2019届高考物理一轮复习 第5章 机械能 第7讲 验证机械能守恒定律课时作业（含解析）7、验证机械能守恒定律[基础训练]1．如图所示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、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、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．米尺B．秒表C．0～12V的直流电源D．0～12V的交流电源(2)实验中误差产生的原因有_________________________(写出两个原因)．答案：(1)AD (2)见解析解析：(1)需要米尺来测量纸带上两点之间的距离，电磁打点计时器需用交流电源，故A、D正确．(2)①纸带与电磁打点计时器之间存在摩擦力；②测量两点之间距离时的读数有误差；③计算势能变化时，选取的两点距离过近；④交流电源频率不稳定．(选取两个原因即可)2．(2018安徽江南十校联考)在验证机械能守恒定律的实验中，所用电源的频率f＝50Hz，某次实验选择一条较理想纸带，某同学用毫米刻度尺测量从起始点O依次到A、B、C、D、E、F各点的距离分别记作x1、x2、x3、x4、x5、x6，并记录在下表中.符号x1x2x3x4x5x6数值(10－2m)0.190.761.713.064.786.87(1)在实验过程中需要用工具进行直接测量的是( )A．重锤的质量B．重力加速度C．重锤下降的高度D重锤的瞬时速度(2)该同学用重锤在OE段的运动来验证机械能守恒定律．已知重锤的质量为1kg，当地的重力加速度g＝9.80m/s2.则此过程中重锤重力势能的减少量为________J，而动能的增加量为________J．(结果均保留3位有效数字)(3)另一位同学根据这一条纸带来计算重锤下落过程中的加速度a，为了充分利用记录数据，尽可能减少实验操作和测量过程中的误差，他的计算式应为a＝________，代入数据，求得a＝________m/s2(结果保留3位有效数字)．因此________(填“能”或“不能”)用v＝gt求重锤在E点处的速度．答案：(1)C (2)0.468 0.454 (3) 9.58不能解析：(1)在实验过程中重锤下降的高度需要用工具进行直接测量，C项正确．(2)重力势能减少量为mgh＝19.804.7810－2J＝0.468J.由vE＝，T＝，EkE＝mv，解得EkE＝0.454J.(3)据Δx＝aT2得：a＝＝f2＝9.58m/s2.3．某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律，频闪仪每隔0.05s闪光一次，如图所示数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表．(当地重力加速度取g＝9.8m/s2，小球质量m＝0.2kg，结果保留3位有效数字)时刻t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝________m/s.(2)从t2到t5时间内，重力势能的增量ΔEp＝________J，动能的减少量ΔEk＝________J.(3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，即可验证了机械能守恒定律．由上述计算得ΔEp________(填“>”“<”或“＝”)ΔEk，造成这种结果的主要原因是_____________________.答案：(1)3.48 (2)1.24 1.28 (3)< 存在空气阻力解析：(1)v5＝10－2m/s＝3.48m/s.(2)重力势能的增量ΔEp＝mgΔh，代入数据可得ΔEp＝1.24J，动能减少量为ΔEk＝mv－mv，代入数据可得ΔEk＝1.28J．(3)由计算可得ΔEp<ΔEk，主要是由于存在空气阻力．4．在验证机械能守恒定律的实验中，使质量m＝0.30kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，已知打点计时器每隔T＝0.02s打一个点，当地的重力加速度为g＝9.8m/s2.(1)同学甲选取一条纸带如图所示，在点迹较清晰的部分选取某点O作为起始点，图中A、B、C、D为纸带上选取的四个连续点．根据vC＝计算出C点的速度，然后利用mgh＝mv验证机械能守恒定律，这样处理存在的错误是_____________________________．(2)同学乙利用同学甲的纸带测量出：OB＝15.55cm，OC＝19.20cm，OD＝23.23cm.根据测量数据计算重物和纸带下落的加速度a＝________m/s2，进一步计算重物和纸带下落过程中所受的阻力Ff＝________N.(3)同学丙通过实验得到一条纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，以h为横轴，以v2为纵轴画出了如图所示的图线，图线未过原点O.试分析同学丙在实验操作过程中可能出现的问题是___________________．答案：(1)O点不是打出来的第一个点，速度不为零，动能不为零(2)9.50.09(3)该同学做实验时先释放了纸带，然后再合上打点计时器的开关解析：(1)O点不是打出来的第一个点，速度不为零，动能不为零，所以验证机械能守恒定律的表达式为：mgh＝mv－mv.(2)根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，得：a＝m/s2＝9.5m/s2.由牛顿第二定律得mg－Ff＝ma解得阻力Ff＝0.09N.(3)图线不过原点，说明开始时，重物已经具有了动能，因此该同学做实验时先释放了纸带，然后再合上打点计时器的开关．5．(2018陕西西安八校联考)某课外活动小组利用竖直上抛运动来验证机械能守恒定律：甲 乙(1)某同学用20分度的游标卡尺测量小球的直径，读数如图甲所示，小球直径为________cm.用如图乙所示的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2.55ms、5.15ms，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(保留两位有效数字)．(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2gh与________是否相等就可以验证机械能是否守恒(用题目中涉及的物理量符号来表示)．(3)通过多次的实验发现，小球通过光电门A的时间越短，(2)中要验证的两数值相差越大，试分析实验中产生误差的主要原因：__________________________________________________.答案：(1)1.020 4.0 (2)v－v (3)速度越大，小球克服空气阻力做功越多解析：(1)小球的直径为d＝10mm＋0.054mm＝10.20mm＝1.020cm；vA＝＝m/s＝4.0m/s.(2)分析实验逆过程，即小球从B到A的运动情况，若动能的增加量和重力势能的减少量相等，则机械能守恒，重力势能的减少量为mgh，动能的增加量为mv－mv，则比较2gh和v－v是否相等就可以验证机械能是否守恒．(3)由于受到空气阻力作用，小球通过光电门A的时间越短，速度越大，克服空气阻力做功越多．[能力提升]6．(2018福建泉州五校联考)如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验．有一直径为d、质量为m的金属小球由A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H(H≫d)，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g.则：甲 乙(1)如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d＝________mm.(2)小球经过光电门B时的速度表达式为vB＝________.(3)多次改变高度H，重复上述实验，作出随H的变化图象如图丙所示，当图中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直径d满足表达式____________时，可判断小球下落过程中机械能守恒．丙(4)实验中发现动能增加量ΔEk总是稍小于重力势能减少量ΔEp，增加下落高度后，则ΔEp－ΔEk将________(填“增大”“减小”或“不变”)．答案：(1)7.25(2)(3)d2＝2gH0t(4)增大解析：(1)主尺刻度为7mm，游标尺对齐的刻度为5，读数为7mm＋50.05mm＝7.25mm.(2)小球经过光电门时的速度v＝.(3)若机械能守恒，则有mgh＝mv2，结合图中数据得d2＝2gH0t.(4)小球的动能增加量ΔEk总是稍小于重力势能减少量ΔEp，主要原因是运动过程中克服阻力做功，使小球的一部分重力势能转化为内能，当增大H时，阻力做功随之增大．7．在进行“验证机械能守恒定律”的实验中： 甲 乙(1)两实验小组同学分别采用了如图甲和乙所示的装置，采用两种不同的实验方案进行实验．①在图甲中，下落物体应选择密度________(填“大”或“小”)的重物；在图乙中，两个重物的质量关系是m1________(填“>”“＝”或“<”)m2；②采用图乙的方案进行实验，还需要的实验器材有交流电源、刻度尺和________；③比较两种实验方案，你认为图________(填“甲”或“乙”)所示实验方案更合理，理由是_____________________．(2)有一同学采用了图甲所示的方案，选出一条纸带如图丙所示，其中O点为起始点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以50Hz交流电，在计数点A和B之间、B和C之间还各有一个点，重物的质量为0.5kg，取g＝9.8m/s2.根据以上数据，打B点时重物的重力势能比开始下落时减少了________J，这时它的动能是________J，根据上面这两个数据你能得到的结论是：__________________.(结果保留三位有效数字)丙答案：(1)①大 > ②天平 ③甲 图乙中还受到细线与滑轮的阻力的影响 (2)0.867 0.852 在误差允许的范围内，重物下落时机械能守恒解析：(1)①在甲图中为了减少空气阻力的影响，选择体积小、密度大的重物；在图乙中，m2在m1的拉力作用下向上运动，所以m1>m2.②两重物质量不等，分析系统损失的重力势能是否近似等于增加的动能时，两边质量不能约去，故需要天平测量两重物的质量．③题图乙中所示实验还受到细线与滑轮的阻力的影响，机械能损失较大，故题图甲所示实验方案较为合理．(2)重力势能减少量为ΔEp＝mghOB＝0.867J；打B点时重物的速度为vB＝，打B点时重物的动能为ΔEkB＝m2＝0.852J，可见在误差允许的范围内，重物下落时机械能守恒．。
