1、【 精品教育资源文库 】 题组层级快练 (二十六 ) 1 (2017 山东模拟 )利用如图甲所示的实验装置探究重锤下落过程中动能与重力势能的转化问题 ， 实验操作步骤如下： A 按实验要求安装好实验装置； B 使重锤靠近打点计时器； C 同时接通电源和释放纸带 ， 打点计时器在纸带上打下一系列的点； D 重复上述实验步骤 ， 得到多条纸带 ， 从中选取一条符合实验要求的纸带 ， O 点为打点计时器打下的第一点 ， 分别测出若干连续点 A、 B、 C? 与 O 点之间的距离 (1)上述操作中错误的一项是 _， 应该改为 _； (2)已知打点计 时器所用交流电源的频率为 50 Hz， 重锤质量为
2、 m 0.1 kg， 重力加速度 g9.8 m/s2， 纠正实验操作中错误后 ， 得到一条较为理想的纸带如图乙所示 ， O 点为打点计时器打下的第一点 ， 分别测得点 A、 B、 C? 与 O 点之间的距离 h1 19.20 cm， h2 23.23 cm，h3 27.65 cm， 则打点计时器打 B 点时重锤下落的速度大小为 _ m/s， 打点计时器从打 O 点到打 B 点的过程中 ， 重锤增加的动能为 _ J， 减少的重力势能为 _ J(结果均保留两位小数 ) 答案 (1)C 先接通电源 ， 后释放纸带 (2)2.12 0.22 0.23 解析 (1)上述操作中错误的一项是 C， 应先给打
3、点计时器通电打点 ， 后释放纸带 ， 如果同时接通电源和释放纸带 ， 由于小车运动较快 ， 不利于数据的采集和处理 ， 无法得到物体完整的运动情况 ， 会对实验产生较大的误差 (2)xAC 27.65 cm 19.20 cm (27.65 19.20)10 2 m； hOB 23.23 cm 23.2310 2 m 【 精品教育资源文库 】 根据匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度 ， 有： vB xAC2T27.65 19.2020.02 10 2 m/s 2.12 m/s； 根据题意可知 ， 动能的增量为： Ek 12mvB2 0 12 0.1 2.122 J 0.2
4、2 J； 重力做功等于重力势能的减小量 ， 因此有： Ep mghOB 0.19.80.2323 J 0.23 J. 2.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0.05 s 闪光一次 ， 如图所标数据为实际距离 ， 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 9.8 m/s2， 小球质量 m 0.2 kg， 结果保留 3 位有效数字 ) 时刻 t2 t3 t4 t5 速度 (m/s) 4.99 4.48 3.98 (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 ， 重力势能增量 Ep _ J，
5、 动能减少量 Ek_ J. (3)在误差允许的范围内 ， 若 Ep 与 Ek 近似相等 ， 即可验证机械能守恒定律由上述计算得 Ep_ Ek( 选填 “”“” 或 “ ”) ， 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 16.14 18.6620.05 10 2 m/s 3.48 m/s. (2)重力势能的增量 Ep mg h， 代入数据可得 Ep 1.24 J， 动能减少量为 Ek 12mv22 12mv52， 代入数据可得 Ek 1.28 J. (3)由计算可得 Ep Ek， 主要是由于存在
6、空气阻力 3 (2016 北京 )利用图 1 装置做 “ 验证机械能守恒定律 ” 实验 【 精品教育资源文库 】 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 速度变化量和势能变化量 C 速度变化量和高度变化量 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 ) 实验中 ， 先接通电源 ， 再释放重物 ， 得 到图 2 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
7、 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 Ep _， 动能变化量 Ek _ 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 2gh计算重物速度 C 存在空气阻力和摩擦力阻力的影响 D 没 有采用多次实验取平均值的方法 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 v2h 图像 ， 并做如下判断：若
8、图像是一条过原点的直线 ， 则重物下落过程中机械能守恒 ， 请你分析论证该同学的判断是否正确 答案 A AB mghB， 12m(hC hA2T )2 C 该同学的判断依据不正确 解析 根据机械能守恒定律 ， 可得 mgh 12mv2 0， 故需要比较动能变化量与势能变化 量 ，A 项正确； 电磁打点计时器使用的是交流电源 ， 故 A 项正确；因为在计算重力势能变化量时 ， 需要用到纸带上两点之间的距离 ， 所以还需要刻度尺 ， 故 B 项正确；根据 mgh 12mv2 0可得等式两边的质量抵消 ， 故不需要天平 ， C 项错误； 重力势能改变量为 Ep mghB， 由于下落过程中是匀变速直线
9、运动 ， 所以根据中间时刻速度规律可得 B 点的速度为 vB hC hA2T ，所以 E k 12mvB2 12m(hC hA2T )2； 实验 过程中存在空气阻力 ， 纸带运动过程中存在摩擦力 ，C 项正确； 该同学的判断依据不正确 ， 在重物下落 h 的过程中 ， 若阻力 f 恒定 ， 根据 mgh【 精品教育资源文库 】 fh 12mv2 0?v2 2(g fm)h 可知 ， v2h 图像就是过原点的一条直线要想通过 v2h 图像的方法验证机械能是否守恒 ， 还必须看图像的斜率是否接近 2g. 4 (2017 连云港模拟 )某同学利用如图所示装置来验证机械能守恒定律 ， 光滑的 14圆
10、弧轨道半径为 R， O 为圆心 ， A、 B 分别为轨道上的两点已知 OA 水平 ， OB 竖直 ， 在 B 点装有一压力传感器 (1)若某次将质量为 m 的小球从 A 静止释放 ， 测得运动到 B 时对轨道的压力为 F， 已知重力加速度为 g.则在这一过程中小球重力势能的减少量为 _， 小球动能的增加量为_ (2)实验中若发现小球的重力势能减少量略大于小球动能增加量 ， 请你写出一条可能的原因_ 答案 (1)mgR （ F mg） R2 (2)小球运动需要克服空气阻力做功 解析 (1)从 A 到 B， 小球重力势能的减小量 Ep mgR， 小球运动到 B 时对轨道的压力为 F，根据牛顿第二定
11、律得 ， F mg mv2R， 则小球动能的增加量 Ek12(F mg)R. (2)实验中若发现小球的重力势能减少量略大于小球动能增加量 ， 原因是小球运动需要克服空气阻力做功 5.实验小组的同学做 “ 验证机械能守恒定律 ” 的实验量角器中心 O 点和细线的一个端点重合 ， 并且固定好；细线另一端系一个小球 ， 当小球静止不动时 ， 量角器的零刻度线与细线重 合 ， 在小球所在位置安装一个光电门实验装置如图所示本实验需要测的物理量有：小球的直径 d，细线长度 L， 小球通过光电门的时间 t， 小球由静止释放时细线与竖直方向的夹角为 . (1)除了光电门、量角器、细线外 ， 实验室还有如下器材
12、可供选用： A 直径约 2 cm 的均匀铁球 B 直径约 5 cm 的均匀木球 C 天平 D 时钟 E 最小刻度为毫米的米尺 F 游标卡尺 实验小组的同学选用了最小刻度为毫米的米尺 ， 他们还需要从上述器材中选择 _(填【 精品教育资源文库 】 写器材前的字母标号 ) (2)测出小球的直径为 d， 小球通过光电门的时 间为 t， 可得小球经过最低点的瞬时速度 v _ (3)若在实验误差允许的范围内 ， 满足 _， 即可验证机械能守恒定律 (用题给字母表示 ，当地重力加速度为 g) (4)通过改变小球由静止释放时细线与竖直方向的夹角 ， 测出对应情况下 ， 小球通过光电门的速度 v， 为了直观
13、地判断机械能是否守恒 ， 应作 _图像 答案 (1)AF (2) d t (3)g(1 d2)(1 cos ) d22 t2 (4)v2 cos 解析 (1)验证机械能守恒 ， 小球应选择质量大一些 ， 体积小一些 ， 故选直径约 2 cm 的均匀铁球；实验中不需要测量小球的质量 ， 不需要天平 ， 小球通过光电门的时间可以直接得出 ，不需要时钟 ， 实验中需测量下降的高度以及小球的直径 ， 则需要毫米刻度尺以及游标卡尺 ，故选 AF. (2)根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度知 ， 小球经过最低点的速度 v d t. (3)重力势能的减小量 Ep mg(1 d2)(1 cos )， 动能的
14、增加量 Ek 12mv2 12m d2（ t） 2，当小球的机械能守恒 ， 有： g(1 d2)(1 cos ) d22（ t） 2. (4)当机械能守恒时有： 12mv2 mg(1 d2)(1 cos )， 为了直观地判断机械能是否守恒 ， 作出的图线应为线性图线 ， 即应作 v2 cos 图像 6.(2017 商丘三模 )小明同学利用如图所示的装置来验证机械能守恒定律 A 为装有挡光片的钩码 ， 总质量为 M， 挡光片的挡光宽度为 b， 轻绳一端与 A 相连 ， 另一端跨过光滑轻质定 滑轮与质量为 m(m M)的重物 B 相连他的做法是：先用力拉住 B， 保持 A、 B 静止 ， 测出 A 的挡光片上端到光电门的距离 h；然后由静止释放 B， A 下落过程中经过光电门 ， 光电门可测出挡光片的挡光时间 t， 算出挡光片经过光电门的平均速度 ， 将其视为 A 下落 h(h?b)时的速度 ， 重力加速度为 g. (1)在 A 从静止开始下落 h 的过程中 ， 验证以 A、 B、地球所组成的系统机械能
