粵教版高中物理必修第二冊分層作業(yè)驗證機械能守恒定律A組必備知識基礎(chǔ)練1.(多選)(2024廣東揭陽學(xué)業(yè)考試)“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置如圖所示.關(guān)于該實驗,下列說法正確的是()A.固定打點計時器時,其限位孔必須在同一豎直面內(nèi)B.手抓紙帶的位置越靠近打點計時器越好C.實驗中,必須測出重錘的質(zhì)量D.實驗中,應(yīng)先接通電源,再釋放紙帶2.(2024湖南岳陽學(xué)業(yè)考試)某同學(xué)利用重物的自由落體運動來驗證機械能守恒定律.(1)實驗的原理是:通過比較重物自由下落時在某兩點間動能的變化與的變化是否相等,驗證重物的機械能是否守恒.

(2)操作該實驗時,其中一個重要的步驟是接通電源釋放紙帶,則如圖所示操作中合理的是.

3.如圖為“用DIS研究機械能守恒定律”的實驗裝置圖,將一傳感器先后分別固定在豎直板上的D、C和B三點,最低點D作為參考平面.逐次將擺錘從A點自由釋放,分別測出擺錘經(jīng)過D、C和B點時的速度.(1)實驗中使用的傳感器是傳感器.

(2)已知擺錘的直徑為Δs,由傳感器測出擺錘通過傳感器時的擋光時間為Δt,則擺錘經(jīng)過傳感器時的速度大小為.

B組關(guān)鍵能力提升練4.(2024廣東梅州期末)某同學(xué)用如圖甲所示的實驗裝置來驗證機械能守恒定律.(1)鐵架臺放在水平臺面上,上端固定電磁鐵,電磁鐵正下方安裝一個位置可上下調(diào)節(jié)的光電門.(2)某同學(xué)進行如下操作:①用天平測定小鋼球的質(zhì)量為m=10g;②用儀器測出小鋼球的直徑為d;③接通電磁鐵的開關(guān),讓小鋼球吸在下端;④刻度尺的“0”刻度線正對著小球的球心,測出小球與光電門間的高度差為h,如圖乙中的標(biāo)注線,則高度差h=cm;

⑤電磁鐵斷電,小鋼球自由下落;⑥小鋼球經(jīng)過光電門,計時裝置記下小鋼球經(jīng)過光電門所用時間為t,由此可計算出小鋼球經(jīng)過光電門時的速度為v=(用題中給出的物理量符號表示);

⑦若測得d=9.70mm,t=2.50×10-3s,計算此過程中小鋼球重力勢能的減少量為J,小鋼球動能的增加量為J(重力加速度g取9.8m/s2,結(jié)果均保留3位有效數(shù)字);

(3)該同學(xué)分析實驗數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)小鋼球動能的增加量總是小于小鋼球的重力勢能減少量,請簡要說明可能原因.

5.(2024廣東廣州期末)實驗小組用“自由落體法”驗證機械能守恒定律,實驗裝置如圖甲.甲(1)下列操作或分析中正確的有.

A.必須要稱出重物的質(zhì)量B.計時器兩限位孔必須在同一豎直線上C.實驗時,應(yīng)先釋放重物,再打開電源D.選擇點跡清晰的紙帶(2)小芳同學(xué)選出一條清晰的紙帶如圖乙,其中O點為計時器打下的第一個點,A、B、C為紙帶上三個連續(xù)的點,O點與A點間其余點未畫出,打點計時器打點周期為T,測得OA、OB、OC間的距離分別為h1、h2、h3,重力加速度為g,若對B點進行研究,在誤差允許的范圍內(nèi),當(dāng)滿足時(用所給物理符號的等式表示),則驗證了機械能守恒定律.

乙(3)小華同學(xué)利用他自己實驗時打出的紙帶,測量出了各計數(shù)點到打點計時器打下的第一個點的距離h,算出了各計數(shù)點對應(yīng)的速度v以及v2,請根據(jù)下表中數(shù)據(jù)在圖丙中作出v2-h圖像.v/(m·s-1)0.981.171.371.561.851.95v2/(m2·s-2)0.961.371.882.433.423.80h/10-2m4.927.029.6312.5015.6819.48丙(4)小芳、小華兩同學(xué)驗證的方法誰更合理?.

(5)請簡要闡述根據(jù)v2-h圖像驗證機械能守恒的依據(jù)

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C組核心素養(yǎng)拔高練6.(2024廣東佛山期末)某同學(xué)根據(jù)機械能守恒定律,設(shè)計實驗探究彈簧的彈性勢能與壓縮量的關(guān)系.他找來了帶有刻度尺的氣墊導(dǎo)軌,實驗前通過調(diào)節(jié)底座螺絲使氣墊導(dǎo)軌水平.實驗步驟如下:甲(1)測出遮光條的寬度為d,滑塊(含遮光條)的質(zhì)量為m;(2)如圖甲,將彈簧的左端固定在擋板上并連接力傳感器,右端與帶有遮光條的滑塊剛好接觸但不連接.在導(dǎo)軌上彈簧原長位置處固定光電門,位置坐標(biāo)記為x0.現(xiàn)讓滑塊壓縮彈簧至P點并鎖定,P點位置標(biāo)記為x1,并記錄彈簧壓縮量的數(shù)值x=和力傳感器的讀數(shù)F;

(3)將光電門連接計時器,解除彈簧鎖定,滑塊被彈開并沿導(dǎo)軌向右滑動,計時器記錄遮光條通過光電門的時間Δt,根據(jù)機械能守恒定律可得彈簧的彈性勢能Ep=;

(4)改變P點的位置,多次重復(fù)步驟(2)、(3),得到1Δt與x的關(guān)系如圖乙.由圖可知,1Δt與x成(5)該同學(xué)還根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)作出F-x圖像,如圖丙所示,還可以求出彈簧的勁度系數(shù)k=N/m(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).

分層作業(yè)驗證機械能守恒定律參考答案1.AD解析為了減少紙帶與打點計時器之間的摩擦,固定打點計時器時,其限位孔必須在同一豎直面內(nèi),故A正確;為了充分利用紙帶,應(yīng)用手抓紙帶的上端,且離打點計時器遠一些,使重錘靠近打點計時器,實驗中,應(yīng)先接通電源,再釋放紙帶,故B錯誤,D正確;由于驗證機械能守恒的表達式中,重錘的質(zhì)量可以約去,所以不需要測出重錘的質(zhì)量,故C錯誤.2.解析(1)由于重物自由下落時,重力勢能轉(zhuǎn)化為動能,即重力勢能減少量等于動能的增加量,因此實驗的原理是:通過比較重物自由下落時在某兩點間動能的變化與重力勢能的變化是否相等,驗證重物的機械能是否守恒.(2)由圖可知,A、B操作時會增大紙帶與打點計時器間的摩擦力,增大實驗誤差,A、B操作不合理;C操作時,紙帶不會得到充分利用,紙帶上得到的數(shù)據(jù)較少,計算時會產(chǎn)生誤差,C操作不合理;D操作時,不會增大紙帶與打點計時器間的摩擦力,紙帶會得到充分利用,紙帶上得到的數(shù)據(jù)較多,D操作合理.答案(1)重力勢能(2)D3.解析(1)本實驗,采用光電門傳感器來測量瞬時速度.(2)因為擺錘通過光電門的時間極短,所以利用極短時間的平均速度代替瞬時速度,所以通過傳感器速度大小為v=Δs答案(1)光電門(2)Δ4.解析(2)④刻度尺的最小分度為0.1cm,由圖乙可知h=78.00cm.⑥小鋼球經(jīng)過光電門時的速度為v=dt⑦小鋼球重力勢能的減小量ΔEp=mgh=10×10-3×9.8×78.00×10-2J=0.0764J,小鋼球動能的增加量為ΔEk=12mv2=12mdt2=1(3)由于小鋼球下落過程中克服阻力做功,使小鋼球動能的增加量總是小于小鋼球的重力勢能減少量.答案(2)④78.00⑥dt⑦0.07640.07535.解析(1)因為比較mgh、12mv2的大小關(guān)系,m可約去,不需要測量重物的質(zhì)量,A錯誤;為了減小紙帶與限位孔之間的摩擦力,圖甲中兩限位孔必須在同一豎直線,B正確;實驗時,應(yīng)先打開電源,再釋放重物,C錯誤;應(yīng)選取點跡清晰的紙帶,D正確(2)根據(jù)機械能守恒定律得mgh2=12mvB2,vB=?3(3)圖像如圖所示(4)小華同學(xué)采用的實驗數(shù)據(jù)多,且舍去了誤差較大的數(shù)據(jù),誤差較小,所以小華的實驗方法更合理.(5)根據(jù)機械能守恒定律得mgh=12mv2,解得v2=2gh,圖像的斜率為k=2g,如果圖像是一條通過原點的、斜率為2g的直線,可以驗證機械能守恒答案(1)BD(2)