第6章 微练22 实验7 验证机械能守恒定律(教用Word)-【赢在微点·顶层设计】2027年高中物理高考一轮总复习

微练22　实验7:验证机械能守恒定律 　 1.(2025·抚州模拟)在“验证机械能守恒定律”实验中，小王用如图甲所示的装置，让重物从静止开始下落，打出一条清晰的纸带，其中的一部分如图乙所示。O点是打下的第一个点，A、B、C和D为另外4个连续打下的点。 甲 (1)为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的。理由是 阻力与重力之比更小 。  (2)已知交流电频率为50 Hz，重物质量为200 g，当地重力加速度g=9.80 m/s2，则从O点到C点，重物的重力势能变化量的绝对值|ΔEp|= 0.547 J，C点的动能EkC= 0.588 J。(均保留3位有效数字)。  (3)比较EkC与|ΔEp|的大小，出现这一结果的原因可能是 B (填选项字母)。  A.工作电压偏高 B.接通电源前释放了纸带 C.存在空气阻力和摩擦力 解析　(1)为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的。理由:体积和形状相同时，密度大的重物受到的重力大，重物下落过程受到的空气阻力和摩擦阻力相对于重力的比例更小，即可以减小空气阻力和摩擦阻力的影响。 (2)由题图乙可知OC之间的距离为xOC=27.90 cm，因此重力势能的减少量为|ΔEp|=mgxOC=0.2×9.8×0.279 J=0.547 J。匀变速运动时间中点的速度等于这段时间的平均速度，因此vC== m/s=2.425 m/s，因此动能的增加量EkC=m=×0.2×2.425×2.425 J=0.588 J。 (3)比较ΔEkC与|ΔEp|的大小，ΔEkC>|ΔEp|，出现这一结果的原因可能是接通电源前释放了纸带，可导致ΔEkC>|ΔEp|，B项正确；工作电压偏高，对实验不产生影响，A项错误；存在空气阻力和摩擦力会导致ΔEkC<|ΔEp|，C项错误。 2.某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A点。光电门固定在A的正下方，在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条。将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出，取v=作为钢球经过A点时的速度。记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小ΔEp与动能变化大小ΔEk，就能验证机械能是否守恒。 (1)用ΔEp=mgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到 B (填选项字母)之间的竖直距离。  A.钢球在A点时的顶端 B.钢球在A点时的球心 C.钢球在A点时的底端 (2)用ΔEk=mv2计算钢球动能变化的大小。用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图乙所示，其读数为 1.50(1.49~1.51都算对) cm。  某次测量中，计时器的示数为0.010 0 s，则钢球的速度为v= 1.50(1.49~1.51都算对) m/s。  (3)下表为该同学的实验结果: ΔEp/(10-2 J) 4.892 9.786 14.69 19.59 29.38 ΔEk/(10-2 J) 5.04 10.1 15.1 20.0 29.8 他发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异，认为这是由空气阻力造成的。你是否同意他的观点?请说明理由。 不同意，因为空气阻力会造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp 。  (4)请你提出一条减小上述差异的改进建议。 见解析 。  解析　(1)要测量钢球下落的高度，应测量开始释放时钢球的球心到钢球在A点时球心的竖直距离，故选B。 (2)根据题图可知，遮光条的宽度为d=1.50 cm，若计时器的示数为0.010 0 s，则钢球的速度v== m/s=1.50 m/s。 (3)由于空气阻力的存在，钢球下落过程中克服空气阻力做功，因此动能的增加量会小于重力势能的减少量，而题中表格数值表明动能的增加量大于重力势能的减少量，显然误差不是由于空气阻力造成的，而是由遮光条在钢球的下面，测得的速度比钢球的实际速度大造成的。 (4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l，计算ΔEk时，将v折算成钢球的速度v'=v。 3.用如图甲所示的实验装置验证A、B组成的系统机械能守恒。B从高处由静止开始下落，A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。如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，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，所用电源的频率为50 Hz。已知A的质量m1=50 g，B的质量m2=150 g。(均保留2位有效数字) (1)在纸带上打下计数点5时的速度v5= 2.4 m/s。  (2)在打下0点到打下计数点5的过程中系统动能的增加量ΔEk= 0.58 J，系统重力势能的减少量ΔEp= 0.60 J。(当地的重力加速度g取10 m/s2)  (3)若某同学作出-h图像如图丙所示，则当地的重力加速度g= 9.7 m/s2。  解析　(1)v5= m/s=2.4 m/s。 (2)ΔEk=(m1+m2)-0≈0.58 J，ΔEp=m2gh5-m1gh5=0.60 J。 (3)由(m2-m1)gh=(m1+m2)v2，知=，即图线的斜率k== m/s2，解得g=9.7 m/s2。 4.某实验小组利用如图甲所示的实验装置，探究轻质弹簧的弹性势能与形变量的关系，光滑水平桌面距地面高为h，一轻质弹簧左端固定，右端与质量为m的小钢球接触，弹簧处于原长时，将小球向左推，压缩弹簧一段距离后由静止释放，在弹簧弹力的作用下，小球从桌子边缘水平飞出，小球落到位于水平地面的复写纸上，从而在复写纸下方的白纸P点留下痕迹。(已知重力加速度为g) (1)实验测得小球的落点P到O点的距离为l，那么由理论分析得到小球释放前压缩弹簧的弹性势能Ep与h、l、mg之间的关系式为 Ep= 。  (2)改变弹簧压缩量进行多次实验，测量数据如下表所示，请在图乙坐标纸上作出x-l图像。 弹簧压缩量 x/m 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 小球飞行的 水平距离 l/m 0.5 1.0 1.5 2.4 2.6 3.0 见解析图 (3)由图像得出x与l的关系式为 x=0.04l ；由实验得到弹簧弹性势能Ep与弹簧压缩量x之间的关系式为 Ep= 。  解析　(1)小球从桌子边缘水平飞出，做平抛运动，有h=gt2，l=v0t；将小球向左推压缩弹簧，由机械能守恒定律可得Epm=，联立解得Ep=。 (2)根据给出的数据利用描点法可得出对应的图像如图所示。 (3)由图像得出x与l的关系式为x=0.04l，由实验得到弹簧弹性势能Ep与弹簧压缩量x之间的关系式为Ep==。 5.某同学利用频闪照相机和气垫导轨做“验证机械能守恒定律”的实验，实验装置如图甲所示。实验的主要步骤如下: A.用天平测出滑块的质量m=0.2 kg； B.将安装有刻度尺的气垫导轨调整到倾角θ=24°的倾斜状态(sin 24°=0.4)； C.将滑块从导轨的顶端由静止释放，使用频闪照相机对滑块进行拍摄，频闪照相机每隔T=0.05 s拍摄一次。某次拍摄后得到的照片如图乙所示，该同学在实验中测得影像间对应的实际距离分别为s1=2.42 cm，s2=3.41 cm，s3=4.37 cm，s4=5.34 cm。已知当地的重力加速度g=9.8 m/s2。 结合以上实验数据，完成下列填空:(均保留3位有效数字) (1)滑块在位置B时的速度大小为 0.583 m/s。  (2)滑块由B运动至D，重力势能的减小量为 6.10×10-2 J，动能的增加量为 6.03×10-2 J，在误差允许的范围内，认为滑块下滑过程机械能守恒。  (3)写出两条产生误差的可能原因:① 空气阻力的作用 ；② 读取数据时产生读数误差 。  解析　(1)滑块做匀变速直线运动，在位置B时有vB=，代入数据得vB=0.583 m/s。 (2)滑块由B运动至D，重力势能的减少量ΔEp=mg(s2+s3)·sin 24°≈6.10×10-2 J，滑块在D点的速度大小vD=，解得vD=0.971 m/s，动能的增加量ΔEk=m(-)，解得ΔEk=6.03×10-2 J。 (3)滑块在下滑过程中受空气阻力作用，产生误差或读取刻度尺上滑块对应位置距离时产生读数误差。 学科网（北京）股份有限公司 $$