2022届高三物理一轮基础复习：验证机械能守恒定律基础训练

验证机械能守恒定律基础训练 非选择题 1．(2021·广东模拟)在用重锤和打点计时器“验证机械能守恒定 律”的实验中，已知打点计时器使用的交流电源的周期为 0.02 s， 当地的重力加速度 g＝9.80 m/s2.该实验选取的重锤质量为 1.00 kg， 选取如图所示的一段纸带并测量出相邻各点之间的距离，利用这些数 据验证重锤通过第 2 点至第 5 点间的过程中遵从机械能守恒定律．通 过计算可以得出在第 2 点位置时重锤的动能为________J；第 5 点位 置时重锤的动能为________J；重锤从第 2 点至第 5 点间的过程中重 力势能的减小量为________J．(保留三位有效数字) 2．(2020·陕西模拟)某小组同学用如图甲所示的实验装置验证机械 能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，可以提供输出电压为 8 V 的交变电流和直流电，交变电流的频率为 50 Hz.重锤从高处由静止 开始下落，重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点测量并 分析，即可验证机械能守恒定律． (1)该小组进行了下面几个操作步骤： A．按照图示的装置安装器件； B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上； C．用天平测出重锤的质量； D．先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带； E．测量纸带上某些点间的距离； F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于其 增加的动能． 其中没有必要进行的步骤是________，操作不当的步骤是________； (填选项字母) (2)一位同学进行正确测量后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量， 如图乙所示，其中 O 点为起始点，A、B、C、D 为连续打出的四个点．根 据纸带上的测量数据，可得出打 C 点时重锤的速度为________m/s； (保留 3 位有效数字) (3)该小组测出多组重物下落的高度 h 和对应的速度 v，并作出v2 2－h 图象．则作出的图象是________，就能证明重物下落过程机械能守恒； (4)某同学选用两个形状相同、质量不同的重物 a 和 b 进行实验，依 据实验数据画出v2 2－h 图象，并求出图线的斜率 k，如图丙所示．通 过分析发现造成 k2 值偏小的原因是实验中存在各种阻力，已知实验所 用重物的质量 m2＝0.052 kg，当地重力加速度 g＝9.78 m/s2，求出重 物所受的平均阻力 Ff＝________N．(结果保留两位有效数字) 3．(2020·山西模拟)某实验小组要通过实验验证机械能守恒定律．实 验装置如图甲所示，水平桌面上固定一气垫导轨，把气垫导轨调节水 平，在导轨上 A 点处有一带长方形遮光条的滑块，其总质量为 M，左 端用跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为 m 的钩码相连，遮光条两 条长边与导轨垂直，导轨上 B 点有一光电门，可以测量遮光条经过光 电门时的挡光时间 t，用 d 表示遮光条的宽度，s 表示 A、B 两点间的 距离，将遮光条通过光电门的平均速度看做滑块通过 B 点时的瞬时速 度．用 g 表示重力加速度．完成下列问题． (1)如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度 d＝________mm； (2)实验时将滑块从如图甲所示位置由静止释放，由数字计时器读出 遮光条通过光电门的时间 t＝1.2×10－2 s，则滑块经过光电门的瞬时 速度为________m/s(结果保留 2 位有效数字)； (3)若将滑块自 A 点由静止释放，考虑遮光条宽度的影响，则在滑块 从 A 点运动至 B 点的过程中，滑块、遮光条与钩码组成的系统重力势 能的减小量测量值________(填“大于”“小于”或“等于”)动能 的增加量测量值； (4)该实验小组在研究中发现利用该装置可测带长方形遮光条的滑块 的总质量 M，实验小组多次改变光电门的位置，且每次均令滑块自同 一点(A 点)开始运动，测量相应的 s 与 t 值．某同学完成实验后，想 利用测得的数据探究 s 与 t 的关系．根据测量的数据作出1 t2－s 图象， 测得直线的斜率为 k，已知钩码的质量为 m，则滑块的总质量 M 的表 达式为________(用题目给出的字母表示)． 4．(2020·山东模拟)某同学利用竖直上抛运动验证机械能守恒定律， 所用装置如图甲所示．A、B 为两个光电门，与安装在底座上的弹射 装置在同一竖直线上． (1)该同学用螺旋测微器测量小球的直径，读数如图乙所示，小球直 径为________cm.弹射装置将小球竖直向上抛出，先后通过光电门 A、 B，计时装置测出小球通过 A、B 的时间分别为 2.16×10－3 s、5.15×10 －3 s，由此可知小球通过光电门 A、B 时的速度分别为 vA、vB，其中 vA＝________m/s(保留 3 位有效数字)； (2)用刻度尺测出光电门 A、B 间的距离 h，已知当地的重力加速度为 g，只需比较________(用题目中涉及的物理量符号表示)是否相等， 就可以验证机械能是否守恒． 5．(2021·上海模拟)学生实验“用 DIS 研究机械能守恒定律”的装 置如图 a 所示，某组同学在一次实验中，选择 DIS 以图象方式显示实 验的结果，所显示的图象如图 b 所示．图象的横轴表示小球距 D 点的 高度 h，纵轴表示小球的重力势能 Ep、动能 Ek 或机械能 E.试回答下列 问题： (1)在图 a 所示的实验装置中，固定于小球下端、宽度为Δs，且不透 光的薄片 J 是________，传感器 K 的名称是________． (2)在图 b 所示的图象中，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)． (3)根据图 b 所示的实验图象，可以得出的结论是_________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ________. 6．(2020·广西模拟)用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定 律．轻杆两端固定两个大小相等但质量不等的小球 P、Q，杆可以绕 固定于中点 O 的水平轴在竖直面内自由转动．O 点正下方有一光电门， 小球球心可恰好通过光电门，已知重力加速度为 g. (1)用游标卡尺测得小球的直径如图乙所示，则小球的直径为 d＝ ________cm. (2)P、Q 从水平位置由静止释放，当小球 P 通过最低点时，与光电门 连接的数字计时器显示的挡光时间为Δt＝0.01 s，则小球 P 经过最 低点时的速度为 v＝________m/s. (3)若两小球 P、Q 球心间的距离为 L，小球 P 的质量是小球 Q 质量的 k 倍(k＞1)，当满足 k＝________(用 L、d、Δt、g 表示)时，就表明 验证了机械能守恒定律． 7．(2021·安徽模拟)实验中挂钩位置可认为不变，利用力传感器和 单摆小球来验证机械能守恒定律． ①如图甲所示，固定力传感器 M. ②取一根不可伸长的细线，一端连接小铁球，另一端穿过固定的光滑 小圆环 O，并固定在传感器的挂钩上(小圆环刚好够一根细线通过)． ③将小铁球自由悬挂并处于静止状态，从计算机中得到拉力随时间变 化的关系如图乙所示． ④让小铁球以较小的角度在竖直平面内的 A、B 之间摆动，得到拉力 随时间变化的关系图象如图丙所示． (1)为验证小铁球在最高点 A 和最低处的机械能是否相等，则 ________． A．必须要测出小铁球的直径 D B．必须要测出小铁球的质量 m C．必须要测出细线离开竖直方向的最大偏角θ D．必须要知道图乙、丙中 F0，F1，F2 的大小 (2)若已经通过实验测得了(1)中所需的物理量，则为了验证小铁球在 最高点 B 和最低点处的机械能是否相等，只需验证等式________是否 成立即可．(用题中所测得的物理量符号表示) 答案 1． 1.13 2.21 1.06 2． (1)C B (2)2.27 (3)一条过原点的倾斜直线 (4)0.031 3． (1)3.80 (2)0.32(或 3.2×10－1) (3)大于 (4)M＝2mg kd2 －m 4． (1)1.298 6～1.298 8 6.01 (2)gh 和vA 2 2 －vB 2 2 5． (1)挡光片 光电门传感器 (2)乙、丙、甲 (3)在误差允许的范围内，只有重力做功的情况下动能与重力势能相 互转化，小球机械能保持不变 6． (1)1.450 (2)1.450 (3)gLΔt2＋d2 gLΔt2－d2 7． (1)D (2)3F0＝2F1＋F2