专题1.16-打点计时器验证机械能守恒定律提高篇解析版.doc

2021年高考物理100考点最新模拟题千题精练（物理实验）
第一部分物理力学实验
专题1.16打点计时器验证机械能守恒定律（提高篇）
1.（2020河南洛阳一模）某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20Hz、30Hz和40Hz，打出纸带的一部分如图（b）所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他条件进行推算。（1）若从打出的纸带可判定重物匀加速下落利用f和图（b）中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为______，重物下落的加速度的大小为______。（2）已测得s1=2.80cm，s2=3.80cm，s3=4.91cm，S4=5.9lcm；当地重力加速度大小为9.80m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的3%，由此推算出f为______Hz
【参考答案】（1）（s1+s2）f；（s3-s1）f2；（2）30
【名师解析】（1）根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得：vB==（s1+s2）f，vC=（s2+s3）f，由速度公式有：vC=vB+aT，可得：a=（s3-s1）f2。（2）由牛顿第二定律可得：mg-0.03mg=ma，所以a=0.97g结合（1）解出的加速度表达式，代入数据可得：f2==解得：f=30Hz【关键点拨】：（1）根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B和C点的瞬时速度，利用速度公式求加速度。（2）利用牛顿第二定律和解出的加速度求频率。解决该题的关键是掌握匀变速直线运动的瞬时速度以及加速度的求解方法，掌握周期和频率之间的关系式。
2.（6分）（2019湖北黄冈三模）某同学从实验室天花板处自由释放一钢球，用频闪摄影手段验证机械能守恒。频闪仪每隔相等时间短暂闪光一次，照片上记录了钢球在各个时刻的位置。
（1）操作时比较合理的做法是。
A．先打开频闪仪再释放钢球B．先释放钢球再打开频闪仪
（2）频闪仪闪光频率为f，拍到整个下落过程中的频闪照片如图（a），结合实验场景估算f可能值为
A.0.1HZB.1HzC.10HzD.100Hz

（3）用刻度尺在照片上测量钢球各位置到释放点O的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8及钢球直径，重力加速度为g。用游标卡尺测出钢球实际直径D，如图（b），则D＝cm．已知实际直径与照片上钢球直径之比为k。
（4）选用以上各物理量符号，验证从O到A过程中钢球机械能守恒成立的关系式为：2gs5＝。
【名师解析】（1）从实验室天花板处自由释放一钢球，由于钢球下落时间很短，用频闪摄影手段验证机械能守恒，因此必须先打开频闪仪再释放钢球，故A正确，B错误；
（2）频闪仪闪光频率为f，而从天花板到地面约为3m，依据自由落体位移公式，即h＝；解得：t总＝0.8s；由于从天花板到地面有8个间隔，因此频闪仪闪光周期T＝0.1s，那么频闪仪闪光频率为10Hz，故ABD错误，C正确；
（3）游标卡尺的主尺读数为：45mm，游标尺上第5个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为0.1×5mm＝0.5mm，所以最终读数为：45+0.5＝45.5mm＝4.55cm；
（4）在OA段运动过程中，A点的速度为：vA＝＝k
则动能的增加量为：△Ek＝EkA﹣0＝＝×。
而减小的重力势能：△EP＝mgks5；
验证从O到A过程中钢球机械能守恒成立的关系式为：2gs5＝。
【参考答案】（1）A；（2）C；（3）4.55；（4）。
3．（6分）（2019湖北武汉武昌5月调研）某同学利用如图所示装置验证机械能守恒定律，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落。
（1）装置安装完毕后，该同学先接通打点计时器，紧接着释放纸带进行实验。重复该步骤两次，然后在打出的纸带中选取一条点迹清晰的纸带。
（2）该同学选取的纸带如图所示，在纸带上间距较大处开始每两个间隔取一个计数点，标记为1、2、3、4、5、6，测出相邻两个计数点的间距，分别表示为xl、x2、x3、x4、x5．已知重物质量为m，当地重力加速度为g，计时器打点周期为T．为了验证此实验从打计数点2到打计数点5的过程中机械能守恒，需要计算出此过程中重物重力势能的减少量△Ep和动能的增加量△Ek，则△Ep＝，△Ek。
（3）本次测量的百分比误差（即相对误差）表达式为×l00%．（用△Ek、△Ep表示）

【参考答案】（2）mg（x2+x3+x4）（3）
【命题意图】本题考查落体法验证机械能守恒定律实验和纸带数据处理方法及其相关知识点。
【解题思路】（2）重力势能的减小量：△EP＝mgh＝mg（x2+x3+x4）
由做匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可得打