提分集训(34) 实验7 验证机械能守恒定律(Word练习)-【金榜题名】2026年高考物理一轮总复习

1．(2024·浙江6月选考)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50 Hz，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＝9.77 m/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5.09 m，另计算得动能增加值为5.08 m(m为重锤质量)，则该结果______(填“能”或“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＝ m/s＝3.34 m/s (3)某同学用纸带的数据求出重力加速度g＝9.77 m/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5.09 m，另计算得动能增加值为5.08 m(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9.77 m/s2是重锤受到空气阻力时做匀加速运动的加速度a＝9.77 m/s2，不是当地的重力加速度，5.09 m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．(2025·山西晋中模拟)某实验小组利用光电门等器材“验证机械能守恒定律”，原理如下：轻杆上固定着两个相同的小球1和小球2，转轴O到小球1、小球1到小球2距离均为L，轻杆可绕轴O在竖直面内转动．现将轻杆拨到与轴O等高的水平位置后由静止释放，小球2的球心正好通过位于轴O下方的光电门计时器． (1)实验桌上有若干个球供选用，为减小实验误差，实验时应选用密度_____________(填“较大”或“较小”)的小球． (2)已选好质量均为m＝0.1 kg的两个相同的小球做实验，已知L＝50 cm，球2的直径d＝1.92 cm，球2过光电门的遮光时间Δt＝0.004 s，则球2过光电门时的速度v＝________m/s.(结果保留两位有效数字) (3)已知当地的重力加速度大小g＝9.8 m/s2，从释放到竖直位置，系统减少的重力势能为_____________J、系统增加的动能为_____________J，可知在误差允许的范围内系统在该运动过程中机械能守恒．(结果均保留三位有效数字) (4)由第(3)问的计算结果可知ΔEp与ΔEk之间存在差异，你认为造成的原因是__________________________． 解析：(1)为减小实验误差，实验时应选用密度较大的小球． (2)球2过光电门时的速度v2＝＝4.8 m/s (3)从释放到竖直位置，系统减少的重力势能为 ΔEP＝mgL＋2mgL＝1.47 J 由v＝ωr 可得小球1的速度为v1＝＝2.4 m/s 系统增加的动能为 Ek＝mv＋mv＝1.44 J (4)ΔEp与ΔEk之间存在差异是因为存在空气阻力、摩擦阻力． 答案：(1)较大 (2)4.8 (3)1.47　1.44 (4)存在空气阻力、摩擦阻力 3．某同学用如图(a)所示的装置验证机械能守恒定律．不可伸长的轻绳绕过轻质定滑轮，轻绳两端分别连接物块P与感光细钢柱K，两者质量均为m＝100 g．钢柱K下端与质量为M＝200 g的物块Q相连．铁架台下部固定一个电动机，电动机竖直转轴上装一支激光笔，电动机带动激光笔绕转轴在水平面内匀速转动，每转一周激光照射在细钢柱表面时就会使细钢柱感光并留下痕迹．初始时P、K、Q系统在外力作用下保持静止，轻绳与细钢柱均竖直(重力加速度g取9.8 m/s2). (1)开启电动机，待电动机以角速度ω＝20π rad/s匀速转动后，将P、K、Q系统由静止释放，Q落地前，激光在细钢柱K上留下感光痕迹，取下K，测出感光痕迹间的距离如图(b)所示：hA＝38.40 cm，hB＝60.00 cm，hC＝86.40 cm.感光痕迹间的时间间隔T＝________s，激光束照射到B点时，细钢柱速度大小为vB＝________m/s.经判断系统由静止释放时激光笔光束恰好经过O点，在OB段，系统动能的增加量Δ Ek＝________J，重力势能的减少量Δ Ep＝________J，比较两者关系可判断系统机械能是否守恒．(该小问除第一空外，其余计算结果均保留3位有效数字) (2)选取相同的另一感光细钢柱K，若初始时激光笔对准K上某点，开启电动机的同时系统由静止释放，电动机的角速度按如图(c)所示的规律变化，图像斜率为k，记录下如图(d)所示的感光痕迹，其中两相邻感光痕迹间距均为d.当 满足__________即可证明系统在运动过程中机械能守恒(用含字母d、k、g、π的表达式表示). 解析：(1)感光痕迹间的时间间隔T＝＝0.1 s 激光束照射到B点时，细钢柱速度大小为vB＝＝2.40 m/s 在OB段，系统动能的增加量ΔEk＝(2m＋M)v≈1.15 J 重力势能的减少量ΔEp＝(M＋m)ghB－mghB≈1.18 J (2)从初始时激光笔对准K上某点开始选取连续的n段，根据时间关系有2nπ＝ωt 根据运动学公式有vt＝nd 根据机械能守恒定律有Mgnd＝(M＋2m)v2 解得＝－ 答案：(1)0.1　2.40　1.15　1.18　(2)－ 4．(2025·江苏模拟)阿特伍德机是著名的力学实验装置．绕过定滑轮的细线上悬挂质量相等的重锤A和B，在B下面再挂重物C时，由于速度变化不太快，测量运动学物理量更加方便． (1)如图甲所示，在重锤A下方固定打点计时器，用纸带连接A，测量A的运动情况．下列操作过程正确的是________． A．开始时纸带应竖直下垂并与系重锤A的细线在同一竖直线上 B．应先松开重锤让A向上运动，然后再接通打点计时器电源打点 C．打点结束后先将纸带取下，再关闭打点计时器电源 (2)某次实验结束后，打出的纸带如图乙所示，已知打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz，则重锤A拖动纸带打出H点时的瞬时速度为__________ m/s.(结果保留三位有效数字) (3)如果本实验室电源频率小于50 Hz，则瞬时速度的测量值__________(填“偏大”或“偏小”). (4)已知重锤A和B的质量均为M，某小组在重锤B下面挂质量为m的重物C，由静止释放重物C来验证系统运动过程中的机械能守恒．某次实验中测量A上升h高度时对应的速度为v，取重力加速度为g，若系统机械能守恒，应满足的表达式为___________． (5)另一小组改变重物C的质量m，测得多组m及对应的加速度a，作出－图线如图丙所示，图线的纵轴截距为b，斜率为k，则重锤A的质量M＝__________．(用b、k表示) 解析：(1)A.实验中为了减小纸带与打点计时器限位孔间的摩擦阻力，开始时纸带应竖直下垂并与系重锤A的细线在同一竖直线上．故A正确； B．应先接通打点计时器电源打点，然后再松开重锤让A向上运动．故B错误； C．打点结束后先关闭打点计时器电源，再将纸带取下．故C错误． 故选A. (2)依题意，纸带上相邻点迹间的时间间隔为 T＝＝0.02 s 重锤A拖动纸带打出H点时的瞬时速度为 vH＝＝ m/s＝1.13 m/s (3)如果本实验室电源频率小于50 Hz，则计算瞬时速度时所代入的T值比实际值偏小，从而使瞬时速度的测量值增大． (4)根据机械能守恒定律有 gh＝v2＋Mgh 整理得mgh＝v2 (5)对A、B、C整体根据牛顿第二定律有 g－Mg＝a 整理得＝·＋ 由题意可知k＝ 解得M＝ 答案：(1)A (2)1.13 (3)偏大 (4)mgh＝v2 (5) 5．(2022·湖北高考)某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验．一根轻绳一端连接固定的拉力传感器，另一端连接小钢球，如图甲所示．拉起小钢球至某一位置由静止释放，使小钢球在竖直平面内摆动，记录钢球摆动过程中拉力传感器示数的最大值Tmax和最小值Tmin.改变小钢球的初始释放位置，重复上述过程．根据测量数据在直角坐标系中绘制的Tmax－Tmin 图像是一条直线，如图乙所示． (1)若小钢球摆动过程中机械能守恒，则图乙中直线斜率的理论值为________． (2)由图乙得：直线的斜率为________，小钢球的重力为________N(结果均保留两位有效数字). (3)该实验系统误差的主要来源是________(单选，填正确答案标号). A．小钢球摆动角度偏大 B．小钢球初始释放位置不同 C．小钢球摆动过程中有空气阻力 解析：(1)设初始位置时，细线与竖直方向夹角为θ， 则细线拉力最小值为Tmin＝mg cos θ 到最低点时细线拉力最大，则 mgl(1－cos θ)＝mv2 Tmax－mg＝m 联立可得Tmax＝3mg－2Tmin 即若小钢球摆动过程中机械能守恒，则图乙中直线斜率的理论值为－2. (2)由图乙得直线的斜率为 k＝－＝－2.1 纵截距为3mg＝1.77 N 则小钢球的重力为mg＝0.59 N. (3)该实验系统误差的主要来源是小钢球摆动过程中有空气阻力，使得机械能减小，故C正确． 答案：(1)－2　(2)－2.1　0.59　(3)C 学科网（北京）股份有限公司 $$