2024年高考物理实验探究题专项训练：机械能守恒定律

2024年高考物理实验探究题专项训练：机械能守恒定律 1．某同学用图甲所示的实验装置探究恒力做功与小车动能变化的关系。 (1)完成本实验还需要下列那些实验器材_____ A．天平 B．秒表 C．刻度尺 D．交流电源 (2)图乙为实验得到的一条清晰的纸带， A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点，= cm。已知电源频率为50Hz，则打点计时器在打D点时纸带的速度 v = m/s（保留两位有效数字）。 (3)某同学画出了小车动能变化与拉力对小车所做的功的关系图像（理论线），由于实验前遗漏了平衡摩擦力这一关键步骤，他得到的实验图线为图中实验线，若已知小车与水平木板间的动摩擦因数为μ，小车与砂桶和砂的质量关系满足，则实验线的斜率为 （用μ、k表示）。 2．某实验小组设计了如图甲所示的实验装置来验证机械能守恒定律。 (1)实验时，该同学进行了如下操作： ①用天平分别测出物块A、B的质量和（B的质量含遮光片）； ②用20分度游标卡尺测量遮光片的宽度d，示数如图乙所示，游标卡尺的示数为 cm； ③将重物A、B用轻绳跨过轻质滑轮按图甲所示连接，一个同学用手托住重物B，另一个同学测量出遮光片中心到光电门中心的竖直距离h，之后释放重物B使其由静止开始下落。测得遮光片经过光电门的时间为，则重物B经过光电门的速度大小为 ，此时重物A的速度大小为 。（用题中给定的或测得的物理量符号表示） (2)已知当地重力加速度为g，从释放重物B到其遮光片下落通过光电门这一过程，要验证系统（重物A、B）的机械能守恒，应满足的关系式为 （用题中给定的或测得的物理量符号表示）。 3．乙同学用图的实验装置进行“验证机械能守恒定律”实验。气垫导轨上B处安装了一个光电门，滑块从A处由静止释放，验证从A到B过程中滑块和钩码的机械能守恒。 (1)关于乙同学实验，下列操作中不必要的是_________。 A．将气垫导轨调至水平 B．使细线与气垫导轨平行 C．钩码质量远小于滑块和遮光条的总质量 D．使A位置与B间的距离适当大些 (2)用游标卡尺测挡光条的宽度如图2所示，则 。 (3)乙同学在实验中测量出了滑块和遮光条的质量M、钩码质量m、A与B间的距离L、遮光条的宽度为d（）和遮光条通过光电门的时间为t，已知当地重力加速度为g，为验证机械能守恒需要验证的表达式是 。 (4)甲同学参考乙同学做法，利用图1装置，想通过垫高轨道一端补偿阻力后验证小车和槽码的机械能是否守恒，他的做法 （“可行”或“不可行”）。 4．小明同学利用力传感器设计了一个装置来验证机械能守恒定律，其原理图如图甲所示。实验时将质量为m的小球拉至某一位置由静止释放（释放时绳子绷直），让小球在竖直面内自由摆动，记录下摆过程中力传感器示数的最大值和最小值，多次改变小球释放位置重复实验，当地重力加速度为g。 (1)若小球摆动过程中机械能守恒，则应该满足的关系式为 。 (2)他根据测量数据作出图像如图乙所示，图像是一条直线，由图乙得小球的质量为 kg。（g取计算） 5．研究表明转动物体也具有动能，称为转动动能，转动动能属于机械能。某同学使用如图装置来探究“转动动能与角速度的关系”。质量不可忽略的滑轮可绕固定光滑轴自由转动，轻质细绳绕在滑轮的边缘，另一端连接装有遮光片的小球，光电门位于遮光片正下方。每次实验小球距光电门一定高度由静止释放，轻绳与滑轮之间不打滑。实验中测出了小球（含遮光片）的质量m、滑轮直径D、遮光片宽度d和遮光片通过光电门的时间。重力加速度为g，空气阻力可忽略。 (1)用螺旋测微器测出遮光片宽度如图所示，则遮光片宽度d= mm。 (2)若小球下落过程中，小球和滑轮组成的系统机械能守恒。释放小球时遮光片中心与光电门中心的高度差为h，遮光片通过光电门的时间为，则当遮光片通过光电门时滑轮的转动动能 。（用题中所给物理量的符号表示） (3)改变重物释放高度，多次重复上述实验得到表中所列数据。 次数 1 2 3 4 ω（rad/s） 4.0 8.0 11.9 19.7 E（J） 0.0010 0.0040 0.0089 0.024 由此可判断滑轮转动动能E与角速度ω的关系为___________。 A． B． C． 6．某同学利用如图所示的气垫导轨装置“验证机械能守恒定律”。实验时，将气垫导轨调至水平，在气垫导轨上安装了一光电门，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过轻质定滑轮与托盘相连。测出遮光条初始位置到光电门的距离l，遮光条的宽度d，托盘和砝码的总质量m1，滑块和遮光条的总质量m2，释放滑块，读出遮