专项07验证机械能守恒定律(原卷版)

2021届高考物理实验专项突破--验证机械能守恒定律（2021•河南高三二模）在“验证机械能守恒定律”实验中某研究小组采用了如图甲所示的实验装置，实验的主要步骤是：在一根不可伸长的细线一端系一直径为d金属小球，另一端固定于。点，记下小球静止时球心的位置4,在A处放置一个光电门，现将小球拉至球心距A高度为。处由静止释放，记下小球通过光电门时的挡光时间重力加速度为g，请回答以下问题：（1）如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径庐cm；（2）若等式成立，说明图甲小球下摆过程机械能守恒（用题中所给字母表示）（3）若撤去光电门，在。点安装一个拉力传感器，测出线上的拉力R实验中记录细线拉力大小随时间的变化如图丙所示（小是实验中测得的最大拉力值）在小球第一次运动至最低点的过程，根据重力势能的减少量和动能的增加量之间的关系，也可验证机械能守恒定律。观察图丙中拉力峰值随时间变化规律，从能量的角度分析造成这一结果的主要原因为：。（2021•天津高三一模）用如图甲所示的实验装置验证犯、叫组成的系统机械能守恒。叫从高处由静止开始下落，如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，（）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50Hz。已知町二150g、=250go贝ij（结果均保留两位有效数字）（1）在打下0点到打下计数点5的过程中系统重力势能的减少量△5=J；（当地的重力加速度g取lOm/s2）（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AEk=J：（3）某同学测出多个计数点的速度大小口及对应〃下落的高度/?,作出的匕-力图像如图丙所示，则图像2的斜率表达式攵=o（用町、加2和g表示）（2021.山西晋中市.高三二模）某同学在辅导丛书上阅读到弹簧弹性势能的表达式为质2（攵为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量），该同学想进一步探究弹簧的性质，并验证以上弹性势能的表达式是否成立。请根据如下探究的过程，完成相关内容：（1）将轻质弹簧悬挂于铁架台，测得弹簧原长及;（2）在弹簧下端拴挂质量为机的钩码，待系统静止时，测得弹簧长度L；（3）根据以上测量值可得，弹簧的劲度系数为（用〃?、当地重力加速度g以及八Lo表示）；（4）托起钩码使弹簧恢复原长，并由静止释放，测得弹簧拉伸的最大长度发现得到弹簧两次伸长量分别为所L-Lo和x=r-£o;（5）改变钩码个数，重复实验，得到多组网、入数据，作iHx—xo图像是（填“一条直线''或“一条曲线”）；x-xo图像中斜率大小在误差范围内等于时，说明以上弹簧弹性势能表达式成立。（2021•辽宁锦州市•高三一模）用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。轻杆两端固定两个大小相等但质量不等的小球P、Q，杆可以绕固定于中点。的水平轴在竖直面内自由转动。。点正下方有一光电门，小球可恰好通过光电门，已知重力加速度为g。（l）P、Q从水平位置由静止释放，当小球P通过最低点时，与光电门连接的数字计时器显示的挡光时间为ZV,小球的直径为d,则小球P经过最低点时的速度为^=。（2）用游标卡尺测得小球的直径如图乙所示，则小球的直径为"=cm。（3）若两小球P、Q球心间的距离为L,小球P的质量是小球Q质量的2倍（左＞1）,当满足&=（用L、d、X、g表示）时，就表明验证了机械能守恒定律。（2021•浙江温州市•高三二模）如图所示，A、B两物块系在一条跨过定滑轮的绳子两端，孙同学要利用此装置验证机械能守恒定律。①为提高实验结果的准确度，李同学给出了以下建议：A.绳的质量要轻B.轮轴尽量光滑C.保证两物块在同一高度处释放D.两个物块的质量之差要尽可能小你认为以上建议中确实对提高实验结果的准确度有作用的是；②你认为滑轮质量是否会影响实验结果的准确度（选填“会”或“不会”）。（2021•山东烟台市•高三一模）实验小组同学利用气垫导轨、数字计时器和拉力传感器做“研究沿斜面下滑物体的机械能“实验，实验装置如图甲所示，水平桌面上固定一带有刻度尺的倾斜气垫导轨，导轨上A点处有一带遮光条的长方形滑块，用天平测得其总质量为〃?。定滑轮与拉力传感器之间的细绳是竖直的，定滑轮与滑块之间的细绳平行于气垫导轨。实验步骤如下：①用图乙所示的游标卡尺测出遮光条的宽度d=m；②安装好实验器材，给气垫导轨接上气源，然后读出拉力传感器的示数凡同时从气垫导轨刻度尺上读出遮光条中心与光电门之间的距离L\③烧断拉力传感器与滑块之间的细绳，让滑块滑向光电门并记录遮光条通过光电门的时间/;④多次改变滑块与光电门之间的距离，每次实验测量相应的L与，值，填入相应的表格中。试分析下列问题：（1）本实验中需验证关系式成立，即可验证滑块沿斜面下滑过程中机械能守恒：（2）小组同学根据测得的L与，的值，用描点法作出如图内所示的十一心图像，已知图像的斜率为h则可求得滑块下滑的加速度为a=o（2021•山东高三其他模拟）某小组同学按以下操作进行验证机械能守恒定律实验，由书中查得当地重力加速度为g。实验步骤如下。A.将质量均为小的物块A、8用跨过定滑轮的不可伸长的轻绳连接，在物块8的正下方地面上固定有与计算机相连的位移传感器如图（a）所示；B.在物块81：加一个质量为"%的槽码。后由静止释放物块8,可在计算机上得到物块8的工-/图像（工表示4到传感器的距离，/表示运动时间）；C.重复4中的操作，在得到几条图线后，对实验数据进行处理。其中一条图线如图（b）所示，是图线上一点，。是图线的纵截距，过P点的切线与纵轴交点的纵坐标为d（图中未画出）。请回答下列问题。（I）图（b）所对应的过程中，物块8在，时的速度大小为o（2）根据题给条件和计算机显示的数据，若=,则可认为在误差允许的范围内A、B、C组成的系统机械能守恒。（3）小明在处理实验数据时发现，下落时间越长，（2）中两式结果相差越大，造成这一现象的原因可能是。（2021•安徽高三一模）某物理兴趣小组利用阿特伍德机装置开展力学实验，如图（〃）所示，两物块2和Q由不可伸长的轻绳连接，轻绳跨过光滑的轻质滑轮，物块P上面固定有宽度为，/的遮光片，物块P（含遮光片）的质量为机，物块。的质量为M（M=I5%），光电门固定在铁架台上，高度可以调节，用测量物块户经过光电门时的遮光时间。空气阻力忽略不计。（1）甲组同学用此装置测量当地的重力加速度g,实验过程如下：①用手托住物块Q,使两物块均处于静止状态，利用刻度尺测量出物块P上的遮光片到光电门的距离力：②释放物块Q,两物块由静止开始运动，记录物块P的遮光片经过光电门时的挡光时间3则此时物块Q的速度为v=：③改变物块。的遮光片与光电门的距离爪重复以上步骤进行多次实验，得到多组/?和/并记录，描绘出h-J的图像如图（b）,计算得到图像的斜率为上由此求出当地的重力加速度为支or（2）乙组同学计划利用此装置进行其它力学实验，身边只有以上给定器材，下列实验中他们可以完成的有（用选项前字母表示）：A.验证系统的动量守恒定律B.验证系统的机械能守恒定律C.探究物块户的加速度与质量的关系D.探究物块。的功与速度变化的关系（2021•江苏省丹阳高级中学高三一模）某同学利用图甲装置探究”系统的机械能守恒”，该系统由钩码与弹簧组成，实验步骤如下：（1）首先测量出遮光条的宽度do。.测遮光条的宽度需要用图乙中的（选填或"D”）。.某同学用卡尺把遮光条夹紧后直接进行读数，如图丙所示读数为cm。。上一步骤中该同学漏掉的操作是0（2）按图竖直悬挂好轻质弹簧，将轻质遮光条水平固定在弹簧下端，测出此时弹簧的长度飞；在铁架台上固定一个位置指针，标示出弹簧不挂钩码时遮光条下边缘的位置。（3）用轻质细线在弹簧下方挂上钩码，测量出平衡时弹簧的长度工，并按图所示将光电门的中心线调至与遮光条下边缘同一高度。（4）用手缓慢的将钩码向上托起，直至遮光片恰好回到弹簧原长标记指针的等高处（保持细线竖直），将钩码由静止释放，记下遮光条经过光电门的时间Af。（5）多次改变钩码个数，重复步骤（3）（4）,得到多组数据，做出（彳一天）一（£）图像如图丁所示。通过查找资料，得知弹簧的弹性势能表达式为马=；丘'2（其中攵为弹簧的劲度系数，/为弹簧的形变量），已知当地重力加速度为则图线斜率等于（用4和g表示）时可得系统的机械能是守恒的。（6）实验中钩码的速度实际上（选填“大于”、“等于”或“小于”）—.Ar（2021•全国高三其他模拟）某实验小组同学用如图所示装置验证机械能守恒定律，。为固定的悬点，轻细绳一端固定在。点，一端与钢球连接，在。点正下方。处放置一十分锋利的刀口刃片，OC略小于绳的长度。把钢球拉到水平位置A由静止释放，钢球摆到最低点8处时，轻细绳被刀口刃片割断，随即做平抛运动进入右侧的竖直装置，装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板N。实验前，先将一张白纸和复写纸固定在右侧装置的背板上，钢球落到倾斜挡板N上后，就会挤压复写纸，在白纸上留下印迹。(1)本实验除了需让钢球自然下垂测量。到球心的长度L外，还需要测量的物理量有oA.钢球的质量加B.钢球从A到3的运动时间，“与印迹的竖直距离力“与印迹的水平距离工(2)为了验证钢球从A到4过程中机械能守恒，最终只需在误差允许的范围内验证表达式(用题中所给和测量物理量符号表示)成立即可。为了减少偶然误差，调整倾斜挡板N处于不同位置，多做几次实验进行验证。(3)计算时误将钢球自然下垂时测量的轻细绳的长度作为钢球从A到B的下落高度，从理论上分析，第(2)问中表达式可能相等吗？简要说明原因。(2021•天津河东区•高三一模)某实验小组设计实验验证机械能守恒，实验装置示意图如图所示，在铁架台铁夹上固定好一个力传感器，一根细线上端连接在力传感器上，下端系在小球上，把小球拉离平衡位置一个角度，由静止释放小球，力传感器可记录小球在摆动过程中细线拉力大小，记下力传感器的最大示数八(1)关于实验，下列说法中正确的有A.可以直接用弹簧测力计代替力传感器进行实验B.细线要选择伸缩性小的C.球尽量选择密度大的(2)为完成实验，需要测量小球自由静止时力传感器的示数用，还需要测量的物理量有。(填正确答案标号)A.释放小球时的位置与自由静止位置的高度差力B.小球下落至平衡位置时的时间C.摆长/D.小球的质量加(3)需要验证机械能守恒的表达式为(用已知量和测量量的符号表示)(2021・上海金山区•高三一模)“用DIS研究机械能守恒定律”实验装置如图所示。(1)本实验用到的传感器是，为让标尺盘处于竖直平面内，标尺盘上的垂直线与自然下垂的摆线要(选填“平行”或“垂直(2)某同学以摆锤运动的最低点为零势能面，在离开最低点一定高度力处静止释放摆锤，测量摆锤到达最低点的瞬时速度，测得动能与重力势能的三组数据。由第I组数据可估算出摆锤卜落高度。约为m0挡光时间（s）最低点处动能（J）释放点处重力势能（J）10.0046980.01090.011020.0046590.01110.011030.0046190.01130.0110摆锤宽度:0.0080m（3）该同学根据上述三组数据中动能与重力势能近似相等，得出：摆锤在释放后，摆动整个过程近似满足机械能守恒。这一推断证据（选填“充分”或“不充分”），理由是。（2021.福建省福州第一中学高三开学考试）用如图甲所示的实验装置验证如、〃n组成的系统机械能守恒，/如从高处由静止开始下落，加上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带