2025年高考物理一轮总复习考点培优训练 (33).doc

提能训练练案[33]

1．利用如图装置做“验证机械能守恒定律”实验。

(1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的________。

A．动能变化量与势能变化量

B．速度变化量与势能变化量

C．速度变化量与高度变化量

(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是________。

A．交流电源 B．刻度尺

C．天平(含砝码)

(3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量ΔEp＝________，动能变化量ΔEk＝________。

(4)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是________。

A．利用公式v＝gt计算重物速度

B．利用公式v＝eq\r(2gh)计算重物速度

C．空气阻力和摩擦力的影响

D．没有采用多次实验取平均值的方法

(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒，在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2－h图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，该同学的判断是否正确？________(选填“正确”或“错误”)

[答案](1)A(2)AB(3)－mghBeq\f(m?hC－hA?2,8T2)(4)C(5)错误

[解析](1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的动能增加量和重力势能的减小量是否相等，故A正确，B、C错误。

(2)实验中，电磁打点计时器使用交流电源，还需要测量点迹间的距离以得出下降高度和计算瞬时速度，所以还必须需要的两种器材是交流电源和刻度尺；而重力势能减少量与动能增加量表达式中均有相同重物质量，可以不用测出重物质量而进行验证，所以不需要天平(含砝码)，故A、B正确，C错误。

(3)从O点到B点过程重力势能的变化量为ΔEp＝－WG＝－mghB，

从O点到B点的过程中，vB＝eq\f(hC－hA,2T)，ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－0＝eq\f(m?hC－hA?2,8T2)。

(4)由于公式v＝gt和v2＝2gh是建立在机械能守恒的前提下的理想公式，因此实验中不能用它们来计算重物的速度；若用它们计算重物的速度，则重力势能的减少量等于动能的增加量，故A、B错误；重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是存在空气阻力和摩擦阻力的影响，使得重物的重力势能有一部分转化为了内能，这属于实验的系统误差，无法通过多次实验取平均值的方法消除，故C正确，D错误。

(5)假设重物下落过程受到一个误差允许以外的阻力，大小恒为f，则根据动能定理得mgh－fh＝eq\f(1,2)mv2，整理得v2＝2heq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(g－\f(f,m)))，可知v2－h图像仍是一条过原点的直线，但重物的机械能显然不守恒，所以仅靠图像是一条过原点的直线这一结果不能推断出重物下落过程中机械能是否守恒，还需要根据图像的斜率是否等于2g来进行判断，所以该同学的判断是错误的。

2．某同学用如图所示的实验装置来验证机械能守恒定律，进行如下操作。

(1)①用天平测定小钢球的质量为m＝10.0g；

②用游标卡尺测出小钢球的直径为d＝10.0mm；

③用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为h＝82.90cm；

④电磁铁先通电，让小钢球吸在下端；

⑤电磁铁断电，小钢球自由下落；

⑥在小钢球经过光电门的时间内，计时装置记下小钢球经过光电门所用时间为t＝2.50×10－3s，由此可计算出小钢球经过光电门时的速度为________m/s；

⑦计算此过程中小钢球重力势能的减少量为________J，小钢球动能的增加量为________J(取g＝9.8m/s2，结果保留3位有效数字)，在误差允许的范围内若这两者相等，则小钢球下落过程中机械能守恒。

(2)另一同学用上述实验装置，通过改变光电门的位置，用h表示小钢球到光电门时的下落距离，用v表示小钢球通过光电门的速度，根据实验数据作出了如图所示的v2－h图像，则当地的实际重力加速度为g＝________m/s2。

[答案](1)⑥4.0⑦0.08120.0800

(2)9.7

[解析](1)⑥小钢球通过光电门的时间极短，可以用平均速度替代瞬时速度，则小钢球经过光电门时的速度为

v＝eq\f(d,t)＝eq\f(10.0×10－3,2.50×10－3)m/s＝4.0m/