综合训练07 验证机械能守恒定律-【抢先一步】2023-2024学年新高考物理一轮新题型综合特训（上海专用）

综合训练07 验证机械能守恒定律（原卷版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、实验题 1．（2023·上海·高三专题练习）某同学利用DIS验证机械能守恒定律，实验装置如图所示。保持摆锤释放器在P点位置不变，由静止释放摆锤，分别利用传感器（图中未画出）测出摆锤经过A、B、C、D四个位置的挡光时间t。已知摆锤的直径，质量。取D所在水平面为零势能面，A、B、C三点相对于零势能面的高度如图所示，实验获取的数据如下表： 位置 A 15 0.007826 1.022 B 10 0.005598 1.429 C 5 0.004607 ▲ D 0 0.003998 2.001 （1）本实验使用的是 传感器。 （2）表格中“▲”所代表的物理量的值为 。 （3）实验中该同学发现传感器所测的位置略低于A点，则他经过计算机获得的速度数据与真实值比， 。（选填“偏大”、“偏小”或“不变”） （4）该同学认为，如果分析t与h的关系，也能验证机械能守恒定律。所以该同学将数据进一步处理，作出“”图，图线如图所示。根据图线和相关数据，可以推算出小摆锤的机械能 J（保留到小数点后第3位）。若该图线的斜率绝对值为k，事后另一个同学再次重复进行实验，并将释放点抬高，并保持不变，测出了新的四组数据重新作图，图线的斜率绝对值为。则k （选填“>”、“=”或“<”）。 2．（2022春·上海长宁·高三上海市延安中学校考阶段练习）某兴趣小组的同学们用传感器、细线、小球、刻度尺等设计了一个用摆动验证机械能守恒定律的实验，如图甲所示。在横梁上固定一个拉力传感器，传感器正下方用细线连接一个小球，将小球拉到某处P，由静止释放小球。 ①用刻度尺量出细线长度L以及拉到P处时小球到传感器下端的竖直高度； ②释放后小球在竖直平面内来回摆动，记录拉力传感器的最大示数； ③改变释放点的位置，再次用刻度尺量出此时小球到传感器下端的竖直距离； ④记录改变位置后每次下摆过程中拉力传感器的最大值； ⑤整理器材； ⑥处理数据，以每次最大示数为纵坐标（F）、对应的竖直高度为横坐标建立坐标系，根据描出的点，连线后作出图像，如图乙所示，已知M点的坐标为。 请回答下列问题： （1）该实验中是否需要测出小球的质量 ；（填“需要”或“不需要”） （2）理论上该图线的纵轴截距 ；（用题中所给物理量符号表示） （3）为验证机械能守恒，写出每次传感器的最大示数F与对应竖直高度h的表达式 。（用题中所给物理量符号表示） 3．在“用DIS研究机械能守恒定律"的实验中，某同学将传感器固定在最低点，如图（a）所示．该同学将摆锤从不同位置由静止释放，记录摆锤每次下落的高度h和最低点的速度v，作出了如图（b）所示的v2-h图线，则该直线的斜率应为 ，计算摆锤在释放点和最低点之间的势能变化大小△Ep与动能变化大小△Ek，结果如下列表格所示（重力加速度为g）． △Ep（×10-2J） 4.89 9.79 14.69 19.59 29.38 △Ek（×10-2J） 5.04 10.10 15.11 20.02 29.85 结果显示△Ep与△Ek之间存在差异，他认为这并不是由于空气阻力造成的，理由是 ． 4．图（a）是“用DIS研究机械能守恒定律”的实验装置。 （1）本实验可先进行定性探究，通过改变 的位置来观察摆锤释放后摆起的最大高度与释放时的高度是否相同； （2）由于本实验需要测出摆锤经过不同位置的动能，每次实验时需要将摆锤从装置图中的位置由静止释放，并利用光电门传感器测出摆锤经过不同位置时的速度； （3）某实验小组得到下表所示的A、B、C、D四组数据，请判断哪组数据不合理，并说明造成数据不合理的可能原因： ； 次数 D C B A 高度h/m 0 0.050 0.100 0.150 速度v/m/s 1.650 1.415 0.988 0 势能EP/J 0 0.0039 0.0078 0.0118 动能Ek/J 0.0091 0.0084 0.0039 0 机械能E/J 0.0091 0.0123 0.0117 0.0118 （4）某实验中心将上述实验进行了改进，装置如图（b）所示，根据装置图说明可判断光电门传感器应该安装在图中的 上，这样设计的好处是