2024届高考物理一轮复习专项练：实验 验证机械能守恒定律

专题 验证机械能守恒定律 【实验原理】 1. ；2. 【高考真题】 1.(2022广东卷)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△E=__________（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。 【巩固提升】 1.某同学用如图甲所示的实验装置来验证机械能守恒定律，让重物从高处由静止开始下落，打点计时器在重物拖着的纸带上打出一系列的点；实验结束后，选择一条点迹清晰的纸带进行数据测量，用刻度尺只测出如图乙所示的几段距离就可以达到实验目的，打点计时器的频率为f，O点是落体运动的起点，当地的重力加速度为g，回答下列问题： (1)下列做法正确的有__________（填标号）； A．必须要称出重物和夹子的质量 B．图中两限位孔必须在同一竖直线上 C．将连着重物的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计时器 D．实验时，先接通电源，再释放纸带 E．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)打点计时器打下B点时，纸带的速度为vB=_________（用题中和图中所给的已知物理量符号来表示）； (3)若测出O、B两点之间距离为h，则可写出验证O到B的机械能守恒的表达式为_________（用题中和图中所给的已知物理量符号来表示）； (4)上述验证机械能守恒的表达式两侧可能不完全相等，原因可能是_________（写出一条）。 2.某同学为了验证荡秋千过程中机械能是否守恒，设计了如图所示实验。长为L的轻质细绳一端固定在O点，另一端拴一质量为m的小球（尺寸相对L足够小），在O点正下方L处的N点放有一光电门。重力加速度为g，实验步骤如下： (1)用螺旋测微器测出小球的直径D，小球直径D=___________mm； (2)将小球拉到偏离竖直方向上的某位置M，用工具测出M处的细绳与竖直方向的夹角θ； (3)静止释放小球，测出小球经过光电门的时间为△t，计算小球经过光电门的速度； (4)从M到N的过程中，小球减少的重力势能△EP=_________，增加的动能△Ek=_______（用题目中已知的物理量符号表示） (5)验证△Ek=△EP，即可验证小球运动过程中机械能守恒。 3.某同学发现用传统的仪器验证机械能守恒定律存在较大误差，他设计了一个实验装置验证机械能守恒定律，如图a所示，用一个电磁铁吸住重物，在重物上固定一挡光片，挡光片正下方有一光电门，可以测出挡光片经过光电门的时间，重物下落过程中挡光片始终保持水平，该同学按照以下步骤进行实验： (1)给电磁铁通电，将质量为m（含挡光片）的重物放在电磁铁下端，并保持静止： (2)测出挡光片中心到光电门中心（光源处）的竖直距离h； (3)测量时，应___________（选填“A”或“B”，其中A为“先电磁铁断电，让重物由静止开始下落，后接通数字计时器”；B为“先接通数字计时器，后电磁铁断电，让重物由静止开始下落”）。光电门记录挡光片挡光的时间△t； (4)测出挡光片的尺寸如图b所示，则挡光片经过光电门时的速度大小可表示为___________（用上述测量的物理量符号表示），根据这个表达式算出的挡光片经过光电门时的速度比挡光片中心通过光电门中心的实际速度偏___________（选填“大”或““小”） (5)利用实验数据验证机械能守恒定律，已测得当地重力加速度大小为g，如果重物的机械能守恒，应满足的关系式为___________（用实验中测得的物理量符号表示）。 4.某同学用如图所示装置验证机械能守恒定律，他将质量分别为M、m的A、B两小球用轻质无弹性细绳连接并跨过轻质定滑轮，M>m，在B上端分布有两个光电门，光电门中心间距是h，重力加速度g，实验步骤如下： (1)用游标卡尺测出小球直径d，如图所示，则d=________mm。 (2)将A球由静止释放，记录B小球依次通过光电门1和光电门2的遮光时间t1和t2。 (3)计算从光电门1到光电门2过程中系统动能的增量△Ek=