2023年高考物理精品讲练系列学案实验2验证机械能守恒定律doc高中物理.docx

2023高考物理精品讲练系列学案：实验（2）验证机械能守恒定律 【例1】在验证机械能守恒定律的实验中,有位同学按以下步骤进行实验操作: A.用天平称出重锤和夹子的质量 B.固定好打点计时器,将连着重锤的纸带穿过限位孔,用手提住,且让手尽量靠近打点计时器 C.松开纸带,接通电源,开始打点.并如此重复屡次,以得到几条打点纸带 D.取下纸带,挑选点迹清晰的纸带,记下起始点O,在距离O点较近处选择几个连续计数点（或计时点）,并计算出各点的速度值 E.测出各点到O点的距离,即得到重锤下落高度 F.计算出mghn和,看两者是否相等 在以上步骤中,不必要的步骤是 ;有错误或不妥的步骤是 （填写代表字母）;更正情况是: ① , ② , ③ , ④ . 答案 A BCDF ①B中手应抓住纸带末端;②C中先接通电源,再松开纸带;③D中应选取离O点较远的点;④F中应计算ghn和vn2. 【例2】某同学在做“验证机械能守恒定律〞的实验时,不慎将一条选择好的纸带的前面局部损坏了,剩下局部纸带上各点间的距离,他测出并标在纸带上,如图实所示.打点计时器的周期是0.02 s,重力加速度为9.8 m/s2. （1）利用纸带说明重锤（质量为m）通过对应于2、5两点过程中机械能守恒. （2）说明为什么得到的结果是重锤重力势能的减小量ΔEp稍大于重锤动能的增加量ΔEk 答案 （1）重锤在对应2、5两点时的速度分别为 v2=m/s=1.495 m/s v 5= m/s=2.06 m/s 那么重锤在2、5两点对应过程的动能增加量为 Ek =Ek5-Ek2=mv52-mv22 =m（v52-v22）=1.004m J 而重锤在该过程中下落的距离为h=（3.18+3.56+3.94）×10-2 m=10.68×10-2 m 那么重锤在该过程减少的重力势能为Ep=mg·h=1.047m J 在允许的实验误差范围内可以认为Ek=Ep,即机械能守恒. （2）因重锤拖着纸带下落时,空气阻力和打点计时器的阻力做功而使重锤的机械能有损失 【例3】如图实乙所示,将包有白纸的圆柱棒替代纸带和重物,蘸有颜料的毛笔固定在马达上并随之转动,使之替代打点计时器,当烧断挂圆柱棒的线后,圆柱棒竖直自由落下,毛笔就在圆柱棒白纸上画出记号,如图甲所示,测得记号之间的距离依次为26 mm、42 mm、58 mm、74 mm、90 mm、106 mm,马达铭牌上有“1 440 r/min〞字样,请说明如何由此验证机械能守恒. 答案 其方法如下:①由马达铭牌“1 440 r/min〞算出毛笔画的线距的时间间隔为T=≈0.04 s. ②根据vn=算出任意选取的画相邻两条线时圆柱棒的瞬时速度 vD== m/s=1.25 m/s vC= m/s=1.65 m/s 故Ek=mvC2-mvD2=m（vC2-vD2） = m×（1.652-1.252） J=0.58m J 而-Ep=mg·CD=m×10×58×10-3 J=0.58m J 可见Ek=-Ep 【例4】一同学要研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系,他的实验如下:在离地面高度为h的光滑水平桌面上,沿着与桌子边缘垂直的方向放置一轻质弹簧,其左端固定,右端与质量为m的一小钢球接触,当弹簧处于自然长度时,小钢球恰好在桌子边缘,如下列图.让钢球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,使钢球沿水平方向射出桌面,小球在空中飞行后落到水平地面,水平距离为s. （1）请你推导出弹簧的弹性势能Ep与小钢球质量m、桌面离地高度h、水平距离s等物理量的关系式. （2）弹簧长度的压缩量x与对应的钢球在空中飞行的水平距离s的实验数据如下表所示,根据下面的实验数据,你猜测弹簧的弹性势能Ep与弹簧长度的压缩量x之间有何关系为什么 答案 （1）Ep= （2）Ep= （c为常数） 1.在“验证机械能守恒定律〞的实验中,以下物理量中需要用工具测量的有（ ）,通过计算得到的有（ ） A.重锤的质量 B.重力加速度 C.重锤下落的高度 D.与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度 答案 C D 2.在“验证机械能守恒定律〞的实验中,有如下可供选择的实验器材:铁架台、电磁打点计时器以及复写纸、纸带、低压直流电源、天平、秒表、导线、开关.其中不必要的器材是 ;缺少的器材是 . 答案 低压直流电源、天平、秒表 低压交流电源、重锤、刻度尺 3.如图中甲、乙两图都是使用电磁打点计时器验证机械能守恒定律的装置示意图,该打点计时器的打点频率为 50 Hz. （1）这两图相比较,哪个图所示的装置较好简单说明为什么. （2）图中的丙图是采用较好的装置并按正确的实验步骤进行实验打出的一条纸带,如果1、2两点之间距离约等于 2 mm,可以说明1点的速度等于 .如果1、2两点之间距离明显小于2 mm,比方0.5 mm,但1点的速度也为 . 答案 （1）甲图较好 理由见解析 （2）0 0 4.（2023·银川模拟）（1）根据打出的纸带,如图,选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E,测出A点距起点O的距离为s0,点A、C间的距离为s1,点C、E间的距离为s2,交流电的周期为T,那么根据这些条件计算重锤下落的 加速度a的表达式为:a= . （2）在“验证机械能守恒定律〞的实验中发现,重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能,其原因主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用,我们可以通过该实验装置测定该阻力的大小.假设当地重力加速度为g,还需要测量的物理量是 （写知名称和符号）,重锤在下落过程中受到的平均阻力的大小F= . 答案 （1） （2）重锤的质量m m（g-） 5.利用图所示的装置验证机械能守恒定律.图中AB是固定的光滑斜面,斜面 的倾角为30°,1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门,当光电门中有物体通过时与它们连接的光电计时器（都没有画出）能够显示挡光时间.让滑块从斜面的顶端滑下,光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为5.00×10-2s、2.00×10-2s.滑块质量为2.00 kg,滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm,光电门1和2之间的距离为0.54 m,g=9.80 m/s2,取滑块经过光电门时的速度为其平均速度. （1）滑块通过光电门1时的速度v1= m/s,通过光电门2时的速度v2= m/s. （2）滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为 J,重力势能的减少量为 J. 答案 （1）1 2.5 （2）5.25 5.292 知识整合 演练高考 题型1 根本概念的理解 【例1】（2023·广东·3）运发动跳伞将经历加速下降和减速下降两个过程,将人和伞看成一个系统,在这两个过程中,以下说法正确的选项是 （ ） A.阻力对系统始终做负功 B.系统受到的合外力始终向下 C.重力做功使系统的重力势能增加 D.任意相等的时间内重力做的功相等 答案 A 题型2 动能定理的应用 【例2】（2023·宁夏·23）倾斜雪道的长为25 m,顶端高为15 m,下端经过一小段圆弧过渡后与很长的水平雪道相接.如下列图,一滑雪运发动在倾斜雪道的顶端以水平速度v0=8 m/s飞出.在落到倾斜雪道上时,运发动靠改变姿势进行缓冲使自己只保存沿斜面的分速度而不弹起,除缓冲过程外运发动可视为质点,过渡圆弧光滑,其长度可忽略.设滑雪板与雪道的动摩擦因数μ=0.2,求运发动在水平雪道上滑行的距离（取g=10 m/s2）. 答案 74.8 m 题型3 机械能守恒定律的应用 【例3】（2023·全国Ⅰ·24）图中滑块和小球的质量均为m,滑块可在水平放置的光滑固定导轨上自由滑动,小球与滑块上的悬点O由一不可伸长的轻绳相连,轻绳长为l.开始时,轻绳处于水平拉直状态,小球和滑块均静止.现将小球由静止释放,当小球到达最低点时,滑块刚好被一外表涂有粘住物质的固定挡板粘住,在极短的时间内速度减为零,小球继续向左摆动,当轻绳与竖直方向的夹角θ＝60°时小球到达最高点.求: （1）从滑块与挡板接触到速度刚好变为零的过程中,挡板阻力对滑块的冲量. （2）小球从释放到第一次到达最低点的过程中,绳的拉力对小球做功的大小. 答案 （1）－m （2）mgl 1.（2023·江苏·5）如下列图,粗糙的斜面与光滑的水平面相连接,滑块沿水平面以速度v0运动,设滑块运动到A点的时刻为t=0,距A点的水平距离为x,水平速度为vx.由于v0不同,从A点到B点的几种可能的运动图象如以下选项所示,其中表示摩擦力做功最大的是 （ ） 答案 D 2.（2023·江苏·9）如下列图,一根不可伸长的轻绳两端各系一个小球a和b,跨在两根固定在同一高度的光滑水平细杆上,质量为3m的a球置于地面上,质量为m的b球从水平位置静止释放,当a球对地面压力刚好为零时,b球摆过的角度为θ.以下结论正确的选项是 （ ） A.θ=90° B.θ=45° C.b球摆动到最低点的过程中,重力对小球做功的功率先增大后减小 D.b球摆动到最低点的过程中,重力对小球做功的功率一直增大 答案 AC 3.（2023·上海·8）物体做自由落体,Ek代表动能,Ep代表势能,h代表下落的距离,以水平地面为零势能面,以下所示图象中,能正确反映各物理量之间关系的是 （ ） 答案 B 4.（2023·宁夏·18）一滑块在水平地面上沿直线滑行,t=0时其速度为1 m/s.从此刻开始在滑块运动方向上再施加一水平作用力F,力F和滑块的速度v随时间的变化规律分别如图（a）和图（b）所示.设在第1秒内、第2秒内、 第3秒内力F对滑块做的功分别为W1、W2、W3,那么以下关系式正确的选项是 （ ） A.W1=W2=W3 B.W1<W2<W3 C.W1<W3<W2 D.W1=W2<W3 答案 B 5.（2023·海南·3）如下列图,一轻绳的一端系在固定粗糙斜面上的O点,另一端系一小球. 给小球一足够大的初速度,使小球在斜面上做圆周运动,在此过程中 （ ） A.小球的机械能守恒 B.重力对小球不做功 C.绳的张力对小