第6章 实验6 验证机械能守恒定律-【直击双1流】2023版高考物理真题分类全刷

实验 6　 验证机械能守恒定律 1. (2022 广东卷,11,7 分,★★★) 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 图甲所示的装置,实验过程如下: 甲 乙 (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 图乙所示,小球直径 d = mm。 (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 t1 和 t2。 (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 ΔE = (用字母 m、d、t1 和 t2 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。 2. (2021 山东卷,13,6 分,★★★) 某乒乓球 爱好者,利用手机研究乒乓球与球台碰撞 过程中能量损失的情况。 实验步骤如下: ① 固定好手机,打开录音功能; ② 从一定高度由静止释放乒乓球; ③ 手机记录下乒乓球与台面碰撞的声音, 其随时间 ( 单位: s) 的变化 图 像 如 图 所示。 根据声音图像记录的碰撞次序及相应碰撞 时刻,如下表所示。 碰撞次序 1 2 3 4 5 6 7 碰撞时刻(s) 1. 12 1. 58 2. 00 2. 40 2. 78 3. 14 3. 47 根据实验数据,回答下列问题: (1) 利用碰撞时间间隔,计算出第 3 次碰撞 后乒乓球的弹起高度为 m(结 果保留 2 位有效数字,当地重力加速度 g = 9. 80 m / s2)。 (2) 设碰撞后弹起瞬间与该次碰撞前瞬间 速度大小的比值为 k,则每次碰撞损失 的动能为碰撞前动能的 倍 (用 k 表示), 第 3 次碰撞过程中 k = (结果保留 2 位有效数字)。 (3) 由于存在空气阻力,第(1) 问中计算的 弹起高度 ( 填 “ 高于” 或 “低于”) 实际弹起高度。 3. (2021 河北卷,12,9 分,★★★) 某同学利 用图甲中的实验装置探究机械能变化量与 力做功的关系。 所用器材有一端带滑轮的 长木板、轻细绳、50 g 的钩码若干、光电门 2 个、数字计时器、带遮光条的滑块(质量为 200 g,其上可放钩码)、刻度尺。 当地重力 加速度为 9. 80 m / s2 . 实验操作步骤如下: 甲 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 401 ① 安装器材, 调整两个光电门距离为 50. 00 cm,轻细绳下端悬挂 4 个钩码,如图 甲所示; ② 接通电源,释放滑块,分别记录遮光条通 过两个光电门的时间,并计算出滑块通过 两个光电门的速度; ③保持绳下端悬挂4个钩码不变,在滑块上 依次增加一个钩码,记录滑块上所载钩码 的质量,重复上述步骤; ④完成5次测量后,计算出每次实验中滑块 及所载钩码的总质量 M、系统(包含滑块、 滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码) 总动能 的增加量 ΔEk 及系统总机械能的减少量 ΔE,结果如下表所示。 M / kg 0. 200 0. 250 0. 300 0. 350 0. 400 ΔEk / J 0. 587 0. 490 0. 392 0. 294 0. 195 ΔE / J 0. 393 0. 490 0. 686 0. 785 回答下列问题: (1) 实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的 减少量为 J(结果保留 3 位 有效数字)。 (2) 步骤 ④ 中的表格所缺数据为 　 。 (3) 以M为横轴,ΔE为纵轴,选择合适的标 度,在图乙中绘出 ΔE - M图像;若只考 虑滑块与木板之间的摩擦力做功,则滑 块与木板之间的动摩擦因数为 (结果保留 2 位有效数字)。 乙 4. [2021 浙江卷,17(1),5 分,★★★] 在“验 证机械能守恒定律” 实验中,小王用如图甲 所示的装置,让重物从静