2023-2024学年高一物理人教版2019试题8.5实验验证机械能守恒定律（冲A提升练）-1

8.5实验：验证机械能守恒定律（冲A提升练）（解析版）一、实验题（本大题共5小题）1.某实验小组“用落体法验证机械能守恒定律”，实验装置如图甲所示。实验中测出重物自由下落的高度h及对应的瞬时速度v，计算出重物减少的重力势能mgh和增加的动能12mv2，然后进行比较，如果两者相等或近似相等，即可验证重物自由下落过程中机械能守恒.

(1)关于上述实验，下列说法中正确的是________．

A.重物最好选择密度较小的木块

B.重物的质量可以不测量

C.实验中应先接通电源，后释放纸带

D.可以利用公式v=2gh来求解瞬时速度

(2)如图乙是该实验小组得到的一条点迹清晰的纸带，纸带上的O点是起始点，选取纸带上连续的点A、B、C、D、E、F作为计数点，并测出各计数点到O点的距离依次为27.94 cm、32.78 cm、38.02 cm、43.65 cm、49.66 cm、56.07 cm.已知打点计时器所用的电源是50 Hz的交流电，重物的质量为0.5 kg，则从计时器打下点O到打下点D的过程中，重物减小的重力势能ΔEp=________ J；重物增加的动能ΔEk=________ J，两者不完全相等的原因可能是________________.(重力加速度g取9.8 m/s2，计算结果保留三位有效数字)

(3)实验小组的同学又正确计算出图乙中打下计数点A、B、C、D、E、F各点的瞬时速度v，以各计数点到A点的距离h'为横轴，v2【答案】(1)BC；(2)2.14；2.12；重物下落过程中受到阻力作用；

(3)图象的斜率等于19.52m/s2，约为重力加速度g【解析】(1)本实验需要验证的方程是：mgh=12mv2，可知不需要测量重物的质量m，为保证重物做自由落体运动，必须保证计时器的两限位孔在同一竖直线上且重物的质量要大体积要小，这样才能保证物体做自由落体运动．操作时，先接通电源，载释放纸带，在释放纸带前，重物应靠近打点计时器。要清楚纸带的处理方法，即速度的计算方法(用平均速度计算)。

(2)纸带法实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度，从而求出动能．根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值；

(3)实验原理是实验的核心，明确实验原理是解决有关实验问题的关键，根据实验原理来选择器材，安排操作步骤和处理数据等等；解决本题的关键知道实验的原理，通过原理确定所需测量的物理量，以及知道实验中的注意事项，在平时的学习中，需加以总结，要熟记求纸带上某点瞬时速度的求法。【解答】(1)A.重物最好选择密度较大的铁块，受到的阻力较小，故A错误；

B.本题是以自由落体运动为例来验证机械能守恒定律，需要验证的方程是：mgh=12mv2，因为我们是比较mgh、12mv2的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平测量重物的质量，故B正确；

C.实验中应先接通电源，后释放纸带，故C正确；

D.不能利用公式v=2gh来求解瞬时速度，否则变成了利用机械能守恒定律去验证机械能守恒，失去了验证的意义，故D错误。

故选BC。

(3)根据表达式mgh'=12mv2-12mvA22.某同学用图示装置做“验证机械能守恒定律”的实验．(1)下列选项中，是实验所需的物理量且需通过计算得到的是________．A.重锤下落的加速度

B.重锤下落的高度C.重锤底部距水平地面的高度

D.重锤下落的瞬时速度(2)已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，当地的重力加速度g=9.80 m/s2，纸带上O点是打点计时器打下的第一个点，A、B、C、D是连续打出的四个点(O和A之间还有一些点)，它们到O点的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.78 cm.根据以上数据可知，打点计时器打下计数点C时物体的速度为vC，则12vC2=________m2/s2；重锤由(3)若实验结果发现重力势能的减少量总小于动能的增加量，造成这种现象的可能原因是________．A.选用的重锤密度过大

B.交流电源的频率小于50 HzC.交流电源的电压偏高

D.空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力【答案】(1)D；(2)7.61；7.62；(3)B。

【解析】本题考查了验证机械能守恒定律实验，解决本题的关键掌握验证机械能守恒定律的实验原理，掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度和重力势能，注意单位的换算与有效数字的保留。

(1)根据实验原理，结合实验所需的物理量且需通过计算得到，从而判定解答；

(2)要测量重物下落的高度，要计算与下落高度相对应的重锤的瞬时速度。根据下降的高度求出重力势能的减小量；根据某段时间内平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B点的瞬时速度，从而求出动能的变化量；

(3)关键是明确，在操作无误的情况下，应有mgh>12mv2，所以如果出现重锤动能的增加量略大于重锤势能的减小量，根据v=x1+x22T=x1+x22f，可知，若实际交流电源的频率小于50Hz时，将f=50Hz代入求出的速度就大于实际的速度，从而得出12mv2>mgh的结论。

【解答】(1)根据减少的重力势能等于增加的动能，即为：mgh=12mv2，解得：gh=v22，可见h可以通过刻度尺测量，重锤下落到某位置的瞬时速度需要通过计算得到，故D正确，ABC错误；

(2)依据某段时间内的平均速度等于这段时间内中时刻的瞬时速度，

则有，C点的瞬时速度为：vC=x3.某同学利用水平放置的气垫导轨和光电门“验证机械能守恒定律”，装置如图所示。已知滑块的质量为M，钩码的质量为m，重力加速度大小为g.测得遮光条的宽度为d，光电门A、B之间的距离为l，滑块通过光电门A、B的时间分别为t1、t2(1)滑块通过光电门A时的速度大小vA=(2)要验证滑块与钩码组成的系统机械能守恒，需要验证的表达式为__________(用题干中的物理量表示)。(3)根据实验数据发现钩码重力势能的减少量大于系统动能的增加量，请写出一条可能的原因__________。【答案】(1)dt1；(2)mgl=d2(M+m)2(1t22-1t12)；(3)实验过程中存在阻力，导致动能减少。

【解析】本题主要考查“验证机械能守恒定律”的实验，明确实验原理是解决问题的关键。

(1)根据一段极短时间内的平均速度近似表示瞬时速度可求得滑块通过光电门A时的速度大小；

(2)钩码减小的重力势能与系统增加的动能在误差范围内相等，即可验证系统机械能守恒；

(3)根据实验误差来源分析即可正确求解。

【解答】

(1)根据一段极短时间内的平均速度近似表示瞬时速度可得，滑块通过光电门A时的速度大小vA=dt4.某探究小组想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和固定不动的光电门2；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离x1和x2；框架水平部分用电磁铁吸住一个质量为m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，小铁块由静止释放，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小υ1和υ2.小组成员多次改变光电门1的位置，得到多组x1和υ1⑴当地的重力加速度为________(用k表示)．⑵若选择光电门2所在高度为零势能面，则小铁块经过光电门1时的机械能表达式为______________(用题中物理量的字母表示)．⑶关于光电门1的位置，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.既不能太靠近刻度尺零刻度线，也不能太靠近光电门2【答案】(1)k2；(2)1【解析】解：(1)以0刻度线为零势能面，小铁块从光电门1运动到光电门2的过程中机械能守恒，根据机械能守恒定律得：12mv12-mgx1=12mv22-mgx2

整理得：v22-v12=2g(x2-x1)

所以图象的斜率k=2g，

解得：g=k2；

(2)小铁块经过光电门1时的机械能等于小铁块经过光电门1时的动能加上势能，则有：

E1=12mv12+mg(x2-x15.小明利用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，所用器材包括：安装phyphox APP的智能、铁球、刻度尺、钢尺等．(1)下列实验操作步骤，正确顺序是______．①将质量为m的铁球放在钢尺末端②迅速敲击钢尺侧面，铁球自由下落③传感器记录下声音振幅随时间变化曲线④将钢尺伸出水平桌面少许，用刻度尺测出钢尺上表面与地板间的高度差h⑤将位于桌面上方，运行中的声音“振幅”(声音传感器)项目(2)声音振幅随时间变化曲线如图乙所示，第一、第二个尖峰的横坐标分别对应铁球开始下落和落地时刻，对应的时间间隔t=______s．(3)若铁球下落过程中机械能守恒，则应满足等式：mgh=______(用m、h、t表示)．(4)若敲击钢尺侧面时铁球获得一个较小的水平速度，对实验测量结果______(选填“有”或“没有”)影响．(5)小华认为应将放在钢尺与地板间的中点附近测量时间．你认为哪位同学的时间测量结果更准确，请简要说明理由．【答案】

(1) ④ ① ⑤ ② ③；(2) 0.40；(3)12m(2ht)【解析】

(1)由实验原理确定实验步骤；

(2)由图像判断得解；

(3)解得铁球落地瞬间的速度，再由机械能守恒定律得解；

(4)由机械能守恒的条件判断得解；

(5)由声音传播的速度与时间对实验的影响判断得解。

本题主要考查验证机械能守恒定律的实验，熟悉实验原理是解题的关键，难度一般。

【解答】

(1)由该实验的原理及实验步骤可知，应先将钢尺伸出水平桌面少许，用刻度尺测出钢尺上表面与地板间的高度差h；再将质量