实验题07验证机械能守恒定律解析版备战高考物理满分卷题型专练.docx
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实验题07验证机械能守恒定律解析版备战高考物理满分卷题型专练
实验题07验证机械能守恒定律
时间：
50分钟满分：
100分
1．（8分）（2020·江苏省如皋中学高一月考）如图为“验证机械能守恒定律”的实验装置示意图。
（1）某同学按照正确操作选的纸带如图所示，其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点，打点频率为50Hz，该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中（单位：
cm），重锤的质量为
，重力加速度
。
根据以上数据当打点计时器打到B点时，重物重力势能的减少量为______，动能的增加量为______J。
（要求计算结果均保留三位有效数字）
（2）通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度。
从纸带上选取多个点，测量从起始点O到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方
，然后以
为纵轴，以下落高度h为横轴，根据实验数据作出图线。
若在实验误差允许的范围内，图线是一条过原点的直线，验证了机械能守恒定律，则图线斜率表示的物理量是______。
（3）在实验过程中，以下说法正确的是______
A．实验中摩擦不可避免，纸带越短克服摩擦做功越小，因此，实验选取纸带越短越好
B．实验中用天平称出重物的质量是必不可少的步骤
C．测出重物下落时间t，通过
计算出瞬时速度
D．若纸带前面几点较为密集且不清楚，可以舍去前面比较密集的点，合理选取一段打点比较清晰的纸带，同样可以验证
【答案】0.550；0.545；重力加速度；D；
【解析】
【详解】
（1）当打点计时器打到B点时，重物重力势能的减少量为：
△Ep＝mgh＝0.1×9.8×56.10×10−2J≈0.550J．
B点的速度为：
，
则动能的增加量为：
△Ek＝
mvB2＝
×0.1×3．32J≈0.545J．
（2）根据机械能守恒有：
mgh=
mv2，则
v2＝gh，图线斜率表示的物理量是重力加速度g．
（3）实验中摩擦不可避免，纸带越短克服摩擦做功越小，但是纸带不是越短越好，故A错误．验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，质量可以约去，可以不测量重物的质量，故B错误．不能根据v=gt求出瞬时速度，否则就默认了机械能守恒，失去验证的意义，故C错误．若纸带前面几点较为密集且不清楚，可以舍去前面比较密集的点，合理选取一段打点比较清晰的纸带，同样可以验证，故D正确．故选D．
【点睛】
解决本题的关键知道实验的原理以及注意事项，掌握纸带的处理方法，会根据纸带求解瞬时速度，从而得出动能的增加量，会根据下降的高度求解重力势能的减小量．
2．（12分）（2020·应城市第一高级中学高一期中）在“验证机械能守恒定律”的实验中，A、B、C三名学生分别用同一装置打出三条纸带，量出各条纸带上第一、第二两点间的距离分别为0.17cm，0.18cm，0.27cm，打点计时器所用电源频率为50Hz，当地的重力加速度的值为9.80m/s2，测得所用重物的质量为1.0kg，可看出其中肯定有一个同学在操作上的错误，错误操作是_______同学。
若按实验要求正确地选择出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点的距离如图所示（相邻计数点间的时间间隔为0.02s），那么：
（1）打点计时器打下计数点B时，物体的速度vB=_______；
（2）从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减小量是
=________，此过程中物体动能的增加量
=________（g取9.8m/s2）；
（3）通过计算，数值上
_____
（填“>”、“=”、“<”），这是因为______________。
（结果保留三位有效数字）
【答案】C0.98m/s0.491J0.480J>运动过程存在阻力，在误差允许的范围内机械能守恒
【解析】
【分析】
【详解】
[1]第1、2个点的距离
故操作错误的为C同学。
（1）[2]B点的瞬时速度等于AC段的平均速度，则有
（2）[3][4]从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是
动能的增加量为
（3）[5][6]通过计算，数值上
这是因为实验中有摩擦和空气阻力，即运动过程中存在阻力；但在实验误差允许范围内，机械能守恒。
3．（10分）（2020·安徽省高三二模）图甲为某实验小组做“验证机械能守恒定律”的实验装置，光电门A、B固定在气垫导轨上，细线两端分别与钩码和滑块相连，重力加速度为g。
（1）实验的主要操作如下：
①按图组装好实验器材；
②让滑块从气垫导轨上光电门A的右侧某位置由静止释放；
③记录遮光条通过光电门A、B所用的时间分别为t1、t2；
④改变光电门B的位置，进行多次实验。
为完成该实验，还缺少的主要操作是_____；
（2）实验中还需要测量的物理量有_____；
①滑块的长度D；
②遮光条的宽度d；
③两个光电门之间的距离L；
④滑块（含遮光条）的质量M；
⑤钩码的质量m。
（3）对于滑块（含遮光条）和钩码组成的系统，重力势能的减少量∆Ep=_______；动能的增加量∆Ek=_____；（用上述所给的字母表示）
（4）实验小组处理采集的多组数据并在坐标系∆Ep-∆Ek中描点作图，如图乙所示，若两轴的标度相同，造成该实验结果的原因是_______。
【答案】将气垫导轨调节水平②③④⑤mgL
气垫导轨没有调水平且B端偏低
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]．为完成该实验，还缺少的主要操作是将气垫导轨调节水平；
（2）[2]．滑块经过两个光电门时的速度分别为
则要验证的关系为
则要测量的物理量是：
②遮光条的宽度d；③两个光电门之间的距离L；④滑块（含遮光条）的质量M；⑤钩码的质量m。
（3）[3]．对于滑块（含遮光条）和钩码组成的系统，重力势能的减少量
∆Ep=mgL；
[4]．动能的增加量
∆Ek=
；
（4）[5]．根据∆Ep-∆Ek图像，若∆Ep=∆Ek则直线倾角为45°，而现在图中直线倾角为42°，可知∆Ep<∆Ek可知原因可能是滑块的重力做正功造成的，即气垫导轨没有调水平且B端偏低。
4．（8分）（2020·全国高三月考）某同学用如图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”的实验。
质量均为M的A、B两个圆筒用绕过光滑定滑轮的细线连接，圆筒B锁定在桌子的边缘，B上装有质量不计的遮光条，遮光条上方有与光电计时器连接的光电门，圆筒A中装有10个质量均为m的砝码。
已知重力加速度为g：
（1）实验前用游标卡尺测出遮光条的宽度，示数如图乙所示，则遮光条的宽度d＝_______mm；
（2）解除对圆筒B的锁定，使圆筒B由静止开始向上运动，通过光电门时，遮光条的遮光时间为t，此时A、B和10个砝码具有的总动能为____________（用测得和已知的物理量表示）；要验证机械能守恒，还需要测量的物理量为____________（写出物理量及其符号）；
（3）每一次将A中的一个砝码取出后放在B中，重复
（2）的实验，测得遮光条每次遮光的时间为t，作出
图像（其中n为A筒中砝码的个数，n大于5），如果作出的是一条过原点的倾斜直线，则图像的斜率为____________（用已知和测量的物理量表示），则机械能守恒定律得到验证。
【答案】3.55
解除镇定前，遮光条到光电门的高度h
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]．该游标卡尺为20分度，最小精确度为0.05mm，游标卡尺读数为
3mm+11×0.05mm=3.55mm
（2）[2]．遮光条遮光时间为t时，系统的速度大小为
系统的总动能后
[3]．要验证机械能守恒定律，即要验证系统减少的重力势能等于系统增加的动能，因此还需要测量解除锁定前，遮光条到光电门的高度h。
（3）[4]．当A筒中有n个砝码时，B筒中有10-n个砝码，则系统机械能守恒时
即
因此如果作出的
图像是一条过原点的倾斜直线，则图像的斜率为
则机械能守恒定律得到验证。
5．（6分）（2020·福建省南安市侨光中学高一月考）某同学采用重物自由下落的方法“验证机械能守恒定律”，如图甲所示。
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，测得所用重物的质量为1.00kg。
若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点O的距离如图乙所示，那么：
（1）纸带的____（选填“左”或“右”）端与重物相连；
（2）从起始点O到打下点B的过程中，重物下落的高度hB=____m，重力势能的减少量ΔEp=_______J；打B点时的速度vB=____m/s，重物增加的动能ΔEk=__J；（结果保留三位有效数字）
（3）分析上面的数据，发现动能的增加量ΔEk不等于势能的减少量ΔEp，产生这种现象的原因可能是____。
A．一定是实验操作错误导致的
B．实验数据处理时，计算错误了
C．存在空气阻力和摩擦力
D．重物的质量太小了
【答案】左0.04860.476
C
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]重物拖着纸带做加速运动，相等时间内的位移逐渐增大，可知纸带的左端与重物相连。
（2）[2][3][4][5]从起始点O到打下点B的过程中，重物下落的高度
4.86cm=0.0486m
重力势能的减少量
△Ep=mghOB=1×9.8×4.86×10-2J=0.476J
B点的速度等于中间时刻的瞬时速度，故
重物增加的动能
（3）[6]发现动能的增加量ΔEk不等于势能的减少量ΔEp，，产生这种现象的原因可能是摩擦阻力和空气阻力的存在，故C正确ABD错误。
6．（4分）（2020·通榆县第一中学高三月考）某小组同学用简易装置验证机械能守恒定律，他们找来一块平整且比较光滑的木板，从实验室借来打点计时器、刻度尺、小车和纸带．他们把木板搭在台阶上．如图甲安装好实验器材，得到如图乙所示的一条纸带．
（1）在验证机械能是否守恒时，还需要测量台阶的高度h和木板的长度L，已知纸带上相邻两计数点之间的时间间隔为T，根据纸带上MN两点间的数据，该组同学需要验证的机械能守恒的表达式为_____（用题中所给物理量的字母表示）
（2）在该实验中下列说法正确的是_____
A．该实验中先接通电源，后释放小车
B．由于摩擦力对实验结果有影响，所以把木板搭在台阶上是为了平衡摩擦
C．由于阻力的存在，该实验中小车增加的动能一定小于小车减少的重力势能
D．在该实验中还需要用天平测量小车的质量．
【答案】
AC
【解析】
【分析】
试题分析：
（1）平均速度等于瞬时速度，则有：
M点的动能
同理，N点的动能为
，
而M点到N点的减小的重力势能为
因此同学需要验证的机械能守恒的表达式为：
即为：
．
（2）该实验中先接通电源，后释放小车，故A正确；由于摩擦力对实验结果有影响，所以把木板搭在台阶上是为了减小压力，导致滑动摩擦力减小，从而减小摩擦阻力对实验的影响，故B错误；由于阻力的存在，该实验中小车减少的重力势能，没有全部用来增加小车的动能，故C正确；在该实验中不需要用天平测量小车的质量，等式两边质量可能约去，故D错误．
考点：
验证机械能守恒定律
【名师点睛】考查如何验证机械能守恒定律，注意尽量减小阻力的对实验的影响；同时对于基础实验要从实验原理出发去理解，要亲自动手实验，深刻体会实验的具体操作，不能单凭记忆去理解实验．
7．（10分）（2020·浙江省高二学业考试）甲同学准备做探究功与物体速度变化的关系实验,乙同学准备做验证机械能守恒定律实验。
丙同学准备做研究匀变速直线运动速度与时间关系实验。
（1）甲同学用电磁打点计时器与学生电源相接，需要连接的电压是________.
（2）关于甲、乙两同学的实验下列说法正确的是____（填字母代号）。
A．甲同学可以利用纸带上任意两计时点的距离求所需速度
B．甲同学实验时,通过改变小车的释放位置来探究做功与速度变化关系
C．乙同学可以利用v=gt求出某计时点的瞬时速度
D．乙同学实验时使重物靠近打点计时器释放的目的是为了获取更多的计时点
（3）三个同学实验正确操作后各自获得了一条纸带,下图是某位同学实验中打出的一条纸带的一部分（单位:
cm）,纸带上标出了连续的6个计数点,相邻计数点之间还有4个点没有画出。
打点计时器打“3”点时,小车的速度为____m/s（结果保留两位有效数字）。
通过分析可得出:
这条纸带是____同学得到;以上三个实验中必须要平衡摩擦力是____同学的实验。
（以上两空选填“甲”“乙”或“丙”）
【答案】交流6V以下D0.23丙甲
【解析】
【详解】
（1）[1].电磁打点计时器使用低压交流电源，电压为4V～6V；
（2）[2].A.探究功与物体速度变化的关系的实验中，合外力做的功等于物体动能的变化，所以需选取纸带上相邻的两点距离最大且近似相等的点进行测量，不能是纸带上任意两计时点的距离求所需速度。
故A错误；
B.在探究功与物体速度变化的关系的实验中，由于探究的过程中，要求每一条橡皮筋做的功都相等，所以小车的释放位置不能变化。
故B错误；
C.乙同学做“验证机械能守恒定律”实验，不能使用v=gt求速度，故C错误；
D.乙同学实验时使重物靠近打点计时器释放的目的是为了获取更多的计时点，提高纸带的使用率。
故D正确。
（3）[3].计算纸带点3的速度，24间距为6.42cm-1.75cm=4.67cm=0.0467m，故点3速度为：
；
[4].甲得到的纸带应该是点迹先逐渐变大，然后均匀分布，则该纸带不是甲同学得到的；纸带上相邻的点之间的距离的变化：
△x=（3.89cm-1.75cm）-1.75cm=0.39cm=0.0039m
由△x=aT2可得：
因加速度远小于g可知不是乙得到的纸带，则该纸带应为丙得到的纸带；
[5].三个实验中必须要平衡摩擦力是探究功与物体速度变化的关系实验，即甲同学的实验。
8．（6分）（2020·山东省济南外国语学校高一月考）在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m＝1.00kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示，O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点，已知打点计时器每隔0.02s打一个点，当地的重力加速度g取9.8m/s2，那么
（1）根据图上所得的数据，应取图中O点到________点来验证机械能守恒定律．
（2）从O点到
（1）问中所取的点，重物重力势能的减少量ΔEp＝________J，动能增加量ΔEk＝________J（结果取三位有效数字）．
【答案】
（1）B
（2）1.881.84
【解析】
【分析】
【详解】
（1）因为通过某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可以求出B点的速度，所以取图中O点到B点来验证机械能守恒定律．
（2）重物重力势能的减少量ΔEp＝mgΔh＝1.00×9.8×0.1920J≈1.88J；B点的速度
，则B点的动能
所以动能的增加量ΔEk＝1.84J．
9．（10分）（2020·四川省泸县第四中学高一月考）利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验。
（1）为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的________。
A．动能变化量与势能变化量B．速度变化量和势能变化量
C．速度变化量和高度变化量
（2）除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是________。
A．交流电源B．刻度尺C．天平（含砝码）
（3）实验中，先接通电源，再释放重物，得到图乙所示的一条纸带。
在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。
已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。
设重物的质量为m。
从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量ΔEp＝____________，动能变化量ΔEk＝__________。
（4）大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是________。
A．利用公式v＝gt计算重物速度B．利用公式v＝
计算重物速度
C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响D．没有采用多次实验取平均值的方法
【答案】AABΔEp＝－mghBΔE＝
m
2C
【解析】
【详解】
（1）[1]．验证机械能守恒定律原理是看减少的重力势能和增加的动能是否相等，所以需要比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量，故选A；
（2）[2]．电磁打点计时器使用低压交流电源；需选用刻度尺测出纸带上任意连点见得距离，表示重锤下落的高度；等式两边都含有相同的质量，所以不需要天平秤质量；故选AB；
（3）[3][4]．根据功能关系，重物的重力势能变化量的大小等于重力做的功的多少，打B点时的重力势能减小量：
△Ep=-mghB
B点的速度为：
所以动能变化量为：
；
（4）[5]．由于纸带在下落过程中，重锤和空气之间存在阻力，纸带和打点计时器之间存在摩擦力，所以减小的重力势能一部分转化为动能，还有一部分要克服空气阻力和摩擦力阻力做功，故重力势能的减少量大于动能的增加量，故C选项正确；
10．（8分）（2020·内蒙古自治区高一学业考试）如图所示为用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置。
（1）若已知打点计时器的电源频率为50Hz，当地的重力加速度g=9.80m/s2，重物质量为0.2kg。
实验中得到一条点迹清晰的纸带如图所示，打P点时，重物的速度为零，A、B、C为另外3个连续点，根据图中的数据，可知重物由P点运动到B点，重力势能少量ΔEp=_____J，动能的增加量ΔEk=_____；（计算结果保留3位有效数字）
（2）若PB的距离用h表示，打B点时重物的速度为vB，当两者间的关系式满足_______时，说明下落过程中重锤的机械能守恒（已知重力加速度为g）；
（3）实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，其主要原因是_______
A．重物的质量过大
B．重物的体积过小
C．电源的电压偏低
D．重物及纸带在下落时受到阻力
【答案】0.0982J0.0960Jmgh=
D
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]重物由P点运动到B点，重力势能少量
[2]打B点时重物的速度为
动能的增加量
（2）[3]该过程中，重物重力势能的减小量为mgh，动能的增加量为
，则机械能守恒的表达式为
（3）[4]实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，主要原因是重物及纸带在下落过程中受到阻力，使得减小的重力势能部分转化为内能，故D正确，ABC错误
故选D
11．（6分）（2020·烟台市中英文学校高三月考）某实验小组设计了如图所示的实验装置验证机械能守恒定律，其主要步骤如下：
（1）物块P、Q用跨过光滑定滑轮的轻绳相连，P底端固定了一竖直宽度为d的轻质遮光条。
托住P，使系统处于静止状态（如图所示），用刻度尺测出遮光条所在位置A与固定在铁架台上的光电门B之间的高度h。
（2）现将物块P从图示位置由静止释放，记下遮光条通过光电门的时间为t，则遮光条通过光电门时的速度大小v=____________。
（3）己知当地的重力加速度为g，为了验证机械能守恒定律，还需测量的物理量是_____________（用相应的文字及字母表示）。
（4）利用上述测量的实验数据，验证机械能守恒定律的表达式是___________________
【答案】
P的质量M，Q的质量m（M-m）gh=
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]．光电门的遮光条挡住光的时间极短，则平均速度可作为瞬时速度，有
（2）[2]．两物块和轻绳构成的系统，只有重力做功，机械能守恒
故要验证机械能守恒还需要测量P的质量M、Q的质量m；
（3）[3]．将光电门所测速度带入表达式
则验证机械能守恒的表达式为
12．（6分）（2020·江西省高三月考）如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。
有一直径为d、质量为m的小金属球从A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H（H≫d），光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g。
则：
（1）如图乙所示，用螺旋测微器测得小球的直径d＝________mm；
（2）多次改变高度H，重复上述实验，作出
随H的变化图像如图丙所示，当图中已知量t0、H0和重力加速度g及金属球的直径d满足表达式________________时，可判断小球下落过程中机械能守恒；
（3）实验中发现动能增加量ΔEk总是稍小于重力势能减少量ΔEp，增加下落高度后，则ΔEp－ΔEk将_____（填“增加”“减小”或“不变”）。
【答案】6.860
增加
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]根据螺旋测微器读数规则得读数为：
6.5mm+36.0×0.01mm=6.860mm
（2）[2]若要满足机械能守恒，则金属球减小的重力势能等于金属球增加的动能，则有
即
解得
（3）由于该过程中有阻力做功，而高度越高，阻力做功越多，故增加下落高度后，则ΔEp－ΔEk将增加
13．（6分）（2020·贵州省高三月考）某同学设计了利用光电计时器验证机械能守恒定律的实验。
其实验步骤如下：
①将量程为L的米尺竖直固定；
②在米尺旁固定一光电门，记录光电门所在位置的刻度L0；
③接通电源，将小钢球从光电门正上方且球心所对刻度为L处静止释放；
④从计时器上读出小钢球通过光电门的时间t。
（1）该同学要较精确地验证机械能守恒定律，还应需要的器材是__________；
A．天平
B．秒表
C．游标卡尺
（2）小钢球从释放至球心到达光电门时下落的高度为__________；该同学使用
（1）中选用的器材正确测出所需的物理量为x，当地重力加速度为g，若以上物理量在误差范围内满足关系式________________，则可认为小钢球在下落过程中机械能守恒。
【答案】CL-L0
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]．要验证的关系式是
其中d为钢球的直径，则还需要用游标卡尺测量小钢球的直径d，故选C。
（2）[2]．小钢球从释放至球心到达光电门时下落的高度为L-L0；
[3]．由
（1）的分析可知，该同学使用
（1）中游标卡尺正确测出小球的直径x，若物理量在误差范围内满足关系式
则可认为小钢球在下落过程中机械能守恒。
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