实验针对训练7 验证机械能守恒定律(Word练习)-【名师导航】2024年高考物理一轮总复习(新教材新高考)广东专版

实验针对训练(七) 1．如图甲所示，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，利用此装置验证机械能守恒定律。 甲 乙 (1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是________。 A．重物选用质量和密度较大的金属锤 B．两限位孔在同一竖直面内上下对正 C．精确测量出重物的质量 D．用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物 (2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图乙所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有________。 A．OA、AD和EG的长度 B．OC、BC和CD的长度 C．BD、CF和EG的长度 D．AC、BD和EG的长度 [解析]　(1)重物选用质量和密度较大的金属锤，能够减小空气阻力的影响，以减小误差，故A正确；两限位孔在同一竖直面内上下对正，减小纸带和打点计时器之间的阻力，以减小误差，故B正确；验证机械能守恒定律的原理是：mgh＝mv－mv，重物质量可以消掉，无需精确测量出重物的质量，故C错误；用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物对减小实验误差无影响，故D错误。 (2)利用纸带数据，根据mgh＝mv2即可验证机械能守恒定律。要从纸带上测出重物下落的高度并计算出对应的速度，选项A、D的条件中，下落高度与所能计算的速度不对应；选项B的条件符合要求，可以取重物下落OC段处理；选项C中，可以求出C、F点的瞬时速度，又知CF间的距离，可以利用mv－mv＝mgΔh验证机械能守恒定律。 [答案]　(1)AB　(2)BC 2．(2022·湖北卷)某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验。一根轻绳一端连接固定的拉力传感器，另一端连接小钢球，如图甲所示。拉起小钢球至某一位置由静止释放，使小钢球在竖直平面内摆动，记录钢球摆动过程中拉力传感器示数的最大值Tmax和最小值Tmin。改变小钢球的初始释放位置，重复上述过程。根据测量数据在直角坐标系中绘制的Tmax­Tmin图像是一条直线，如图乙所示。 甲 乙 (1)若小钢球摆动过程中机械能守恒。则图乙中直线斜率的理论值为________。 (2)由图乙得：直线的斜率为________，小钢球的重力为________N。(结果均保留2位有效数字) (3)该实验系统误差的主要来源是________(单选，填正确答案标号)。 A．小钢球摆动角度偏大 B．小钢球初始释放位置不同 C．小钢球摆动过程中有空气阻力 [解析]　(1)设初始位置时，细线与竖直方向夹角为θ，则细线拉力最小值为Tmin＝mgcos θ 到最低点时细线拉力最大，则mgl(1－cos θ)＝mv2，Tmax－mg＝m，联立可得 Tmax＝3mg－2Tmin 即若小钢球摆动过程中机械能守恒。则图乙中直线斜率的理论值为－2。 (2)由图乙得直线的斜率为k＝－＝－2.1，3mg＝1.77，则小钢球的重力为mg＝0.59。 (3)该实验系统误差的主要来源是小钢球摆动过程中有空气阻力，使得机械能减小，故选C。 [答案]　(1)－2　(2)－2.1　0.59　(3)C 3．(2022·广东潮州第一次教学质检)某物理兴趣小组发现直接利用“落体法”进行验证机械能守恒定律实验时，由于物体下落太快，实验现象稍纵即逝。为了让实验时间得以适当延长，设计了如图甲所示的实验方案，把质量分别为m1、m2(m1＞m2)的两物体通过一根跨过定滑轮(质量可忽略)的细线相连接，m2的下方连接在穿过打点计时器的纸带上。首先在外力的作用下两物体保持静止，开启打点计时器，稳定后释放m1和m2。 甲 (1)为了完成实验，需要的测量工具除了天平，还需________。 (2)如图乙是一条较为理想的纸带，O点是打点计时器打下的第一个点，计数点间的距离如图乙所示。两相邻计数点间时间间隔为T，重力加速度为g(题中所有物理量符号都用国际单位)。 乙 ①在纸带上打下记数点“5”时物体的速度v5＝________(用题给物理量符号表示)。 ②在打计数点“O”到打计数点“5”过程中，m1、m2系统重力势能的减少量ΔEp＝________(用题给物理量符号表示)，再求出此过程中系统动能的增加量，即可验证系统机械能是否守恒。 [解析]　(1)需要用刻度尺测量点之间的距离从而算出物体的运动速度和下降距离。 (2)打下点“5”时物体的速度等于打下点“4”到点“6”间物体的平均速度，即v5＝ 由于m1下降，而m2上升，m1、m2组成的系统，重力势能的减少量ΔEp＝(m1－m2)gh2。 [答案]　(1)刻度尺　(2)①　②(m1－m2)gh2