训练06 实验验证机械能守恒定律-2021年高考物理实验专题最后一练

mpmp物理训练06

实验：验证械能守恒律（2021·东普高学招考适性试为了验证小球在竖直平面内摆动过程的机械能是否守恒，利用如图a装置，不可伸长的轻绳一端系住一小球，一端连接力传感器，小球质量为m球心到悬挂点的距离为L释的位置到最低点的高度差为h记录轻绳拉力大小随时间的变化如其中F是验中测得的最大拉力值，重力加速度为g请回答以下问题：(1)小球第一次运动至最低点的过程力势能的减少E=___________能增加E=___________。（均用题中所给字母表示）(2)观察图）中拉力峰值随时间变化规律，试分析造成这一结果的主要原因___________。(3)为减小实验误差，实验时应选用密___________（选填“较大”“较小”）的小球。【答案】

F)Lm

空气阻力做负功，机械能有损失

较【解析】(1)[1]小球第一次摆动至最低点的过程，重心下了，则重力势能的减少量为P[2]球第一次摆动至最低点，初速度为零，最低点速度为，由牛顿第二定律有mFmgmm

2mL而动能的增加量为

2m

联立解得(Fmg)L

112221111122211112.（2021·.湖岳市模某探究小组利用验证机械能守恒定律的装置测量当地的重力加速度，如图甲所示．框架上装有可上下移动位置的光电门1和定不动的光电门；框架竖直部分紧贴一刻度尺，零刻度线在上端，可以测量出两个光电门到零刻度线的距和x；框架水平部分用电磁铁吸住一个质量为m2的小铁块，小铁块的重心所在高度恰好与刻度尺零刻度线对齐．切断电磁铁线圈中的电流时，铁块由静止释放，当小铁块先后经过两个光电门时，与光电门连接的传感器即可测算出其速度大和．组成1员多次改变光电门1的置，得到多组x和数据，建立如图乙所示的坐标系并描点连线，得出图线的1斜率为k．⑴当地的重力加速度________(用k表)．⑵若选择光电门2所高为零势能面，则小铁块经过光电门1时机械能表达式为(用题中物理量的字母表示．⑶关于光电门1的置，下面哪个做法可以减小重力加速度的测量误差（）A尽量靠近刻度尺零刻度线B尽量靠近光电门2C．不能太靠近刻度尺零刻度线，也不能太靠近光电门【答案】

kkm)

【解析以度线为零势能面，小铁块从光电门动到光电门2过程中机械能守恒，根据机械能守恒定律得：整理得：v-v

1-mgx=-22=2g（x-x）以图象的斜率kg，解得：g

k

；（2）小铁块经过光电门的机械能等于小铁块经过光电门1时动能加上势能，选择刻度尺零刻度线所在高度为零势能面，则有：=

1-mgx2mkx2

1（3）用电磁铁释放小球的缺点是，当切断电流后，磁铁的磁性消失需要一时间，铁球与电磁铁铁心可能有一些剩磁，都会使经过光电门1的间较实值大，引起误差，并适当增大两光电门、间距离，使

1212位移测量的相对误差减小，所以C正．

辽宁省芦市三学月末图甲为在气导轨上验证机械能守恒定律的实验装置，将导轨调至水平，滑块装有宽度为的遮条，滑块包括遮光条总质量为M细绳下端挂砝码，钩码的质量为。滑块在钩码作用下先后通过两个光电，用光电计时器记录遮光条通过光电门1和2各的时间，可以计算出滑块通过光电门的速度和v，刻度尺测出两个光电门之的距离，重力加速度为g.(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度，数如图乙，则=_____。(2)写出滑块从光电门动到光电门过程中，验证机械能守恒定律的表达__________用题中给出的物理量表示1(3)增加绳子下端砝码的个数，滑块每次都从同一位置由静止释放，作图，如图丙所示，其221斜率为k=_____用题中给出的物理量表示【答案】

660

()(v)21

M2gx【解析】(1)[1]．用游标卡尺测量遮光条的宽度d；(2)[2]．统重力势能减小量为

=动能增加量为()(22

则要验证的关系式为()(221

)(3)[3]．表达式

()(v21

)

可得

1=m221则图的斜率为221

M2gx（2021·北廊市三学1月末如所示装置可用来验证摆锤A的械能守恒。摆锤A系在长为L的绳一端，另一端固定在O点，在A边缘上放一个小铁片，现将摆锤拉起，当绳与竖直方向成

角时由静止开始释放摆锤，当其到达最低位置时，受到竖直挡板P阻挡而停止运动，之后铁片将飞离摆锤而做平抛运动。(1)为了验证摆锤在运动中机械能守恒，除了偏和长L之外，实验中还需要测量下列哪些物理量__________A小铁片质量

mB摆锤的质量C．放摆锤到停止运动的时间

tD．铁飞离摆锤时离地面高

hE．小铁片平抛运动过程中在水平方向的距离

x的(2)根据已知的和测得的物理量，写出能验证摆锤在运动中机械能守恒表达__________【答案】

DE

4(1cos

x

【解析】(1)[1]为了验证摆锤在运中机械能守恒，必须求出摆锤在最低点的速度。铁片在最低点飞出时做平抛运动，铁片平抛的初速度即为摆锤在最低点的速度，根据平抛运动规律可得xy

联立求得

x

因此要想求出平抛运动的初速度，应该测量遇到挡板后铁片的水平位移x竖直下落的高度。故选。(2)[2]重下落过程中机械能守恒，则有2又因为(1cos

)

，vx

h联立解得4hLcos

x

（2021·湖省长郡中学高三模拟）“验证机械能守恒定”的实验中，小明同学利用传感器设计实验：如图甲所示，将质量为m、直径为d的属小球在一定高度处静止释放，球正下方固定一台红外线计时器，能自动记录小球挡住红外线的时间t，改变小球下落高度h，复进行多次实验．此方案验证机械能守恒定律方便快捷。(1)用旋测微器测小球的直径如图乙所示，小球的直径；(2)在理数据时，计算小球下落高度时速度v的达式为_________用测得的物理量符号表示(3)为观判断小球下落过程中机械能是否守，应作的图象__________A．h

图象B．

t

图象．h

图象

．

t

图象【答案】（～）

t

D【解析】(1)[1]螺测微器的固定刻度为，可动刻度为5.50.01mm

，所以最终读数为(2)[2]已经过计时器的时和小球的直径，则可以用平均速度表示经过计时器时的速度，故

t

1(3)[3]若小的重力势能等增加的动能，可以认为机械能守恒，则有mmv2

2，即

dt

因此，为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应作

t

图象（2021·福建泉州市中业质监）用光电门、遮光条组合可以探究“弹的弹性势能与形变量之间的关系”实验装置如图所示，木板的右端固定一个轻质弹簧，弹簧的左端放置一个小块（与弹簧不拴接）物块的上方有一宽度为的遮片d很O点弹簧原长时块所处的位置，其正上方有一光电门，光电门上连接有计时器（图中未画出）（1）实验开始时___________（“需要”或“不需要”）平衡摩擦力。（2）所有实验条件具备后将小物块向压缩弹簧x后静止释放，小物块在弹簧的作用下被弹出，记下遮1光片通过光电门的时间，块通过光电门的速度___________。1（3分再将小物块向右压缩弹簧

x、2

…后从静止释放小块在弹簧的作用下被弹出依次记下遮光片通过光电门的时间

t

、2

、。1（4）以弹簧的形变量为坐标，遮光片通过光电门时间的倒数为横坐标作图像。若弹簧弹性势能的表t达式为

Ep

kx

2

，实验中得到的图线___________选填“一条直线”或“一条曲线”）【答案】

需

t1

一直线【解析】(1)[1]实验原理是机械能守恒

EP

2

，要求不能有摩擦力做功，故需要平衡摩擦力。(2)[2]物块通过光电门的速度为

1

t1(4)[3]由

EP

dkx2(t

2

1，得，以x图像为一条过原点的倾斜直线。tt

kk7（2021川内市三模难★某验小组用如图所示的装置来“验证机械能守恒定”的实验其中器中心O和为L的细线的一个端点重合固定在一起细线的另一端系一个量为、半径为的小球，当小球静止时量角器的零刻度与细线重合，在小球所在位置固定安装一个光电门，当小球由A处静止释放时，细线与竖直方向的角力加速度为。则：（）实验中得小球通过光电门的时间为，么，小球通过最低点的瞬时速度_。（）图所示当用精确度为0的游标尺来测量小球直径时，测得小球的直径1.36cm，么，这时游标卡尺上的第___条刻度线与主尺上的第___

刻度线对齐。（）在实验差允许的范围内，满_，即可验证机械能守恒定律（用题中字母来表示（通改变小球由静止释放时线与竖直方向的夹角出应情况下球通过光电门的时间t，为了形象、直观地验证机械能是否守恒，在平面直角坐标系中，为使图象是经过坐标原点的直那么，图象的横坐标为，纵坐标为

1t

。【答案】

＝

t

61.9cm

g(L

)

2Rt

2

cos【解析）．据极短时间内的平均速度等于瞬时速度知，小球经过最低点的速度＝

t

．（标尺的读数为1cm时卡尺上的第6条度线与主尺上的第1.9cm的度线对齐。（）．力势能的减小量

E＝mg()(1

)1(2)22动能的增加量＝＝2t2t2

2

ABABABAB当小球机能守恒有：g(L)(1

)

2Rt

2

．的（）．g(L)(11)，纵坐标为t

)

2Rt

2

可知，为使图象是经过坐标原点的直线那么图象的横坐标为（2021·湖武汉·三考如图为一理想阿伍德机示意图，利用它可以验证力学定律。物块A（安装了一个遮光片用轻质无弹性的细绳连接后跨在轻质光滑滑轮两端，两物块离地足够高。物块A上的遮光片下方固定了一个光电门电门通过数据采集器与计算机相连先已经用天平测出了物块A（含遮光片的质量分为m、（＞）用游标尺测遮光片宽度d时读数如图乙，则d。(1)接通光电门，由静止同时释放物块A、，后计算机自动记录遮光片通过光门所用的时间。若想要利用该装置验证牛顿第二定律当地重力加速度为需测量的物理量_（用文字描述并标明对应的物理量符号证牛顿第二定律时需要验证的等式（出等式的完整形式，无需简化(2)若要利用上述所有数据验证机械能守恒定，则所需要验证的等式（写出等式的完整形式，无需简化【答案】7.30

物块A从初始置到光电门的距离h

gm)BAB

h)

2()m)BAB

2(

2【解析）[1]遮片宽度

7mm0.05mm（）遮光片通过光电门的速度v

物体下降了h，根据2ah

根据牛顿第二定律，则有mgmB综上所得mgg)B即还需测量物块A从始位置到光电门的距离h[3]验牛顿第二定律时需要验证的等式为mgg)B（）若用装置验证机械能守恒，测量重力能减少为

((

22m)ghPAB系统动能增加m)kA

(

2故若()gh)BAB

2(

292021辽省考拟）同学用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，用器材包括气垫导轨、滑块（上方安装有宽度为d的遮光片个与计算机相连接的光电门A和、砝码盘和砝码等。实验步骤如下：

12BBA12BBA（）动气泵调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的光时间相等时，可认为气垫导轨水平。（）天平测砝码与砝码盘的总质量为m、块（含遮光片）的质量M，光电门AB之的距离为。用游标卡尺测量遮光片的宽度，如图乙所示，则遮光片的宽度d=___________mm。（）细线跨轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接，并让细线水平拉动滑块。（）放砝码砝码盘，令滑块在细线的拉动下从左边开始运动，和计算机连接光电门能测量出遮光片经过AB两光电门的遮光时间t、。（）遮光片滑块从A运到B的过程中，砝码和砝码盘、滑块组成系统动能增加，势能减少了。证系统机械能守恒的表达式_用题中给出的物理量对应符号及重力加速度表）【答案】6.65

11)()t2t221

mgL

(d2()221【解析）根游标卡尺读数规则，遮光片的宽度

6.65mm（）遮光片通过两个光电门的速度分别

dv，v，码和砝码盘、滑块组成的系统动能增t1加了

1(m)vM)M)2()tt21[3]势能减少了

[4]验系统机能守恒的表达式为

1()d)tt2110.（2021·山省坊诸龙中高（）中考一模物试）间站中不能利用天平测量质量此同学为空间站设了如(a)所示的实验装置来量小球质量中弹簧固定在挡板上，光滑轨道B处有光电门，以测量出小球经过光电门的时间．该同学设计的主要实验步骤如下：

①用游标卡尺测量小球的直径d②将弹簧左端固定在档板上③小球与弹簧接触并压缩弹簧，记录压缩量④由静止释放小球，测量小球离开弹簧后经过光电门的时间t⑤改变弹簧的压缩量，重复步骤③、④多次⑥分析数据，得出小球的质量已知弹簧弹性势能

E

kx

2

，为度系数，为变量．该同学使用了个已知劲度系数为的簧进行了上述实验，请回答下列问题(1)步骤①中游标卡尺示数情况如(所示，小球的直径d=____cm(2)某一次步骤④中测得小球通过光电门的时间t

为ms，则此次小球离开簧的速度v=_____m／；(3)根据实验步骤中测得的物理量，则可得小球的质量m=_____．(用实验步骤①、③、④中得的物理量表示)【答案】

(3).

td

2【解析】（1）游标卡尺主尺与游标尺示数之和游标卡尺示数．（2）已知小球的直径与小球经过光电时的时间，应用速度公式可以求出小球的速度．（3）根据能量守恒定律求出小球质．（1）小球的直径为：11mm+4×0.1mm=11.4mm=1.14cm．（2）小球离开弹簧后做匀速直线运动小球经过光电门时的速度与离