微练95 实验：验证机械能守恒定律-【高考领航】2025年高考物理一轮复习微专题速练

微练95　实验：验证机械能守恒定律 1．利用如图装置做“验证机械能守恒定律”实验。 (1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的________。 A．动能变化量与势能变化量 B．速度变化量与势能变化量 C．速度变化量与高度变化量 (2)实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T、设重物的质量为m，从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量ΔEp＝________，动能变化量ΔEk＝________。 (3)请提出一条减小实验误差的方法：_________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________。 2．利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图1所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直，导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度，实验时滑块在A处由静止开始运动。 图1　　　　　　　　　图2 (1)某次实验测得倾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为ΔEk＝________，系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝________，在误差允许的范围内，若ΔEk＝ΔEp，则可认为系统的机械能守恒。 (2)某同学改变A、B间的距离，作出的v2-d图像如图2所示，并测得M＝m，则重力加速度g＝________m/s2。(结果保留两位有效数字) 3．用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带通过打点计时器，打出一系列的点，对纸带上点迹间的距离进行测量，可验证机械能守恒定律。已知当地重力加速度为g。 甲　　　　　　　　　　　乙　　　　 (1)为了减小实验误差，对体积和形状相同的重锤，实验时应选择的材质是________； A．木质　　 B．钢质　 C．泡沫　　 D．塑料 (2)如图乙所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，通过测量并计算出点B距起始点O的距离为x0，B、C两点间的距离为x1，C、D两点间的距离为x2，若相邻两点的打点时间间隔为T，重锤质量为m，根据这些条件计算重锤从释放到打下C点时的重力势能减少量ΔEp＝________，动能增加量ΔEk＝________； (3)在一次测量中，某同学发现ΔEk略大于ΔEp，出现这一结果的原因可能是________。 A．存在空气阻力和摩擦力 B．接通电源前释放了纸带 4．如图(a)，轻质动滑轮下方悬挂物块A，轻质定滑轮下方悬挂物块B，悬挂动滑轮的线竖直且不计重力。某同学利用手机和此装置验证机械能守恒定律，实验步骤如下： 图(a)　　　　　　图(b) (1)用天平分别测出物块A、B质量m、M。 (2)用毫米刻度尺测出释放前物块B距离地面的高度h。 (3)打开手机录像功能，然后释放物块B，录下物块B下落过程，通过录像测得物块B的下落时间t；计算得到物块B落地时速度v＝________。若物块A、B组成的系统机械能守恒，则应满足的表达式为________________________。(用m、M、h、t、g表示) (4)改变释放高度h重复上述实验过程。根据实验数据作出h-t2图像如图(b)所示，计算得图线斜率为k。若系统机械能守恒，应满足k＝______；请指出可能造成本实验误差的原因(至少两条)__________________________、____________ ______________。 5．某实验小组用如图1所示装置验证机械能守恒定律，已知当地重力加速度为g。操作步骤如下： 图1　　　　　　　图2 (1)调整光电门位置使直径为d的小钢珠竖直下落过程中球心通过光电门B、C； (2)用游标卡尺测量小钢珠的直径d如图2所示，读数为________mm； (3)通过带有刻度尺的竖直杆测出光电门B、C间的距离h； (4)小钢珠从A点由静止开始下落，经过光电门B、C，用数字计时器(末画出)记录挡光时间分别为t1、t2； (5)多次改变光电门B、C的位置，重复步骤(3)(4)，获得多组数据，根据测量数据可以通过描绘以h为纵轴，以________(填选项前的字母)为横轴的图像来验证机械能是否守恒。 A．－　　 B．－ C．t2－t1　　 D．t－t 若图像是过原点的直线，且图像斜率k＝________(用已知量和测量的字母表示)即可验证机械能守恒定律。 6.小明同学用如图所示的装置验证系统机械能守恒定律。大小和质量均相同的两小球P、Q分别固定在轻杆两端，轻杆可绕固定于三分之一位置O处的光滑水平轴在竖直面内转动，O点正下方有一光电计时器，调节实验装置，使小球P通过计时器时其球心恰好与光电门等高。测得小球的直径为d，两球球心间的距离为L，重力加速度为g。现将轻杆拉至水平位置并由静止释放，当P球第一次通过光电门时，计时器显示的遮光时间为Δt。回答下列问题： (1)小球P经过光电门时系统重力势能的减小量ΔEp＝________，系统动能的增加量为ΔEk＝________； (2)该同学在实验过程中发现系统动能的增加量略大于重力势能的减小量，请你帮他分析一下原因(写出一条即可)______________________________________ __________________________________。 7.某实验小组设计了如图所示的实验装置来测量物体的质量，质量m＝1 kg的物体Q通过一根跨过定滑轮的轻质细线连接质量未知的物体P，在外力作用下P、Q处于静止状态，左边竖直放置两个光电门，两个光电门间距为h＝80 cm，Q上固定的挡光片宽度为d＝3 mm，且Q在运动过程中，挡光片可以从两个光电门中间穿过。某次实验中，将Q从光电门1下方某一位置由静止释放，挡光片通过光电门1的时间为t1＝3 ms，通过光电门2的时间为t2＝1 ms，不计绳与滑轮间摩擦和定滑轮的质量，g＝10 m/s2(结果均保留两位有效数字)。 (1)Q物体的加速度大小a＝________m/s2； (2)P物体的质量M＝________kg； (3)通过该装置还可以验证系统机械能守恒定律，根据该实验装置，验证系统机械能是否守恒的关系式为______________________________(用题中所给物理量或者测量量的符号表示)。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 微练95　实验：验证机械能守恒定律 1．解析：(1)验证机械能守恒定律原理是看减少的重力势能和增加的动能是否相等，所以需要比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量。故选A。 (2)从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量ΔEp＝mghB。B点的速度vB＝，则动能变化量为ΔEk＝mv＝。 (3)造成误差的原因是重物下落受到的空气阻力、纸带受到的摩擦力等，所以为了减小误差重物用质量大体积小的物体、纸带不能打结。 答案：(1)A　(2)mghB　　(3)选用质量大体积小的重物 2．解析：(1)滑块通过光电门B速度为vB＝，滑块从A处到B处时，m和M组成的系统动能增加量为ΔEk＝(m＋M)＝，系统重力势能的减少量为ΔEp＝mgd－Mgd sin 30°＝gd。 (2)根据系统机械能守恒有(M＋m)v2＝gd，整理则有v2＝gd，则v2-d图像的斜率k＝g，由图像可知k＝，代入数据可得g＝9.6m/s2。 答案：(1)　gd　(2)9.6 3．解析：(1)验证机械能守恒定律，重锤下落过程受空气阻力应远小于重力，所以选择体积小密度大的重锤。故选B。 (2)由纸带可以看出从释放到打下C点的距离为x0＋x1，则ΔEp＝mgΔh＝mg(x0＋x1)，重锤动能增量ΔEk＝mv－mv，重锤静止释放，O为纸带上第一个计时点，所以v1＝0，C点的速度等于B到D的平均速度，有v2＝＝，代入得ΔEk＝m2。 (3)出现ΔEk略大于ΔEp的原因，可能是打第一个计时点时纸带已经有了速度，操作上是接通电源前先释放了纸带；正常情况是先接通电源后释放纸带，由于空气阻力以及打点计时器对纸带的阻力，导致ΔEp略大ΔEk，故A错误，B正确。 答案：(1)B　(2) mg(x0＋x1)　m2　(3)B 4．解析：(3)物块B从静止开始做匀变速直线运动，有h＝vt，计算得到物块B落地时速度v＝。则物块A此时的速度为，若系统机械能守恒，有Mgh－mg·＝Mv2＋m2，将v＝代入并整理得物块A、B组成系统机械能守恒应满足的表达式为(2M－m)g＝(4M＋m)。 (4)由表达式(2M－m)g＝(4M＋m)，整理可得h＝t2，则有k＝。可能造成本实验误差的原因是空气阻力，手机测量时间有误差，高度测量有误差等。 答案：(3)　(2M－m)g＝(4M＋m)　(4)　空气阻力，手机测量时间有误差，高度测量有误差等 5．解析：(2)游标卡尺的最小分度值为0.1 mm，主尺读数为12 mm，游标尺的读数为1×0.1 mm，则小钢珠的直径为d＝12 mm＋1×0.1 mm＝12.1 mm。 (5)小球通过光电门的时间极短，可用平均速度替代瞬时速度，则小球通过B、C位置的光电门的速度分别为vB＝，vC＝，则小球通过B、C位置动能的增加量为ΔEk＝mv－mv＝m(－)，小球通过B、C位置重力势能的减少量为ΔEp＝mgh，若机械能守恒，则有mgh＝m(－)。即h＝(－)。则根据测量数据可以通过描绘以h为纵轴，以－为横轴的图像来验证机械能是否守恒。故选B。由h＝(－)。可知若图像是过原点的直线，且图像斜率k＝即可验证机械能守恒定律。 答案：(2)12.1　(5)B　 6．解析：(1)小球P通过最低点时，PQ系统重力势能的减小量ΔEp＝mg×－mg×＝。小球P通过最低点时，PQ系统动能的增加量ΔEk＝×m2＋×m2＝m2。 (2)在实际调节过程中，小球球心没有通过光电门，测量的遮光时间会变短，造成测量速度会偏大，动能偏大(或者释放时小球P的位置略高于O点等合理的解释皆可)。 答案：(1)　　(2)球心没有通过光电门，测量的遮光时间会变短，造成测量的速度偏大，动能偏大 7．解析：(1)挡光片通过光电门1、2的速度分别为v1＝，v2＝。根据速度位移关系有v－v＝2ah，由题给数据解得a＝5.0 m/s2。 (2)设运动过程中绳的拉力为FT，则对P分析有Mg－FT＝Ma，对Q分析有FT－mg＝ma，解得M＝3.0 kg。 (3)若系统满足机械能守恒，则有(M－m)gh＝(M＋m)(v－v)，结合上述解得(M－m)gh＝(M＋m)。 答案：(1)5.0　(2)3.0　(3) (M－m)gh＝(M＋m) 学科网（北京）股份有限公司 $$