2024版新教材高考物理一轮复习特训卷-考点37实验-验证机械能守恒定律.docx

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1、考点37 实验：验证机械能守恒定律1.2023湖南邵阳一模某同学用如图甲所示的实验装置“验证机械能守恒定律”实验所用的电源为学生电源，可以提供输出电压为6 V的交变电流和直流电，交变电流的频率为50 Hz.重锤从高处由静止开始下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，对纸带上的点测量并分析，即可验证机械能守恒定律(1)他进行了下面几个操作步骤：A按照图示的装置安装器材；B将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C用天平测出重锤的质量；D先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带；E测量纸带上某些点间的距离；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其增加的动能其中没有必要进行的步骤是_，操

2、作不当的步骤是_(均填步骤前的选项字母).(2)这位同学进行正确测量后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析，如图乙所示，其中O点为起始点，A、B、C、D、E、F为六个计时点根据纸带上的测量数据，可得出打B点时重锤的速度为_m/s(保留3位有效数字).(3)他根据纸带上的数据算出各点的速度v，量出下落距离h，并以为纵轴、h为横轴画出的图像应是下图的_(填选项字母).22021海南卷为了验证物体沿光滑斜面下滑的过程中机械能守恒，某学习小组用如图所示的气垫导轨装置(包括导轨、气源、光电门、滑块、遮光条、数字毫秒计)进行实验此外可使用的实验器材还有：天平、游标卡尺、刻度尺(1)某同学设计了如下的实验步

3、骤，其中不必要的步骤是_；在导轨上选择两个适当的位置A、B安装光电门、，并连接数字毫秒计；用天平测量滑块和遮光条的总质量m；用游标卡尺测量遮光条的宽度d；通过导轨上的标尺测出A、B之间的距离l；调整好气垫导轨的倾斜状态；将滑块从光电门左侧某处，由静止开始释放，从数字毫秒计读出滑块通过光电门、的时间t1、t2；用刻度尺分别测量A、B点到水平桌面的高度h1、h2；改变气垫导轨倾斜程度，重复步骤，完成多次测量(2)用游标卡尺测量遮光条的宽度d时，游标卡尺的示数如图所示，则d_mm；某次实验中，测得t111.60 ms，则滑块通过光电门的瞬时速度v1_m/s(保留3位有效数字)；(3)在误差允许范围内

4、，若h1h2_(用上述必要的实验步骤直接测量的物理量符号表示，已知重力加速度为g)，则认为滑块下滑过程中机械能守恒；(4)写出两点产生误差的主要原因：_.32022湖北卷某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验一根轻绳一端连接固定的拉力传感器，另一端连接小钢球，如图甲所示拉起小钢球至某一位置由静止释放，使小钢球在竖直平面内摆动，记录钢球摆动过程中拉力传感器示数的最大值Tmax和最小值Tmin.改变小钢球的初始释放位置，重复上述过程根据测量数据在直角坐标系中绘制的Tmax Tmin图像是一条直线，如图乙所示(1)若小钢球摆动过程中机械能守恒则图乙中直线斜率的理论值为_(2)由图乙得：

5、直线的斜率为_，小钢球的重力为_N.(结果均保留2位有效数字)(3)该实验系统误差的主要来源是_(单选，填正确答案标号).A小钢球摆动角度偏大B小钢球初始释放位置不同C小钢球摆动过程中有空气阻力42022河北卷某实验小组利用铁架台、弹簧、钩码、打点计时器、刻度尺等器材验证系统机械能守恒定律，实验装置如图1所示弹簧的劲度系数为k，原长为L0，钩码的质量为m.已知弹簧的弹性势能表达式为Ekx2，其中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量，当地的重力加速度大小为g.(1)在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置，测得此时弹簧的长度为L.接通打点计时器电源从静止释放钩码，弹簧收缩，得到了一条点迹清晰的纸带钩

6、码加速上升阶段的部分纸带如图2所示，纸带上相邻两点之间的时间间隔均为T(在误差允许范围内，认为释放钩码的同时打出A点).从打出A点到打出F点时间内，弹簧的弹性势能减少量为_，钩码的动能增加量为_，钩码的重力势能增加量为_(2)利用计算机软件对实验数据进行处理，得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分别与钩码上升高度h的关系，如图3所示由图3可知，随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，主要原因是_52023湖南岳阳三模某兴趣小组用如图甲所示的实验装置来测物块与斜面间的动摩擦因数PQ为一块倾斜放置的木板，在斜面底端Q处固定有一个光电门，光电门与数字计时器相连(图中未画).每次实验时将一物体

7、(其上固定有宽度为d的遮光条)从不同高度h处由静止释放，但始终保持斜面底边长L0.500 m不变(设物块与斜面间的动摩擦因数处处相同)(1)用20分度游标卡尺测得物体上的遮光条宽度d如图乙所示，则d_cm；(2)该小组根据实验数据，计算得到物体经过光电门的速度v，并作出了如图丙所示的v2 h图像，其图像与横轴的交点为0.25.由此可知物块与斜面间的动摩擦因数_；(3)若更换动摩擦因数更小的斜面，重复上述实验得到v2 h图像，其图像的斜率将_(填“增大”“减小”或“不变”).62023北师大二附中模拟某同学采用如图甲所示的装置进行“验证机械能守恒定律”实验(1)除了图甲装置中的器材之外，还必须从

8、图乙中选取实验器材，其名称是_；(2)指出图甲装置中不合理的地方(一处)_；(3)小明同学通过正确实验操作得到了如图丙所示的一条纸带，读出计数点0、4两点间的距离为_cm；(4)已知打点计时器的电源频率为50 Hz，计算得出打下计数点5时纸带速度的大小为_m/s(保留两位有效数字)；(5)在实际的测量中，重物减少的重力势能通常会_(选填“略大于”“等于”或“略小于”)增加的动能，这样产生的误差属于_(选填“系统误差”或“偶然误差”)；72022广东卷某实验小组为测量小球从某一高度释放，与某种橡胶材料碰撞导致的机械能损失，设计了如图(a)所示的装置，实验过程如下：(1)让小球从某一高度由静止释放

9、，与水平放置的橡胶材料碰撞后竖直反弹调节光电门位置，使小球从光电门正上方释放后，在下落和反弹过程中均可通过光电门(2)用螺旋测微器测量小球的直径，示数如图(b)所示，小球直径d_mm.(3)测量时，应_(选填“A”或“B”，其中A为“先释放小球，后接通数字计时器”，B为“先接通数字计时器，后释放小球”).记录小球第一次和第二次通过光电门的遮光时间t1和t2.(4)计算小球通过光电门的速度，已知小球的质量为m，可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失E_(用字母m、d、t1和t2表示).(5)若适当调高光电门的高度，将会_(选填“增大”或“减小”)因空气阻力引起的测量误差考点37实验：验证机械能守

10、恒定律1答案：(1)CB(2)1.84(3)C解析：(1)应将打点计时器接到电源的“交流输出”上，选项B操作不当，因实验只需比较gh和的大小关系，不需要测量质量，选项C没必要(2)打B点的速度即为AC段的平均速度，即vB m/s1.84 m/s.(3)根据mv2mgh可知，v2与h成正比，故C项正确2答案：(1)(2)5.000.431(3)(4)滑块在下滑过程中受到空气阻力作用，产生误差；遮光条宽度不够窄，测量速度不准确，产生误差解析：(1)滑块沿光滑的斜面下滑过程机械能守恒，需要通过光电门测量通过滑块运动的速度v，滑块下滑过程中机械能守恒，减少的重力势能转化为动能mg(h1h2)mvmvm

11、2m2，整理化简得g(h1h2)22，所以测量滑块和遮光条得总质量m不必要，满足题目要求，测量A、B之间的距离l不必要，满足题目要求(2)游标卡尺的读数为d5 mm00.05 mm5.00 mm，滑块通过光电门的速度v1 m/s0.431 m/s，(3)根据(1)问可知h1h2，在误差允许的范围内，满足该等式可认为滑块下滑过程中机械能守恒(4)滑块在下滑过程中受到空气阻力作用，产生误差；遮光条宽度不够窄，测量速度不准确，产生误差3答案：(1)2(2)2.10.59(3)C解析：(1)设初始位置时，细线与竖直方向夹角为，则细线拉力最小值为T minmg cos ，到最低点时细线拉力最大，则mgl

12、(1cos )mv2，Tmaxmgm，联立可得Tmax3mg2T min，即若小钢球摆动过程中机械能守恒则图乙中直线斜率的理论值为2；(2)由图乙得直线的斜率为k2.1，3mg1.77，则小钢球的重力为mg0.59 N.(3)该实验系统误差的主要来源是小钢球摆动过程中有空气阻力，使得机械能减小，故选C.4答案：(1)k(LL0)h5khmgh5(2)见解析解析：(1)从打出A点到打出F点时间内，弹簧的弹性势能减少量为Ep弹k(LL0)2k(LL0h5)2整理有Ep弹k(LL0)h5kh；打F点时钩码的速度为vF，由于在误差允许的范围内，认为释放钩码的同时打出A点，则钩码动能的增加量为Ekmv0

13、，钩码的重力势能增加量为Epmgh5.(2)钩码机械能的增加量，即钩码动能和重力势能增加量的总和，若无阻力做功则弹簧弹性势能的减少量等于钩码机械能的增加量现在随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，而两条曲线在纵向的间隔即阻力做的功，则产生这个问题的主要原因是钩码和纸带运动的速度逐渐增大，导致空气阻力逐渐增大，以至于空气阻力做的功也逐渐增大5答案：(1)0.225(2)0.5(3)不变解析：(1)由图知第5条刻度线与主尺对齐，则读数为：d2 mm50.05 mm2.25 mm0.225 cm；(2)设斜面的长为s，倾角为，由动能定理得(mg sin mg cos )smv2，即：mghmgL

14、mv2，v22gh2gL，由图像可知，当h0.25 m时，v0，代入得到0.5；(3)由v22gh2gL知斜率k2g为定值，若更换动摩擦因数更小的斜面，图像的斜率不变6答案：(1)刻度尺(2)重物离打点计时器太远(3)3.11(3.103.12)(4)0.91(0.890.93)(5)略大于系统误差解析：(1)验证机械能守恒定律需要测量重物下降的高度以及重物的速度，因此需要使用刻度尺(2)为充分利用纸带记录实验数据，重物应尽量靠近打点计时器，而题图甲中重物离打点计时器太远(3)计数点0对应的读数为1.00 cm，计数点4对应的读数为4.11 cm，所以计数点0到4的距离为3.11 cm.(4)

15、计数点5对应的速度等于计数点46对应的平均速度，即v5m/s0.91 m/s.(5)由于阻力的存在，重物减少的重力势能略大于增加的动能，这种误差与人为因素无关，与实验系统本身有关，所以该误差称为系统误差7答案：(2)7.885(3)B(4)()(5)增大解析：(2)根据螺旋测微器读数规则可知，小球直径d7.5 mm0.385 mm7.885 mm.(3)由于小球自由落体运动时间很短，所以测量时，应该先接通数字计时器，后释放小球(4)小球第1次通过光电门时的速度v1，第2次通过光电门时的速度v2，小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失Emvmv().(5)若适当调高光电门高度，将会增大因空气阻力引起的测量误差