2025版高考物理考点题型归纳总结（含答案）考点31　实验七　验证机械能守恒定律

考点31实验七验证机械能守恒定律强基固本对点练1.[2024·天津市第二南开中学质量检测]在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50Hz，当地重力加速度的值为9.80m/s2，实验步骤如下：A．按照图示的装置安装仪器；B．将打点计时器接到电源的直流输出端上；C．用天平测量出重锤的质量；D．接通电源开关，然后释放重物，打出一条纸带；E．测量纸带上打出的某些点之间的距离；F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．按实验要求正确地操作并选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点的距离如图所示(相邻计数点时间间隔为0.02s).(1)上述步骤中没有必要进行的步骤是________(填实验步骤前的字母)；操作不恰当的步骤是________．(填实验步骤前的字母)(2)打点计时器打下计数点B时，物体的速度vB＝________m/s(计算结果保留两位有效数字)(3)如果所用重物的质量为1.00kg，从起点O到打下计数点B的过程中，重力势能减少量是ΔEp＝________J，此过程中物体动能的增加量ΔEk＝________J；(计算结果保留两位有效数字)(4)若测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及物体下落的高度h，忽略空气阻力的影响，则以eq\f(v2,2)为纵轴、以h为横轴画出的图像是下图中的________．2．[2024·安徽省合肥市四中月考]如图甲所示，是利用自由落体运动装置进行“验证机械能守恒定律”的实验．(1)关于本实验，下列说法正确的是________；A．重物最好选择密度较小的木块B．实验需要用天平测量物体的质量C．实验时先接通电源，后释放纸带D．若某同学通过描绘v2­h图像研究机械能是否守恒，合理的图像应该是过原点的一条直线，并且该直线的斜率应约为9.8(2)甲同学按照正确的实验步骤操作后，选出一条纸带如图乙所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，用刻度尺测得OA＝4.89cm、OB＝7.42cm、OC＝9.69cm.已知重物质量为1.0kg，低压交流电源的频率为50Hz，重力加速度g＝10m/s2，则OB段对应的重物重力势能的减少量ΔEp＝________J，重物的动能增加量ΔEk＝________J(所有计算结果均保留3位有效数字)，在实际运动过程中系统动能的增加量ΔEk总小于系统势能的减少量ΔEp，产生这个系统误差的原因是___________________________．(3)乙同学用两个形状完全相同，但质量不同的重物P和Q分别进行实验，测得几组数据，并作出v2­h图像如图丙所示，由图像可判断Q的质量________(填“大于”或“小于”)P的质量．3．[2024·海南省天一大联考]某同学利用频闪照相机和气垫导轨做“验证机械能守恒定律”的实验，实验装置如图1所示．实验的主要步骤如下：A．用天平测出滑块的质量m＝0.2kg；B．将安装有刻度尺的气垫导轨调整到倾角θ＝24°的倾斜状态(sin24°＝0.4)；C.将滑块从导轨的顶端由静止释放，使用频闪照相机对滑块进行拍摄，频闪照相机每隔T＝0.05s拍摄一次．某次拍摄后得到的照片如图2所示，该同学在实验中测得影像间对应的实际距离分别为s1＝2.42cm，s2＝3.41cm，s3＝4.37cm，s4＝5.34cm.已知当地的重力加速度g＝9.8m/s2.结合以上实验数据，完成下列填空：(计算结果均保留3位有效数字)(1)滑块在位置B时的速度大小为________m/s.(2)滑块由B运动至D，重力势能的减小量为________J，动能的增加量为____________J，在误差允许的范围内，认为滑块下滑过程机械能守恒．(3)写出两条产生误差的可能原因：①________________________；②________________________．培优提能模拟练4.[2024·江西省赣州市十八县市区二十三校联考]某物理小组利用如图甲所示的装置“验证机械能守恒定律”实验，当地的重力加速度大小为g.(1)为了提高实验精确度，小球应选用________．A．密度较大的实心球B．密度较小的塑料球(2)用如图乙所示的游标卡尺测量小球的直径，如图丙所示，则小球的直径d＝________cm.(3)将数字计时器固定在恰当位置，接通数字计时器电源，释放小球，光电门显示小球的遮光时间为Δt，为完成该实验，下列说法正确的是________．A．用天平测量小球的质量mB．用刻度尺测量小球释放位置到光电门的高度hC．用秒表测量小球从释放至运动到光电门的时间t(4)若关系式eq\f(d2,（Δt）2)＝________成立，即验证了小球下落过程中机械能守恒．5．[2024·辽宁省重点高中协作体联考]小明同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律．一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A点．光电门固定在A的正下方，在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条(质量可忽略不计).将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出，取经过光电门过程中的平均速度作为钢球经过A点时的瞬时速度．记录钢球每次下落时细线与竖直方向的夹角θ和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的重力势能变化大小ΔEp与动能变化大小ΔEk，就能验证机械能是否守恒．(1)已知钢球质量为m，悬点O到钢球球心的距离为L，重力加速度大小为g，则ΔEp＝________(用m、θ、L、g表示)(2)用ΔEk＝eq\f(1,2)mv2计算钢球动能变化的大小．利用游标卡尺测量遮光条宽度，示数如图乙所示，其读数为________mm.某次测量中，计时器的示数为0.002s，则钢球的速度大小为v＝________m/s(计算结果保留三位有效数字).(3)下表为该同学的实验结果：ΔEp(×10－2J)4.8929.78614.6919.5929.38ΔEk(×10－2J)5.0410.115.120.029.8他发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在明显差异，可能的原因是________．A．是由于空气阻力造成的B．夹角θ测量值偏大造成的C．测得的速度比小球的实际速度大造成的D．遮光条宽度测量值偏小造成的

考点31实验七验证机械能守恒定律1．答案：(1)CB(2)0.98(3)0.490.48(4)A解析：(1)由于验证机械能守恒的表达式中质量可以约去，所以不需要用天平测量出重锤的质量，故有必要进行的步骤是C；应将打点计时器接到电源的交流输出端上，故操作不恰当的步骤是B.(2)根据匀变速直线运动的中间时刻速度等于该段过程的平均速度，则打点计时器打下计数点B时，物体的速度为vB＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f(（7.06－3.14）×10－2,2×0.02)m/s＝0.98m/s.(3)从起点O到打下计数点B的过程中，重力势能减少量为ΔE＝mghOB＝1.00×9.80×5.01×10－2J≈0.49J，此过程中物体动能的增加量为ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－0＝eq\f(1,2)×1.00×0.982J≈0.48J.(4)根据机械能守恒可得mgh＝eq\f(1,2)mv2，则有eq\f(v2,2)＝gh，可知eq\f(v2,2)­h为一条过原点的倾斜直线，A正确．2．答案：(1)C(2)0.7420.720纸带与限位孔之间的摩擦阻力与空气的阻力的影响(3)小于解析：(1)重物最好选择密度较大的铁块，受到的阻力对实验的影响小，A错误；根据mgh＝eq\f(1,2)mv2可知，质量可以在解析式中约去，即实验不需要用天平测量物体的质量，B错误；为充分利用纸带，实验时应先接通电源，再释放纸带，C正确；验证机械能守恒，需要验证重力势能的减少量等于动能的增加量，即mgh＝eq\f(1,2)mv2，整理得v2＝2gh可知v2­h图像应该是过原点的一条直线，并且该直线的斜率应约为k＝2g＝19.6，D错误．(2)选取点B进行分析，则OB段对应的重物的重力势能减少为|ΔEp|＝mghOB＝1×10×7.42×10－2J＝0.742J，打B点时的速度为vB＝eq\f(（9.69－4.89）×10－2,2×0.02)m/s＝1.2m/s，重物动能增加为ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)×1×1.22J＝0.720J，在实际运动过程中系统动能的增加量ΔEk总小于系统势能的减少量ΔEp，这是因为纸带与限位孔之间的摩擦阻力与空气的阻力的影响．(3)两物块受阻力相同，根据动能定理得(mg－f)h＝eq\f(1,2)mv2，得v2＝2(g－eq\f(f,m))h，知v2­h图像的斜率为2(g－eq\f(f,m))，由图丙知，P的斜率较大，所以Q的质量小于P的质量．3．答案：(1)0.583(2)6.10×10－26.03×10－2(3)空气阻力的作用读取数据时产生读数误差解析：(1)滑块做匀变速运动，在位置B时有vB＝eq\f(（s1＋s2）,2T)，代入数据得vB＝0.583m/s.(2)滑块由B运动至D，重力势能的减少量ΔEp＝mg(s2＋s3)·sin24°＝6.10×10－2J，滑块在D点的速度大小vD＝eq\f(（s3＋s4）,2T)，解得vD＝0.971m/s，动能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)m(veq\o\al(2,D)－veq\o\al(2,B))，解得ΔEk＝6.03×10－2J.(3)滑块在下滑过程中受空气阻力作用，产生误差或读取刻度尺上滑块对应位置距离时产生读数误差．4．答案：(1)A(2)5.80(3)B(4)2gh解析：(1)为了提高实验精确度，小球应选用密度较大的实心球，以减小空气阻力带来的影响，A正确．(2)游标尺是20分度的，则游标卡尺的精确度为0.05mm，由图乙所示游标卡尺可知，其读数为d＝5mm＋0.05×16mm＝5.80mm.(3)本实验质量可以约去，不需要测量，A错误；用刻度尺测量小球释放位置到光电门的高度h，计算重力势能减小量，B正确；不需要用秒表测量小球从释放至运动到光电门的时间，小球的速度根据光电门测量，C错误．(4)小球向下运动的高度为h，通过光电门的速度为v＝eq\f(d,Δt)，由机械能守恒mgh＝eq\f(1,2)mv2，整理得eq\f(d2,（Δt）2)＝2gh.5．答案：(1)mgL(1－cosθ)(2)3.801.90(3)C解析：(1)根据题图可得ΔEp＝mg(L－Lcosθ)＝mgL(1－cosθ).(2)由图可知，游标为20分度，且第16个小格与主尺对齐，则游标卡尺读数为3mm＋