第34課時實驗七：驗證機械能守恒定律課時精練(分值：40分)1.(8分)(2021·浙江6月選考·17(1))在“驗證機械能守恒定律”實驗中，小王用如圖甲所示的裝置，讓重物從靜止開始下落，打出一條清晰的紙帶，其中的一部分如圖乙所示。O點是打下的第一個點，A、B、C和D為另外4個連續(xù)打下的點。(1)(2分)為了減小實驗誤差，對體積和形狀相同的重物，實驗時選擇密度大的理由是。

(2)(6分)已知交流電頻率為50Hz，重物質(zhì)量為200g，當?shù)刂亓铀俣萭=9.80m/s2，則從O點到C點，重物的重力勢能變化量的絕對值|ΔEp|=J、C點的動能EkC=J(計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)。比較EkC與|ΔEp|的大小，出現(xiàn)這一結(jié)果的原因可能是。

A.工作電壓偏高B.存在空氣阻力和摩擦力C.接通電源前釋放了紙帶答案(1)阻力與重力之比更小(或其他合理解釋)(2)0.5470.588C解析(1)在“驗證機械能守恒定律”實驗中，阻力越小越好，體積和形狀相同的重物，密度大的阻力與重力之比更小。(2)由題圖乙可知OC之間的距離為sOC=27.90cm，因此重力勢能的減少量為|ΔEp|=mgsOC=0.2×9.80×0.2790J≈0.547J勻變速直線運動中，中間時刻的速度等于這段時間的平均速度，因此vC=xBD2T=0.330?0.2332因此動能的增加量為EkC=12mvC2=12×0.2×2.4252工作電壓偏高不會影響實驗，存在空氣阻力和摩擦力會使重力勢能的減少量大于動能的增加量，只有接通電源前釋放了紙帶，紙帶的初速度不為零，下落到同一位置的速度偏大才會導致動能的增加量大于重力勢能的減少量。2.(9分)某同學利用如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。將氣墊導軌固定在水平桌面上，調(diào)節(jié)旋鈕使其水平，在氣墊導軌的左端固定一光滑的定滑輪，在B處固定一光電門，測出滑塊及遮光條的總質(zhì)量為m，將質(zhì)量為M的鉤碼通過細線與滑塊連接。打開氣源，滑塊從A處由靜止釋放，寬度為d的遮光條經(jīng)過光電門B時擋光時間為t，A、B之間的距離為l，實驗中鉤碼始終未與地面接觸，重力加速度為g。(1)(6分)滑塊由A點運動到B點的過程中，系統(tǒng)重力勢能減少量ΔEp為，系統(tǒng)動能增加量ΔEk為(均用題中所給字母表示)。

(2)(3分)若實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)按上述公式計算ΔEk總是大于ΔEp，可能的原因是。

A.存在空氣阻力B.測出滑塊右端與光電門B之間的距離作為lC.測出滑塊左端與光電門B之間的距離作為l答案(1)Mgl(M解析(1)根據(jù)重力勢能的表達式可知滑塊由A點運動到B點的過程中，系統(tǒng)重力勢能減少量ΔEp=Mgl滑塊在光電門B的速度為vB=dt，所以系統(tǒng)動能的增加量為ΔEk=12(M+m)v(2)若存在空氣阻力，ΔEk總是小于ΔEp，故A錯誤；將滑塊右端與光電門B之間的距離作為l，鉤碼下落的高度偏大，ΔEk將小于ΔEp，故B錯誤；將滑塊左端與光電門B之間的距離作為l，鉤碼下落的高度偏小，ΔEk將大于ΔEp，故C正確。3.(11分)某研究小組利用DIS實驗裝置驗證機械能守恒定律。如圖甲，內(nèi)置有光電門的擺錘通過輕桿與轉(zhuǎn)軸O相連，擺錘通過遮光片時可記錄遮光時間。實驗時，擺錘從M點由靜止釋放，依次記錄其通過每個遮光片所對應(yīng)的時間t。用刻度尺測出每個遮光片距最低點N的豎直高度為h，擺錘質(zhì)量為m，重力加速度為g。(1)(2分)實驗前，用游標卡尺測量遮光片的寬度d，其示數(shù)如圖乙，則d=mm。

(2)(6分)若以最低點N為零勢能面，選用字母m、h、d、t、g表示物理量，則經(jīng)過某個遮光片時，擺錘的重力勢能Ep=，動能Ek=；對比通過各遮光片處擺錘的機械能E(E=Ep+Ek)是否相等，可判斷機械能守恒與否。

(3)(3分)為了更直觀地處理數(shù)據(jù)，研究小組繪制了擺錘擺下過程中動能、重力勢能及機械能隨高度變化的圖像如圖丙所示，仔細比對數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，擺錘擺下過程中，重力勢能減少量動能增加量(選填“大于”或“小于”)。

答案(1)8.7(2)mghmd解析(1)由題圖乙知，遮光片的寬度為d=8mm+0.1mm×7=8.7mm(2)經(jīng)過某個遮光片時，擺錘的速度大小為v=d此時擺錘的重力勢能為Ep=mgh，動能為Ek=12mv2=(3)由Ep=mgh知Ep-h是一條過原點的直線，可見重力勢能隨高度變化的圖線應(yīng)為B，擺球擺下過程中，速度逐漸增大，其動能逐漸增大，可見動能隨高度變化的圖線應(yīng)為C，則機械能隨高度變化的圖線應(yīng)為A。由題圖丙知，擺球擺下過程中，擺球的機械能逐漸減少，動能逐漸增加，重力勢能逐漸減少，則擺球的重力勢能減少量大于動能增加量。4.(12分)(2022·湖北卷·12)某同學設(shè)計了一個用拉力傳感器驗證機械能守恒定律的實驗。一根輕繩一端連接固定的拉力傳感器，另一端連接小鋼球，如圖甲所示。拉起小鋼球至某一位置由靜止釋放，使小鋼球在豎直平面內(nèi)擺動，記錄鋼球擺動過程中拉力傳感器示數(shù)的最大值Tmax和最小值Tmin。改變小鋼球的初始釋放位置，重復上述過程。根據(jù)測量數(shù)據(jù)在直角坐標系中繪制的Tmax-Tmin圖像是一條直線，如圖乙所示。(1)(3分)若小鋼球擺動過程中機械能守恒，則圖乙中直線斜率的理論值為。

(2)(6分)由圖乙得：直線的斜率為，小鋼球的重力為N。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)

(3)(3分)該實驗系統(tǒng)誤差的主要來源是(填正確答案標號)。

A.小鋼球擺動角度偏大B.小鋼球初始釋放位置不同C.小鋼球擺動過程中有空氣阻力答案(1)-2(2)-2.10.59(3)C解析(1)設(shè)初始位置時，輕繩與豎直方向的夾角為θ，則輕繩拉力最小值為Tmin=mgcosθ，到最低點時輕繩拉力最大，則有mgl(1-cosθ)=12mv2Tmax-mg=mv2l，聯(lián)立可得Tmax=3mg-2即若小鋼球擺動