備考2025屆高考物理一輪復習分層練習第六章機械能實驗七驗證機械能守恒定律

試驗七驗證機械能守恒定律1.如圖1所示，打點計時器固定在鐵架臺上，使重物帶動紙帶從靜止起先自由下落，利用此裝置驗證機械能守恒定律.（1）下列操作中對減小試驗誤差有利的是AB.A.重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘B.兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對正C.精確測量出重物的質(zhì)量D.用手托穩(wěn)重物，接通電源后，釋放重物（2）某試驗小組利用上述裝置將打點計時器接到50Hz的溝通電源上，按正確操作得到了一條完整的紙帶，由于紙帶較長，圖中有部分未畫出，如圖2所示.紙帶上各點是打點計時器打出的計時點，其中O點為紙帶上打出的第一個點.重物下落高度應(yīng)從紙帶上計時點間的距離干脆測出，利用下列測量值能完成驗證機械能守恒定律的選項有BC.圖2A.OA、AD和EG的長度 B.OC、BC和CD的長度C.BD、CF和EG的長度 D.AC、BD和EG的長度解析（1）驗證機械能守恒定律時，為降低阻力的影響，重物的質(zhì)量和密度要大，A正確；為減小紙帶與打點計時器間的摩擦，兩限位孔要在同一豎直平面內(nèi)上下對正，B正確；驗證機械能守恒定律的表達式為mgh＝12mv2，重物的質(zhì)量沒必要測量，C錯誤；D中做法對減小試驗誤差無影響，D錯誤（2）利用紙帶數(shù)據(jù)，依據(jù)mgh＝12mv2即可驗證機械能守恒定律.要從紙帶上測出重物下落的高度并計算出對應(yīng)的速度，選項A、D的條件中，下落高度與所能計算的速度不對應(yīng)，無法驗證；選項B中可以取重物下落OC段進行驗證；選項C中，可以求出C、F點的瞬時速度，又知CF間的距離，可以利用12mv22－12mv12.[2024貴陽摸底考試]某同學用如圖1所示的裝置做“驗證機械能守恒定律”的試驗，打點計時器接在頻率為50Hz的溝通電源上，讓重物從靜止起先下落，打出一條清楚的紙帶，其中的一部分如圖2所示.O點是打下的第一個點，A、B、C和D為另外4個連續(xù)打下的點.（1）從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，已測得xOB＝28.20cm、xOC＝33.00cm、xOD＝38.20cm，則打點計時器打下C點時，重物下落的速度大小為2.50m/s（計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字）；（2）已知重物的質(zhì)量為200g，測得當?shù)刂亓铀俣萭＝9.79m/s2，計算從O點到C點，重物的重力勢能變更量的確定值｜ΔEp｜＝0.646J，打點計時器打下C點時重物的動能EkC＝0.625J（計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）；（3）比較（2）中EkC與｜ΔEp｜的大小，發(fā)覺EkC＜｜ΔEp｜，出現(xiàn)這一結(jié)果的緣由可能是重力勢能削減量大于動能增加量的緣由是有其他力做負功，即可能是紙帶與振針間的摩擦力做了負功，也可能是空氣阻力做了負功.解析（1）由于打點計時器打C點的時刻為BD段的中間時刻，所以由勻變速直線運動的推論可知，vC＝vBD＝xOD－xOB2T，又T＝（2）從O點到C點，重物重力勢能變更量的確定值｜ΔEp｜＝mgxOC＝0.646J，打點計時器打下C點時重物的動能EkC＝12mvC3.[試驗?zāi)康膭?chuàng)新/2024福建福州外國語學校校考]某探究小組想利用圖甲所示的裝置測量當?shù)氐闹亓铀俣?框架上裝有可上下移動的光電門1和固定不動的光電門2；框架豎直部分緊貼一刻度尺，零刻度線在上端，可以測量出兩個光電門到零刻度線的距離分別為x1和x2；框架水平部分用電磁鐵吸住一個質(zhì)量為m的小鐵塊，小鐵塊的重心所在高度恰好與刻度尺零刻度線對齊.當小鐵塊由靜止釋放時，小鐵塊先后經(jīng)過兩個光電門，通過與光電門1連接的速度傳感器即可測量出其經(jīng)過光電門1時的速度大小v1.小組成員多次變更光電門1的位置，得到多組x1的數(shù)據(jù)，建立如圖乙所示的坐標系并描點連線，得出圖線的斜率為k，縱截距為b.（1）當?shù)氐闹亓铀俣葹椋璳2（用k表示），小鐵塊經(jīng)過其次個光電門的速度v2為b（用b表示）（2）若選擇光電門2所在的平面為零勢能面，則小鐵塊經(jīng)過光電門1時的機械能表達式為12mv12－12mk（x2－x（3）關(guān)于光電門1的位置，下面做法可以減小重力加速度的測量誤差的是C（填正確答案標號）.A.盡量靠近刻度尺零刻度線B.盡量靠近光電門2C.適當增大與光電門2的距離解析（1）依據(jù)運動學公式有v22－v12＝2g（x2－x1），變形可得v12＝v22－2g（x2－x1）.結(jié)合圖乙有－2g＝k，v22＝b（2）若選擇光電門2所在的平面為零勢能面，則小鐵塊經(jīng)過光電門1時的機械能為E＝12mv12＋mg（x2－x1）＝12mv12－12mk（（3）為了減小刻度尺讀數(shù)的偶然誤差，依據(jù)讀數(shù)時“測大不測小”，可知光電門1的位置不能過于靠近刻度尺零刻度線，也不能過于靠近光電門2的位置，應(yīng)當適當增大與光電門2的距離.故選C.4.[2024江西九校聯(lián)考]某探究小組利用圖示裝置驗證機械能守恒定律.如圖所示，將拉力傳感器固定在天花板上，不行伸長的細線一端連在拉力傳感器上的O點，另一端系住可視為質(zhì)點的鋼球.起先鋼球靜止于最低位置，此時拉力傳感器示數(shù)為F0，將鋼球拉至細線與豎直方向成θ角處無初速度釋放，拉力傳感器顯示拉力的最大值為F，重力加速度為g.（1）鋼球質(zhì)量m＝F0g（2）該組同學將鋼球拉至細線與豎直方向成不同θ角后由靜止釋放，登記拉力傳感器對應(yīng)的最大示數(shù)F，并作出FF0－cosθ圖像，假如鋼球搖擺過程中機械能守恒，則下列圖像合理的是CABC（3）假如鋼球搖擺過程中機械能守恒，則FF0－cosθ圖像的斜率k＝－2解析（1）鋼球靜止于最低位置時，由平衡條件有F0＝mg，則鋼球的質(zhì)量m＝F0（2）（3）設(shè)細線的長度為l，鋼球運動至某位置時速度大小為v、細線與豎直方向的夾角為α、此時拉力傳感器的示數(shù)為F拉，若規(guī)定鋼球釋放位置所對應(yīng)的水平面為零勢能面，則對鋼球從靜止釋放到此位置的過程，由機械能守恒定律有0＝12mv2－mgl（cosα－cosθ），對鋼球在此位置沿細線方向由牛頓其次定律有F拉－mgcosα＝mv2l，聯(lián)立可得F拉＝3mgcosα－2mgcosθ，所以當α＝0，即鋼球運動到最低位置時，傳感器的示數(shù)F拉最大【點撥：假如對豎直面內(nèi)的圓周運動模型很熟識，則可干脆得出鋼球在最低點時，細線上的拉力最大】，最大示數(shù)F＝3mg－2mgcosθ，則FF0＝Fmg＝3－2cosθ，故FF0－cosθ5.[試驗器材創(chuàng)新/2024黑龍江哈爾濱四中?？糫某學習小組利用圖甲所示裝置，探討小球做拋體運動過程是否滿意機械能守恒定律.試驗時利用頻閃相機對做平拋運動的小球進行拍攝，每隔T＝0.05s拍一幅照片，某次拍攝處理后得到的照片如圖乙所示.圖中背景是畫有方格的紙板，紙板與小球軌跡所在平面平行，方格線橫平豎直，每個方格的邊長為L＝5cm.試驗中測得的小球影像的高度差在圖乙中標出.已知小球質(zhì)量m＝20g，當?shù)刂亓铀俣萭＝9.8m/s2. （1）小球運動到圖中a位置時的動能為2.0×10－2J，小球從a到b過程動能增加了5.0×10－2J，小球從a到b過程重力勢能削減了5.0×10－2J.（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）（2）依據(jù)以上計算，在誤差允許的范圍內(nèi)，小球做平拋運動的過程滿意機械能守恒定律.（選填“滿意”或“不滿意”）（3）若試驗前斜槽末端未調(diào)整水平，不影響本試驗的結(jié)論.（選填“影響”或“不影響”）解析（1）小球運動到圖乙中a位置時的水平分速度vax＝LT＝0.050.05m/s＝1.0m/s，豎直分速度vay＝h1＋h22T＝（3.7+6.1）×10－22×0.05m/s＝0.98m/s，故小球在位置a的動能為Eka＝12mva2＝12m（vax2＋vay2）＝2.0×10－2J.小球運動到圖乙中b位置時的水平分速度vbx＝LT＝0.050.05m/s＝1.0m/s，豎直分速度vby＝h4＋h52T＝（11.0+13.4）×10－22×0.05m/s＝2.44m/s，故小球在位置b的動能為Ekb＝12mvb2＝12m（vbx2＋vby2）＝7.0×10－2J，所以小球從a（2）由以上分析可知在誤差允許的范圍內(nèi)，小球做平拋運動的過程，ΔEk＝ΔEp，故滿意機械能守恒定律.（3）若試驗前斜槽末端未調(diào)整水平，小球做斜拋運動，不影響小球水平分速度、豎直分速度的計算，不影響小球動能增加量及重力勢能削減量的計算，所以不影響本試驗的結(jié)論.6.[試驗?zāi)康膭?chuàng)新]某愛好小組用如圖甲所示的裝置驗證動能定理.圖甲（1）有兩種工作頻率均為50Hz的打點計時器供試驗選用：A.電磁打點計時器B.電火花打點計時器為使紙帶在運動時受到的阻力較小，應(yīng)選擇B（選填“A”或“B”）.（2）保持長木板水平，將紙帶固定在小車后端，紙帶穿過打點計時器的限位孔.試驗中，為消退摩擦力的影響，在砝碼盤中漸漸加入沙子，直到小車起先運動.同學甲認為此時摩擦力的影響已得到消退.同學乙認為還應(yīng)從盤中取出適量沙子，直至輕推小車視察到小車做勻速運動.看法正確的同學是乙（選填“甲”或“乙”）.（3）消退摩擦力的影響后，在砝碼盤中加入砝碼.接通打點計時器電源，松開小車，小車運動.紙帶被打出一系列點，其中的一段如圖乙所示.圖中紙帶上相鄰計時點的間距已標出，電源頻率為f，紙帶上A點的速度vA＝（x4圖乙（4）測出小車的質(zhì)量為M，再測出紙帶上起點到A點的距離為L.小車動能的變更量可用ΔEk＝12MvA2算出.砝碼盤中砝碼的質(zhì)量為m，重力加速度為g.試驗中，小車的質(zhì)量應(yīng)遠大于（選填“遠大于”“遠小于”或“接近”）砝碼、砝碼盤和沙子的總質(zhì)量，小車所受合力做的功可用W＝mgL算出.多次測量，若W與ΔE解析（1）電火花打點計時器對紙帶的阻力小于電磁打點計時器對紙帶的阻力，試驗時誤差較小，故選B.（2）在砝碼盤中漸漸加入沙子直至小車起先運動，小車從靜止起先做加速運動，此時砝碼盤和沙子