课时冲关34 实验七 验证机械能守恒定律-【创新教程】2026年高考物理总复习大一轮课时作业（人教版2019）

课时冲关３４　实验七　验证机械能守恒定律 学生用书　P３９７ １．(２０２４􀅰浙江６月选考T１６(１))在“验证机械能 守恒定律”的实验中 (１)下列操作正确的是　　　　　　　　． 　 　A　　　　B　　　　　C (２)实验获得一条纸带,截取点迹清晰的一段并 测得数据如图所示,已知打点的频率为５０Hz,则 打点“１３”时,重锤下落的速度大小为　　　m/s (保留三位有效数字)． (３)某同学用纸带的数据求出重力加速度g＝ ９􀆰７７m/s２,并用此g 值计算得出打点“１”到 “１３”过程重锤的重力势能减小值为５􀆰０９m,另 计算得动能增加值为５􀆰０８m(m 为重锤质量), 则该结果　　　(选填“能”“不能”)验证机械能 守恒定律,理由是　　　　 ． A．在误差允许范围内 B．没有用当地的重力加速度g 解析:(１)应手提纸带上端使纸带竖直,同时使 重物靠近打点计时器,由静止释放．故选B． (２)根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度 等于该过程平均速度可得打点“１３”时,重锤下 落 的 速 度 大 小 v１３ ＝ ０．６０６９－０．４７３３ ２×０．０２ m /s ＝３．３４m/s． (３)某同学用纸带的数据求出重力加速度g＝ ９􀆰７７m/s２,并 用 此 g 值 计 算 得 出 打 点“１”到 “１３”过程重锤的重力势能减小值为５􀆰０９m,另 计算得动能增加值为５􀆰０８m(m 为重锤质量), 则该结果不能验证机械能守恒定律,理由是:该 同学求出的９􀆰７７m/s２ 是重锤受到空气阻力时 做匀加速运动的加速度a＝９􀆰７７m/s２,不是当 地的重力加速度,５􀆰０９m 也不是重力势能的减 少量．没有当地的重力加速度的数值,无法求出 重力势能的减少量,所以无法验证机械能守恒 定律．故选B． 答案:(１)B　(２)３􀆰３４　(３)不能　B ２．如图所示,打点计时器固定在铁架台上,使重物 带动纸带从静止开始自由下落,利用此装置验 证机械能守恒定律． (１)对于该实验,下列操作中对减小实验误差有 利的是　　　　． A．重物选用质量和密度较大的金属锤 B．两限位孔在同一竖直面内上下对正 C．精确测量出重物的质量 D．用手托稳重物,接通电源后,再释放重物 (２)某实验小组利用上述装置将打点计时器接 到５０Hz的交流电源上,按正确操作得到了一 条完整的纸带,由于纸带较长,图中有部分未画 出,如图所示．纸带上各点是打点计时器打出的 计时点,其中O 点为纸带上打出的第一个点．重 物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测 出,利用下列测量值能完成验证机械能守恒定 律的选项有　　　　　　　　． A．OA、AD 和EG 的长度 B．OC、BC和CD 的长度 C．BD、CF 和EG 的长度 D．AC、BD 和EG 的长度 解析:(１)重物选用质量和密度较大的金属锤, 减小空气阻力,以减小误差,故 A正确;两限位 孔在同一竖直面内上下对正,减小纸带和打点 计时器之间的阻力,以减小误差,故B正确;验证 机械能守恒定律的原理是:mgh＝１２mv ２ ２－ １ ２mv ２ １, 重物质量可以消掉,无需精确测量出重物的质 量,故C错误;用手拉稳纸带,而不是托住重物, 接通电源后,再释放纸带,故D错误． 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀅰７２５􀅰 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　 第六章　机械能守恒定律 (２)由EG 的长度可求出打F 点的速度v２,打O 点的速度v１＝０,但求不出OF 之间的距离h,故 A错误;由BC 和CD 的长度可求出打C 点的速 度v２,打O 点的速度v１＝０,有OC 之间的距离 h,可以来验证机械能守恒定律,故B正确;由 BD 和EG 的长度可分别求出打C 点的速度v１ 和打F 点的速度v２,有CF 之间的距离h,可以 来验证机械能守恒定律,故C正确;AC、BD 和 EG 的长度可分别求出打B、C、F 三点的速度, 但BC、CF、BF 之间的距离都无法求出,无法验 证机械能守恒定律,故D错误． 答案:(１)AB　(２)BC ３．(２０２５􀅰海南海口期末)如图甲所示,某物理实 验小组为了验证机械能守恒定律,将打点计时 器固定在铁架台上,使重物带动纸带从静止开 始下落． (１)实验中,按照正确的操作得到如图乙所示的 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(纸带上第一个点)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,从起始点O 运动到B 点的过程中,重物的 重力势能减少量ΔEp＝　　　　 　,动能增加 量ΔEk＝　　　．(结果用题中所给字母表示) (２)实验结果发现,重力势能减少量ΔEp 大于动 能增加量ΔEk,可能的原因是　　　　． A．先释放纸带后接通电源 B．运动过程中受到阻力影响 C．运动过程中阻力忽略不计 (３)实验小组改进了实验方案,如图丙所示,利 用光电门和数字传感设备组成集成框架,框架 水平部分安装了电磁铁,将小铁球吸住．断电 后,小铁球立即由静止释放,小铁球经过光电门 时,与光电门连接的数字计时器读出小球通过 的时间t,并算出此时小球的速度v,多次改变光 电门的位置,得到多组x、t的数据,作出的图像 如图丁所示．已知重力加速度为g,若小球的直 径为d,则小球通过光电门的速度v与时间t的 关系为v＝　　　　　 ;若图丁中直线的斜率 k＝　　　　　 ,则可验证小铁球在下落过程中 机械能守恒． 解析:(１)从打O 点到打B 点过程中,重物的重 力势能减少量为ΔEp＝mghB, 打B 点的速度为vB＝ hC－hA ２T , 动能的增加量为ΔEk＝ １ ２mv ２ B＝ １ ２m hC－hA ２T æ è ç ö ø ÷ ２ ＝ (hC－hA)２ ８T２ ; (２)先释放纸带后接通电源,会使打点计时器开 始打点时纸带具有一定的速度,从而导致重力 势能的减少量小于动能的增加量,故A错误;运 动过程中受到阻力影响,使重力势能一部分转 化为克服阻力做功的内能,另一部分转化为重 物的动能,从而导致重力势能的减少量大于动 能的增加量,故B正确;运动过程中阻力忽略不 计,重物下落过程中机械能守恒,则导致重力势 能的减少量等于动能的增加量,故C错误． (３)根据光电门测速原理可知,小球的直径为 d,小球通过光电门的速度与时间的关系为 v＝dt , 根据匀变速直线运动速度－位移公式有 v２＝２gx,其中v＝dt , 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀅰８２５􀅰 高考总复习　物理 整理得d ２ t２ ＝２gx,即x＝d ２ ２g 􀅰１ t２ 结合图丁可知k＝d ２ ２g． 答案:(１)mghB　 (hC－hA)２ ８T２ 　(２)B　(３)dt 　d ２ ２g 图１ ４．(２０２５􀅰河北唐山阶段练习)某实 验小组利用铁架台、弹簧、钩码、 打点计时器、刻度尺等器材验证 系统机械能守恒定律,实验装置 如图１所示．弹簧的劲度系数为 k,原长为L０,钩码的质量为 m． 已知弹簧的弹性势能表达式为E ＝１２kx ２,其中k为弹簧的劲度系 数,x为弹簧的形变量,当地的重力加速度大小 为g． (１)在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置, 测得此时弹簧的长度为L．接通打点计时器电 源．从静止释放钩码,弹簧收缩,得到了一条点 迹清晰的纸带．钩码加速上升阶段的部分纸带 如图２所示,纸带上相邻两点之间的时间间隔 均为T(在误差允许范围内,认为释放钩码的同 时打出A 点)．从打出A 点到打出F 点时间内, 钩码的动能增加量为　　　　　,钩码的重力 势能增加量为　　　　　　． 图２ 图３ (２)利用计算机软件对 实验数据进行处理,得 到弹簧弹性势能减少 量、钩码的机械能增加 量分别与钩码上升高 度h的关系,如图３所 示．由图３可知,随着 h增加,两条曲线在纵向的间隔逐渐变大,主要 原因是　　　　　　　　 　． 解析:(１)根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时 速度等于该过程平均速度,打F 点时钩码的速 度为vF＝ h６－h４ ２T ,由于在误差允许的范围内,认 为释放钩码的同时打出 A 点,则钩码动能的增 加量为ΔEk＝ １ ２mv ２ F －０＝ m(h６－h４)２ ８T２ 钩码的 重力势能增加量为ΔEp＝－WG＝mgh５ (２)钩码机械能的增加量,即钩码动能和重力势 能增加量的总和,若无阻力做功则弹簧弹性势 能的减少量等于钩码机械能的增加量．现在随 着h增加,两条曲线在纵向的间隔逐渐变大,而 两条曲线在纵向的间隔即阻力做的功,则产生 这个问题的主要原因是纸带与限位孔的摩擦力 做功变多导致两曲线间隔变大． 答案:(１) m(h６－h４)２ ８T２ 　mgh５　(２)纸带与限位 孔的摩擦力做功变多 ５．某同学利用竖直上抛小球的频闪照片 验证机械能守恒定律,频闪仪每隔０． ０５s闪光一次,如图所标数据为实际 距离,该同学通过计算得到不同时刻 的速度如下表．(当地重力加速度取 ９．８m/s２,小球质量m＝０．２kg,结果 保留３位有效数字) 时刻 t２ t３ t４ t５ 速度 (m􀅰s－１) ４．９９４．４８３．９８ (１)由频闪照片上的数据计算t５ 时刻小球的速 度v５＝　　　　m/s; (２)从t２ 到t５ 时间内,重力势能的增加量ΔEp＝ 　　　J,动能的减少量ΔEk＝　　　　J; (３)在误差允许的范围内,若ΔEp 与ΔEk 近似 相等,即验证了机械能守恒定律．由上述计算得 ΔEp　　　　(选填“＞”“＜”或“＝”)ΔEk,造成 这种结果的主要原因是 　 　． 解析:(１)v５＝ １６．１４＋１８．６６ ２×０．０５ ×１０ －２m/s＝３．４８m/s． (２)重力势能的增加量ΔEp≈mgΔh,代入数据 可得ΔEp≈１．２４J,动能减少量为ΔEk≈ １ ２mv ２ ２ －１２mv ２ ５,代入数据可得ΔEk≈１．２８J． 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀅰９２５􀅰 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　 第六章　机械能守恒定律 (３)由计算可得ΔEp＜ΔEk,主要是由于存在空 气阻力． 答案:(１)３．４８　(２)１．２４　１．２８　(３)＜　存在 空气阻力 ６．(２０２５􀅰南宁模拟)用如图甲所示的实验装置, 验证m１、m２ 组成的系统机械能守恒．m２ 从高处 由静止开始下落,m１ 上拖着的纸带打出一系列 的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械 能守恒定律．图乙给出的是实验中获取的一条 纸带;０是打下的第一个点,每相邻两个计数点 间还有４个打点(图中未标出),相邻计数点间 的距离如图乙所示．已知m１＝５０g、m２＝１５０g, g＝９．８m/s２,打点计时器接５０Hz电源,则(结 果均保留两位有效数字) (１)在纸带上打下计数点４时的速度v＝　　m/s． (２)在０~４过程中系统动能的增量ΔEk＝　　　　J, 系统势能的减少量ΔEp＝　　　　J． 解析:(１)因为每相邻两个计数点间还有４个打 点,所以计数点时间间隔为０．１s,根据在匀变 速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该 过程 中 的 平 均 速 度,可 知 打 计 数 点４时 的 速 度为 v４＝ x３５ ２T＝ ０．１６８＋０．２１６ ２×０．１ m /s＝１．９m/s． (２)在０~４过程中系统动能的增量 ΔEk＝ １ ２ (m１＋m２)v２４ ＝ １ ２ ×０．２×１．９ ２J ＝０．３６J; 系统重力势能的减小量等于物体重力做功,故 ΔEp＝W＝(m２－m１)gx＝０．１×９．８×(０．０２４＋ ０．０７２＋０．１２０＋０．１６８)J＝０．３８J． 答案:(１)１．９　(２)０．３６　０．３８ ７．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ΔE＝　　　　(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． 解析:(２)依题意,小球的直径为d＝７．５mm＋ ３８．４×０．０１mm＝７．８８４mm, 考虑 到 偶 然 误 差,７．８８３ mm,７．８８５ mm 也 可以． (３)在测量时,因小球下落时间很短,如果先释 放小球,有可能会出现时间记录不完整,所以应 先接通数字计时器,再释放小球,故选B． (４)依题意,小球向下、向上先后通过光电门时 的速度分别为v１、v２,则有v１＝ d t１ ,v２＝ d t２ , 则小球与硅胶材料碰撞过程中机械能的损失 量为 ΔE＝１２mv ２ １－ １ ２mv ２ ２＝ １ ２m d t１ æ è ç ö ø ÷ ２ －１２m d t２ æ è ç ö ø ÷ ２ ． (５)若调高光电门的高度,较调整之前小球会经 历较大的空中距离,所以将会增大因空气阻力 引起的测量误差． 答案:(２)７．８８３或７．８８４或７．８８５　(３)B (４)１２m d t１ æ è ç ö ø ÷ ２ －１２m d t２ æ è ç ö ø ÷ ２ 　(５)增大 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀅰０３５􀅰 高考总复习　物理