课时跟踪检测(36) 验证机械能守恒定律(Word练习)-【新高考方案】2027年高考物理一轮总复习

**基本信息** 聚焦机械能守恒验证实验，通过传统与现代装置（打点计时器、光电门等）覆盖操作、计算、误差分析，融合科学探究与科学思维 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |传统打点计时器|1题|操作判断、速度计算、误差分析|从匀变速直线运动中间时刻速度推导，建立ΔEp与ΔEk关系| |现代传感器|1题|手机振幅传感器创新实验|运动独立性原理应用，验证竖直方向机械能守恒| |光电门应用|1题|遮光片测速、公式推导、改进措施|通过d/t计算速度，推导机械能守恒关系式6gΔh=(d/t₄)²-(d/t₁)²| |单摆模型|1题|图像法验证、游标卡尺使用|从v=d/Δt建立h与1/(Δt)²关系，体现模型建构| |气垫导轨|1题|多组数据、Δv²-H图像分析|利用sinθ计算高度，通过图像斜率验证2gH=Δv²|

课时跟踪检测(三十六)　验证机械能守恒定律 1.(6分)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　　　　。(1分)  (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)。(2分)  (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5.09m,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,理由是　　　　。(3分)  A.在误差允许范围内 B.没有用当地的重力加速度g 2.(6分)某同学使用手机自带的传感器设计了一套实验装置用来验证机械能守恒定律。实验过程如下: ①一钢尺伸出水平桌面少许,将质量为m=60 g的小钢球放在钢尺末端,如图甲所示; ②用刻度尺测量钢尺上表面与水平地板间的高度h=100.00 cm; ③打开手机中的声音“振幅”(声音传感器)项目; ④迅速敲击钢尺侧面,让小钢球自由下落。手机中的传感器记录下声音“振幅”随时间变化的曲线,如图乙所示,第一、第二个尖峰的横坐标分别对应小钢球离开钢尺时刻和落地时刻。测得这两个尖峰的时间间隔t=0.46 s。 (1)当地重力加速度g取9.8 m/s2,则下落过程中,重力势能减小量ΔEp=　　　　J,动能增加量ΔEk=　　　 　J。据此可以得出实验结论:在误差允许的范围内,小钢球自由下落过程中机械能守恒。(结果均保留三位有效数字)4分)  (2)敲击钢尺侧面时,若导致小钢球获得了一个水平方向的未被察觉的小速度,对实验测量结果　　　　(选填“有”或“没有”)影响。(2分)  3.(8分)(2025·江苏常州模拟)某实验小组利用光电门遮 光时可测速度的特性来做“验证机械能守恒定律”实验。实验装置主体如图甲所示。当地重力加速度为g。 (1)将宽度d=0.5 cm的黑色胶带等间隔贴在　　　　(选填“透明塑料”或“铁质”)刻度尺上,相邻胶带中心线之间的距离Δh=2.5 cm。(1分)  (2)图乙为某条胶带在刻度尺上的位置,该胶带右侧边缘所对应的读数为　　　cm。(1分)  (3)将光电门固定在铁架台上,由静止竖直释放刻度尺,测得第1个和第4个胶带通过光电门的时间分别为t1和t4。已知刻度尺质量m=0.4 kg,t1=0.010 s,则第1个胶带经过光电门时刻度尺的动能为　　　　J(保留两位有效数字)。(2分)  (4)在误差允许范围内,若关系式　　　　　　　　　　　　　　　　(用Δh、d、t1、t4、g表示)成立,说明刻度尺下落过程中机械能守恒。(2分)  (5)为了更精确验证机械能守恒,就题中相关参数,提出一条改进措施:　　　　　　 　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。(2分)  4.(8分)(2025·甘肃高考)某学习小组使用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。 把一个直径为d的小球用不可伸长的细线悬挂,光电门置于小球平衡位置处,其光线恰好通过小球球心,计时器与光电门相连。 将小球拉离平衡位置并记录其高度h,然后由静止释放(运动平面与光电门光线垂直),记录小球经过光电门的挡光时间Δt。改变h,测量多组数据。已知重力加速度为g,忽略阻力。 (1)以h为横坐标、　　　 （填“Δt”“(Δt)2”“”或“” ）为纵坐标作直线图。若所得图像过原点,且斜率为　　　　(用d和g表示),即可证明小球在运动过程中机械能守恒。(4分)  (2)实验中,用游标卡尺测得小球直径d=20.48 mm。 ①由结果可知,所用的是　　　　分度的游标卡尺(填“10”“20”或“50”);(2分)  ②小组设计了一把25分度的游标卡尺,未测量时的状态如图2所示。如果用此游标卡尺测量该小球直径,则游标尺上第　　　　条刻度线与主尺上的刻度线对齐。(2分)  5.(8分)(2025·江西高考)某小组利用气垫导轨、两个光电门、滑块、遮光片等,组成具有一定倾角的导轨装置,研究机械能守恒定律。重力加速度g取9.80 m/s2。 (1)实验前,应合理安装实验器材。图(a)中光电门　　　　　　的位置安装不合理,应如何调整:　　　　　　　　　　　　　　　　 　。 (2分)  (2)实验时,导轨倾斜角的正弦值sin θ=0.061 3,光电门1、2相距L。将宽度d=4.82 mm的遮光片固定于滑块上,从导轨最左端静止释放滑块,分别记录遮光片通过光电门1、2的时间Δt1和Δt2。移动光电门2的位置改变L,重复实验,所测数据见下表。 L/cm 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 … 60.00 65.00 70.00 Δt1/ms 9.982 9.883 10.019 10.068 10.049 … 10.073 10.066 10.170 Δt2/ms 8.016 7.578 7.032 6.583 6.583 … 4.938 4.787 4.677 滑块经过光电门1、2的速度分别为v1和v2。当L=65.00 cm时,v2=　　　m/s,滑块通过两光电门下降的高度HL=　　　 cm。(结果保留2位小数)3分)  (3)处理上表数据,并绘制Δv2⁃HL关系曲线(其中Δv2=-),如图(b)所示。根据图(b)中的信息,分析滑块在下滑过程中机械能是否守恒:　　　,并给出理由:　 　　 　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。(3分)  答案 课时跟踪检测(三十六) 1.解析:(1)做该实验时,为了减小阻力的影响,且获得最多的数据,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)由T=知,T=0.02 s,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为v13==m/s=3.34 m/s。 (3)不能验证机械能守恒; 计算重力势能时应用当地的重力加速度g计算,故选B。 答案:(1)B　(2)3.34　(3)不能　B 2.解析:(1)下落过程中,重力势能减小量ΔEp=mgh=0.588 J,小钢球下落过程中的平均速度== m/s,根据=和ΔEk=mv2,解得ΔEk≈0.567 J。 (2)根据运动的独立性,敲击钢尺侧面时,若导致小钢球获得了一个水平方向的未被察觉的小速度,不会影响小钢球在竖直方向的运动,对实验测量结果没有影响。 答案:(1)0.588　0.567　(2)没有 3.解析:(1)光电门遮光时可测速度,所以应该用透光的塑料刻度尺贴上不透光的黑胶带,光电门测黑胶带通过时的速度。 (2)由于刻度尺的分度值为1 mm,读数时应估读到分度值的下一位,故其读数为3.00 cm。 (3)第1个胶带通过光电门的速度v1==0.5 m/s, 故第1个胶带通过光电门时刻度尺的动能E1=m=0.050 J。 (4)由题可知,第4个胶带通过光电门时的速度v4=,若系统的机械能守恒,则有mg·3Δh=m-m,整理可得6gΔh=-。 (5)可以采取“减小黑色胶带的宽度,或者选取间隔更远的胶带进行测量,或者增加刻度尺的质量”来减小误差。 答案:(1)透明塑料　(2)3.00　(3)0.050 (4)6gΔh=-　(5)减小黑色胶带的宽度(或者选取间隔更远的胶带进行测量,或者增加刻度尺的质量,合理即可) 4.解析:(1)小球经过光电门的挡光时间为Δt,可得小球到达平衡位置的速度大小为v=,若此过程满足mgh=mv2,联立解得=h,则以h为横坐标、以为纵坐标作直线图。若所得图像过原点,且斜率为k=,即可证明小球在运动过程中机械能守恒。 (2)①10分度、20分度、50分度的游标卡尺的精确度分别为0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm,小球直径d=20.48 mm,有两位小数,且末位是非零偶数,根据游标卡尺的读数规则可知,所用的是50分度的游标卡尺。 ②25分度的游标卡尺的精确度为0.04 mm,用此游标卡尺测量该小球直径为d=20 mm+n×0.04 mm=20.48 mm,解得n=12,则游标尺上第12条刻度线与主尺上的刻度线对齐。 答案:(1)　　(2)①50　②12 5.解析:(1)由题图(a)可知,滑块释放点到光电门1的距离较短,速度较小,会导致滑块通过光电门1的速度测量误差较大,故光电门1安装不合理;应适当向右移动光电门1进行调整。 (2)当L=65.00 cm时,由题表可知遮光片通过光电门2的时间为Δt2=4.787 ms,故滑块通过光电门2的速度v2== m/s≈1.01 m/s。根据几何关系可得滑块通过两光电门下降的高度HL=Lsin θ=65×0.061 3 cm≈3.98 cm。 (3)根据题图(b)可知Δv2⁃HL图像的斜率k≈ m/s2=19.75 m/s2≈2g,在误差范围内,故Δv2=2gHL成立,说明下滑过程中滑块的动能增加量等于重力势能的减少量,即机械能守恒。 答案:(1)1　 适当向右移动光电门1 (2)1.01　 3.98　(3)守恒　 见解析 4 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $