专题16 验证机械能守恒定律-2023年新高二物理暑假夯实基础专题训练（全国通用）

专题16验证机械能守恒定律 1．如图甲所示，在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量m=1kg的重物自由下落，在纸带上打出了一系列的点，如图乙所示。相邻记数点时间间隔为0.02s，长度单位是cm，g取9.8。      （1）下列做法正确的有___________。 A．图甲中两限位孔必须在同一竖直线上 B．实验前，手应提住纸带上端，并使纸带竖直 C．实验时，先放手松开纸带再接通打点计时器电源 D．数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置 （2）某同学在计算与B点对应的重物的瞬时速度时，他采用了公式（h表示OB距离），这种做法___________（选填“对”或“不对”）。 （3）即使在操作规范，数据测量及数据处理很准确的前提下，该实验测得的也一定略大于，这是实验存在系统误差的必然结果，试分析该系统误差产生的主要原因：___________。 1【答案】 AB/BA 不对 纸带与打点计时器间有摩擦阻力，或存在空气阻力，机械能损失 【详解】（1）[1]A．为了减小纸带与限位孔之间的摩擦，图甲中两限位孔必须在同一竖直线，故A正确； B．为了保证纸带在竖直方向做自由落体，实验前，手应提住纸带上端，并使纸带竖直，故B正确； C．实验时，应先接通电源后释放纸带，故C错误； D．为了减小测量数据的偶然误差，数据处理时，应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置，故D错误。 故选AB。 （2）[2]在验证机械能守恒实验中，由于存在阻力，物理实际下落的加速度小于重力加速度，所以不应当用重力加速度g来表示某位置的速度，所以这种做法不对； （3）[3]即使在操作规范，数据测量及数据处理很准确的前提下，该实验测得的也一定略大于，这是实验存在系统误差的必然结果，试分析该系统误差产生的主要原因是纸带与打点计时器间有摩擦阻力，或存在空气阻力，机械能损失。 2．用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。气垫导轨上A处安装了一个光电门，滑块上固定一遮光条，滑块用绕过气垫导轨左端定滑轮的细线与钩码相连，每次滑块都从同一位置由静止释放，释放时遮光条位于气垫导轨上B位置的上方。 （1）实验中，取下连接在滑块上的细线，接通气源，若___________，可视为气垫导轨水平； （2）将滑块从B位由置静止释放后，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间为t，测得滑块质量为M，钩码质量为m，遮光条的宽度为d，A、B间的距离为L。在实验误差允许范围内，钩码减小的重力势能mgL与___________（用直接测量的物理量符号表示）相等，则机械能守恒； （3）下列不必要的一项实验要求是___________（请填写选项前对应的字母）； A．滑块必须由静止释放 B．应使滑块的质量远大于钩码的质量 C．已知当地重力加速度 D．应使细线与气垫导轨平行 （4）改变A、B间的距离L，测出相应遮光条通过光电门的时间t，作出的___________（选填“”、“”或“t—L”）图线是一条倾斜直线； （5）分析实验数据后发现，系统增加的动能明显大于钩码减小的重力势能，原因是___________。 2【答案】 滑块能保持静止 B 气垫导轨右端偏高 【详解】（1）[1]实验中，取下连接在滑块上的细线，接通气源，若滑块能保持静止，可视为气垫导轨水平。 （2）[2]滑块经过遮光条的速度为 则滑块和钩码经过遮光条的总动能为 则在实验误差允许范围内，钩码减小的重力势能mgL与相等，机械能守恒。 （3）[3]本实验中通过实验数据来判定钩码重力势能的减少量与系统动能的增加量的关系，不需要保证所挂钩码的质量m远小于滑块质量M。 故选B。 （4）[4]根据以上分析可知当有 则系统机械能守恒，对上式整理有 则改变A、B间的距离L，测出相应遮光条通过光电门的时间t，作出的图线是一条倾斜直线。 （5）[5]分析实验数据后发现，系统增加的动能明显大于钩码减小的重力势能，可能是气垫导轨右端偏高。 3．某学习小组测量了当地的重力加速度g后，又利用气垫导轨做“验证机械能守恒定律”的实验，装置如图甲所示。主要实验步骤如下： A．将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平； B．测出挡光条的宽度d，用天平测出托盘和砝码的总质量m； C．将滑块（带有凹槽）移至图示位置，测出滑块至光电门间的距离l； D．释放滑块，读出挡光条通过光电门的挡光时间t； E．改变滑块的释放位置，测量多组数据。 …… 回答下列问题： （1）用刻度尺测量滑块至光电门间的距离l，示数如图乙，则___________mm。 （2）滑块从静止运动至光电门的过程中，系统重力势能的减少量___________（用题中所给字母表示）。 （3）实验中___________（选填“需要”或“不需要”）