期末复习：利用光电门验证动能定理、验证机械能守恒定律 专项训练-2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

**基本信息** 聚焦高中物理验证动能定理与机械能守恒定律，以光电门实验为核心，整合多地区期中/期末真题改编，适合单元复习，强化科学探究与科学思维。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |非选择题|12道|验证动能定理（小车斜面、小球下落实验）、机械能守恒（重锤、双物体系统），涉及速度测量、功与动能计算、误差分析|结合真实实验情境，层次分明（基础操作→公式推导→图像分析），注重科学探究（误差分析如木板倾角影响）和科学思维（图像法如h-1/t²关系），贴合高考实验命题趋势|

期末复习：利用光电门验证动能定理、验证机械能守恒定律专项训练 期末复习：利用光电门验证动能定理、验证机械能守恒定律专项训练 考点目录 利用光电门验证动能定理 验证机械能守恒定律 考点一 利用光电门验证动能定理 例1．（25-26高一下·江西上饶·期中）如图所示是某同学探究动能定理的实验装置。已知重力加速度为，不计滑轮摩擦阻力，该同学的实验步骤如下： A．将长木板倾斜放置，小车放在长木板上，长木板旁放置两个光电门A和B，砂桶通过滑轮与小车相连； B．调整长木板倾角，使得小车恰好能在细绳的拉力作用下匀速下滑，测得砂和砂桶的总质量为； C．某时刻剪断细绳，小车由静止开始加速运动； D．测得挡光片通过光电门A的时间为，通过光电门B的时间为，挡光片宽度为，小车质量为，两个光电门A和B之间的距离为； E.依据以上数据探究动能定理。 (1)根据以上步骤，以下关于实验操作需要的是________。 A．实验时，应满足砂和砂桶的总质量远小于小车质量 B．实验时，应调节定滑轮使挂砂桶的细绳与木板平行 C．实验时，需要测出斜面的倾角 (2)在误差允许范围内，如果关系式________________________成立，就验证了动能定理。（用题中物理符号表示） (3)实验过程中，在剪断细绳时不小心触碰了木板，使木板倾角变小，则会导致计算得出的实验结果为，小车动能的增量________合力所做的功（填＂大于、等于或小于＂）。 【答案】(1)B (2) (3)小于 【详解】（1）A．本实验中，小车匀速下滑时，细绳拉力已经平衡了小车重力沿斜面向下的分力与摩擦力的合力，不需要满足远小于，A错误。 B．实验中需要保证拉力方向与木板平行，因此必须调节细绳与木板平行，B正确。 C．我们已经通过平衡得到小车剪断细绳后的合力等于，不需要测量斜面倾角，C错误。 故选B。 （2）剪断细绳后，小车的合外力大小为，合外力做功 小车经过两个光电门的速度分别为、 动能增量为 根据动能定理，若 ，即可验证动能定理。 （3）木板倾角变小后，重力沿斜面向下的分力减小，摩擦力增大，实际小车受到的合外力 ，实际合外力做功 我们计算合力做功时仍按原平衡结果计算，而动能增量等于实际合外力做功，因此小车动能的增量小于计算得到的合力所做的功。 例2．（25-26高一下·云南文山·阶段检测）某实验小组设计如图所示的实验装置来验证“动能定理”。小球的质量为m、直径为d，小球从释放装置处由静止下落，沿竖直方向通过光电门。请回答下列问题： (1)用数字计时器测得小球通过光电门的遮光时间为t，则小球通过光电门的瞬时速度可表示为________（用字母d、t表示）； (2)用刻度尺测量小球在释放点处球心到光电门的竖直高度h，若空气阻力不计：小球下落过程中合力做的功可表示为________（用字母m、h、g表示）；动能的变化量可表示为________。（用字母m、d、t表示）；根据动能定理，物理量h、d、t、g应满足的关系式为________； (3)改变释放点处球心到光电门的竖直高度h，并记录相应的遮光时间t，若想通过图像法验证动能定理，则应描绘________（选填“”“”或“”）图像。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）小球通过光电门的瞬时速度可表示为。 （2）[1]由于空气阻力不计，故小球只受重力作用，因此小球下落过程中合力做的功可表示为。 [2]动能的变化量可表示为 [3]根据动能定理有 联立解得 （3）根据 整理得 可知与成正比，因此若想通过图像法验证动能定理，则应描绘图像。 例3．（25-26高一下·山东济宁·期中）如图所示，一同学利用长木板上做探究动能定理的实验，实验器材有：带有窄遮光条的滑块、光电门、毫米刻度尺、游标卡尺、弹簧测力计、弹射装置。实验操作如下： ①在水平长木板上，用弹簧测力计水平匀速拉动滑块，记录弹簧测力计示数F。 ②长木板水平固定，左端固定一弹簧原长在O点，光电门固定在木板上的A点。测出滑块上遮光条宽度为d。 ③滑块压缩弹簧后释放，弹出后记录遮条片经过光电门的挡光时间t； ④滑块停止运动后停在B点，测出A、B间的距离x； ⑤改变滑块弹出速度，重复实验，记录数据。 (1)滑块经过光电门到停止运动的过程中克服阻力做功为________（用所测物理量符号表示），为测出动能的减少量还需要测出____________________（物理量及符号），则动能的减少量为________________（用所测物理量符号表示），比较两者是否相等。 (2)为减小偶然误差，根据多组数据做出了滑块的位移图像，得到图像斜率为k，若满足__________则在误差允许范围内动能定理成立。 【答案】(1) Fx 滑块质量m (2) 【详解】（1）[1] 步骤①中，弹簧测力计水平匀速拉动滑块时，拉力与滑动摩擦力平衡，因此滑块受到的摩擦力f=F。滑块从光电门A运动到停止位置B，位移为x，因此过程中克服阻力做功为Wf=fx=Fx。 [2] [3]滑块经过光电门的速度近似为 动能减少量为 因此要得到动能减少量，还需要测量滑块（含遮光条）的质量m。 （2）根据动能定理，动能减少量等于克服阻力做功，即 整理得 因此图像的斜率 若满足该关系，误差允许范围内动能定理成立。 变式1．（25-26高三上·内蒙古呼和浩特·期末）利用如图所示装置探究合外力做功与动能变化关系。一光滑小钢球置于小车内，车内后壁装有压力传感器，车顶安装有遮光条，细绳一端系于小车上，另一端跨过固定在长木板一端的定滑轮，挂上钩码。 （1）若将压力传感器的示数视为小球所受合力的大小，且细线需要调节至与长木板平行。则在实验过程中，还需要满足的条件是______（填选项字母）。 A．钩码质量远小于小车质量 B．长木板要调节保持水平 C．长木板要调节倾斜一特定角度以平衡摩擦力 （2）释放小车后，记录遮光条的挡光时间和遮光条的宽度d以及遮光条到光电门的距离L； （3）小车经过光电门时的速度______（用题中字母表示）； （4）多次改变钩码质量，其余物理量不变，记录每次的和传感器读数F，则最直观、合理的关系图像是下列选项中的______（填选项字母）。 A．    B．　　C．    D． 【答案】 B D 【详解】（1）[1] BC．实验中研究对象是小球，由于小球光滑，不受摩擦力作用，若将压力传感器的示数视为小球所受合力的大小，则小球的重力一定与小车对小球的支持力平衡，即长木板要调节保持水平，故B正确，C错误； A．由于实验中并没有认为钩码的重力近似等于绳的拉力，则不需要满足钩码质量远小于小车质量，故A错误。 故选B。 （3）[2]根据光电门的测速原理，小车经过光电门时的速度 （4）[3]令小球质量为m，对小球进行分析，根据动能定理有 结合上述有 由于图像是一条过原点的倾斜直线，可知，最直观、合理的关系图像是。 故选D。 变式2．（24-25高一下·江西南昌·阶段检测）某实验小组利用拉力传感器、光电门等器材探究滑块“动能定理”的实验，实验装置如图所示，在滑块上安装一遮光条与拉力传感器，把滑块放在水平气垫导轨上并静止在A处，并通过定滑轮的细绳与钩码相连，光电门安装在B处，测得滑块（含遮光板和拉力传感器）质量为M、钩码总质量为m、AB之间的距离为L，当地的重力加速度为g，将滑块在图示A位置由静止释放后，拉力传感器记录下滑块在运动过程的拉力为F，光电计时器记录下遮光条通过光电门的时间分别为Δt，遮光条的宽度d。 (1)实验中是否要求钩码总质量m远小于滑块质量M_____________（填：是、否）； (2)则本实验中探究滑块动能定理的表达式为_____________（用以上对应物理量的符号表示）； (3)为减少实验误差，可采取的方法是 。 A．增大AB之间的距离L B．减少AB之间的距离L C．增大遮光条的宽度d D．减少遮光条的宽度d 【答案】(1)否 (2) (3)AD 【详解】（1）拉力是直接通过传感器测量的，与小车质量和钩码质量大小关系无关，故不需要满足钩码总质量m远小于滑块质量M。 （2）由于遮光条的宽度很小，通过光电门的时间也很短，故遮光条通过光电门的平均速度可以表示瞬时速度，则通过B点的速度 拉力做功 故本实验中探究动能定理的表达式为 （3）根据探究动能定理的表达式为 可知实验误差来自由长度的测量和速度的测量，故可以让AB之间的距离L增大或减小遮光条的长度。 故选AD。 变式3．（24-25高一下·山西太原·期末）某实验小组设计如图所示的实验装置来验证“动能定理”。小球的质量为、直径为，小球从释放装置处由静止下落，沿竖直方向通过光电门。请回答下列问题： (1)用数字计时器测得小球通过光电门的遮光时间为，则小球通过光电门的瞬时速度可表示为___________（用字母、表示）； (2)用刻度尺测量小球在释放点处球心到光电门的竖直高度，若空气阻力不计，小球下落过程中合力做的功可表示为___________（用字母、、表示）、动能的变化量可表示为___________（用字母表示），根据动能定理，物理量应满足的关系式为___________。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）小球经过光电门的速度为 （2）[1]若空气阻力不计，小球下落过程中只受重力，则合力做的功可表示为 [2]动能的变化量可表示为 [3]根据动能定理有 代入上述表达式可得 化简可得 考点二 验证机械能守恒定律 例1．（25-26高一下·黑龙江哈尔滨·阶段检测）用如图甲所示的实验装置做“验证机械能守恒定律”的实验，让质量为m=0.1 kg的重锤自由下落，在纸带上打出了一系列的点，如图乙所示，O点为刚释放重锤时打出的点，相邻两计数点的时间间隔为0.02 s，g取10 m/s2。求（结果均保留两位有效数字）： (1)打点计时器打下计数点B时，重锤的速度vB= ___________； (2)从打点O到打下计数点B的过程中，重锤重力势能的减小量=___________，动能的增加量=___________；由此可得出的结论是：___________。 【答案】(1)0.97m/s (2) 0.049J 0.047J 在实验允许的误差范围内，重物下落过程中机械能守恒 【详解】（1）根据匀变速直线运动规律，某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，有 由图乙可知 且，代入数据解得 （2）[1][2][3]重锤重力势能的减小量 动能的增加量 比较可知略大于，原因是存在阻力，但在误差允许范围内，重物下落过程中机械能守恒。 例2．（25-26高一下·河南洛阳·阶段检测）某实验小组用如图所示的装置验证机械能守恒定律。细绳跨过固定在铁架台上的小滑轮，两端各悬挂一个质量分别为M、m的重锤A（含遮光条）、重锤B（）。主要的实验操作如下： ①测量遮光条的宽度为d； ②用米尺量出光电门1、2间的高度差h； ③将重锤B压在地面上，由静止释放，记录遮光条先后经过两光电门的遮光时间、； ④改变光电门2的位置，重复实验。 (1)重锤A经过光电门2时速度的大小为________（用题中物理量的符号表示）， (2)若本实验只有一个光电门，________（填“能”或“不能”）完成实验。 (3)已知重力加速度为g，若满足关系式________（用题中物理量的符号表示），则验证了重锤A（含遮光条）、B组成的系统机械能守恒。 (4)某小组实验中发现系统减少的重力势能略小于系统增加的动能，下列原因中可能的是________。 A．存在空气阻力 B．高度差h的测量值偏小 C．遮光条宽度d的测量值偏小 【答案】(1) (2)能 (3) (4)B 【详解】（1）重锤A经过光电门2时，由于遮光条宽度d很小，极短时间内的平均速度近似等于瞬时速度，所以重锤A经过光电门2时速度的大小为。 （2）能完成实验，分两次进行实验，先在光电门1的位置做好标记，并记录光电门在1位置上时重锤A经过光电门的时间，然后把光电门移到光电门2的位置，再记录光电门在2位置上时重锤A经过光电门的时间，再用米尺量出光电门1、2位置间的高度差h即可。 （3）重锤A经过光电门1时速度的大小为 重锤A从光电门1下降到光电门2的过程中，系统重力势能的减少量为 系统动能的增加量为 若系统机械能守恒，则 即。 （4）A．存在空气阻力时，系统克服空气阻力做功，会使系统减少的重力势能一部分转化为内能，导致系统减少的重力势能略大于系统增加的动能，故A错误； B．高度差h的测量值偏小，会使计算出的重力势能减少量偏小，那么系统减少的重力势能应小于系统增加的动能，故B正确； C．遮光条宽度d的测量值偏小，会使计算出的速度偏小，从而使系统增加的动能偏小，那么系统减少的重力势能应大于系统增加的动能，故C错误。 故选B。 例3．（25-26高一下·江苏泰州·阶段检测）某研究性学习小组在验证机械能守恒定律的实验中，分别采用了以下两种方案： (1)第一组利用重物下落验证机械能守恒定律。 ①如图是释放纸带瞬间的照片，操作最合理的是_______。 A．B． C．D． ②关于此实验，下列说法中正确的是_____。 A．要测量重物的质量 B．释放重物时要注意纸带是否竖直 C．实验中应先释放纸带，后接通电源 D．可以利用公式来求解瞬时速度 (2)第二小组利用如图甲的实验装置探究系统机械能守恒，其中滑块和遮光条的总质量为M，钩码的质量为m，遮光条的宽度为d。 ①实验开始前，先调节气垫导轨水平，验证气垫导轨是否水平的依据是打开气源，将滑块放置于气垫导轨上，若滑块能_____________，说明气垫导轨已调节水平。 ②让滑块多次从同一位置无初速度释放，光电门1的位置始终不变，改变光电门2的位置，记录遮光条每次经过光电门2的时间和对应的光电门1和2之间的距离L，根据记录的多组数据作出图像如图乙所示。已知图像的斜率为k，截距为b，当地的重力加速度为g，则遮光条经过光电门1时滑块和遮光条的总动能为____，只要满足____，就能验证滑块和钩码组成的系统机械能守恒。（用题目中给出的物理量的字母表示） 【答案】(1) A B (2) 保持静止 【详解】（1）[1]实验释放纸带时，应使重物靠近打点计时器，纸带处于竖直状态，手提着纸带上端。 故选A。 [2] A．机械能守恒定律实验过程中需要验证是否成立，重物的质量可以消去，故重物的重力可以不测量，故A错误； B．打点计时器安装时，要使两限位孔的中线在同一竖直直线上，以减小摩擦阻力，故B正确； C．实验中应先接通电源，后释放纸带，故C错误； D．不可以利用公式来求解瞬时速度，因为利用此公式可以得到恒成立，失去了实验验证的意义，故D错误。 故选B。 （2）[1] 将滑块放置于气垫导轨上，若滑块能保持静止，说明气垫导轨已调节水平。 [2]由图可知，截距为滑块通过光电门1时速度的平方，即 则遮光条经过光电门1时滑块和遮光条的动能为 [3]若系统机械能守恒，则满足 解得 整理可得 变式1．（25-26高一下·河南南阳·阶段检测）利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”，实验装置如图甲所示，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也为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v，实验时滑块在A处由静止开始运动，重力加速度为g。 (1)滑块通过光电门B时的速度大小v=_______（用题中所给字母表示）。 (2)某次实验测得倾角，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时，滑块和小球组成的系统动能增加量可表示为_______，系统的重力势能减少量可表示为_______ ，在误差允许的范围内，若，则可认为系统的机械能守恒。（用题中所给字母表示） (3)按上述实验方法，某同学改变A、B间的距离，得到滑块到B点时对应的速度，作出图像如图乙所示，则重力加速度g=______（结果保留两位有效数字）。 【答案】(1) (2) (3)9.6 【详解】（1）根据题意可知，滑块到达B时的速度为 （2）[1] 系统动能的增加量为 [2] 系统重力势能的减小量为 （3）根据系统机械能守恒有 整理得 结合图乙可得，图线的斜率为 解得 变式2．（25-26高一下·吉林长春·期中）某同学用如图1所示的装置验证轻弹簧和小物块（带有遮光条）组成的系统机械能守恒。图中光电门安装在铁架台上且位置可调。物块释放前，细线与弹簧和物块的拴接点（A、B）在同一水平线上，且弹簧处于原长。滑轮质量不计且滑轮凹槽中涂有润滑油，以保证细线与滑轮之间的摩擦可以忽略不计，细线始终伸直。小物块连同遮光条的总质量为，弹簧的劲度系数为，弹簧的弹性势能表达式为，重力加速度为，遮光条的宽度为，小物块释放点与光电门之间的距离为l（d远远小于l）。现将小球由静止释放，记录物块通过光电门的时间： (1)改变光电门的位置，重复实验，每次滑块均从点静止释放，记录多组和对应的时间，做出图像如图2所示，若要验证轻质弹簧和小物块组成的系统机械能守恒，则在误差允许的范围内，需要验证正确的关系式是________ A． B． C． D． (2)在（1）中条件下，取时，可以使物块通过光电门时的速度最大，速度最大值为___________（用、表示），此时物块的加速度大小为___________。 (3)在（1）中条件下，和时，物块通过光电门时弹簧具有的两弹性势能分别为、，则________（用，，，表示） 【答案】(1)C (2) (3) 【详解】（1）以释放点为重力势能零点，弹簧原长弹性势能为零。物块下落距离，弹簧伸长量也为。初始机械能为零，下落后，重力势能减少，动能增加，弹性势能增加。由机械能守恒 遮光条通过光电门的速度，代入得 整理成关于的表达式 故选C。 （2）[1][2]由，这是关于的二次函数，开口向下，最大值在处，即图2中的，此时速度最大。 平衡条件，合力为零，加速度 将平衡条件代入机械能守恒式 解得 因此速度最大值，此时物块的加速度大小为0 （3）当和时，物块通过光电门的时间相等，即物块经过光电门的速度相等，故动能也相等，根据能量守恒定律分别有， 两式相减，代入平衡条件解得 或弹簧弹性势能，故 图2对称性，故 变式3．（25-26高一下·广东·阶段检测）某实验小组设计了如图所示的实验装置来验证机械能守恒定律（已知重力加速度为，不计绳和滑轮的质量） (1)实验时，实验小组的同学进行了如下操作： ①用天平分别测出物块A、B（含遮光片）的质量分别为和； ②测出遮光条宽度； ③将重物A、B通过轻绳和两个轻质滑轮连接成图甲所示的装置，一个同学用手托住重物B，另一个同学测量出遮光片中心到光电门中心的竖直距离，之后释放重物B使其由静止开始下落。测得遮光片经过光电门的时间为，则此时重物B速度的大小为__________（结果保留两位有效数字）。 (2)改变光电门与物块B之间的高度，测得遮光片的挡光时间，多次重复实验，并用描点法作出图像，以下四种你认为作图像最为合理__________（选填选项前的相应字母）。此时若图像的斜率__________（用含字母、的表达式表示），则验证了机械能守恒定律。 A．    B．    C．    D． (3)该同学在正确操作完成实验过程后，分析实验数据发现，得出的动能增加量总是小于重力势能减少量，请简要说明可能的原因________________________________________。 【答案】(1)2.0 (2) D (3)系统需要克服空气阻力和轮与轴之间的摩擦力做功 【详解】（1）根据光电门的测速原理，此时重物B的速度大小为 （2）[1]根据动滑轮特点可知，B下落时，A上升​，B的速度，则A的速度为​ 系统重力势能的减少量为 系统动能的增加量为 若机械能守恒，系统重力势能减少量等于动能增加量，令 约去整理得 因此与​成线性关系，作图像最为合理。 故选D。 [2]综上可知，若机械能守恒，则有 图像的斜率为 （3）实验过程中，系统需要克服空气阻力和轮与轴之间的摩擦力做功，因此动能增加量总是小于重力势能减少量。 2 学科网（北京）股份有限公司 $期末复习：利用光电门验证动能定理、验证机械能守恒定律专项训练 期末复习：利用光电门验证动能定理、验证机械能守恒定律专项训练 考点目录 利用光电门验证动能定理 验证机械能守恒定律 考点一 利用光电门验证动能定理 例1．（25-26高一下·江西上饶·期中）如图所示是某同学探究动能定理的实验装置。已知重力加速度为，不计滑轮摩擦阻力，该同学的实验步骤如下： A．将长木板倾斜放置，小车放在长木板上，长木板旁放置两个光电门A和B，砂桶通过滑轮与小车相连； B．调整长木板倾角，使得小车恰好能在细绳的拉力作用下匀速下滑，测得砂和砂桶的总质量为； C．某时刻剪断细绳，小车由静止开始加速运动； D．测得挡光片通过光电门A的时间为，通过光电门B的时间为，挡光片宽度为，小车质量为，两个光电门A和B之间的距离为； E.依据以上数据探究动能定理。 (1)根据以上步骤，以下关于实验操作需要的是________。 A．实验时，应满足砂和砂桶的总质量远小于小车质量 B．实验时，应调节定滑轮使挂砂桶的细绳与木板平行 C．实验时，需要测出斜面的倾角 (2)在误差允许范围内，如果关系式________________________成立，就验证了动能定理。（用题中物理符号表示） (3)实验过程中，在剪断细绳时不小心触碰了木板，使木板倾角变小，则会导致计算得出的实验结果为，小车动能的增量________合力所做的功（填＂大于、等于或小于＂）。 例2．（25-26高一下·云南文山·阶段检测）某实验小组设计如图所示的实验装置来验证“动能定理”。小球的质量为m、直径为d，小球从释放装置处由静止下落，沿竖直方向通过光电门。请回答下列问题： (1)用数字计时器测得小球通过光电门的遮光时间为t，则小球通过光电门的瞬时速度可表示为________（用字母d、t表示）； (2)用刻度尺测量小球在释放点处球心到光电门的竖直高度h，若空气阻力不计：小球下落过程中合力做的功可表示为________（用字母m、h、g表示）；动能的变化量可表示为________。（用字母m、d、t表示）；根据动能定理，物理量h、d、t、g应满足的关系式为________； (3)改变释放点处球心到光电门的竖直高度h，并记录相应的遮光时间t，若想通过图像法验证动能定理，则应描绘________（选填“”“”或“”）图像。 例3．（25-26高一下·山东济宁·期中）如图所示，一同学利用长木板上做探究动能定理的实验，实验器材有：带有窄遮光条的滑块、光电门、毫米刻度尺、游标卡尺、弹簧测力计、弹射装置。实验操作如下： ①在水平长木板上，用弹簧测力计水平匀速拉动滑块，记录弹簧测力计示数F。 ②长木板水平固定，左端固定一弹簧原长在O点，光电门固定在木板上的A点。测出滑块上遮光条宽度为d。 ③滑块压缩弹簧后释放，弹出后记录遮条片经过光电门的挡光时间t； ④滑块停止运动后停在B点，测出A、B间的距离x； ⑤改变滑块弹出速度，重复实验，记录数据。 (1)滑块经过光电门到停止运动的过程中克服阻力做功为________（用所测物理量符号表示），为测出动能的减少量还需要测出____________________（物理量及符号），则动能的减少量为________________（用所测物理量符号表示），比较两者是否相等。 (2)为减小偶然误差，根据多组数据做出了滑块的位移图像，得到图像斜率为k，若满足__________则在误差允许范围内动能定理成立。 变式1．（25-26高三上·内蒙古呼和浩特·期末）利用如图所示装置探究合外力做功与动能变化关系。一光滑小钢球置于小车内，车内后壁装有压力传感器，车顶安装有遮光条，细绳一端系于小车上，另一端跨过固定在长木板一端的定滑轮，挂上钩码。 （1）若将压力传感器的示数视为小球所受合力的大小，且细线需要调节至与长木板平行。则在实验过程中，还需要满足的条件是______（填选项字母）。 A．钩码质量远小于小车质量 B．长木板要调节保持水平 C．长木板要调节倾斜一特定角度以平衡摩擦力 （2）释放小车后，记录遮光条的挡光时间和遮光条的宽度d以及遮光条到光电门的距离L； （3）小车经过光电门时的速度______（用题中字母表示）； （4）多次改变钩码质量，其余物理量不变，记录每次的和传感器读数F，则最直观、合理的关系图像是下列选项中的______（填选项字母）。 A．    B．　　C．    D． 变式2．（24-25高一下·江西南昌·阶段检测）某实验小组利用拉力传感器、光电门等器材探究滑块“动能定理”的实验，实验装置如图所示，在滑块上安装一遮光条与拉力传感器，把滑块放在水平气垫导轨上并静止在A处，并通过定滑轮的细绳与钩码相连，光电门安装在B处，测得滑块（含遮光板和拉力传感器）质量为M、钩码总质量为m、AB之间的距离为L，当地的重力加速度为g，将滑块在图示A位置由静止释放后，拉力传感器记录下滑块在运动过程的拉力为F，光电计时器记录下遮光条通过光电门的时间分别为Δt，遮光条的宽度d。 (1)实验中是否要求钩码总质量m远小于滑块质量M_____________（填：是、否）； (2)则本实验中探究滑块动能定理的表达式为_____________（用以上对应物理量的符号表示）； (3)为减少实验误差，可采取的方法是 。 A．增大AB之间的距离L B．减少AB之间的距离L C．增大遮光条的宽度d D．减少遮光条的宽度d 变式3．（24-25高一下·山西太原·期末）某实验小组设计如图所示的实验装置来验证“动能定理”。小球的质量为、直径为，小球从释放装置处由静止下落，沿竖直方向通过光电门。请回答下列问题： (1)用数字计时器测得小球通过光电门的遮光时间为，则小球通过光电门的瞬时速度可表示为___________（用字母、表示）； (2)用刻度尺测量小球在释放点处球心到光电门的竖直高度，若空气阻力不计，小球下落过程中合力做的功可表示为___________（用字母、、表示）、动能的变化量可表示为___________（用字母表示），根据动能定理，物理量应满足的关系式为___________。 考点二 验证机械能守恒定律 例1．（25-26高一下·黑龙江哈尔滨·阶段检测）用如图甲所示的实验装置做“验证机械能守恒定律”的实验，让质量为m=0.1 kg的重锤自由下落，在纸带上打出了一系列的点，如图乙所示，O点为刚释放重锤时打出的点，相邻两计数点的时间间隔为0.02 s，g取10 m/s2。求（结果均保留两位有效数字）： (1)打点计时器打下计数点B时，重锤的速度vB= ___________； (2)从打点O到打下计数点B的过程中，重锤重力势能的减小量=___________，动能的增加量=___________；由此可得出的结论是：___________。 例2．（25-26高一下·河南洛阳·阶段检测）某实验小组用如图所示的装置验证机械能守恒定律。细绳跨过固定在铁架台上的小滑轮，两端各悬挂一个质量分别为M、m的重锤A（含遮光条）、重锤B（）。主要的实验操作如下： ①测量遮光条的宽度为d； ②用米尺量出光电门1、2间的高度差h； ③将重锤B压在地面上，由静止释放，记录遮光条先后经过两光电门的遮光时间、； ④改变光电门2的位置，重复实验。 (1)重锤A经过光电门2时速度的大小为________（用题中物理量的符号表示）， (2)若本实验只有一个光电门，________（填“能”或“不能”）完成实验。 (3)已知重力加速度为g，若满足关系式________（用题中物理量的符号表示），则验证了重锤A（含遮光条）、B组成的系统机械能守恒。 (4)某小组实验中发现系统减少的重力势能略小于系统增加的动能，下列原因中可能的是________。 A．存在空气阻力 B．高度差h的测量值偏小 C．遮光条宽度d的测量值偏小 例3．（25-26高一下·江苏泰州·阶段检测）某研究性学习小组在验证机械能守恒定律的实验中，分别采用了以下两种方案： (1)第一组利用重物下落验证机械能守恒定律。 ①如图是释放纸带瞬间的照片，操作最合理的是_______。 A．B．C．D． ②关于此实验，下列说法中正确的是_____。 A．要测量重物的质量 B．释放重物时要注意纸带是否竖直 C．实验中应先释放纸带，后接通电源 D．可以利用公式来求解瞬时速度 (2)第二小组利用如图甲的实验装置探究系统机械能守恒，其中滑块和遮光条的总质量为M，钩码的质量为m，遮光条的宽度为d。 ①实验开始前，先调节气垫导轨水平，验证气垫导轨是否水平的依据是打开气源，将滑块放置于气垫导轨上，若滑块能_____________，说明气垫导轨已调节水平。 ②让滑块多次从同一位置无初速度释放，光电门1的位置始终不变，改变光电门2的位置，记录遮光条每次经过光电门2的时间和对应的光电门1和2之间的距离L，根据记录的多组数据作出图像如图乙所示。已知图像的斜率为k，截距为b，当地的重力加速度为g，则遮光条经过光电门1时滑块和遮光条的总动能为____，只要满足____，就能验证滑块和钩码组成的系统机械能守恒。（用题目中给出的物理量的字母表示） 变式1．（25-26高一下·河南南阳·阶段检测）利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”，实验装置如图甲所示，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也为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v，实验时滑块在A处由静止开始运动，重力加速度为g。 (1)滑块通过光电门B时的速度大小v=_______（用题中所给字母表示）。 (2)某次实验测得倾角，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时，滑块和小球组成的系统动能增加量可表示为_______，系统的重力势能减少量可表示为_______ ，在误差允许的范围内，若，则可认为系统的机械能守恒。（用题中所给字母表示） (3)按上述实验方法，某同学改变A、B间的距离，得到滑块到B点时对应的速度，作出图像如图乙所示，则重力加速度g=______（结果保留两位有效数字）。 变式2．（25-26高一下·吉林长春·期中）某同学用如图1所示的装置验证轻弹簧和小物块（带有遮光条）组成的系统机械能守恒。图中光电门安装在铁架台上且位置可调。物块释放前，细线与弹簧和物块的拴接点（A、B）在同一水平线上，且弹簧处于原长。滑轮质量不计且滑轮凹槽中涂有润滑油，以保证细线与滑轮之间的摩擦可以忽略不计，细线始终伸直。小物块连同遮光条的总质量为，弹簧的劲度系数为，弹簧的弹性势能表达式为，重力加速度为，遮光条的宽度为，小物块释放点与光电门之间的距离为l（d远远小于l）。现将小球由静止释放，记录物块通过光电门的时间： (1)改变光电门的位置，重复实验，每次滑块均从点静止释放，记录多组和对应的时间，做出图像如图2所示，若要验证轻质弹簧和小物块组成的系统机械能守恒，则在误差允许的范围内，需要验证正确的关系式是________ A． B． C． D． (2)在（1）中条件下，取时，可以使物块通过光电门时的速度最大，速度最大值为___________（用、表示），此时物块的加速度大小为___________。 (3)在（1）中条件下，和时，物块通过光电门时弹簧具有的两弹性势能分别为、，则________（用，，，表示） 变式3．（25-26高一下·广东·阶段检测）某实验小组设计了如图所示的实验装置来验证机械能守恒定律（已知重力加速度为，不计绳和滑轮的质量） (1)实验时，实验小组的同学进行了如下操作： ①用天平分别测出物块A、B（含遮光片）的质量分别为和； ②测出遮光条宽度； ③将重物A、B通过轻绳和两个轻质滑轮连接成图甲所示的装置，一个同学用手托住重物B，另一个同学测量出遮光片中心到光电门中心的竖直距离，之后释放重物B使其由静止开始下落。测得遮光片经过光电门的时间为，则此时重物B速度的大小为__________（结果保留两位有效数字）。 (2)改变光电门与物块B之间的高度，测得遮光片的挡光时间，多次重复实验，并用描点法作出图像，以下四种你认为作图像最为合理__________（选填选项前的相应字母）。此时若图像的斜率__________（用含字母、的表达式表示），则验证了机械能守恒定律。 A．    B．    C．    D． (3)该同学在正确操作完成实验过程后，分析实验数据发现，得出的动能增加量总是小于重力势能减少量，请简要说明可能的原因________________________________________。 2 学科网（北京）股份有限公司 $