考点17　实验：验证机械能守恒定律-【金版教程】2023高考物理一轮总复习首选用卷全书word（新教材）

考点17　实验：验证机械能守恒定律 [题组一　基础与经典题] 1. (2017·天津高考)如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。 (1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是________。 A．重物选用质量和密度较大的金属锤 B．两限位孔在同一竖直面内上下对正 C．精确测量出重物的质量 D．用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物 (2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有________。 A．OA、AD和EG的长度 B．OC、BC和CD的长度 C．BD、CF和EG的长度 D．AC、BD和EG的长度 答案　(1)AB　(2)BC 解析　(1)验证机械能守恒定律时，为降低空气阻力的影响，重物的质量和密度要大，A正确。为减小纸带与打点计时器间的摩擦，两限位孔要在同一竖直平面内上下对正，B正确。验证机械能守恒定律的表达式为mgh＝mv2，重物的质量没必要测量，C错误。D中做法对减小实验误差无影响，D错误。 (2)利用纸带数据，根据mgh＝mv2即可验证机械能守恒定律。要从纸带上测出重物下落的高度并计算出对应的速度，选项A、D的条件中，下落高度与所能计算的速度不对应；选项B的条件符合要求，可以取重物下落OC时处理；选项C中，可以求出C、F点的瞬时速度，又知CF间的距离，可以利用mv－mv＝mg·验证机械能守恒定律。 2．某实验小组用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。 (1)某同学按照正确操作得到纸带如图2所示，其中O是起始点，M、N、P为从合适位置开始选取的连续点中的三个点，打点频率为50 Hz，该同学用毫米刻度尺测量O到M、N、P各点的距离，并记录在图中，重物的质量为m＝0.1 kg，重力加速度g＝9.8 m/s2。根据图上所得的数据，从O点到N点，重物重力势能的减少量为ΔEp＝________ J，其动能的增加量为ΔEk＝________ J。(结果保留三位有效数字) (2)若测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及重物下落的高度x，则以v2为纵轴、x为横轴画出的图像是下图中的________。 答案　(1)0.185　0.184　(2)C 解析　(1)从O点到N点，重物重力势能的减少量为ΔEp＝mgxON＝0.1×9.8×18.90×10－2 J≈0.185 J 其动能的增加量为ΔEk＝mv ＝×0.1×2 J≈0.184 J。 (2)由mgx＝mv2，得v2＝2gx，可知v2­x图像为一过原点的倾斜直线，则C正确。 3．某同学利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图所示。气垫导轨倾斜固定在水平桌面上，导轨A点处有一带挡光片的滑块，滑块与挡光片的总质量为M，挡光片的宽度为d，滑块通过细线跨过光滑的定滑轮与两个相同的钩码相连，连接滑块的一段细线与导轨平行，每个钩码的质量为m。开启气泵，滑块恰好能静止于A点。导轨上B点处固定一个光电门，挡光片到光电门的距离为L(L小于钩码到定滑轮的距离)。已知当地重力加速度为g。 (1)该同学用游标卡尺测出挡光片的宽度d＝0.952 cm，则该同学用的游标卡尺是________(填“10”“20”或“50”)分度。 (2)某时刻只撤去钩码2，让滑块从A点由静止开始运动，已知光电门记录挡光片挡光时间为Δt，则滑块通过B点的瞬时速度为________(用题目中所给的物理量符号表示)。 (3)在滑块从A点运动到B点的过程中，为了验证滑块与钩码1组成的系统机械能守恒，需要验证的关系式为____________________(用题目中所给的物理符号表示)。 答案　(1)50　(2) (3)mgL＝(m＋M)2 解析　(1)游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标尺读数，不需估读，该同学用游标卡尺测出挡光片的宽度d＝0.952 cm＝9.52 mm，10分度游标卡尺的分度值为0.1 mm，测出挡光片的宽度以毫米为单位，应为一位小数；20分度游标卡尺的分度值为0.05 mm，测出的挡光片以厘米为单位，应为三位小数，测出挡光片的宽度的数值最后一位为数字0或5；50分度游标卡尺的分度值为0.02 mm，测出挡光片的宽度的数值以毫米为单位，应为两位小数，最后一位数字为偶数，故该同学用的是50分度的游标卡尺。 (2)物体在极短时间内的平均速度近似等于物体在该时间中某时刻的瞬时速度，则滑块通过B点的瞬时速度v＝。 (3)由题意可知，滑块恰好能静止于A点时，有：Mg