专题06 验证机械能守恒定律——备战2022年高考物理实验专题最后一练（全国通用）

专题06 验证机械能守恒定律 ★2019-2021年高考真题★ 1．（2021·浙江·高考真题）在“验证机械能守恒定律”实验中，小王用如图1所示的装置，让重物从静止开始下落，打出一条清晰的纸带，其中的一部分如图2所示。O点是打下的第一个点，A、B、C和D为另外4个连续打下的点。 ①为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的理由是___________。 ②已知交流电频率为，重物质量为，当地重力加速度，则从O点到C点，重物的重力势能变化量的绝对值___________J、C点的动能___________J（计算结果均保留3位有效数字）。比较与的大小，出现这一结果的原因可能是___________。 A．工作电压偏高          B．存在空气阻力和摩擦力          C．接通电源前释放了纸带 【答案】      阻力与重力之比更小（或其它合理解释）     0.547     0.588     C 【解析】 ①在验证机械能守恒实验时阻力越小越好，因此密度大的阻力与重力之比更小 ②由图中可知OC之间的距离为，因此机械能的减少量为 匀变速运动时间中点的速度等于这段时间的平均速度，因此 因此动能的增加量为 工作电压偏高不会影响实验的误差，存在摩擦力会使重力势能的减少量大于动能的增加量，只有提前释放了纸带，纸带的初速度不为零，下落到同一位置的速度偏大才会导致动能的增加量大于重力势能的减少量。 2．（2021·海南·高考真题）为了验证物体沿光滑斜面下滑的过程中机械能守恒，某学习小组用如图所示的气垫导轨装置（包括导轨、气源、光电门、滑块、遮光条、数字毫秒计）进行实验。此外可使用的实验器材还有：天平、游标卡尺、刻度尺。 （1）某同学设计了如下的实验步骤，其中不必要的步骤是___________； ①在导轨上选择两个适当的位置A、B安装光电门Ⅰ、Ⅱ，并连接数字毫秒计； ②用天平测量滑块和遮光条的总质量m； ③用游标卡尺测量遮光条的宽度d； ④通过导轨上的标尺测出A、B之间的距离l； ⑤调整好气垫导轨的倾斜状态； ⑥将滑块从光电门Ⅰ左侧某处，由静止开始释放，从数字毫秒计读出滑块通过光电门Ⅰ、Ⅱ的时间、； ⑦用刻度尺分别测量A、B点到水平桌面的高度、； ⑧改变气垫导轨倾斜程度，重复步骤⑤⑥⑦，完成多次测量。 （2）用游标卡尺测量遮光条的宽度d时，游标卡尺的示数如图所示，则___________；某次实验中，测得，则滑块通过光电门Ⅰ的瞬时速度___________（保留3位有效数字）； （3）在误差允许范围内，若___________（用上述必要的实验步骤直接测量的物理量符号表示，已知重力加速度为g），则认为滑块下滑过程中机械能守恒； （4）写出两点产生误差的主要原因：___________。 【答案】      ②④                    滑块在下滑过程中受到空气阻力作用，产生误差；遮光条宽度不够窄，测量速度不准确，产生误差 【解析】 （1）滑块沿光滑的斜面下滑过程机械能守恒，需要通过光电门测量通过滑块运动的速度 滑块下滑过程中机械能守恒，减少的重力势能转化为动能 整理化简得 所以测量滑块和遮光条得总质量不必要，②满足题目要求，测量、之间的距离不必要，④满足题目要求。 故选②④。 （2）游标卡尺的读数为 滑块通过光电门的速度 （3）根据（1）问可知 在误差允许的范围内，满足该等式可认滑块下滑过程中机械能守恒。 （4）滑块在下滑过程中受到空气阻力作用，产生误差；遮光条宽度不够窄，测量速度不准确，产生误差。 ★2022年经典变式题练★ 3．（2022·全国·模拟预测）某同学利用图甲所示装置验证机械能守恒定律，图中斜面光滑，在斜面上处装有图乙所示的光电门， Ⅰ．从斜面上到光电门的高度为处的点将装有挡光条（宽度为，已经标出，不需测量）的滑块由静止释放； Ⅱ．读出挡光条通过光电门的时间为； Ⅲ．改变滑块释放的位置（、、、），重复步骤Ⅰ和步骤Ⅱ。 （1）实验中，除已提及的器材外，还需要的器材是______（选填器材前的字母）。 A．天平            B．毫米刻度尺             C．秒表            D．打点计时器 （2）已知当地的重力加速度大小为，若滑块沿斜面下滑的过程中满足______，则该过程中滑块的机械能守恒。 （3）若滑块与斜面间的摩擦不可忽略，则滑块沿斜面下滑的过程中重力势能的减少量______（选填“大于”、“小于”或“等于”）滑块动能的增加量。 【答案】      B     或     大于 【解析】 （1）因本实验需要验证 其中 即验证 故还需要毫米刻度尺测量释放点与光电门的高度差，不需要测量质量，故不需要天平，不需要记录滑块运动过程的时间，故不需要打点