高三物理试题精选高考物理机械能一轮复习题含答案和解释.docx

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高三物理试题精选高考物理机械能一轮复习题含答案和解释

2018高考物理机械能一轮复习题（含答案和解释）

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实验四验证机械能守恒定律

一、实验目的（是什么）

验证机械能守恒定律。

二、实验原理（是什么）

1．在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变。

若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为mgh，动能的增加量为12mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律。

2．速度的测量做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点之间的平均速度vt＝v2t

计算打第n个点速度的方法测出第n个点与相邻前后点间的距离xn和xn＋1，由式vn＝xn＋xn＋12T或vn＝hn＋1－hn－12T算出，如图实－4－1所示。

图实－4－1

三、实验器材（有哪些）

铁架台（含铁夹），打点计时器，学生电，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物（带纸带夹）。

四、实验步骤（怎么做）

1．安装置按图实－4－2所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。

图实－4－2

2．打纸带将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。

先接通电，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。

更换纸带重复做3～5次实验。

3．选纸带分两种情况说明

（1）用12mvn2＝mghn验证时，应选点迹清晰，且第1、2两点间距离小于或接近2mm的纸带。

若第1、2两点间的距离大于2mm，这是由于先释放纸带后接通电造成的。

这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选。

（2）用12mvB2－12mvA2＝mgΔh验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否大于2mm就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用。

五、数据处理（怎么办）

1．测量计算

在起始点标上0，在以后各点依次标上1、2、3…，用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3…。

利用式vn＝hn＋1－hn－12T计算出点1、点2、点3、…的瞬时速度v1、v2、v3…。

2．验证守恒

法一利用起始点和第n点计算。

代入ghn和12vn2，如果在实验误差允许的条下，ghn＝12vn2，则机械能守恒定律是正确的。

法二任取两点计算。

①任取两点A、B测出hAB，算出ghAB。

②算出12vB2－12vA2的值。

③在实验误差允许的条下，如果ghAB＝12vB2－12vA2，则机械能守恒定律是正确的。

法三图像法。

从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以12v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出12v2－h图线。

若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒。

六、注意事项（有哪些）

1．打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整到竖直方向，以减小摩擦阻力。

2．重物要选用密度大、体积小的物体，这样可以减小空气阻力的影响，从而减小实验误差。

3．实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待接通电，打点计时器工作稳定后，再松开纸带。

4．速度不能用vn＝gtn或vn＝2ghn计算，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用hn＝12gtn2或hn＝vn22g计算得到。

七、误差分析（为什么）

1．本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力（空气阻力、打点计时器阻力）做功，故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp，即ΔEkΔEp，这属于系统误差。

改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减少阻力。

2．本实验的另一个误差于长度的测量，属偶然误差。

减小误差的办法是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完。

或者采用多次测量取平均值减小误差。

考查实验原理与操作

[典例1]在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电的频率为50Hz，依次打出的点为0,1,2,3,4…n。

则

图实－4－3

（1）如用第2点到第6点之间的纸带验证，必须直接测量的物理量为________、________、________，必须计算出的物理量为________、________，验证的表达式为________________________________________________________________________。

（2）下列实验步骤操作合理的排列顺序是________（填写步骤前面的字母）。

A．将打点计时器竖直安装在铁架台上

B．接通电，再松开纸带，让重物自由下落

C．取下纸带，更换新纸带（或将纸带翻个面）重新做实验

D．将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带

E．选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h1，h2，h3…hn，计算出对应的瞬时速度v1，v2，v3…vn

F．分别算出12mvn2和mghn，在实验误差范围内看是否相等

[解析]

（1）要验证从第2点到第6点之间的纸带对应重物的运动过程中机械能守恒，应测出第2点到第6点的距离h26，要计算第2点和第6点的速度v2和v6，必须测出第1点到第3点之间的距离h13和第5点到第7点之间的距离h57，机械能守恒的表达式为mgh26＝12mv62－12mv22

（2）实验操作顺序为ADBCEF。

[答案]

（1）第2点到第6点之间的距离h26

第1点到第3点之间的距离h13

第5点到第7点之间的距离h57

第2点的瞬时速度v2第6点的瞬时速度v6

mgh26＝12mv62－12mv22

（2）ADBCEF

[题点集训]

1．（2018广州模拟）在验证机械能守恒定律的实验中，没有必要进行的操作是（）

A．用天平测重物的质量

B．用秒表测重物下落的时间

C．用打点计时器记录重物下落的信息

D．用纸带记录、测量重物下落的高度

解析选AB本实验中用打点计时器已在纸带上记录了重物下落的时间和下落高度，没必要再用秒表测量重物下落时间，因重物质量是否已知并不影响验证实验结果，故也没必要用天平测量重物的质量，故选A、B。

2．“验证机械能守恒定律”的实验装置可以采用图实－4－4所示的甲或乙方案进行。

图实－4－4

（1）比较这两种方案，________（填“甲”或“乙”）方案好些。

（2）该同学开始实验时情形如图丙所示，接通电释放纸带。

请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方

①________________；②________________。

（3）该实验中得到一条纸带，且测得每两个计数点间的距离如图丁中所示。

已知相邻两个计数点之间的时间间隔T＝01s。

则物体运动的加速度a＝________；该纸带是采用________（填“甲”或“乙”）实验方案得到的。

解析由Δx＝aT2，利用逐差法得到物体运动的加速度a＝48m/s2。

若用自由落体实验测得物体运动的加速度a应该接近10m/s2，所以该纸带是采用“乙”实验方案得到的。

答案

（1）甲

（2）①打点计时器接了直流电

②重物离打点计时器太远（3）48m/s2乙

考查数据处理与误差分析

[典例2]（2018邹城联考）“验证机械能守恒定律”的实验装置如图实－4－5所示采用重物自由下落的方法

图实－4－5

（1）实验中，下面哪些测量工具是必需的________。

A．天平B．直流电

C．刻度尺D．秒表

（2）已知打点计时器所用电的频率为50Hz，当地的重力加速度g＝980m/s2，所用重物的质量为200g。

实验中选取一条符合实验要求的纸带如图实－4－6所示，O为纸带下落的起始点，A、B、C为纸带上选取的三个连续点。

计算B点瞬时速度时，甲同学用vB2＝2gxOB，乙同学用vB＝xAC2T，其中所选方法正确的是________（选填“甲”或“乙”）同学；根据以上数据，可知重物由O运动到B点时动能的增加量等于________J，重力势能减少量等于________J（计算结果均保留3位有效数字）。

图实－4－6

（3）实验中，发现重物减少的势能总是大于重物增加的动能，造成这种现象的主要原因是________________________________________________________________________。

[解析]

（1）根据实验原理，需要验证下列方程成立mgh＝12mv2，即gh＝12v2，则不需要天平，v由打点计时器打下的纸带测出，不需要秒表，电磁打点计时器工作电为4～6V交流电，故需要低压交流电，纸带处理需要刻度尺。

（2）物体由静止开始自由下落过程中受到空气阻力和纸带与打点计时器的摩擦阻力作用，不是自由落体运动，vB2＝2gxOB，是自由落体运动的式，故甲同学错误。

重物的重力势能的减少量ΔEp＝mgh＝0200×980×01920J＝0376J

打B点重物速度v＝xAC2T＝02323－015552×002m/s＝192m/s

物体动能的增加量ΔEk＝12mv2＝05×0200×1922J＝0369J。

（3）克服空气对重物和打点计时器对纸带的阻力做功。

[答案]

（1）C

（2）乙03690376（3）见解析

[题点集训]

3．（2018海南高考）某同学用图实－4－7甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。

已知打点计时器所用电的频率为50Hz，当地重力加速度大小为g＝980m/s2。

实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图乙所示。

纸带上的第一个点记为O，另选连续的三个点A、B、C进行测量，图中给出了这三个点到O点的距离hA、hB和hC的值。

回答下列问题（计算结果保留3位有效数字）

甲乙

图实－4－7

（1）打点计时器打B点时，重物速度的大小vB＝________m/s；

（2）通过分析该同学测量的实验数据，他的实验结果是否验证了机械能守恒定律？

简要说明分析的依据。

解析

（1）由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度可知vB＝hC－hA2T，由电频率为50Hz可知T＝002s，代入数据可解得vB＝390m/s。

（2）本实验是利用自由落体运动验证机械能守恒定律，只要在误差允许范围内，重物重力势能的减少等于其动能的增加，即可验证机械能守恒定律。

选B点分析，由于12mvB2≈761m，mghB＝770m，故该同学的实验结果近似验证了机械能守恒定律。

答案

（1）390

（2）见解析

4．（2018常州模拟）用如图实－4－8所示实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒，m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。

图中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（图中未标出），计数点间的距离如图实－6－9所示。

已知m1＝50g、m2＝150g，则（g取98m/s2，所有结果均保留三位有效数字）

图实－4－8

图实－4－9

（1）在纸带上打下计数点5时的速度v5＝________m/s；

（2）在打点0～5过程中系统动能的增量ΔEk＝________J，系统势能的减少量ΔEp＝________J，由此得出的结论是_______________________________________________；

（3）若某同学作出12v2h图像如图实－4－10所示，则当地的实际重力加速度g＝________m/s2。

图实－4－10

解析

（1）v5＝h45＋h562T＝2160＋2640×10－22×01m/s＝240m/s。

（2）在打点0～5过程中系统动能的增量ΔEk＝12（m1＋m2）