第21讲 实验：验证机械能守恒定律（专项训练）（浙江专用）2026年高考物理一轮复习讲练测

第21讲 实验：验证机械能守恒定律 目录 01 课标达标练 题型01 教材原型实验 题型02 创新拓展实验 02 核心突破练 03 真题溯源练 01 教材原型实验 1. （2025·浙江嘉兴·模拟预测）如图所示为实验装置 (1)下列说法正确的是 A．实验装置乙打点计时器需要用学生电源 B．实验装置甲“探究速度与时间关系”时不需要平衡摩擦力 C．实验装置甲可以系统验证系统机械能守恒时需要平衡摩擦力 D．实验装置丙验证机械能守恒时需要手拎起一整根纸带 (2)林同学按实验装置甲做“探究加速度与力和质量关系”， 在正确补偿阻力后， 按实验原理打出纸带。根据其中一条纸带上的数据作出的 v-t图像得到加速度a=1.50m/s2，该实验操作中钩码的总质量 （选填“满足”或“不满足”） 远小于小车的质量。 (3)如图所示是顾同学按实验装置丙做“验证机械能守恒”时打出的一条纸带，计时器接在频率为50Hz的交流电源上，从O点开始，将此后连续打出的7个点依次标为A、B、C…… 已知重锤的质量为0.50kg，从打O点到打F点的过程，重锤重力势能的减少量为0.35J，该结果 （填写“是”或“否”）可行？在操作计算均正确情况下，获得重锤重力势能的减少量小于重锤动能的增加量，造成该结果可能原因是( ) A．起始O点不是静止         B．纸带及空气的阻力         C． 重力加速度取10m/s2 2. （24-25浙江杭州·期中）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)本实验中，下列说法正确的是 （多选）。 A．重物选用质量和密度较大的金属锤 B．安装打点计时器时，应使两个限位孔处于竖直方向同一直线上 C．可以根据v=gt来计算重物在t时刻的瞬时速度 D．先接通电源，后释放重物 (2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz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 （多选） 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 (3)实验小组选用两个质量相同、材料不同的重物P和Q分别进行实验 多次记录下落高度h和相应的速度大小v，作出的v2-h图像如右图所示，对比图像分析可知选重物 （选填“P”或“Q”）进行实验误差更小。 3. （2024浙江·学业考试）同学利用重物自由下落的方式来验证机械能守恒定律，装置如图所示，打点计时器为电磁打点计时器。 (1)实验设备按示意图装配完成后，测试时发现打点计时器打出的点如图所示，出现问题的原因可能是________。 A．电磁打点计时器没有竖直安装 B．手距离打点计时器太近，使得重物下落速度太慢 C．纸带可能只经过了某个电磁打点计时器的限位孔 D．操作时重物下落时受到了较大的阻力 (2)设选择的重物（含固定物）的总质量为，正确操作实验后得到的一条纸带如图所示，点为计时器打出的第一个点，某同学用毫米刻度尺测量连续三个点到点的距离分别为，打点时间间隔为，则打下点时，重物的速度为 ，核对数据时该同学发现重力势能改变量总是比动能变化量要大一些，可能的原因是 。 4. （24-25浙江·阶段练习）用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，重物从高处由静止开始下落，重物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。 (1)实验中可以选用电火花计时器，也可以选用电磁打点计时器，符合电磁打点计时器工作要求的电源是（　　） A．直流 B．直流 C．交流 D．交流 (2)下列选项中，最符合实验中对重物的要求的是（　　） A．质量为的钢质重物 B．质量为的钢质重物 C．质量为的小塑料块 D．质量为的小泡沫块 (3)实验中，用打点计时器打出一条纸带，裁取其中一段如图所示，选取连续打出的点、、、、为计数点，各计数点间距离已在图上标出，单位为，点离刚释放时打下的点的距离为，点未在图中标出．已知打点计时器所用交流电源的频率为，重物质量，从释放到打下点，重物减少的重力势能为 ，打下点时，重物的动能大小为 （以上两空结果保留2位有效数字，取）。 5. （24-25浙江·阶段练习）小张同学利用图甲所示的装置进行“验证机械能守恒定律”的实验，打出如图乙所示的纸带，已知打点计时器频率为。 (1)关于该实验，下列说法正确的是___________。 A．电火花计时器使用交流电源 B．纸带必须尽量保持竖直方向以减小摩擦阻力作用 C．为了验证机械能守恒，必须选择纸带上打出的第一个点作为起点 D．实验用到的重力加速度可以由纸带求出 (2)图乙中纸带的 （选填“左端”或“右端”）通过夹子与钩码相连，打纸带上点时，重物的速度 （结果保留3位有效数字） (3)该同学用两个质量分别为的重物和分别进行实验，多次记录下落高度和相应的速度大小，作出的图像如图丙所示。下列分析正确的是___________。 A．阻力可能为零 B．阻力不可能为零 C．一定大于 D．可能等于 02 创新拓展实验 6. （24-25浙江·阶段练习）如图所示为一种利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”的实验装置，主要实验步骤如下： a．将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平。 b．在导轨上间隔一定距离设置两个光电门1和2。 c．用天平测出滑块和遮光条的质量m。 d．在导轨的某一脚螺丝下垫上一定厚度的垫片，让滑块从最高处由静止开始下滑，用数字计时器测出滑块经过光电门1和2时，遮光条的遮光时间t1和t2。 e．取下垫片，用游标卡尺测量所用垫片的厚度h和遮光条的宽度d。 f．用钢卷尺测量单脚螺丝到双脚螺丝连线的距离L。 g．…… 请回答下列问题：（已知当地重力加速度为g） (1)实验时，气垫导轨的 （填“单脚”或“双脚”）端需用垫片垫高。 (2)为验证机械能守恒定律，还需要测量哪个物理量？ （写出物理量及字母）。 (3)用游标卡尺测量遮光条宽度时，测量结果如图乙所示，则d = mm。 (4)若要得出机械能守恒定律的结论，以上测得的物理量应该满足怎样的关系？ （用题干所给字母及第（2）问中测量的物理量表示）。 7. （24-25浙江·期中）在“研究自由下落物体的机械能”的实验中： (1)如图所示实验装置中，器材安装摆放使用正确的是________。 A． B． C． D． (2)在正确操作打出多条点迹清晰的纸带中，应选取相邻点间距离之差最接近 的纸带进行测量（结果保留两位有效数字）。 (3)如图所示，纸带上标记了七个连续打出的点为计数点1、2、…、7，并把刻度尺的“0刻度”对准点“7”。根据纸带算出打下点“4”时重物的速率 （结果保留三位有效数字）。 (4)若改用如图所示的左低右高的倾斜气垫导轨上下滑的物体“验证机械能守恒定律”，挡光条宽度d，左侧的光电门挡光时间，右侧的光电门挡光时间，左右光电门在导轨上的位置可分别视为、，导轨的倾斜角度，滑块质量为m，重力加速度为g，若认为滑块挡板挡住左侧光电门激光处重力势能为零，则挡板挡住右侧激光时，滑块的机械能可以表示为 。 8. （2024·浙江·一模）实验小组分别用如图甲、乙所示装置进行“探究加速度与力和质量的关系”实验，利用如图丙所示的装置进行“验证机械能守恒”实验。 (1)下列说法正确的是___________。 A．图甲和图乙实验均需要平衡摩擦力 B．图甲和图乙实验均需要称量悬挂的重物质量 C．图甲和图乙实验均需要悬挂的重物质量远小于小车质量 D．图丙实验中应该用手托住重物由静止释放 (2)已知打点计时器使用的是50 Hz的交流电源，进行图甲和图丙实验的实验小组不小心把他们的两条纸带弄混了，经过分析下图的计时点分布得知，以下纸带 （选填“A”或“B”）是图甲实验得到的纸带，其加速度大小为 m/s2。（保留两位有效数字） (3)进行图乙实验的实验小组，多次改变重物的质量，以弹簧测力计的拉力F为横轴，小车的加速度a为纵轴，画出一条斜率为k的倾斜直线，则小车的质量M为 （用k表示）。 9. （24-25浙江杭州·阶段练习）如图甲所示是很多力学实验中常使用的装置。 (1)关于该装置的下列说法正确的是______。 A．利用该装置做“探究小车速度随时间变化规律”的实验时，需要平衡摩擦力 B．以小车和砝码整体为研究对象，平衡摩擦力后，可利用该装置“验证机械能守恒定律” C．利用该装置做“探究小车的加速度与力、质量的关系”的实验时，除应平衡摩擦力外，还必须满足小车的质量远大于砝码与砝码盘的总质量 (2)在用该装置来“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，操作如下： （a）平衡摩擦力时，若所有的操作均正确，打出的纸带如图乙所示，应 （填“减小”或“增大”）木板的倾角。 （b）图丙为小车质量一定时，根据实验数据描绘的小车加速度的倒数与盘和砝码的总质量的倒数之间的实验关系图像。若牛顿第二定律成立，则小车的质量 。（g取9.8m/s2）（结果保留2位有效数字） (3)若用图丁的装置拓展探究方法，按如下步骤进行： （ⅰ）挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为的小车拖着纸带沿木板匀速下滑； （ⅱ）取下托盘和砝码，测出总质量为，记为小车受到的作用力，让小车沿木板下滑，测出加速度； （ⅲ）改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到的关系。 若小明同学操作规范，随着托盘内的砝码数增大，作出的图像正确的是_______ A． B． C． 10. （23-24浙江宁波·期末）如图甲，小张同学做“验证机械能守恒定律”的实验。 (1)实验中，先接通电源，再释放重物，得到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，重物的重力势能减小量ΔEp = ，动能增加量ΔEk = 。 (2)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是_______。 A．利用公式v = gt计算重物速度 B．利用公式计算重物速度 C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D．没有采用多次实验取平均值的方法 (3)小张同学继续应用纸带上各点到起始点O的距离h，计算出相应点对应的速度v，以h为横轴、v2为纵轴作出了如图丙的图线，当地重力加速度为g，该图线的斜率应_______。 A．等于g B．小于2g C．等于2g D．大于2g 11. （23-24浙江衢州·期末）如图为一种利用气垫导轨和光电门“验证机械能守恒定律”的实验装置，已知重力加速度为g。主要实验步骤如下： a．将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平。 b．测出遮光条的宽度d。 c．将滑块移至图示位置，测出遮光条到光电门的距离l。 d．由静止释放滑块，读出遮光条通过光电门的遮光时间t。 e．用天平称出托盘和砝码的总质量m。 f．…… 回答下列问题： (1)为验证机械能守恒定律，还需要测量的物理量有___________。 A．滑块的长度x B．滑块和遮光条的总质量M C．遮光条运动到光电门处所用的时间T (2)若要符合机械能守恒定律的结论，以上测得的物理量应该满足的关系为（用测得的物理量符号表示） 。 (3)在该实验中 （选填“需要”或“不需要”）满足滑块和遮光条的总质量远大于托盘和砝码的总质量。 12. （2024·浙江温州·三模）甲同学，利用气垫导轨和数字计时器记录物体沿斜面下滑的运动过程来《验证机械能守恒定律》，计时系统的工作要借助于光源和光敏管。当滑块经过时，其上的遮光条把光遮住，与光敏管相连的电子电路自动记录遮光的时间，通过数码屏显示出来。实验部分装置和原理图如下所示，已知滑块和挡光板的总质量为M，砝码盘和砝码的总质量为m，挡光板宽度为d，经过光电门1和光电门2的时间分别为t1和t2，在装置上读出两光电门之间的距离，用L表示，则： (1)该同学用螺旋测微器测量遮光条宽度 d，如图1，则遮光条宽度 d= mm； (2)该实验中，以下操作正确的是（    ） A．遮光条宽度越小越好 B．需抬高左侧以平衡摩擦力 C．无需M>m (3)该同学为验证机械能守恒，重力势能的减少量△Ep的表达式是 ，动能的增加量△Eₖ的表达式是 （以上两空均用字母M、m、d、L、t1、t2表示）；若在误差允许范围内，△Ep近似等于△Eₖ，则说明机械能守恒；若在进行数据分析时发现系统增加动能△Eₖ总是大于砝码盘和砝码减少的重力势能△Ep，可能的原因是 （写出1条即可）。 (4)若乙同学用一端带滑轮的轨道和打点计时器验证系统的机械能守恒，如图2，请问这样的做法 （填“可行”或“不可行”）。 13. （23-24浙江·期中）甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验： (1)除图1中器材外，还需在图2中选取的器材是 （填字母）。 (2)他按顺序进行了下面几个操作步骤： A．按照图示的装置安装器材； B．将打点计时器接到学生电源的“交流”输出端； C． 用天平测出重锤的质量； D．先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带； E. 测量纸带上某些点与第一个打点间的距离； F. 选择第一个点为起始点，算出起始点与某一打点的时间间隔t，利用公式v=gt，可以计算出该点的速度； G. 根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。 其中可以不进行的操作步骤是 ，不正确的步骤是 。（均填步骤前的选项字母） (3)甲同学实验时，质量m=1kg的重锤自由下落，在纸带上打出了一系列的点，如图所示，O为计时器打下的第一个点，相邻计数点时间间隔为0.02s，长度单位是cm，g取。（结果保留2位有效数字）； ①打点计时器打下计数点B时，物体的速度 m/s。 ②从点O到打下计数点B的过程中，物体重力势能的减小量 J。 ③若甲同学选取了包含O点在内的某个过程，发现重物动能的增加量略大于重力势能的减小量，造成这一结果的原因可能是 A．重物质量过小    B．重物质量测量错误 C． 先释放纸带，后接通电源    D．空气阻力的影响 (4)重锤在下落的过程中，如果所受阻力均忽略不计，h代表下落的距离，v代表物体速率，且代表动能，代表势能，E代表机械能，以地面为参考面，下列图像可能正确的是（    ） A． B． C． D． 14. （23-24·浙江·期中）某小组同学用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。 (1)关于该实验，下列说法正确的是______。 A．该实验应先释放重物再打开打点计时器 B．该实验重物质量和的大小没有要求 C．该实验可以用公式计算某点的速度 D．该实验应选用密度大．体积小的重物 (2)实验时该小组同学让重物带动纸带从静止开始自由下落，按正确操作得到了一条完整的纸带，0为打的第一个点，相邻两个点之间有4个点未画出，测出点3、4、5到起始点0的距离，如图乙所示。已知，，则可知打下点4时，重物的速度 m/s。在打下0点到打下计数点4的过程中系统重力势能的减少量 J。（当地的重力加速度g取，计算结果均保留3位有效数字） (3)该小组另外一名同学用另外的数据处理方法验证机械能守恒，他在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点0的距离h，计算对应计数点的重物速度v，作出图像，若图像是一条过原点的直线，且斜率为 ．（用、、g表示），也可以验证重物下落过程中机械能守恒。 15. （2024·浙江金华·二模）在“验证机械能守恒定律”的实验中，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。 (1)不同学生在实验操作过程中出现如图所示的四种情况，其中操作正确的是 。 (2)实验中，按照正确的操作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（纸带上第一个点）的距离分别为、、。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，重物的重力势能减少量 ，动能变化量 。 (3)如果计算结果显示重力势能变化量绝对值小于动能变化量，可能的原因是______。 A．纸带受到阻力较大 B．先接通电源后释放纸带 C．先释放纸带后接通电源 D．阻力与重力之比很小 16. （2025·河南·高考真题）实验小组利用图1所示装置验证机械能守恒定律。可选用的器材有：交流电源（频率）、铁架台、电子天平、重锤、打点计时器、纸带、刻度尺等。 (1)下列所给实验步骤中，有4个是完成实验必需且正确的，把它们选择出来并按实验顺序排列： （填步骤前面的序号） ①先接通电源，打点计时器开始打点，然后再释放纸带 ②先释放纸带，然后再接通电源，打点计时器开始打点 ③用电子天平称量重锤的质量 ④将纸带下端固定在重锤上，穿过打点计时器的限位孔，用手捏住纸带上端 ⑤在纸带上选取一段，用刻度尺测量该段内各点到起点的距离，记录分析数据 ⑥关闭电源，取下纸带 (2)图2所示是纸带上连续打出的五个点A、B、C、D、E到起点的距离。则打出B点时重锤下落的速度大小为 （保留3位有效数字）。 (3)纸带上各点与起点间的距离即为重锤下落高度h，计算相应的重锤下落速度v，并绘制图3所示的关系图像。理论上，若机械能守恒，图中直线应 （填“通过”或“不通过”）原点且斜率为 （用重力加速度大小g表示）。由图3得直线的斜率 （保留3位有效数字）。 (4)定义单次测量的相对误差，其中是重锤重力势能的减小量，是其动能增加量，则实验相对误差为 （用字母k和g表示）；当地重力加速度大小取，则 （保留2位有效数字），若，可认为在实验误差允许的范围内机械能守恒。 17. （2025·江苏·高考真题）小明同学探究机械能守恒定律，实验装置如图。实验时，将小钢球在斜槽上某位置A由静止释放，钢球沿斜槽通过末端O处的光电门，光电门记录下钢球的遮光时间t。用游标卡尺测出钢球的直径d，由得出其通过光电门的速度v，再计算出动能增加量。用刻度尺测得钢球下降的高度h，计算出重力势能减少量。 (1)安装实验装置的操作有： ①在斜槽末端安装光电门    ②调节斜槽在竖直平面内 ③调节斜槽末端水平        ④将斜槽安装到底座上 其合理的顺序是__________（选填“A”“B”或“C”）。 A．①②③④ B．④②③① C．④①②③ (2)测量钢球直径的正确操作是图中 （选填“甲”或“乙”）所示的方式。 18. (3)在斜槽上5个不同的位置由静止释放钢球。测量得出的实验数据见表1。已知钢球的质量，重力加速度。请将下表的数据补充完整。 表1 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 4.90 6.25 7.45 8.78 10.0 7.84 9.80 11.8 13.7 (4)实验数据表明，明显小于，钢球在下降过程中发生机械能的损失。小明认为，机械能的损失主要是由于钢球受到的摩擦力做功造成的。 为验证此猜想，小明另取一个完全相同的斜槽按下图平滑对接。若钢球从左侧斜槽上A点由静止释放，运动到右侧斜槽上，最高能到达B点，A、B两点高度差为H．则该过程中，摩擦力做功大小的理论值 （用m、g、H表示）。 (5)用上图的装置，按表1中所列部分高度h进行实验，测得摩擦力做功大小。由于观察到H值较小，小明认为，AO过程摩擦力做功近似等于AB过程的一半，即。然后通过表1的实验数据，计算出AO过程损失的机械能。整理相关数据，见表2。 表2 4.00 5.00 6.00 7.00 2.94 3.55 4.35 4.92 0.98 1.08 1.18 1.27 上表中与相差明显。小明认为这是由于用近似计算不合理。你是否同意他的观点？ 请根据表2数据简要说明理由。 19. （2024·浙江·高考真题）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”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 20. （2023·天津·高考真题）某同学利用图示的气垫导轨实验装置验证机械能守恒定律，主要实验步骤如下： A．将桌面上的气垫导轨调至水平； B．测出遮光条的宽度d C．将滑块移至图示位置，测出遮光条到光电门的距离l D．由静止释放滑块，读出遮光条通过光电门的遮光时间t E．秤出托盘和砝码总质量，滑块（含遮光条）的质量 已知当地重力加速度为g，回答以下问题（用题中所给的字母表示） （1）遮光条通过光电门时的速度大小为 ； （2）遮光条由静止运动至光电门的过程，系统重力势能减少了 ，遮光条经过光电门时，滑块、托盘和砝码的总动能为 ； （3）通过改变滑块的释放位置，测出多组、数据﹐利用实验数据绘制图像如图。若图中直线的斜率近似等于 ，可认为该系统机械能守恒。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第21讲 实验：验证机械能守恒定律 目录 01 课标达标练 题型01 教材原型实验 题型02 创新拓展实验 02 核心突破练 03 真题溯源练 01 教材原型实验 1. （2025·浙江嘉兴·模拟预测）如图所示为实验装置 (1)下列说法正确的是 A．实验装置乙打点计时器需要用学生电源 B．实验装置甲“探究速度与时间关系”时不需要平衡摩擦力 C．实验装置甲可以系统验证系统机械能守恒时需要平衡摩擦力 D．实验装置丙验证机械能守恒时需要手拎起一整根纸带 (2)林同学按实验装置甲做“探究加速度与力和质量关系”， 在正确补偿阻力后， 按实验原理打出纸带。根据其中一条纸带上的数据作出的 v-t图像得到加速度a=1.50m/s2，该实验操作中钩码的总质量 （选填“满足”或“不满足”） 远小于小车的质量。 (3)如图所示是顾同学按实验装置丙做“验证机械能守恒”时打出的一条纸带，计时器接在频率为50Hz的交流电源上，从O点开始，将此后连续打出的7个点依次标为A、B、C…… 已知重锤的质量为0.50kg，从打O点到打F点的过程，重锤重力势能的减少量为0.35J，该结果 （填写“是”或“否”）可行？在操作计算均正确情况下，获得重锤重力势能的减少量小于重锤动能的增加量，造成该结果可能原因是( ) A．起始O点不是静止         B．纸带及空气的阻力         C． 重力加速度取10m/s2 【答案】(1)BD (2)不满足 (3) 否 A 【详解】（1）A．实验装置乙打点计时器为电火花打点计时器，应连接220V交流电源，故A错误； B．实验装置甲“探究速度与时间关系”时，只需要保证小车所受合力不变，不需要平衡摩擦力，故B正确； C．实验装置甲平衡摩擦力后，由于仍存在摩擦力做功，系统机械能不守恒，故C错误； D．实验装置丙验证机械能守恒时，为了减小误差，需要手拎起一整根纸带，故D正确。 故选BD。 （2）以小车为对象，根据牛顿第二定律可得 以钩码为对象，根据牛顿第二定律可得 联立可得 可得 可知该实验操作中钩码的总质量不满足远小于小车的质量。 （3）[1]已知重锤的质量为0.50kg，从打O点到打F点的过程，重锤重力势能的减少量为0.35J，由纸带可得打OF的距离为，根据 可知计算重锤重力势能的减少量为0.35J时，重力加速度取了，实际计算时，应代入当地的重力加速度实际值，所以该结果不可行； [2]A．起始O点不是静止，则重锤具有一定的初动能，使得计算重锤动能的增加量时少减了初动能，重锤动能的增加量测量值偏大，可能使得重锤重力势能的减少量小于重锤动能的增加量，故A正确； B．纸带及空气的阻力，则重锤重力势能的减少量有一部分转化为内能，使得重锤重力势能的减少量大于重锤动能的增加量，故B错误； C．重力加速度取10m/s2，则重锤重力势能的减少量计算值偏大，使得重锤重力势能的减少量大于重锤动能的增加量，故C错误。 故选A。 2. （24-25浙江杭州·期中）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)本实验中，下列说法正确的是 （多选）。 A．重物选用质量和密度较大的金属锤 B．安装打点计时器时，应使两个限位孔处于竖直方向同一直线上 C．可以根据v=gt来计算重物在t时刻的瞬时速度 D．先接通电源，后释放重物 (2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz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 （多选） 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 (3)实验小组选用两个质量相同、材料不同的重物P和Q分别进行实验 多次记录下落高度h和相应的速度大小v，作出的v2-h图像如右图所示，对比图像分析可知选重物 （选填“P”或“Q”）进行实验误差更小。 【答案】(1)ABD (2)BC (3)P 【详解】（1）A．实验供选择的重物应该相对质量较大、体积较小的物体，这样能减少摩擦阻力的影响，从而减小实验误差，故A正确； B．安装打点计时器时，应使两个限位孔处于竖直方向同一直线上，以减小纸带和限位孔间的摩擦力，选项B正确； C．用v=gt计算重物在t时刻的瞬时速度，相当间接使用了机械能守恒定律，这样就失去了验证的意义，选项C错误； D．先接通电源，后释放重物，选项D正确。 故选ABD。 （2）根据这段时间内的平均速度等于中时刻瞬时速度，结合动能与重力势能表达式； A．当OA、AD和EG的长度时，只有求得F点与BC的中点的瞬时速度，从而确定两者的动能变化，却无法求解重力势能的变化，故A错误； B．当OC、BC和CD的长度时，同理，依据BC和CD的长度，可求得C点的瞬时速度，从而求得O到C点的动能变化，因知道OC间距，则可求得重力势能的变化，可以验证机械能守恒，故B正确； C．当BD、CF和EG的长度时，依据BD和EG的长度，可分别求得C点与F点的瞬时速度，从而求得动能的变化，再由CF确定重力势能的变化，进而得以验证机械能守恒，故C正确； D．当AC、BD和EG的长度时，依据AC和EG长度，只能求得B点与F点的瞬时速度，从而求得动能的变化，而BF间距不知道，则无法验证机械能守恒，故D错误。 故选BC。 （3）设重物下落过程中受到的阻力为f，根据动能定理可得 化简整理可得 因此v2-h图像的斜率 由于重物P、Q质量相同，结合题目图丙可知重物Q对应的斜率较小，则所受阻力较大，因此选重物P进行实验误差更小。 3. （2024浙江·学业考试）同学利用重物自由下落的方式来验证机械能守恒定律，装置如图所示，打点计时器为电磁打点计时器。 (1)实验设备按示意图装配完成后，测试时发现打点计时器打出的点如图所示，出现问题的原因可能是________。 A．电磁打点计时器没有竖直安装 B．手距离打点计时器太近，使得重物下落速度太慢 C．纸带可能只经过了某个电磁打点计时器的限位孔 D．操作时重物下落时受到了较大的阻力 (2)设选择的重物（含固定物）的总质量为，正确操作实验后得到的一条纸带如图所示，点为计时器打出的第一个点，某同学用毫米刻度尺测量连续三个点到点的距离分别为，打点时间间隔为，则打下点时，重物的速度为 ，核对数据时该同学发现重力势能改变量总是比动能变化量要大一些，可能的原因是 。 【答案】(1)C (2) 重物下落过程中受到一些阻力 【详解】（1）纸带上的没有在同一条竖直线上，出现问题的原因可能是纸带可能只经过了某个电磁打点计时器的限位孔。 故选C。 （2）[1] 打下点时，重物的速度为 [2] 该同学发现重力势能改变量总是比动能变化量要大一些，可能的原因是重物下落过程中受到一些阻力。 4. （24-25浙江·阶段练习）用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，重物从高处由静止开始下落，重物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。 (1)实验中可以选用电火花计时器，也可以选用电磁打点计时器，符合电磁打点计时器工作要求的电源是（　　） A．直流 B．直流 C．交流 D．交流 (2)下列选项中，最符合实验中对重物的要求的是（　　） A．质量为的钢质重物 B．质量为的钢质重物 C．质量为的小塑料块 D．质量为的小泡沫块 (3)实验中，用打点计时器打出一条纸带，裁取其中一段如图所示，选取连续打出的点、、、、为计数点，各计数点间距离已在图上标出，单位为，点离刚释放时打下的点的距离为，点未在图中标出．已知打点计时器所用交流电源的频率为，重物质量，从释放到打下点，重物减少的重力势能为 ，打下点时，重物的动能大小为 （以上两空结果保留2位有效数字，取）。 【答案】(1)D (2)A (3) 0.98 0.96 【详解】（1）电磁打点计时器应连接交流的电源。 故选D。 （2）为了减小空气阻力的影响，重物应选择质量、密度大一些，体积小一些的。 故选A。 （3）[1]点离刚释放时打下的点的距离为，则从释放到打下点，重物减少的重力势能为 [2]打下点时，重物的速度为 重物的动能大小为 5. （24-25浙江·阶段练习）小张同学利用图甲所示的装置进行“验证机械能守恒定律”的实验，打出如图乙所示的纸带，已知打点计时器频率为。 (1)关于该实验，下列说法正确的是___________。 A．电火花计时器使用交流电源 B．纸带必须尽量保持竖直方向以减小摩擦阻力作用 C．为了验证机械能守恒，必须选择纸带上打出的第一个点作为起点 D．实验用到的重力加速度可以由纸带求出 (2)图乙中纸带的 （选填“左端”或“右端”）通过夹子与钩码相连，打纸带上点时，重物的速度 （结果保留3位有效数字） (3)该同学用两个质量分别为的重物和分别进行实验，多次记录下落高度和相应的速度大小，作出的图像如图丙所示。下列分析正确的是___________。 A．阻力可能为零 B．阻力不可能为零 C．一定大于 D．可能等于 【答案】(1)AB (2) 左端 2.22/2.23 (3)BD 【详解】（1）A．电火花计时器使用交流电源，故A正确； B．纸带必须尽量保持竖直方向以减小摩擦阻力作用，故B正确； C．验证机械能守恒时，不一定要选择纸带上打出的第一个点作为起点，故C错误； D．实验中的重力加速度要查询当地的实际值，因为存在阻力，测量值比实际值小，故D错误。 故选AB。 （2）重物连着纸带做加速直线运动，由纸带数据可知，题图乙中纸带的左端通过夹子与重物相连；根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度，则打纸带上点时，重物的速度为 （3）AB．设空气阻力是，根据动能定理有 整理得 阻力如果为零，则机械能守恒，两图线斜率相同，故阻力不为零，故A错误，B正确； CD．虽然的斜率小于的斜率，但空气阻力关系不确定，所以的质量可能等于的质量，也可能大于或小于的质量，故C错误，D正确。 故选BD。 02 创新拓展实验 6. （24-25浙江·阶段练习）如图所示为一种利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”的实验装置，主要实验步骤如下： a．将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平。 b．在导轨上间隔一定距离设置两个光电门1和2。 c．用天平测出滑块和遮光条的质量m。 d．在导轨的某一脚螺丝下垫上一定厚度的垫片，让滑块从最高处由静止开始下滑，用数字计时器测出滑块经过光电门1和2时，遮光条的遮光时间t1和t2。 e．取下垫片，用游标卡尺测量所用垫片的厚度h和遮光条的宽度d。 f．用钢卷尺测量单脚螺丝到双脚螺丝连线的距离L。 g．…… 请回答下列问题：（已知当地重力加速度为g） (1)实验时，气垫导轨的 （填“单脚”或“双脚”）端需用垫片垫高。 (2)为验证机械能守恒定律，还需要测量哪个物理量？ （写出物理量及字母）。 (3)用游标卡尺测量遮光条宽度时，测量结果如图乙所示，则d = mm。 (4)若要得出机械能守恒定律的结论，以上测得的物理量应该满足怎样的关系？ （用题干所给字母及第（2）问中测量的物理量表示）。 【答案】(1)单脚 (2)两个光电门之间的距离x (3)8.50 (4) 【详解】（1）实验时，气垫导轨的单脚端需用垫片垫高。 （2）若机械能守恒，则 所以 所以为验证机械能守恒定律，还需要测量两个光电门之间的距离x。 （3）游标卡尺的读数为主尺读数与游标尺读数之和，所以 （4）由以上分析可知，若要得出机械能守恒定律的结论，以上测得的物理量应该满足 7. （24-25浙江·期中）在“研究自由下落物体的机械能”的实验中： (1)如图所示实验装置中，器材安装摆放使用正确的是________。 A． B． C． D． (2)在正确操作打出多条点迹清晰的纸带中，应选取相邻点间距离之差最接近 的纸带进行测量（结果保留两位有效数字）。 (3)如图所示，纸带上标记了七个连续打出的点为计数点1、2、…、7，并把刻度尺的“0刻度”对准点“7”。根据纸带算出打下点“4”时重物的速率 （结果保留三位有效数字）。 (4)若改用如图所示的左低右高的倾斜气垫导轨上下滑的物体“验证机械能守恒定律”，挡光条宽度d，左侧的光电门挡光时间，右侧的光电门挡光时间，左右光电门在导轨上的位置可分别视为、，导轨的倾斜角度，滑块质量为m，重力加速度为g，若认为滑块挡板挡住左侧光电门激光处重力势能为零，则挡板挡住右侧激光时，滑块的机械能可以表示为 。 【答案】(1)A (2)3.9/4.0 (3)1.27/1.28/1.29/1.30/1.31 (4) 【详解】（1）A．先开打点计时器，后释放重锤，重锤落地，纸带长度足够，正常打点计数，A正确； B．先开打点计时器，后释放重锤，重锤落地，纸带有效长度太短，无法正常计数，B错误； CD．重锤释放后位于桌面，无法落地，无有效行程，纸带无法正常计数，CD都错误。 故选A。 （2）根据匀变速直线运动连续相等时间内的位移差公式可知，纸带自由下落时加速度恒定，相邻计数点之间的位移差恒定，已知打点计时器计时周期，若取常规代入数据计算 若考虑摩擦阻力，则加速度会略小于当地实际重力加速度，取 所以答案范围均可。 （3）根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段位移内的平均速度可知 读刻度尺可知，代入数据计算可得 考虑学生刻度尺读数误差，答案范围在间均可。 （4）根据题目描述，滑块在左侧的重力势能，则滑块在右侧的重力势能 挡光条宽度为d，经过右侧的时间为，则速度 动能 所以在右侧的机械能为 8. （2024·浙江·一模）实验小组分别用如图甲、乙所示装置进行“探究加速度与力和质量的关系”实验，利用如图丙所示的装置进行“验证机械能守恒”实验。 (1)下列说法正确的是___________。 A．图甲和图乙实验均需要平衡摩擦力 B．图甲和图乙实验均需要称量悬挂的重物质量 C．图甲和图乙实验均需要悬挂的重物质量远小于小车质量 D．图丙实验中应该用手托住重物由静止释放 (2)已知打点计时器使用的是50 Hz的交流电源，进行图甲和图丙实验的实验小组不小心把他们的两条纸带弄混了，经过分析下图的计时点分布得知，以下纸带 （选填“A”或“B”）是图甲实验得到的纸带，其加速度大小为 m/s2。（保留两位有效数字） (3)进行图乙实验的实验小组，多次改变重物的质量，以弹簧测力计的拉力F为横轴，小车的加速度a为纵轴，画出一条斜率为k的倾斜直线，则小车的质量M为 （用k表示）。 【答案】(1)A (2) B 1.8 (3) 【详解】（1）A．由于存在摩擦力，对小车受到的合外力有影响，所以图甲和图乙实验均需要平衡摩擦力，故A正确； BC．图甲实验需要称量悬挂的重物质量，需要悬挂的重物质量远小于小车质量；图乙实验用弹簧测力计测拉力，所以没必要满足重物的质量远小于小车的质量，也不需要测量重物质量，故BC错误； D．图丙实验开始时要使纸带处于竖直状态，用手或者夹子固定纸带上端，然后静止释放，故D错误。 故选A。 （2）[1][2]利用逐差法分别计算出纸带A和纸带B的加速度aA和aB，则 图丙实验测量自由落体运动的加速度，所以图丙实验得到的是纸带A；图甲实验测量的加速度应远小于重力加速度，所以图甲实验得到的是纸带B，其加速度大小为1.8 m/s2。 （3）由于动滑轮与小车相连，由牛顿第二定律得 则图像斜率 小车质量 9. （24-25浙江杭州·阶段练习）如图甲所示是很多力学实验中常使用的装置。 (1)关于该装置的下列说法正确的是______。 A．利用该装置做“探究小车速度随时间变化规律”的实验时，需要平衡摩擦力 B．以小车和砝码整体为研究对象，平衡摩擦力后，可利用该装置“验证机械能守恒定律” C．利用该装置做“探究小车的加速度与力、质量的关系”的实验时，除应平衡摩擦力外，还必须满足小车的质量远大于砝码与砝码盘的总质量 (2)在用该装置来“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，操作如下： （a）平衡摩擦力时，若所有的操作均正确，打出的纸带如图乙所示，应 （填“减小”或“增大”）木板的倾角。 （b）图丙为小车质量一定时，根据实验数据描绘的小车加速度的倒数与盘和砝码的总质量的倒数之间的实验关系图像。若牛顿第二定律成立，则小车的质量 。（g取9.8m/s2）（结果保留2位有效数字） (3)若用图丁的装置拓展探究方法，按如下步骤进行： （ⅰ）挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为的小车拖着纸带沿木板匀速下滑； （ⅱ）取下托盘和砝码，测出总质量为，记为小车受到的作用力，让小车沿木板下滑，测出加速度； （ⅲ）改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到的关系。 若小明同学操作规范，随着托盘内的砝码数增大，作出的图像正确的是_______ A． B． C． 【答案】(1)C (2) 增大 0.18 (3)A 【详解】（1）A．利用该装置做“探究小车速度随时间变化规律”的实验时，只需要保证小车受到的合力恒定不变，不需要平衡摩擦力，故A错误； B．以小车和砝码整体为研究对象，平衡摩擦力后，由于仍存在摩擦力做功，会产生内能，所以不可利用该装置“验证机械能守恒定律”，故B错误； C．利用该装置做“探究小车的加速度与力、质量的关系”的实验时，除应平衡摩擦力外，还必须满足小车的质量远大于砝码与砝码盘的总质量。因为只有当小车的质量远大于砝码与砝码盘的总质量时，才能认为绳的拉力近似等于砝码与砝码盘的总重力，故C正确。 故选C。 （2）（a）[1]平衡摩擦力时，若所有的操作均正确，打出的纸带如图乙所示，纸带向右运动，点迹变密集，说明小车做减速运动，为了让小车做匀速运动，应该增大木板的倾角； （b）[2]由牛顿第二定律得 可得 由图像可得 解得小车的质量为 （3）取下托盘和砝码前，小车做匀速直线运动，处于平衡状态，合力等于零，取下托盘和砝码后，小车做匀加速直线运动，其所受的合力为 改变砝码质量和木板倾角，多次测量，根据牛顿第二定律，加速度与合力成正比，通过作图可得到的关系一定是一条通过原点的倾斜的直线。 故选A。 10. （23-24浙江宁波·期末）如图甲，小张同学做“验证机械能守恒定律”的实验。 (1)实验中，先接通电源，再释放重物，得到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，重物的重力势能减小量ΔEp = ，动能增加量ΔEk = 。 (2)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是_______。 A．利用公式v = gt计算重物速度 B．利用公式计算重物速度 C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D．没有采用多次实验取平均值的方法 (3)小张同学继续应用纸带上各点到起始点O的距离h，计算出相应点对应的速度v，以h为横轴、v2为纵轴作出了如图丙的图线，当地重力加速度为g，该图线的斜率应_______。 A．等于g B．小于2g C．等于2g D．大于2g 【答案】(1) (2)C (3)B 【详解】（1）[1]重力做正功，重力势能减小，重力势能减小量 [2]B是AC段的时间中点，B点的速度等于AC段的平均速度，即 动能增加量 联立，解得 （2）AB．该实验中存在摩擦、空气阻力，实际加速度不是g，不能用运动学公式 ， 计算瞬时速度，只能通过纸带上点迹求该点相邻两点间平均速度，故AB错误； C．因存在空气阻力和摩擦阻力的影响，减少的重力势能一部分转化为重物的动能，还有一部分转化为内能，说明重力势能的减少量大于动能的增加量，故C正确； D．该实验误差属系统误差，采用多次实验取平均值的方法不能改变误差大小，故D错误。 故选C。 （3）根据动能定理可知 可得 由此可知，在丙图图像中，斜率为 故选B。 11. （23-24浙江衢州·期末）如图为一种利用气垫导轨和光电门“验证机械能守恒定律”的实验装置，已知重力加速度为g。主要实验步骤如下： a．将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平。 b．测出遮光条的宽度d。 c．将滑块移至图示位置，测出遮光条到光电门的距离l。 d．由静止释放滑块，读出遮光条通过光电门的遮光时间t。 e．用天平称出托盘和砝码的总质量m。 f．…… 回答下列问题： (1)为验证机械能守恒定律，还需要测量的物理量有___________。 A．滑块的长度x B．滑块和遮光条的总质量M C．遮光条运动到光电门处所用的时间T (2)若要符合机械能守恒定律的结论，以上测得的物理量应该满足的关系为（用测得的物理量符号表示） 。 (3)在该实验中 （选填“需要”或“不需要”）满足滑块和遮光条的总质量远大于托盘和砝码的总质量。 【答案】(1)B (2) (3)不需要 【详解】（1）实验要验证的关系式为 则还需要测量滑块和遮光条的总质量M，故选B。 （2）若要符合机械能守恒定律的结论，以上测得的物理量应该满足的关系为 （3）在该实验中研究系统的机械能守恒问题，则不需要满足滑块和遮光条的总质量远大于托盘和砝码的总质量。 12. （2024·浙江温州·三模）甲同学，利用气垫导轨和数字计时器记录物体沿斜面下滑的运动过程来《验证机械能守恒定律》，计时系统的工作要借助于光源和光敏管。当滑块经过时，其上的遮光条把光遮住，与光敏管相连的电子电路自动记录遮光的时间，通过数码屏显示出来。实验部分装置和原理图如下所示，已知滑块和挡光板的总质量为M，砝码盘和砝码的总质量为m，挡光板宽度为d，经过光电门1和光电门2的时间分别为t1和t2，在装置上读出两光电门之间的距离，用L表示，则： (1)该同学用螺旋测微器测量遮光条宽度 d，如图1，则遮光条宽度 d= mm； (2)该实验中，以下操作正确的是（    ） A．遮光条宽度越小越好 B．需抬高左侧以平衡摩擦力 C．无需M>m (3)该同学为验证机械能守恒，重力势能的减少量△Ep的表达式是 ，动能的增加量△Eₖ的表达式是 （以上两空均用字母M、m、d、L、t1、t2表示）；若在误差允许范围内，△Ep近似等于△Eₖ，则说明机械能守恒；若在进行数据分析时发现系统增加动能△Eₖ总是大于砝码盘和砝码减少的重力势能△Ep，可能的原因是 （写出1条即可）。 (4)若乙同学用一端带滑轮的轨道和打点计时器验证系统的机械能守恒，如图2，请问这样的做法 （填“可行”或“不可行”）。 【答案】(1)1.609/1.610/1.611/1.612 (2)C (3) mgL 气垫导轨没有调节水平，其左侧高于右侧 (4)不可行 【详解】（1）遮光条宽度 d=1.5mm+0.01mm×11.0=1.610mm （2）A．由光电门测速原理，可知遮光条宽度越小，遮光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度，速度测量的误差越小。但是若遮光条宽度太小，则测量遮光条宽度时的相对误差会很大，故遮光条宽度不是越小越好，故A错误； B．实验时气垫导轨与滑块之间的滑动摩擦力很小，在误差允许的范围内是可忽略的，故不需要抬高导轨左侧以平衡摩擦力，故B错误； C．本实验要验证的是系统减小的重力势能等于增加的动能，不用将细线的拉力近似为砝码盘和砝码的总重力，故无需M≫m，故C正确。 故选C。 （3）[1]重力势能的减少量ΔEp的表达式是 ΔEp=mgL [2]遮光条通过光电门1时的速度大小为 遮光条通过光电门2时的速度大小为 动能的增加量ΔEk的表达式是： [3]若在进行数据分析时发现系统增加动能ΔEk总是大于砝码盘和砝码减少的重力势能ΔEp，可能的原因是：气垫导轨没有调节水平，其左侧高于右侧，以至于滑块和挡光板的重力势能也减小了，使系统动能的增加量总是大于砝码盘和砝码减少的重力势能。 （4）这样的做法不可行。因为此系统存在克服摩擦阻力做功，机械能不守恒，也就无法验证系统的机械能守恒。 13. （23-24浙江·期中）甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验： (1)除图1中器材外，还需在图2中选取的器材是 （填字母）。 (2)他按顺序进行了下面几个操作步骤： A．按照图示的装置安装器材； B．将打点计时器接到学生电源的“交流”输出端； C． 用天平测出重锤的质量； D．先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带； E. 测量纸带上某些点与第一个打点间的距离； F. 选择第一个点为起始点，算出起始点与某一打点的时间间隔t，利用公式v=gt，可以计算出该点的速度； G. 根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。 其中可以不进行的操作步骤是 ，不正确的步骤是 。（均填步骤前的选项字母） (3)甲同学实验时，质量m=1kg的重锤自由下落，在纸带上打出了一系列的点，如图所示，O为计时器打下的第一个点，相邻计数点时间间隔为0.02s，长度单位是cm，g取。（结果保留2位有效数字）； ①打点计时器打下计数点B时，物体的速度 m/s。 ②从点O到打下计数点B的过程中，物体重力势能的减小量 J。 ③若甲同学选取了包含O点在内的某个过程，发现重物动能的增加量略大于重力势能的减小量，造成这一结果的原因可能是 A．重物质量过小    B．重物质量测量错误 C． 先释放纸带，后接通电源    D．空气阻力的影响 (4)重锤在下落的过程中，如果所受阻力均忽略不计，h代表下落的距离，v代表物体速率，且代表动能，代表势能，E代表机械能，以地面为参考面，下列图像可能正确的是（    ） A． B． C． D． 【答案】(1)B (2) C BF/FB (3) 0.97 0.48 C (4)B 【详解】（1）电火花需要连接交流电源；需要用刻度尺测量纸带上计数点之间的距离；由于验证机械能守恒的表达式中质量可以约去，所以不需要天平测质量，也不需要测力的大小；通过打点计时器可以得到计数点之间的时间间隔，所以不需要秒表。 故选B。 （2）[1]由于验证机械能守恒的表达式中质量可以约去，所以不需要天平测质量，所以可以不进行的操作步骤是C； [2]电火花需要连接交流电源；计算某点的速度不能用公式，因为这样默认加速度为重力加速度，失去了验证的意义，故不正确的步骤是BF。 （3）①[1]根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度，则点计时器打下计数点B时，物体的速度为 ②[2]从点O到打下计数点B的过程中，物体重力势能的减小量为 ③[3]若甲同学选取了包含O点在内的某个过程，发现重物动能的增加量略大于重力势能的减小量。 AB．由于验证机械能守恒的表达式中质量可以约去，所以重物的质量过小或测量错误不会使得重物动能的增加量略大于重力势能的减小量，故AB错误； C．先释放纸带，后接通电源，则重物的初动能不为0，使得重物动能的增加量测量值偏大，可能使得重物动能的增加量略大于重力势能的减小量，故C正确； D．空气阻力的影响，使得部分重力势能减小量转化为内能，则重物重力势能减小量大于动能的增加量，故D错误。 故选C。 （4）D．重锤在下落的过程中，如果所受阻力均忽略不计，则重物的机械能不变，图像为一条与横轴平行的直线，故D错误； A．根据动能定理可得 可得为一条过原点的倾斜直线，故A错误； BC．根据机械能守恒可得 可得 可知图像为一条斜率为负的倾斜直线；图像为一条抛物线，故B正确，C错误。 故选B。 14. （23-24·浙江·期中）某小组同学用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。 (1)关于该实验，下列说法正确的是______。 A．该实验应先释放重物再打开打点计时器 B．该实验重物质量和的大小没有要求 C．该实验可以用公式计算某点的速度 D．该实验应选用密度大．体积小的重物 (2)实验时该小组同学让重物带动纸带从静止开始自由下落，按正确操作得到了一条完整的纸带，0为打的第一个点，相邻两个点之间有4个点未画出，测出点3、4、5到起始点0的距离，如图乙所示。已知，，则可知打下点4时，重物的速度 m/s。在打下0点到打下计数点4的过程中系统重力势能的减少量 J。（当地的重力加速度g取，计算结果均保留3位有效数字） (3)该小组另外一名同学用另外的数据处理方法验证机械能守恒，他在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点0的距离h，计算对应计数点的重物速度v，作出图像，若图像是一条过原点的直线，且斜率为 ．（用、、g表示），也可以验证重物下落过程中机械能守恒。 【答案】(1)D (2) 2.40 0.412 (3) 【详解】（1）A．实验时应先打开打点计时器再释放重物，故A错误； B．要使能拉动纸带，应大于，故B错误； C．实验应测量纸带上各点到起始点间的距离，用中间时刻的瞬时速度等于这段位移的平均速度来求各点的速度，不能用公式计算某点的速度，故C错误； D．为了减小空气阻力带来的实验误差，该实验应选用密度大、体积小的重物，D正确。 故选D。 （2）[1]打下计数点4的瞬时速度为 [2]0到4重力势能减小量为 （3）若重物下落时满足机械能守恒，则有 化简得 所以图像的斜率为。 15. （2024·浙江金华·二模）在“验证机械能守恒定律”的实验中，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。 (1)不同学生在实验操作过程中出现如图所示的四种情况，其中操作正确的是 。 (2)实验中，按照正确的操作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（纸带上第一个点）的距离分别为、、。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，重物的重力势能减少量 ，动能变化量 。 (3)如果计算结果显示重力势能变化量绝对值小于动能变化量，可能的原因是______。 A．纸带受到阻力较大 B．先接通电源后释放纸带 C．先释放纸带后接通电源 D．阻力与重力之比很小 【答案】(1)B (2) (3)C 【详解】（1）依题意，打点计时器接交流电源，重物应靠近打点计时器，为减小阻力，使纸带在竖直方向上，可知B图符合要求。 故选B。 （2）[1]从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减少量为 [2]纸带上打B点的速度为 动能变化量 （3）正常情况下实验中，由于系统误差，各种阻力导致机械能有损失，那么重力势能的减小量总略大于动能的增加量，而此验实验证结果恰好相反，则是操作错误引起的，可能是物体具有初速度，即先放手后接通电源。 故选C。 16. （2025·河南·高考真题）实验小组利用图1所示装置验证机械能守恒定律。可选用的器材有：交流电源（频率）、铁架台、电子天平、重锤、打点计时器、纸带、刻度尺等。 (1)下列所给实验步骤中，有4个是完成实验必需且正确的，把它们选择出来并按实验顺序排列： （填步骤前面的序号） ①先接通电源，打点计时器开始打点，然后再释放纸带 ②先释放纸带，然后再接通电源，打点计时器开始打点 ③用电子天平称量重锤的质量 ④将纸带下端固定在重锤上，穿过打点计时器的限位孔，用手捏住纸带上端 ⑤在纸带上选取一段，用刻度尺测量该段内各点到起点的距离，记录分析数据 ⑥关闭电源，取下纸带 (2)图2所示是纸带上连续打出的五个点A、B、C、D、E到起点的距离。则打出B点时重锤下落的速度大小为 （保留3位有效数字）。 (3)纸带上各点与起点间的距离即为重锤下落高度h，计算相应的重锤下落速度v，并绘制图3所示的关系图像。理论上，若机械能守恒，图中直线应 （填“通过”或“不通过”）原点且斜率为 （用重力加速度大小g表示）。由图3得直线的斜率 （保留3位有效数字）。 (4)定义单次测量的相对误差，其中是重锤重力势能的减小量，是其动能增加量，则实验相对误差为 （用字母k和g表示）；当地重力加速度大小取，则 （保留2位有效数字），若，可认为在实验误差允许的范围内机械能守恒。 【答案】(1)④①⑥⑤ (2)1.79 (3) 通过 19.1 (4) 3.1 【详解】（1）实验步骤为：将纸带下端固定在重锤上，穿过打点计时器的限位孔，用手捏住纸带上端，先接通电源，打点计时器开始打点，然后再释放纸带，关闭电源，取下纸带，在纸带上选取一段，用刻度尺测量该段内各点到起点的距离，记录分析数据，根据原理可知质量可以约掉，不需要用电子天平称量重锤的质量。 故选择正确且正确排序为④①⑥⑤。 （2）根据题意可知纸带上相邻计数点时间间隔 根据匀变速直线运动中间时刻瞬时速度等于该过程平均速度可得 代入数据可得 （3）[1][2]根据 整理可得 可知理论上，若机械能守恒，图中直线应通过原点，且斜率 [3]由图3得直线的斜率 （4）[1]根据题意有 可得 [2]当地重力加速度大小取，代入数据可得。 17. （2025·江苏·高考真题）小明同学探究机械能守恒定律，实验装置如图。实验时，将小钢球在斜槽上某位置A由静止释放，钢球沿斜槽通过末端O处的光电门，光电门记录下钢球的遮光时间t。用游标卡尺测出钢球的直径d，由得出其通过光电门的速度v，再计算出动能增加量。用刻度尺测得钢球下降的高度h，计算出重力势能减少量。 (1)安装实验装置的操作有： ①在斜槽末端安装光电门    ②调节斜槽在竖直平面内 ③调节斜槽末端水平        ④将斜槽安装到底座上 其合理的顺序是__________（选填“A”“B”或“C”）。 A．①②③④ B．④②③① C．④①②③ (2)测量钢球直径的正确操作是图中 （选填“甲”或“乙”）所示的方式。 18. (3)在斜槽上5个不同的位置由静止释放钢球。测量得出的实验数据见表1。已知钢球的质量，重力加速度。请将下表的数据补充完整。 表1 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 4.90 6.25 7.45 8.78 10.0 7.84 9.80 11.8 13.7 (4)实验数据表明，明显小于，钢球在下降过程中发生机械能的损失。小明认为，机械能的损失主要是由于钢球受到的摩擦力做功造成的。 为验证此猜想，小明另取一个完全相同的斜槽按下图平滑对接。若钢球从左侧斜槽上A点由静止释放，运动到右侧斜槽上，最高能到达B点，A、B两点高度差为H．则该过程中，摩擦力做功大小的理论值 （用m、g、H表示）。 (5)用上图的装置，按表1中所列部分高度h进行实验，测得摩擦力做功大小。由于观察到H值较小，小明认为，AO过程摩擦力做功近似等于AB过程的一半，即。然后通过表1的实验数据，计算出AO过程损失的机械能。整理相关数据，见表2。 表2 4.00 5.00 6.00 7.00 2.94 3.55 4.35 4.92 0.98 1.08 1.18 1.27 上表中与相差明显。小明认为这是由于用近似计算不合理。你是否同意他的观点？ 请根据表2数据简要说明理由。 【答案】(1)B (2)甲 (3)15.7 (4)mgH (5) 不同意 小球减小的重力势能有一部分转化为小球的转动动能，相差很大的原因是小球的转动动能没有计入 【详解】（1）正确步骤为将斜槽安置于底座，调节斜槽在竖直平面内，调节斜槽末端水平，安装光电门，序号为④②③①。 故选B。 （2）测量小球直径的正确操作需要确保测量工具与小球接触良好，并且小球的位置不会导致测量误差。在图中的情形中，甲图示显示出的卡尺测量方式更准确地使卡尺的两测量面与小球的表面垂直接触，适合测量直径。而乙图因为夹持不住小球，使得小球并没有夹在量爪之间，测量不准确。 故选甲。 （3）根据 可知下降高度为时减少的重力势能为下降高度为的二倍，代入数据可得 （4）根据动能定理可得 可得 （5）[1][2]不同意，原因是小球减小的重力势能有一部分转化为小球的转动动能，相差很大的原因是小球的转动动能没有计入。 19. （2024·浙江·高考真题）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”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 【答案】(1)B (2)3.34 (3) 不能 B 【详解】（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 （3）[1][2]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。 20. （2023·天津·高考真题）某同学利用图示的气垫导轨实验装置验证机械能守恒定律，主要实验步骤如下： A．将桌面上的气垫导轨调至水平； B．测出遮光条的宽度d C．将滑块移至图示位置，测出遮光条到光电门的距离l D．由静止释放滑块，读出遮光条通过光电门的遮光时间t E．秤出托盘和砝码总质量，滑块（含遮光条）的质量 已知当地重力加速度为g，回答以下问题（用题中所给的字母表示） （1）遮光条通过光电门时的速度大小为 ； （2）遮光条由静止运动至光电门的过程，系统重力势能减少了 ，遮光条经过光电门时，滑块、托盘和砝码的总动能为 ； （3）通过改变滑块的释放位置，测出多组、数据﹐利用实验数据绘制图像如图。若图中直线的斜率近似等于 ，可认为该系统机械能守恒。 【答案】 【详解】（1）[1]小车通过光电门时的速度为 （2）[2]从释放到小车经过光电门，这一过程中，系统重力势能减少量为 [3]从释放到小车经过光电门，这一过程中，系统动能增加量为 （3）[4]改变l，做多组实验，做出如图以l为横坐标。以为纵坐标的图像，若机械能守恒成立有 整理有 可知，若图中直线的斜率近似等于，可认为该系统机械能守恒。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$