專項07驗證機械能守恒定律(原卷版)

2021屆高考物理實驗專項突破--驗證機械能守恒定律（2021?河南高三二模）在“驗證機械能守恒定律”實驗中某研究小組采用了如圖甲所示的實驗裝置，實驗的主要步驟是：在一根不可伸長的細(xì)線一端系一直徑為d金屬小球，另一端固定于。點，記下小球靜止時球心的位置4,在A處放置一個光電門，現(xiàn)將小球拉至球心距A高度為。處由靜止釋放，記下小球通過光電門時的擋光時間重力加速度為g，請回答以下問題：（1）如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測得小球的直徑廬cm；（2）若等式成立，說明圖甲小球下擺過程機械能守恒（用題中所給字母表示）（3）若撤去光電門，在。點安裝一個拉力傳感器，測出線上的拉力R實驗中記錄細(xì)線拉力大小隨時間的變化如圖丙所示（小是實驗中測得的最大拉力值）在小球第一次運動至最低點的過程，根據(jù)重力勢能的減少量和動能的增加量之間的關(guān)系，也可驗證機械能守恒定律。觀察圖丙中拉力峰值隨時間變化規(guī)律，從能量的角度分析造成這一結(jié)果的主要原因為：。（2021?天津高三一模）用如圖甲所示的實驗裝置驗證犯、叫組成的系統(tǒng)機械能守恒。叫從高處由靜止開始下落，如上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律。如圖乙給出的是實驗中獲取的一條紙帶，（）是打下的第一個點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點（圖中未標(biāo)出），所用電源的頻率為50Hz。已知町二150g、=250go貝ij（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）（1）在打下0點到打下計數(shù)點5的過程中系統(tǒng)重力勢能的減少量△5=J；（當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭取lOm/s2）（2）在打下0點到打下計數(shù)點5的過程中系統(tǒng)動能的增加量AEk=J：（3）某同學(xué)測出多個計數(shù)點的速度大小口及對應(yīng)〃下落的高度/?,作出的匕-力圖像如圖丙所示，則圖像2的斜率表達(dá)式攵=o（用町、加2和g表示）（2021.山西晉中市.高三二模）某同學(xué)在輔導(dǎo)叢書上閱讀到彈簧彈性勢能的表達(dá)式為質(zhì)2（攵為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量），該同學(xué)想進一步探究彈簧的性質(zhì)，并驗證以上彈性勢能的表達(dá)式是否成立。請根據(jù)如下探究的過程，完成相關(guān)內(nèi)容：（1）將輕質(zhì)彈簧懸掛于鐵架臺，測得彈簧原長及;（2）在彈簧下端拴掛質(zhì)量為機的鉤碼，待系統(tǒng)靜止時，測得彈簧長度L；（3）根據(jù)以上測量值可得，彈簧的勁度系數(shù)為（用〃?、當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭以及八Lo表示）；（4）托起鉤碼使彈簧恢復(fù)原長，并由靜止釋放，測得彈簧拉伸的最大長度發(fā)現(xiàn)得到彈簧兩次伸長量分別為所L-Lo和x=r-￡o;（5）改變鉤碼個數(shù)，重復(fù)實驗，得到多組網(wǎng)、入數(shù)據(jù)，作iHx—xo圖像是（填“一條直線''或“一條曲線”）；x-xo圖像中斜率大小在誤差范圍內(nèi)等于時，說明以上彈簧彈性勢能表達(dá)式成立。（2021?遼寧錦州市?高三一模）用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。輕桿兩端固定兩個大小相等但質(zhì)量不等的小球P、Q，桿可以繞固定于中點。的水平軸在豎直面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。。點正下方有一光電門，小球可恰好通過光電門，已知重力加速度為g。（l）P、Q從水平位置由靜止釋放，當(dāng)小球P通過最低點時，與光電門連接的數(shù)字計時器顯示的擋光時間為ZV,小球的直徑為d,則小球P經(jīng)過最低點時的速度為^=。（2）用游標(biāo)卡尺測得小球的直徑如圖乙所示，則小球的直徑為"=cm。（3）若兩小球P、Q球心間的距離為L,小球P的質(zhì)量是小球Q質(zhì)量的2倍（左＞1）,當(dāng)滿足&=（用L、d、X、g表示）時，就表明驗證了機械能守恒定律。（2021?浙江溫州市?高三二模）如圖所示，A、B兩物塊系在一條跨過定滑輪的繩子兩端，孫同學(xué)要利用此裝置驗證機械能守恒定律。①為提高實驗結(jié)果的準(zhǔn)確度，李同學(xué)給出了以下建議：A.繩的質(zhì)量要輕B.輪軸盡量光滑C.保證兩物塊在同一高度處釋放D.兩個物塊的質(zhì)量之差要盡可能小你認(rèn)為以上建議中確實對提高實驗結(jié)果的準(zhǔn)確度有作用的是；②你認(rèn)為滑輪質(zhì)量是否會影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確度（選填“會”或“不會”）。（2021?山東煙臺市?高三一模）實驗小組同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌、數(shù)字計時器和拉力傳感器做“研究沿斜面下滑物體的機械能“實驗，實驗裝置如圖甲所示，水平桌面上固定一帶有刻度尺的傾斜氣墊導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上A點處有一帶遮光條的長方形滑塊，用天平測得其總質(zhì)量為〃?。定滑輪與拉力傳感器之間的細(xì)繩是豎直的，定滑輪與滑塊之間的細(xì)繩平行于氣墊導(dǎo)軌。實驗步驟如下：①用圖乙所示的游標(biāo)卡尺測出遮光條的寬度d=m；②安裝好實驗器材，給氣墊導(dǎo)軌接上氣源，然后讀出拉力傳感器的示數(shù)凡同時從氣墊導(dǎo)軌刻度尺上讀出遮光條中心與光電門之間的距離L\③燒斷拉力傳感器與滑塊之間的細(xì)繩，讓滑塊滑向光電門并記錄遮光條通過光電門的時間/;④多次改變滑塊與光電門之間的距離，每次實驗測量相應(yīng)的L與，值，填入相應(yīng)的表格中。試分析下列問題：（1）本實驗中需驗證關(guān)系式成立，即可驗證滑塊沿斜面下滑過程中機械能守恒：（2）小組同學(xué)根據(jù)測得的L與，的值，用描點法作出如圖內(nèi)所示的十一心圖像，已知圖像的斜率為h則可求得滑塊下滑的加速度為a=o（2021?山東高三其他模擬）某小組同學(xué)按以下操作進行驗證機械能守恒定律實驗，由書中查得當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。實驗步驟如下。A.將質(zhì)量均為小的物塊A、8用跨過定滑輪的不可伸長的輕繩連接，在物塊8的正下方地面上固定有與計算機相連的位移傳感器如圖（a）所示；B.在物塊81：加一個質(zhì)量為"%的槽碼。后由靜止釋放物塊8,可在計算機上得到物塊8的工-/圖像（工表示4到傳感器的距離，/表示運動時間）；C.重復(fù)4中的操作，在得到幾條圖線后，對實驗數(shù)據(jù)進行處理。其中一條圖線如圖（b）所示，是圖線上一點，。是圖線的縱截距，過P點的切線與縱軸交點的縱坐標(biāo)為d（圖中未畫出）。請回答下列問題。（I）圖（b）所對應(yīng)的過程中，物塊8在，時的速度大小為o（2）根據(jù)題給條件和計算機顯示的數(shù)據(jù)，若=,則可認(rèn)為在誤差允許的范圍內(nèi)A、B、C組成的系統(tǒng)機械能守恒。（3）小明在處理實驗數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)，下落時間越長，（2）中兩式結(jié)果相差越大，造成這一現(xiàn)象的原因可能是。（2021?安徽高三一模）某物理興趣小組利用阿特伍德機裝置開展力學(xué)實驗，如圖（〃）所示，兩物塊2和Q由不可伸長的輕繩連接，輕繩跨過光滑的輕質(zhì)滑輪，物塊P上面固定有寬度為，/的遮光片，物塊P（含遮光片）的質(zhì)量為機，物塊。的質(zhì)量為M（M=I5%），光電門固定在鐵架臺上，高度可以調(diào)節(jié)，用測量物塊戶經(jīng)過光電門時的遮光時間?？諝庾枇雎圆挥嫛＃?）甲組同學(xué)用此裝置測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭,實驗過程如下：①用手托住物塊Q,使兩物塊均處于靜止?fàn)顟B(tài)，利用刻度尺測量出物塊P上的遮光片到光電門的距離力：②釋放物塊Q,兩物塊由靜止開始運動，記錄物塊P的遮光片經(jīng)過光電門時的擋光時間3則此時物塊Q的速度為v=：③改變物塊。的遮光片與光電門的距離爪重復(fù)以上步驟進行多次實驗，得到多組/?和/并記錄，描繪出h-J的圖像如圖（b）,計算得到圖像的斜率為上由此求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹橹r（2）乙組同學(xué)計劃利用此裝置進行其它力學(xué)實驗，身邊只有以上給定器材，下列實驗中他們可以完成的有（用選項前字母表示）：A.驗證系統(tǒng)的動量守恒定律B.驗證系統(tǒng)的機械能守恒定律C.探究物塊戶的加速度與質(zhì)量的關(guān)系D.探究物塊。的功與速度變化的關(guān)系（2021?江蘇省丹陽高級中學(xué)高三一模）某同學(xué)利用圖甲裝置探究”系統(tǒng)的機械能守恒”，該系統(tǒng)由鉤碼與彈簧組成，實驗步驟如下：（1）首先測量出遮光條的寬度do。.測遮光條的寬度需要用圖乙中的（選填或"D”）。.某同學(xué)用卡尺把遮光條夾緊后直接進行讀數(shù)，如圖丙所示讀數(shù)為cm。。上一步驟中該同學(xué)漏掉的操作是0（2）按圖豎直懸掛好輕質(zhì)彈簧，將輕質(zhì)遮光條水平固定在彈簧下端，測出此時彈簧的長度飛；在鐵架臺上固定一個位置指針，標(biāo)示出彈簧不掛鉤碼時遮光條下邊緣的位置。（3）用輕質(zhì)細(xì)線在彈簧下方掛上鉤碼，測量出平衡時彈簧的長度工，并按圖所示將光電門的中心線調(diào)至與遮光條下邊緣同一高度。（4）用手緩慢的將鉤碼向上托起，直至遮光片恰好回到彈簧原長標(biāo)記指針的等高處（保持細(xì)線豎直），將鉤碼由靜止釋放，記下遮光條經(jīng)過光電門的時間Af。（5）多次改變鉤碼個數(shù)，重復(fù)步驟（3）（4）,得到多組數(shù)據(jù)，做出（彳一天）一（￡）圖像如圖丁所示。通過查找資料，得知彈簧的彈性勢能表達(dá)式為馬=；丘'2（其中攵為彈簧的勁度系數(shù)，/為彈簧的形變量），已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹閯t圖線斜率等于（用4和g表示）時可得系統(tǒng)的機械能是守恒的。（6）實驗中鉤碼的速度實際上（選填“大于”、“等于”或“小于”）—.Ar（2021?全國高三其他模擬）某實驗小組同學(xué)用如圖所示裝置驗證機械能守恒定律，。為固定的懸點，輕細(xì)繩一端固定在。點，一端與鋼球連接，在。點正下方。處放置一十分鋒利的刀口刃片，OC略小于繩的長度。把鋼球拉到水平位置A由靜止釋放，鋼球擺到最低點8處時，輕細(xì)繩被刀口刃片割斷，隨即做平拋運動進入右側(cè)的豎直裝置，裝置中有一個水平放置的可上下調(diào)節(jié)的傾斜擋板N。實驗前，先將一張白紙和復(fù)寫紙固定在右側(cè)裝置的背板上，鋼球落到傾斜擋板N上后，就會擠壓復(fù)寫紙，在白紙上留下印跡。(1)本實驗除了需讓鋼球自然下垂測量。到球心的長度L外，還需要測量的物理量有oA.鋼球的質(zhì)量加B.鋼球從A到3的運動時間，“與印跡的豎直距離力“與印跡的水平距離工(2)為了驗證鋼球從A到4過程中機械能守恒，最終只需在誤差允許的范圍內(nèi)驗證表達(dá)式(用題中所給和測量物理量符號表示)成立即可。為了減少偶然誤差，調(diào)整傾斜擋板N處于不同位置，多做幾次實驗進行驗證。(3)計算時誤將鋼球自然下垂時測量的輕細(xì)繩的長度作為鋼球從A到B的下落高度，從理論上分析，第(2)問中表達(dá)式可能相等嗎？簡要說明原因。(2021?天津河?xùn)|區(qū)?高三一模)某實驗小組設(shè)計實驗驗證機械能守恒，實驗裝置示意圖如圖所示，在鐵架臺鐵夾上固定好一個力傳感器，一根細(xì)線上端連接在力傳感器上，下端系在小球上，把小球拉離平衡位置一個角度，由靜止釋放小球，力傳感器可記錄小球在擺動過程中細(xì)線拉力大小，記下力傳感器的最大示數(shù)八(1)關(guān)于實驗，下列說法中正確的有A.可以直接用彈簧測力計代替力傳感器進行實驗B.細(xì)線要選擇伸縮性小的C.球盡量選擇密度大的(2)為完成實驗，需要測量小球自由靜止時力傳感器的示數(shù)用，還需要測量的物理量有。(填正確答案標(biāo)號)A.釋放小球時的位置與自由靜止位置的高度差力B.小球下落至平衡位置時的時間C.擺長/D.小球的質(zhì)量加(3)需要驗證機械能守恒的表達(dá)式為(用已知量和測量量的符號表示)(2021?上海金山區(qū)?高三一模)“用DIS研究機械能守恒定律”實驗裝置如圖所示。(1)本實驗用到的傳感器是，為讓標(biāo)尺盤處于豎直平面內(nèi)，標(biāo)尺盤上的垂直線與自然下垂的擺線要(選填“平行”或“垂直(2)某同學(xué)以擺錘運動的最低點為零勢能面，在離開最低點一定高度力處靜止釋放擺錘，測量擺錘到達(dá)最低點的瞬時速度，測得動能與重力勢能的三組數(shù)據(jù)。由第I組數(shù)據(jù)可估算出擺錘卜落高度。約為m0擋光時間（s）最低點處動能（J）釋放點處重力勢能（J）10.0046980.01090.011020.0046590.01110.011030.0046190.01130.0110擺錘寬度:0.0080m（3）該同學(xué)根據(jù)上述三組數(shù)據(jù)中動能與重力勢能近似相等，得出：擺錘在釋放后，擺動整個過程近似滿足機械能守恒。這一推斷證據(jù)（選填“充分”或“不充分”），理由是。（2021.福建省福州第一中學(xué)高三開學(xué)考試）用如圖甲所示的實驗裝置驗證如、〃n組成的系統(tǒng)機械能守恒，/如從高處由靜止開始下落，加上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶