专题08 验证机械能守恒定律-2023年高考物理实验题专项突破

专题08 验证机械能守恒定律 1.自由落体法验证机械能守恒的实验原理 通过实验，求出做自由落体运动物体重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律。 2.实验步骤 （1）将实验装置按要求组装好，将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器。 （2）先用手提起纸带，使重物静止在靠近打点计时器的地方。 （3）接通电源后，松开纸带，让重物自由下落，这样打点计时器就在纸带上打下一系列点。 （4）重复以上步骤，多做几次。 （5）从已打出的纸带中，选出第一、二点间的距离接近2mm并且点迹清晰的纸带进行测量。 （6）在挑选的纸带上，记下第一点的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个点1、2、3、4、……并量出各点到位置O的距离，这些距离就是重物运动到点1、2、3、4、…时下落的高度、、、、……。 （7）利用公式分别求出重物在打下点2、3、4、……时的瞬时速度、、、……。 （8）把得到的数据填入表格，算出重物运动到点2、3、4、……时减小的重力势能mgh2、mgh3、mgh4、……再算出重物运动到点2、3、4、……时增加的动能、、、……，根据机械能守恒定律比较与mgh2、与mgh3、与mgh4、……结果是否一致。 典例1：（2022·湖北·高考真题）某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验。一根轻绳一端连接固定的拉力传感器，另一端连接小钢球，如图甲所示。拉起小钢球至某一位置由静止释放，使小钢球在竖直平面内摆动，记录钢球摆动过程中拉力传感器示数的最大值和最小值。改变小钢球的初始释放位置，重复上述过程。根据测量数据在直角坐标系中绘制的图像是一条直线，如图乙所示。 （1）若小钢球摆动过程中机械能守恒。则图乙中直线斜率的理论值为_______。 （2）由图乙得:直线的斜率为______，小钢球的重力为_______N。（结果均保留2位有效数字） （3）该实验系统误差的主要来源是______（单选，填正确答案标号）。 A．小钢球摆动角度偏大 B．小钢球初始释放位置不同 C．小钢球摆动过程中有空气阻力 典例2：（2022·广东·高考真题）某实验小组为测量小球从某一高度释放，与某种橡胶材料碰撞导致的机械能损失，设计了如图（a）所示的装置，实验过程如下： （1）让小球从某一高度由静止释放，与水平放置的橡胶材料碰撞后竖直反弹。调节光电门位置，使小球从光电门正上方释放后，在下落和反弹过程中均可通过光电门。 （2）用螺旋测微器测量小球的直径，示数如图（b）所示，小球直径__________。 （3）测量时，应__________（选填“A”或“B”，其中A为“先释放小球，后接通数字计时器”，B为“先接通数字计时器，后释放小球”）。记录小球第一次和第二次通过光电门的遮光时间和。 （4）计算小球通过光电门的速度，已知小球的质量为m，可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失__________（用字母m、d、和表示）。 （5）若适当调高光电门的高度，将会__________（选填“增大”或“减小”）因空气阻力引起的测量误差。 1．（2022·四川绵阳·一模）用气垫导轨结合光电门验证机械能守恒，装置如图所示。光电门G1和G2固定在导轨上，相距x；先将气垫导轨调成水平，再用垫块把导轨的一端垫高H，两个支撑点间距离L；质量为m的滑块装有宽d的挡光条，让它由光电门G1上方任意位置滑下，测出挡光条通过G1和G2的时间t1和t2。一组实验数据如下：，，，，，，，。回答下列问题： （1）滑块动能增加量的计算式_________J（用已知物理量符号表示）； （2）滑块重力势能减少量_________J； （3）实验时，x值取_________（选填“大”或“小”）些，与两个值更接近。 2．（2022·海南·模拟）某物理实验小组的同学川不同的实验方法验证“机械能守恒定律”。 （1）同学甲用如图1所示的实验装置让重物做自由落体运动来验证“机械能守恒定律”。 ①下列说法正确的是___________。 A．重物的质量和体积应大一些                B．重物释放时应尽量靠近打点计时器 C．实验时，应先接通电源，后松开纸带        D．可以用公式计算某点的速度 ②该同学规范操作后，打出一条纸带，如图2所示。点为速度为零的起始点，A，B、C、D、E、F、G为选取的计数点。已知OE之间的离为h，E点的瞬时速度大小为，重力加速度为g，将与__________进行比较，即可判斯在误差允许范围内，从点到E点的过程中，重物的机械能是否守恒。（填题中物理量的字母） （2）同学乙用如图3所示的实验装置验证机械能守恒定律。在水平桌面上水平安装了一个气林导轨，气垫导轨上安装了两个光电门1、2，然后将安装有遮光条的滑块用细线绕过气热导轨右