备考2025届高考物理一轮复习分层练习第六章机械能实验七验证机械能守恒定律

试验七验证机械能守恒定律1.如图1所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止起先自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律.（1）下列操作中对减小试验误差有利的是AB.A.重物选用质量和密度较大的金属锤B.两限位孔在同一竖直面内上下对正C.精确测量出重物的质量D.用手托稳重物，接通电源后，释放重物（2）某试验小组利用上述装置将打点计时器接到50Hz的沟通电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图2所示.纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点.重物下落高度应从纸带上计时点间的距离干脆测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有BC.图2A.OA、AD和EG的长度 B.OC、BC和CD的长度C.BD、CF和EG的长度 D.AC、BD和EG的长度解析（1）验证机械能守恒定律时，为降低阻力的影响，重物的质量和密度要大，A正确；为减小纸带与打点计时器间的摩擦，两限位孔要在同一竖直平面内上下对正，B正确；验证机械能守恒定律的表达式为mgh＝12mv2，重物的质量没必要测量，C错误；D中做法对减小试验误差无影响，D错误（2）利用纸带数据，依据mgh＝12mv2即可验证机械能守恒定律.要从纸带上测出重物下落的高度并计算出对应的速度，选项A、D的条件中，下落高度与所能计算的速度不对应，无法验证；选项B中可以取重物下落OC段进行验证；选项C中，可以求出C、F点的瞬时速度，又知CF间的距离，可以利用12mv22－12mv12.[2024贵阳摸底考试]某同学用如图1所示的装置做“验证机械能守恒定律”的试验，打点计时器接在频率为50Hz的沟通电源上，让重物从静止起先下落，打出一条清楚的纸带，其中的一部分如图2所示.O点是打下的第一个点，A、B、C和D为另外4个连续打下的点.（1）从打出的纸带可判定重物匀加速下落，已测得xOB＝28.20cm、xOC＝33.00cm、xOD＝38.20cm，则打点计时器打下C点时，重物下落的速度大小为2.50m/s（计算结果保留3位有效数字）；（2）已知重物的质量为200g，测得当地重力加速度g＝9.79m/s2，计算从O点到C点，重物的重力势能变更量的确定值｜ΔEp｜＝0.646J，打点计时器打下C点时重物的动能EkC＝0.625J（计算结果均保留3位有效数字）；（3）比较（2）中EkC与｜ΔEp｜的大小，发觉EkC＜｜ΔEp｜，出现这一结果的缘由可能是重力势能削减量大于动能增加量的缘由是有其他力做负功，即可能是纸带与振针间的摩擦力做了负功，也可能是空气阻力做了负功.解析（1）由于打点计时器打C点的时刻为BD段的中间时刻，所以由匀变速直线运动的推论可知，vC＝vBD＝xOD－xOB2T，又T＝（2）从O点到C点，重物重力势能变更量的确定值｜ΔEp｜＝mgxOC＝0.646J，打点计时器打下C点时重物的动能EkC＝12mvC3.[试验目的创新/2024福建福州外国语学校校考]某探究小组想利用图甲所示的装置测量当地的重力加速度.框架上装有可上下移动的光电门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分别为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.当小铁块由静止释放时，小铁块先后经过两个光电门，通过与光电门1连接的速度传感器即可测量出其经过光电门1时的速度大小v1.小组成员多次变更光电门1的位置，得到多组x1的数据，建立如图乙所示的坐标系并描点连线，得出图线的斜率为k，纵截距为b.（1）当地的重力加速度为－k2（用k表示），小铁块经过其次个光电门的速度v2为b（用b表示）（2）若选择光电门2所在的平面为零势能面，则小铁块经过光电门1时的机械能表达式为12mv12－12mk（x2－x（3）关于光电门1的位置，下面做法可以减小重力加速度的测量误差的是C（填正确答案标号）.A.尽量靠近刻度尺零刻度线B.尽量靠近光电门2C.适当增大与光电门2的距离解析（1）依据运动学公式有v22－v12＝2g（x2－x1），变形可得v12＝v22－2g（x2－x1）.结合图乙有－2g＝k，v22＝b（2）若选择光电门2所在的平面为零势能面，则小铁块经过光电门1时的机械能为E＝12mv12＋mg（x2－x1）＝12mv12－12mk（（3）为了减小刻度尺读数的偶然误差，依据读数时“测大不测小”，可知光电门1的位置不能过于靠近刻度尺零刻度线，也不能过于靠近光电门2的位置，应当适当增大与光电门2的距离.故选C.4.[2024江西九校联考]某探究小组利用图示装置验证机械能守恒定律.如图所示，将拉力传感器固定在天花板上，不行伸长的细线一端连在拉力传感器上的O点，另一端系住可视为质点的钢球.起先钢球静止于最低位置，此时拉力传感器示数为F0，将钢球拉至细线与竖直方向成θ角处无初速度释放，拉力传感器显示拉力的最大值为F，重力加速度为g.（1）钢球质量m＝F0g（2）该组同学将钢球拉至细线与竖直方向成不同θ角后由静止释放，登记拉力传感器对应的最大示数F，并作出FF0－cosθ图像，假如钢球摇摆过程中机械能守恒，则下列图像合理的是CABC（3）假如钢球摇摆过程中机械能守恒，则FF0－cosθ图像的斜率k＝－2解析（1）钢球静止于最低位置时，由平衡条件有F0＝mg，则钢球的质量m＝F0（2）（3）设细线的长度为l，钢球运动至某位置时速度大小为v、细线与竖直方向的夹角为α、此时拉力传感器的示数为F拉，若规定钢球释放位置所对应的水平面为零势能面，则对钢球从静止释放到此位置的过程，由机械能守恒定律有0＝12mv2－mgl（cosα－cosθ），对钢球在此位置沿细线方向由牛顿其次定律有F拉－mgcosα＝mv2l，联立可得F拉＝3mgcosα－2mgcosθ，所以当α＝0，即钢球运动到最低位置时，传感器的示数F拉最大【点拨：假如对竖直面内的圆周运动模型很熟识，则可干脆得出钢球在最低点时，细线上的拉力最大】，最大示数F＝3mg－2mgcosθ，则FF0＝Fmg＝3－2cosθ，故FF0－cosθ5.[试验器材创新/2024黑龙江哈尔滨四中校考]某学习小组利用图甲所示装置，探讨小球做抛体运动过程是否满意机械能守恒定律.试验时利用频闪相机对做平抛运动的小球进行拍摄，每隔T＝0.05s拍一幅照片，某次拍摄处理后得到的照片如图乙所示.图中背景是画有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，方格线横平竖直，每个方格的边长为L＝5cm.试验中测得的小球影像的高度差在图乙中标出.已知小球质量m＝20g，当地重力加速度g＝9.8m/s2. （1）小球运动到图中a位置时的动能为2.0×10－2J，小球从a到b过程动能增加了5.0×10－2J，小球从a到b过程重力势能削减了5.0×10－2J.（结果均保留2位有效数字）（2）依据以上计算，在误差允许的范围内，小球做平抛运动的过程满意机械能守恒定律.（选填“满意”或“不满意”）（3）若试验前斜槽末端未调整水平，不影响本试验的结论.（选填“影响”或“不影响”）解析（1）小球运动到图乙中a位置时的水平分速度vax＝LT＝0.050.05m/s＝1.0m/s，竖直分速度vay＝h1＋h22T＝（3.7+6.1）×10－22×0.05m/s＝0.98m/s，故小球在位置a的动能为Eka＝12mva2＝12m（vax2＋vay2）＝2.0×10－2J.小球运动到图乙中b位置时的水平分速度vbx＝LT＝0.050.05m/s＝1.0m/s，竖直分速度vby＝h4＋h52T＝（11.0+13.4）×10－22×0.05m/s＝2.44m/s，故小球在位置b的动能为Ekb＝12mvb2＝12m（vbx2＋vby2）＝7.0×10－2J，所以小球从a（2）由以上分析可知在误差允许的范围内，小球做平抛运动的过程，ΔEk＝ΔEp，故满意机械能守恒定律.（3）若试验前斜槽末端未调整水平，小球做斜抛运动，不影响小球水平分速度、竖直分速度的计算，不影响小球动能增加量及重力势能削减量的计算，所以不影响本试验的结论.6.[试验目的创新]某爱好小组用如图甲所示的装置验证动能定理.图甲（1）有两种工作频率均为50Hz的打点计时器供试验选用：A.电磁打点计时器B.电火花打点计时器为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择B（选填“A”或“B”）.（2）保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔.试验中，为消退摩擦力的影响，在砝码盘中渐渐加入沙子，直到小车起先运动.同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消退.同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车视察到小车做匀速运动.看法正确的同学是乙（选填“甲”或“乙”）.（3）消退摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码.接通打点计时器电源，松开小车，小车运动.纸带被打出一系列点，其中的一段如图乙所示.图中纸带上相邻计时点的间距已标出，电源频率为f，纸带上A点的速度vA＝（x4图乙（4）测出小车的质量为M，再测出纸带上起点到A点的距离为L.小车动能的变更量可用ΔEk＝12MvA2算出.砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g.试验中，小车的质量应远大于（选填“远大于”“远小于”或“接近”）砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的功可用W＝mgL算出.多次测量，若W与ΔE解析（1）电火花打点计时器对纸带的阻力小于电磁打点计时器对纸带的阻力，试验时误差较小，故选B.（2）在砝码盘中渐渐加入沙子直至小车起先运动，小车从静止起先做加速运动，此时砝码盘和沙子