1、2017 年甘肃高考物理基础提升复习（一）1(2016太原调研)一位同学做“用自由落体运动验证机械能守恒定律”的实验。(1)现有下列器材可供选择：铁架台、电磁打点计时器及复写纸、纸带若干、46 V 低压交流电源、天平、秒表、导线、电键、重锤。其中不必要的器材是：_；缺少的器材是_。(2)根据纸带算出相关各点的速度 v，量出下落的距离 h，以 v2/2 为纵轴，以 h 为横轴画出的图线应是下图中的_。解析 (1)“用自由落体运动验证机械能守恒定律”的实验中不需要测质量，而时间是由打点计时器打出的纸带测量的，要测速度还需要用刻度尺测出计数点间距，因此不必要的器材是天平、秒表，缺少的器材是毫米刻度尺
2、。(2)由 mgh mv2得 gh ，因此画出的图线应该是 C。12 v22答案 (1)天平、秒表 毫米刻度尺 (2)C2 (2016长沙联考)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，图实 9 中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 m0.2 kg，结果保留三位有效数字)：时刻 t2t3t4t5速度(ms 1 ) 5.595.084.58(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，重力势能增加量 Ep_J，动能减少量 Ek_J。图
3、实9(3)在误差允许的范围内，若 Ep与 Ek近似相等，从而验证了机械能守恒定律。由上述计算得 Ep_ Ek(选填“” “”或“”)，造成这种结果的主要原因是_。解析 (1) v5 cm/s408 cm/s4.08 m/s。19.14 21.660.052(2)由题给条件知：h25(26.6824.1621.66) cm72.5 cm0.725 m。 Ep mgh250.29.80.725 J1.42 J Ek mv mv 0.2(5.5924.08 2) J1.46 J。12 2 12 25 12(3)由(2)中知 Ep Ek，因为存在空气摩擦等原因，导致重力势能的增加量小于动能的减少量。答
4、案 (1)4.08 (2)1.42 1.46 (3) 原因见解析3(2016烟台模拟)如图实10 甲所示是光电门传感器的示意图。它的一边是发射器，另一边是接收器，当光路被物体挡住的时候，它就开始计时，当光路再次恢复的时候，它就停止计时。这样就可以测出挡光片挡光的时间。某同学利用光电门传感器设计了一个研究小球下落过程中机械能是否守恒的实验。实验装置如图实10 乙所示，图中 A、 B 为固定在同一竖直线上的两个光电门传感器，实验时让半径为 R 的小球从某一高度处由静止释放，让小球依次从 A、 B 两个光电门传感器的发射器和接收器之间通过，测得挡光时间分别为t1、 t2。为了证明小球通过 A、 B
5、过程中的机械能守恒，还需要进行一些实验测量和列式证明。图实10(1)选出下列还需要的实验测量步骤A测出 A、 B 两传感器之间的竖直距离 h1B测出小球释放时离桌面的高度 HC用秒表测出运动小物体通过 A、 B 两传感器的时间 tD测出小球由静止释放位置与传感器 A 之间的竖直距离 h2(2)如果能满足_关系式，即能证明小球通过 A、 B 过程中的机械能是守恒的。解析 实验目的是验证机械能守恒，即验证表达式： mgh1 mv mv 成12 2B 12 2A立，光电门传感器测速度的原理是利用平均速度来代替瞬时速度，可得vB ， vA ，因此除了需要测量小球的直径以及记录挡光时间外，还需要2Rt2
6、 2Rt1计算重力势能的减小量，因此需要测量两个光电门之间的距离 h1，如果能满足mgh1 m( )2 m( )2，即( )2( )2 gh1，即能证明小球通过 A、 B 过程12 2Rt2 12 2Rt1 2Rt2 Rt1 12中的机械能是守恒的。答案 (1)A (2)( )2( )2 gh1Rt2 Rt1 124某同学想测出当地的重力加速度 g，并验证机械能守恒定律。为了减小误差，他设计了一个实验如下：将一根长直铝棒用细线悬挂在空中(如图实11 甲所示)，在靠近铝棒下端的一侧固定电动机 M，使电动机转轴处于竖直方向，在转轴上水平固定一支特制笔 N，借助转动时的现象，将墨汁甩出形成一条细线。
7、调整笔的位置，使墨汁在棒上能清晰地留下墨线。启动电动机待转速稳定后，用火烧断悬线，让铝棒自由下落，笔在铝棒上相应位置留下墨线。图乙是实验时在铝棒上所留下的墨线，将某条合适的墨线 A 作为起始线，此后每隔 4 条墨线取一条计数墨线，分别记作 B、 C、 D、 E。该同学用刻度尺测出AB s1、 BC s2、 CD s3、 DE s4，已知电动机的转速为 3 000 r/min。图实11(1)相邻的两条计数墨线对应的时间间隔为 T_s；(2)选取 B、 D 两点来验证机械能守恒，此时的验证关系式为_(用题中涉及物理量符号表示)；(3)该同学计算出画各条墨线时的速度 v，以 为纵轴，以各条墨线到墨线
8、v22A 的距离 h 为横轴，描点连线，得出了如图丙所示的图象，据此图象_(选填“能”或“不能”)验证机械能守恒定律，图线不过原点的原因是_。解析 (1)由于电动机的转速为 3 000 r/min，则其频率为 50 Hz，所以每隔 0.02 s 特制笔 N 便在铝棒上画一条墨线，又每隔 4 条墨线取一条计数墨线，所以相邻计数墨线间的时间是 0.1 s。(2)根据机械能守恒定律，重力势能减少量应该等于动能增加量，即g(s2 s3) 2 2。12(s3 s42T ) 12(s1 s22T )(3)铝棒下落过程中，只有重力做功，重力势能的减少量等于动能的增加量，即 mgh mv2，故图丙能验证机械能
9、守恒定律；图线不过原点是因为起始计数墨12线 A 对应的速度不为 0。答案 (1)0.1 (2) g(s2 s3) 2 2 (3)能 A 对应的12(s3 s42T ) 12(s1 s22T )速度不为 05 (2014广东理综)某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系。(1)如图实12 所示，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测得相应的弹簧长度，部分数据如下表，由数据算得劲度系数k_N/m。( g 取 9.8 m/s2)砝码质量(g) 50 100150弹簧长度(cm) 8.627.636.66(2)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图实
10、13 所示；调整 图实12导轨，当滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小_。图实13 图实14(3)用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量 x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度 v，释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为_。(4)重复(3)中的操作，得到 v 与 x 的关系如图实14。由图可知， v 与x 成_关系，由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的_成正比。解析 (1)由 F kx 得 F k x，代入表中数据可得出 k 值。(2)滑块滑行过程中无摩擦阻力，自由滑动时导轨已调整到水平状态，故滑块此时匀速运动。(3)当不考虑空气阻力、摩擦等因素且导轨又调到水平状态时，释放滑块的过程
11、中只涉及弹性势能与滑块的动能，即能量只在这两种形式的能量之间转化。(4) v x 图线是过原点的直线，故 v x。因 Ep Ek mv2 v2 x2，故12Ep x2。答案 (1)49.550.5 (2)相等 (3)滑块的动能 (4)正比 x26 (2016扬州调研)图实15 甲是验证机械能守恒定律的实验。小圆柱由一根不可伸长的轻绳拴住，轻绳另一端固定，将轻绳拉至水平后由静止释放。在最低点附近放置一组光电门，测出小圆柱运动到最低点的挡光时间 t，再用游标卡尺测出小圆柱的直径 d，如图乙所示，重力加速度为 g。则图实15(1)小圆柱的直径 d_cm。(2)测出悬点到圆柱重心的距离 l，若等式 g
12、l_成立，说明小圆柱下摆过程中机械能守恒。(3)若在悬点 O 安装一个拉力传感器，测出绳子上的拉力 F，则要验证小圆柱在最低点的向心力公式还需要测量的物理量是_(用文字和字母表示)。若等式 F_成立，则可验证小圆柱在最低点的向心力公式。解析 (1)小圆柱的直径 d1.0 cm20.1 mm1.02 cm(2)根据机械能守恒定律得： mgl mv2，所以只需验证12gl v2 2，就说明小圆柱下摆过程中机械能守恒。12 12(d t)(3)若测量出小圆柱的质量 m，则在最低点由牛顿第二定律得 F mg m ，v2l若等式 F mg m 成立，则可验证小圆柱在最低点的向心力公式。d2l( t)2答
13、案 (1)1.02 (2) 2 (3)小圆柱的质量 m mg m12(d t) d2l( t)27 (2016徐州模拟)利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图实16 甲所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨：导轨上 A 点处有一带长方形遮光条的滑块，其总质量为 M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为 m 的小球相连；遮光条两条长边与导轨垂直；导轨上 B 点有一光电门，可以测量遮光条经过光电门时的挡光时间 t，用 d 表示 A 点到光电门 B 处的距离，b 表示遮光条的宽度，将遮光条通过光电门的平均速度看作滑块通过 B 点时的瞬时速度。实验时滑块在 A 处由静止开始运动。图实16(1)
14、用游标卡尺测量遮光条的宽度 b，结果如图乙所示，由此读出b_mm；(2)滑块通过 B 点的瞬时速度可表示为_；(3)某次实验测得倾角 30，重力加速度用 g 表示，滑块从 A 处到达B 处时， m 和 M 组成的系统动能增加量可表示为 Ek_，系统的重力势能减少量可表示为 Ep_，在误差允许的范围内，若 Ek Ep则可认为系统的机械能守恒；(4)在上次实验中，某同学改变 A、 B 间的距离，作出的 v2 d 图象如图丙所示，并测得 M m，则重力加速度 g_m/s 2。解析 (1) b3 mm0.05 mm153.75 mm。(2)滑块通过 B 点的瞬时速度 v 。bt(3) Ek (m M)
15、v2 ，12 (m M)b22t2 Ep mgd Mgdsin 30 gd，(mM2)(4)由 Ek Ep得： (m M)v2 gd，12 (m M2)代入 m M 可得： v2 d，g2对应 v2 d 图象可得： g ，12 2.40.5解得 g9.6 m/s 2。答案 (1)3.75 (2) (3) gd (4)9.6bt (m M)b22t2 (m M2)8 (2013课标)某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连；弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图实17 所示。向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放
16、；小球离开桌面后落到水平地面。通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能。图实17回答下列问题：(1)(多选)本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能 Ep与小球抛出时的动能 Ek相等。已知重力加速度大小为 g。为求得 Ek，至少需要测量下列物理量中的_(填正确答案标号)。A小球的质量 m B小球抛出点到落地点的水平距离 sC桌面到地面的高度 h D弹簧的压缩量 xE弹簧原长 l0(2)用所选取的测量量和已知量表示 Ek，得 Ek_。(3)图实18 中的直线是实验测量得到的 s x 图线。从理论上可推出，如果 h 不变， m 增加， s x 图线的斜率会_(填“增大” 、 “减小”或“不变”)
17、；如果 m 不变， h 增加， s x 图线的斜率会_(填“增大” 、“减小”或“不变”)。由图实18 中给出的直线关系和 Ek的表达式可知，Ep与 x 的_次方成正比。图实18解析 弹簧被压缩后的弹性势能等于小球抛出时的动能，即Ep Ek mv 。小球离开桌面后做平抛运动，由平抛运动规律，水平位移12 20s v0t，竖直高度 h gt2，得 v0 s ，动能 Ek mv ，因此12 g2h 12 20 mgs24hA、B、C 正确。弹簧的弹性势能 Ep ，由理论推导可知 Ep k( x)2即mgs24h 12k( x)2 ， s x，因此当 h 不变时， m 增加，其斜率减小，当12 mgs24h 2hkmgm 不变时， h 增加其斜率增大，由图线知 s x，由 Ek表达式知 Ek s2，则由Ep Ek知 Ep( x)2，即 Ep与 x 的二次方成正比。答案 (1)ABC (2) (3)减小 增大 2mgs24h
