六、验证机械能守恒定律 训练-2024届高考物理一轮复习力学实验

六、验证机械能守恒定律——2024届一轮复习高考物理力学实验训练 1.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用刻度尺分别测量点到水平桌面的高度； 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_______mm；某次实验中，测得，则滑块通过光电门Ⅰ的瞬时速度）_______m/s（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：______________。 2.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 3.某实验活动小组通过如图甲所示的简单装置来研究机械能守恒定律。该装置主要由带T形支架的铁架台、两个相同的滑轮、光电门、数字计时器、米尺等器材组成，重力加速度为g，实验的主要操作步骤如下： （1）将滑轮对称地固定在T形杆的两端，测量出滑轮轴心间的距离。 （2）将T形支架固定在铁架台上，调节铁架台底座水平。 （3）将米尺、光电门固定在铁架台上。调节光电门的发射端与接收端的连线与铁架台竖直杆垂直并与水平面平行。 （4）取一个方形滑块，在其顶端固定一个挂钩，侧面固定一个遮光片，截面如图乙所示。用天平测量出其总质量M为80.0 g；用游标卡尺测量出遮光片的宽度x，如图丙所示，其示数为______cm。 （5）取两个钩码，测量出其质量m均为50.0 g，并将钩码和滑块用细线连接好。 （6）将连接钩码和滑块的细线跨过定滑轮，用手托住滑块，使两滑轮之间的细线保持水平，调节米尺的零刻度线与细线平齐，连接滑块的细线刚好绷直，记录下遮光片的初始位置；松手，记录光电门到遮光片的初始位置之间的距离d和滑块通过光电门的时间t，并由此计算出滑块的速度。 （7）改变光电门的位置，重复步骤（6）的操作，数据记录如下表，其中空缺位置的速度大小为______m/s。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000 0.5000 0.6000 0.7000 0.8000 0.9000 1.0000 10.56 9.38 9.42 9.74 10.19 10.76 11.49 12.44 13.73 15.57 1.16 1.31 1.31 1.21 1.14 1.07 0.99 0.90 0.79 （8）利用上述数据，该实验小组进行了如下计算：滑块由静止下落d的过程时钩码的速度的大小为______（用来表示）。 （9）若该小组验证了______成立（用来表示），则验证了机械能守恒定律。 （10）若要减小该小组的实验误差，请你提出一条合理化建议：____________。 4.某物理实验小组用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，所用的气垫导轨与滑块之间的摩擦阻力很小，可以忽略不计，气垫导轨上安装了1、2两个光电门，滑块上固定一竖直遮光条，滑块用绕过定滑轮的细线与钩码相连。通过调节旋钮使气垫导轨友水平面间的夹角为30°，使细线与导轨平行。测出滑块和遮光条的总质量为M，钩码质量为m，遮光条的宽度为d，两光电中心间距为L。现将滑块从图示位置由静止释放，滑块经过光电门