课时分层检测(32)实验七：验证机械能守恒定律-【创新大课堂】2027年高三物理一轮总复习

课时分层检测（三十二） 实马 1.(2026·北京延庆一模)某实验小组用如图甲所 示的装置验证机械能守恒定律。 (1)在实验操作过程中，下 夹子 列做法正确的是 打点 A.实验中打点计时器可以 计时器纸带 使用直流电源 夹子 B.实验时应先接通打点计 ·重锤 时器的电源再释放纸带 甲 C.实验时纸带与打点计时器的两个限位孔应在！ 同一竖直线上 D.打点计时器、天平和刻度尺都是本实验必须使： 用的测量仪器 (2)如图乙所示为某次实验打出的纸带，取纸带 上连续的五个点A、B、C、D、E,通过测量并计算 出点A距起始点O的距离为so,AC间的距离为 s1,CE间的距离为s2,若相邻两点的时间间隔为 T,重锤质量为m,重力加速度为g。根据这些条： 件计算从O点到C点的过程中重锤重力势能的 减少量△E。= ,动能的增加量△Ek= 2 (3)利用该装置还可以测量当地的重力加速度，某： 同学的做法是以各点到起始点的距离五为横坐 标，以各点速度的平方2为纵坐标，建立直角坐 标系，用实验测得的数据绘制出-h图像，如图 丙所示。请画出2-h图线并求得当地重力加速 度g= m/s2(结果保留3位有效数字)。 ↑21(m2.s-2) 8.0 6.0 4.0 2.0 10 2030 4050h/(×10-2m) 丙 349 金七：验证机械能守恒定律 (4)另一实验小组利用气垫导轨和光电门等器材 验证机械能守恒定律，图是实验装置的示意图。 实验时开启气泵，先将气垫导轨调至水平，然后 滑块通过细线与托盘和砝码相连。将滑块从图 丁所示位置由静止释放，读出挡光条通过光电门 的挡光时间为t。已知刚释放时挡光条到光电门 的距离为l,挡光条的宽度为d,且d<l,托盘和 砝码的总质量为m,滑块和挡光条的总质量为M, 当地的重力加速度为g。在滑块从静止释放到运 动到光电门的过程中，系统重力势能的减少量 △E。=mgl;系统动能的增加量△Ek= 在误差允许的范围内，如果△E。=△Ek,则可验 证系统的机械能守恒。 气垫光电门 数字计时器 挡光条和滑块 导轨 ▣ mpmmpm中mm平 连 刻度尺 托盘和 源 砝码 丁 (2026·内蒙古包头高三期末)某同学把带铁夹 的铁架台、电火花计时器、纸带、质量为1的重 物甲和质量为m2的重物乙(m1>m2)等器材组 装成如图(a)所示的实验装置，以此研究系统机 械能守恒定律。此外还准备了天平（砝码）、毫米 刻度尺、导线等。 (1)他进行了下面几个操 作步骤： 电火 口重物甲 A.按照图示的装置安装 花计 时器口重物乙 器件； B.将打点计时器接到电 源的“直流输出”上； 纸带 C.用天平测出重物甲和 (a) 重物乙的质量； D.先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带； E.测量纸带上某些点间的距离； F.根据测量结果计算得出重物甲下落过程中减 少的重力势能等于重物甲增加的动能。 其中错误的步骤是 (填步骤前字母)。 (2)实验中得到一条比较理想的纸带，先记下第一 个点O的位置，如图(b)所示。然后选取A、B、C、D 四个相邻的计数点，相邻计数点间还有四个点未画： 出。分别测量出A、B、C、D到O点的距离分别为 h1=12.02cm、h2=27.03cm、h3=48.01cm、 h4=75.02cm。已知打点计时器使用交流电的 频率为f=50Hz。重物甲下落到B点时的速度 UB- m/s(计算结果保留2位有效数字)。 .. A B D单位：cm (b) (3)若当地的重力加速度为g,系统从O运动到C 的过程中，在误差允许的范围内只要满足关系式 ,则表明系统机械能守恒（用给出物理 量的符号表示)。 3.(九省联考·河南·22)某同学用如图(a)所示的 装置验证机械能守恒定律。用细线把钢制的圆 柱挂在架子上，架子下部固定一个小电动机，电 动机轴上装一支软笔。电动机转动时，软笔尖每 转一周就在钢柱表面画上一条痕迹（时间间隔为 T)。如图(b),在钢柱上从痕迹O(画上痕迹O时 钢柱速度为零)开始选取5条连续的痕迹A、B、 C、D、E,测得它们到痕迹O的距离分别为hA、: hB、hc、hD、hE。已知当地重力加速度为g。 钢柱 软笔 电动机 D C B (a) (b) (1)若电动机的转速为3000r/min,则T= S。 （2)实验操作时，应该 (填正确答案 标号) 35 A.先打开电源使电动机转动，后烧断细线使钢柱 自由下落 B.先烧断细线使钢柱自由下落，后打开电源使电 动机转动 (3)画出痕迹D时，钢柱下落的速度oD= 。(用题中所给物理量的字母表示) (4)设各条痕迹到O的距离为h,对应钢柱的下 落速度为o,画出v2-h图像，发现图线接近一条 倾斜的直线，若该直线的斜率近似等于 ,则可认为钢柱下落过程中机械能守恒。 4.(2026·天津市蓟州区期末)某同学利用如图所 示的实验装置验证机械能守恒定律。将气垫导 轨固定在水平桌面上，调节旋钮使其水平，在气 垫导轨的左端固定一光滑的定滑轮，在B处固定 一光电门，测出滑块及遮光条的总质量为，将 质量为M的钩码通过细线与滑块连接。打开气 源，滑块从A处由静止释放，宽度为d的遮光条 经过光电门B时挡光时间为t,A、B之间的距离 为1，实验中钩码始终未与地面接触，重力加速度 为g 气垫导轨光电 遮光条 定滑轮© ▣B 滑 连气源 钩码 刻度 调节旋钮 调节旋钮Q (1)滑块由A点运动到B点的过程中，系统重力 势能减少量△E。为 ,系统动能增加量 △Ek为 (均用题中所给字母表示)。 (2)若实验结果发现按上述公式计算，△Ek总是 大于△E。,可能的原因是 A.存在空气阻力 B.测出滑块右端与光电门B之间的距离作为( C.测出滑块左端与光电门B之间的距离作为1匀加速，加速度仍为a1,速度达到山时，发生第：3 二次碰撞，之后重复进行，即A做类似竖直上！ 抛运动、B做匀速直线运动。发生一次碰撞后，} （2u1) 相对位移为工阳=2a1 -=16m 故木板长为L-2x相=32m 系统损失的机械能转化为内能，即 △Ea=mgcos0·L=240J。 答案(1)10m/s(2)4m(3)32m240J: 课时分层检测（三十二） 1.析(1)实验中打点计时器必须使用交流电！ 源，不能使用直流电源，选项A错误；实验时应！ 先接通打点计时器的电源再释放纸带，远项B! 正确；实验时纸带与打点计时器的两个限位孔！ 应在同一竖直线上，以减小摩擦，选项C正确： 打点计时器和刻度尺都是本实验必须使用的测： 量仪器，但是不需要天平，选项D错误。 (2)从O点到C点的过程中重锤重力势能的减 少量△E,=g(十$） 打C点时的逢度=产 动能的增如量G=之m=之n(产) (3)作出2一h图像如图， ↑2/(m2.s-2) o 10 2030 4050h/(×10-2m) 根据2=2gh 9.0 结合图像可知2g一46X10m/令 解得g=9.78m/s2。 (4)滑块经过光电门时的速度u=4 系统动能的增加量△E:=(M十m)d- M+m()） 答案(B )十)合7) (3)见解析图9.78(9.75~9.80均可) ④gM+m() 2.解析(1)步骤B中应将打点计时器接到电源！ 的“交流输出”上，步骤F中应是根据测量结果！ 计算得出重物甲下落过程中甲、乙两重物减少！ 的重力势能等于重物甲、乙增加的动能。故错 误的步骤是BF。 (2)依题意，相邻计数点间的时间间隔为T=! 5×子-0.1s 重物甲下落到B点时的速度为B=2T h3-h=48.01-12.02X102m/s=1.8m/s。 2T 2×0.1 (3)系统从)运动到C的过程中，若系统机械· 能守恒，则有(m一m)gh,=(m十m)日 又器“ 2T 联立解得(m一m)gh,=m十m)h,-)产上 200 答案(1)BF(2)1.8 (3)(m-m)gh,-（m+m)h:-:)f 200 解析(1)由于电动机的转速为3000r/min, 则其颜率为f=3000H2=50Hz 60 1 才=50s=0.029 (2)实验操作时，为了使软笔在钢柱表面画上的！ 痕迹条数多一些，应该先打开电源使电动机转！ 动，后烧断细线使钢柱自由下落。故选A。 (3)根据匀变速直线运动中间时刻瞬时速度等！ 于该段过程的平均速度，则画出痕迹D时，钢} 柱下落的速度为n=he二c 9T (4)若钢柱下落过程中机械能守恒， 则ngh=之m 可得2=2gh ! 即-h图线的斜率近似等于2g,则可认为钢} 柱下落过程中机械能守恒。 答案(1)0.02(2)A(3)里c(42g 2T 解析(1)根据重力势能的表达式可知滑块由！ A点运动到B点的过程中，系统重力势能减少 量△E。=Mgl 滑块在光电门B的速度为g=立，所以系统 动能的增加量为 E=号(M+m)g=Mmd 2 (2)若存在空气阻力，△E总是小于△E,故A· 错误：将滑块右端与光电门B之间的距离作为， 1,钩码下落的高度偏大，△E将小于△E,故B 错误；将滑块左端与光电门B之间的距离作为： l,钩码下落的高度偏小，△E将大于△E。,故C 正确。 答案(1)Mgl (M+n) (2)C 22 课时分层检测（三十三） BD[在光滑水平面上，物体所受合力大小等！ 于F的大小，根据动能定理得FL一E,则物体 位移变为原来的2倍，动能变为原来的2倍，根 据p=√2nE知，动量变为原来的√2倍，故A! 错误，B正确；根据动量定理得F1一p,物体运 动时间变为原来的2倍，则动量变为原来的2： 倍，根据E= 上知，动能变为原来的4倍，故C! 2i 错误，D正确。] D[第一次垫球后，球竖直上升高度为0.2m,{ 球落回到手上的速度为u。=√2gh。=2m/s,1 方向向下：第二次垫球后，球竖直上升高度为！ 0.45m,则球刚离手时的速度为y1=√J2gh1=! 3m/s,方向向上；取向上为正方向，第二次垫球1 过程，排球动量变化量的大小为△p=w1 (-m)=m(v1十)=0.27X5kg·m/s= 1.35kg·m/s,故选D。] BD[04s内，重力的冲量大小为IG=mgt =40N·s,故A错误，B正确；当水平力满足F -F;=ng=2N,即t=1s时物块才开始运！ 动，则1一4s内由F一t图像可知水平力F的} 冲量大小为1=28×3N·8=15N·s, 动量定理可得IF一mgt=nu,代入数据解得 4s末物块的速度大小为v-9m/s,故C错误，： D正确。] B[设该发动机在t时间内，喷射出的气体质 量为m,根据动量定理Ft=nw可知，在1s内！ 喷射出的气体质量m,=1 4.8×105 3000 kg=1.6×103kg,故远B。] B[沙尘颗粒开始时速度较小时，阻力较小， 可知mg一kv一ma,沙尘颗粒速率增大，阻力增 大，加速度减小，当a=0时，沙尘颗粒速度达到 最大且稳定，此时速度满足mg一km,解得： um=2X10-3m/s,由动量定理可得mg一kt=! w,即ngt一h=mw,则沙尘下落时间为t=】 十，由于m<h,则1~施-10s≈3h, 71g 故远B。 518 C「设斜面倾角为0，斜面顶点到水平地面的高 度为h,则物块在斜面上的加速度为a-gsin0, 2h 物块在斜面上滑行的时间为t=√aSn0 √gsim0,周为∠ABC<∠ACB,可得物块在 2h AB斜面上的滑行时间比在AC斜面上的滑行 时间长，根据I=ng可知，两物块所受重力冲量 不相同，选项A错误；根据动量定理有ngsin0·t -△0，可知△p=√西，动量改支量是 量，两物块的动量改变量大小相等，但方向不相 同，远项B错误；根据动能定理△Ek一ngh得 两物块的动能改变量相同，远项C正确；物块到 达斜面底端时重力的瞬时功率P=ngusin0,因 两物块到达斜面底端的速度大小相同，但所处 斜面倾角不同，则重力的瞬时功率不相同，选项 D错误。」 B「撤去拉力前门板做初速 度为0的匀加速直线运动， 撒去拉力后门板做匀减速直 线运动，由于门板恰好不与 门框发生碰撞，测门板末速 度为0，作出其u-t图像如0 图所示，整个过程门板的总位移为与，即”-1 图像与坐标轴周成的图形面积（表示总位移）不 变，由牛顿第二定律可知撤去外力后门板的加速 度大小恒为a=g,由图可知若使整个运动时间 尽量短，则拉力较大，加速时间趋近于0，由x一 1 L.B at可知最短时间趋近于tm=√g 正确。] BC「无人机悬停时受到的升力与其重力平 衡，风扇吹风方向均为竖直向下，故A错误；单 位时间内被每个风扇推动的室气质量为 p&=pmR山，故B正确；根据动量定理有FAY △n·u,解得每个风扇对空气的作用力为F一 oπRU,无人机的总重力G=4F=4mR,故C W 正确；每个风扇对空气做功的功率为P一立 1 At 2pmR,故D错误] 解析(1)根据动能定理W-fx=之v 1 可得牵引力对飞机微的功W=之m心十fx。 (2)加速过程，设起飞速度为v,根据速度位移 关系vm2=2a1d 减速过程，根据速度位移关系m2=2a2(L一d) aoL 联立解得d= (3)在无风的情况下，飞机以速率水平飞行 时，相对飞机的气流速率也为，并且气流掠过 机翼改变方向，从而对机翼产生升力。根据升 力公式，升力与气流的动量变化有关，根据动量 定理F·△t=△p 可得F=坐 又△p=m△，n=S△u·△ 联立可得F=S△U 又△vOcu 可知Foc 即a=2。 答案(1)w=m+fx(2)d a1十a (3)论证见解析，α=2 课时分层检测（三十四） D「所有摩擦均忽略不计，只有动能和势能相 互转化，总的机械能不变，机械能守恒：初始时 用手托住小木块A,使A、B、C均处于静止状 态。松手后，整个系统竖直方向上合力不为零， 动量不守恒，但水平方向上合力为零，水平方向 上动量守恒，故D正确。]