全程训练高考物理一轮总复习 课练18 实验：探究功与速度变化的关系 验证机械能守恒定律

课练18 实验：探究功与速度变化的关系验证机械能守恒定律
图象处理数据，回答下列问题：
如图乙是根据实验数据描绘的W—L图象，图线不过原点的原因是________
由图线得木块从A到O过程中克服摩擦力做的功是________W1.
图象斜率的物理意义是________．
．某兴趣小组想通过物块在斜面上运动的实验探究“合外力做功和物体速度变化的关
W∝v，②W∝v，③W∝
，每次实验，物体从不同初始位置处由静止释放．
同学们设计了以下表格来记录实验数据．其中L1、L2、L3、L4……代表物体分别从不同初始位置处无初速度释放时初始位置到速度传感器的距离，v1、v2、
D．可使得橡皮筋松驰后小车做匀速运动
(2)实验中，打点计时器使用的交流电频率为50 Hz.某同学打出的一段纸带如图乙所示，则小车匀速运动时的速度大小为________m/s(计算结果保留两位有效数字)．
1根、2根、…、5根相同橡皮筋进行实验，测得小车匀速运
0.78 m/s、0.96 m/s、1.08 m/s、
v的关系图线．
v的关系的猜想肯定不正确的是
．某同学安装如图甲所示的实验装置，验证机械能守恒定律．如图乙所示是该实验得打一个点．
请回答下列问题：
(1)电火花计时器的工作电压是________V.
(2)根据纸带可以判断，实验时纸带的________(填“左”或“右”)端和重物相连接．
(3)若x2＝4.80 cm，则在纸带上打下计数点B时的速度v B＝________ m/s(
留三位有效数字)．
(4)若x1数据也已测出，则实验还需测出的物理量为________．
(5)经过测量计算后，某同学画出了如图丙所示的
度变化的曲线为________(填“图线A
5.
利用图示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到
某小组同学对实验得到的纸带，设计了以下四种测量方
A ．用刻度尺测出物体下落的高度h ，用打点间隔数测出下落时间t ，通过v ＝gt 计算出瞬时速度v
B ．用刻度尺测出物体下落的高度h ，并通过v ＝2gh 计算出瞬时速度v
C ．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速
度，测算出瞬时速度v ，并通过h ＝v 2
2g
计算得出高度h D ．用刻度尺测出物体下落的高度h ，根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v
(1)以上方案中只有一种正确，正确的是________(填入相应的字母)．
(2)在该实验中，有几个注意点，以下描述正确的是________．
A ．为减小摩擦阻力，需要调整打点计时器的限位孔，使它与纸带在同一竖直线上
B ．可以选用质量很大的物体，先用手托住，等计时器通电后再释放物体
C ．只有选第1、2两点间隔小于或约2 mm 的纸带才代表打第1点时的速度为零
D ．实验结果如果正确合理，得到的动能增加量应略大于重力势能的减少量
6．用如图甲所示的实验装置验证m 1、m 2组成的系统机械能守恒，m 2从高处由静止开始下落，在m 1拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．图乙给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还
有4个点未标出，计数点间的距离如图乙所示．已知m 1＝50 g ，m 2＝150 g ，g 取10 m/s 2，
交流电源的频率为50 Hz ，不考虑各处摩擦力的影响，结果保留两位小数．
(1)在纸带上打下计数点5时m 2的速度v ＝________m/s.
(2)在打点0～5过程中系统动能的增量ΔE k ＝________J ，系统重力势能的减少量ΔE p ＝________J.
(3)若某同学作出12
v 2－h 图象如图丙所示，则该同学测得的重力加速度g ＝________m/s 2.
7．如图甲所示的装置叫做阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德(G·Atwood 1746～1807)创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律．某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示．
(1)实验时，该同学进行了如下步骤：
①将质量均为M(A含挡光片、B含挂钩)的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出________(填“A的上表面”、“A的下表面”或“挡光片中心”)到光电门中心的竖直距离h.
②在B的下端挂上质量为m的物块C，让系统(重物A、B以及物块C)中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为Δt.
③测出挡光片的宽度d，计算有关物理量，验证机械能守恒定律．
(2)如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒，应满足的关系式为________(已知重力加速度为g)．
(3)引起该实验系统误差的原因有________(写一条即可)．
(4)验证实验结束后，该同学突发奇想：如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒，不断增大物块C的质量m，重物B的加速度a也将不断增大，那么a与m之间有怎样的定量关系？a随m增大会趋于一个什么值？请你帮该同学解决：
①写出a与m之间的关系式：________(还要用到M和g)；
②a的值会趋于________．
就能验证机械能是否守恒．
＝mgh 计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h 应测量释放时的__________之间的竖直距离．
点时的顶端 B ．钢球在A 点时的球心
点时的底端
＝12
mv 2计算钢球动能变化的大小．用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图乙所__________ cm.某次测量中，计时器的示数为__________ m/s.
实验，他的操作步骤是：
①按图甲摆好实验装置，其中小车质量M ＝0.4 kg ，钩码总质量m ＝0.1 kg.
②先接通打点计时器的电源(电源频率f ＝50 Hz)，然后释放小车，打出一条纸带．经过多次重复实验，他从打出的多条纸带中选出一条打点清晰的，如图乙所示．把打下的第一点记作0，然后依次取若干个计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，用厘米刻度尺测得各计数点到0点距离分别为d 1＝0.041 m ，d 2＝0.055 m ，d 3＝0.167 m ，d 4＝
(2017·山东济南检测)如图甲是某同学验证动能定理的实验装置．
．易拉罐内盛上适量细砂，用轻绳通过滑轮连接在小车上，小车连接纸带．调整木板倾角，让小车沿木板匀速下滑．
．取下轻绳和易拉罐，测出易拉罐和细砂的总质量m及小车质量
．取下轻绳和易拉罐后，换一条纸带，将小车由静止释放，打出的纸带如图乙为打下的第一个点．已知打点计时器的打点频率为f，重力加速度为
中小车所受的合力为________．
过程中小车所受的合力做的功与小车动能变化量的关系，测出
，则打C点时小车的速度为________
，重力加速度为9.8 m/s.(计算结果均保留两位小数
、E、F各点时重物的速度并填入下表.
计数点 B C D E F
速度/(m·s－1)
便探究做功与速度的关系．由作出的图线可得重力所做的功与________
的物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的轻质细绳两端，
不计滑轮质量和摩擦，
的挡光条，实验中记录下挡光条通过
，此外还需要测量的物理量是____________
用已知量和测量量写出验证机械能守恒的表达式：
瞬时速度，实验时滑块在A点由静止开始运动．
用游标卡尺测量遮光片的宽度b，结果如图2所示，由此读出b＝________mm.
点的瞬时速度可表示为________．
某次实验测得倾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑块从A点到达
组成的系统动能增加量可表示为ΔE k＝________，系统的重力势能减少量
________，在误差允许的范围内，若
间的距离，作出的
如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械
、质量为m的金属小球从
如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d＝________ mm.
小球经过光电门B时的速度表达式为________．
H，重复上述实验，作出1
t2
随H的变化图象如图丙所示，
t 0、H 0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．
(4)实验中发现动能增加量ΔE k 总是稍小于重力势能减少量ΔE p ，增加下落高度后，则ΔE p －ΔE k 将________(填“增大”、“减小”或“不变”)．
用描点法得出图象如图所示．
图象基本为一条抛物线，因此根据数学知识可知W ∝1v
一定是不正确的，故(3)如图所示 (4)B
从纸带上可以发现从左到右，相邻的计数点的距离越来越大，说明速纸带与重物相连接的一端先打出点，速度较小，所以实验时纸带的左端通过夹纸带随重物一起做匀加速直线运动，根据匀变速直线运动的推论得：打出
＝＋－2
2×0.1
m/s
＝0.58 J，ΔE p＝(m2－m1)
－－34×0.02
v F ≈2.74 m/s.
(2)由重力做的功W
通过连接在一起的A 、B 两物块验证机械能守恒定律，即验证系统的势能变化与动能变化是否相等，物块A 、B 通过细绳连接在一起，物块的速度大小总是相等的，故需要测量两光电门之间的距离的同时，物块B 上升h ，它们的重力势能的变化量(m 1＋m 2)⎣⎢⎡⎦
⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 12，需要验证的是
11 ＝m ＋M b 22t 2，E p 和ΔE k ，若在实验误差允许的范围内相等，即可认为机械能是守恒的．据系统机械能守恒有12(M ＋(3)m ＋M b 22t 2 由题图乙可知，主尺读数为＝7.25 mm.(2)d。