小量为[2]设B下落h时两物块速度为v，则有即动能增加量为（2）[。
