2025版高考物理考點題型歸納總結(jié)（含答案）考點31　實驗七　驗證機(jī)械能守恒定律

考點31實驗七驗證機(jī)械能守恒定律強基固本對點練1.[2024·天津市第二南開中學(xué)質(zhì)量檢測]在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中，打點計時器所用電源頻率為50Hz，當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹禐?.80m/s2，實驗步驟如下：A．按照圖示的裝置安裝儀器；B．將打點計時器接到電源的直流輸出端上；C．用天平測量出重錘的質(zhì)量；D．接通電源開關(guān)，然后釋放重物，打出一條紙帶；E．測量紙帶上打出的某些點之間的距離；F．根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能．按實驗要求正確地操作并選出紙帶進(jìn)行測量，量得連續(xù)三點A、B、C到第一個點的距離如圖所示(相鄰計數(shù)點時間間隔為0.02s).(1)上述步驟中沒有必要進(jìn)行的步驟是________(填實驗步驟前的字母)；操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是________．(填實驗步驟前的字母)(2)打點計時器打下計數(shù)點B時，物體的速度vB＝________m/s(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)如果所用重物的質(zhì)量為1.00kg，從起點O到打下計數(shù)點B的過程中，重力勢能減少量是ΔEp＝________J，此過程中物體動能的增加量ΔEk＝________J；(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(4)若測出紙帶上所有各點到O點之間的距離，根據(jù)紙帶算出各點的速度v及物體下落的高度h，忽略空氣阻力的影響，則以eq\f(v2,2)為縱軸、以h為橫軸畫出的圖像是下圖中的________．2．[2024·安徽省合肥市四中月考]如圖甲所示，是利用自由落體運動裝置進(jìn)行“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗．(1)關(guān)于本實驗，下列說法正確的是________；A．重物最好選擇密度較小的木塊B．實驗需要用天平測量物體的質(zhì)量C．實驗時先接通電源，后釋放紙帶D．若某同學(xué)通過描繪v2-h圖像研究機(jī)械能是否守恒，合理的圖像應(yīng)該是過原點的一條直線，并且該直線的斜率應(yīng)約為9.8(2)甲同學(xué)按照正確的實驗步驟操作后，選出一條紙帶如圖乙所示，其中O點為打點計時器打下的第一個點，A、B、C為三個計數(shù)點，用刻度尺測得OA＝4.89cm、OB＝7.42cm、OC＝9.69cm.已知重物質(zhì)量為1.0kg，低壓交流電源的頻率為50Hz，重力加速度g＝10m/s2，則OB段對應(yīng)的重物重力勢能的減少量ΔEp＝________J，重物的動能增加量ΔEk＝________J(所有計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)，在實際運動過程中系統(tǒng)動能的增加量ΔEk總小于系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp，產(chǎn)生這個系統(tǒng)誤差的原因是___________________________．(3)乙同學(xué)用兩個形狀完全相同，但質(zhì)量不同的重物P和Q分別進(jìn)行實驗，測得幾組數(shù)據(jù)，并作出v2-h圖像如圖丙所示，由圖像可判斷Q的質(zhì)量________(填“大于”或“小于”)P的質(zhì)量．3．[2024·海南省天一大聯(lián)考]某同學(xué)利用頻閃照相機(jī)和氣墊導(dǎo)軌做“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗，實驗裝置如圖1所示．實驗的主要步驟如下：A．用天平測出滑塊的質(zhì)量m＝0.2kg；B．將安裝有刻度尺的氣墊導(dǎo)軌調(diào)整到傾角θ＝24°的傾斜狀態(tài)(sin24°＝0.4)；C.將滑塊從導(dǎo)軌的頂端由靜止釋放，使用頻閃照相機(jī)對滑塊進(jìn)行拍攝，頻閃照相機(jī)每隔T＝0.05s拍攝一次．某次拍攝后得到的照片如圖2所示，該同學(xué)在實驗中測得影像間對應(yīng)的實際距離分別為s1＝2.42cm，s2＝3.41cm，s3＝4.37cm，s4＝5.34cm.已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.8m/s2.結(jié)合以上實驗數(shù)據(jù)，完成下列填空：(計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)(1)滑塊在位置B時的速度大小為________m/s.(2)滑塊由B運動至D，重力勢能的減小量為________J，動能的增加量為____________J，在誤差允許的范圍內(nèi)，認(rèn)為滑塊下滑過程機(jī)械能守恒．(3)寫出兩條產(chǎn)生誤差的可能原因：①________________________；②________________________．培優(yōu)提能模擬練4.[2024·江西省贛州市十八縣市區(qū)二十三校聯(lián)考]某物理小組利用如圖甲所示的裝置“驗證機(jī)械能守恒定律”實驗，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間.(1)為了提高實驗精確度，小球應(yīng)選用________．A．密度較大的實心球B．密度較小的塑料球(2)用如圖乙所示的游標(biāo)卡尺測量小球的直徑，如圖丙所示，則小球的直徑d＝________cm.(3)將數(shù)字計時器固定在恰當(dāng)位置，接通數(shù)字計時器電源，釋放小球，光電門顯示小球的遮光時間為Δt，為完成該實驗，下列說法正確的是________．A．用天平測量小球的質(zhì)量mB．用刻度尺測量小球釋放位置到光電門的高度hC．用秒表測量小球從釋放至運動到光電門的時間t(4)若關(guān)系式eq\f(d2,（Δt）2)＝________成立，即驗證了小球下落過程中機(jī)械能守恒．5．[2024·遼寧省重點高中協(xié)作體聯(lián)考]小明同學(xué)用如圖甲所示的裝置驗證機(jī)械能守恒定律．一根細(xì)線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點．光電門固定在A的正下方，在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條(質(zhì)量可忽略不計).將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t可由計時器測出，取經(jīng)過光電門過程中的平均速度作為鋼球經(jīng)過A點時的瞬時速度．記錄鋼球每次下落時細(xì)線與豎直方向的夾角θ和計時器示數(shù)t，計算并比較鋼球在釋放點和A點之間的重力勢能變化大小ΔEp與動能變化大小ΔEk，就能驗證機(jī)械能是否守恒．(1)已知鋼球質(zhì)量為m，懸點O到鋼球球心的距離為L，重力加速度大小為g，則ΔEp＝________(用m、θ、L、g表示)(2)用ΔEk＝eq\f(1,2)mv2計算鋼球動能變化的大?。糜螛?biāo)卡尺測量遮光條寬度，示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為________mm.某次測量中，計時器的示數(shù)為0.002s，則鋼球的速度大小為v＝________m/s(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字).(3)下表為該同學(xué)的實驗結(jié)果：ΔEp(×10－2J)4.8929.78614.6919.5929.38ΔEk(×10－2J)5.0410.115.120.029.8他發(fā)現(xiàn)表中的ΔEp與ΔEk之間存在明顯差異，可能的原因是________．A．是由于空氣阻力造成的B．夾角θ測量值偏大造成的C．測得的速度比小球的實際速度大造成的D．遮光條寬度測量值偏小造成的

考點31實驗七驗證機(jī)械能守恒定律1．答案：(1)CB(2)0.98(3)0.490.48(4)A解析：(1)由于驗證機(jī)械能守恒的表達(dá)式中質(zhì)量可以約去，所以不需要用天平測量出重錘的質(zhì)量，故有必要進(jìn)行的步驟是C；應(yīng)將打點計時器接到電源的交流輸出端上，故操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是B.(2)根據(jù)勻變速直線運動的中間時刻速度等于該段過程的平均速度，則打點計時器打下計數(shù)點B時，物體的速度為vB＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f(（7.06－3.14）×10－2,2×0.02)m/s＝0.98m/s.(3)從起點O到打下計數(shù)點B的過程中，重力勢能減少量為ΔE＝mghOB＝1.00×9.80×5.01×10－2J≈0.49J，此過程中物體動能的增加量為ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－0＝eq\f(1,2)×1.00×0.982J≈0.48J.(4)根據(jù)機(jī)械能守恒可得mgh＝eq\f(1,2)mv2，則有eq\f(v2,2)＝gh，可知eq\f(v2,2)-h為一條過原點的傾斜直線，A正確．2．答案：(1)C(2)0.7420.720紙帶與限位孔之間的摩擦阻力與空氣的阻力的影響(3)小于解析：(1)重物最好選擇密度較大的鐵塊，受到的阻力對實驗的影響小，A錯誤；根據(jù)mgh＝eq\f(1,2)mv2可知，質(zhì)量可以在解析式中約去，即實驗不需要用天平測量物體的質(zhì)量，B錯誤；為充分利用紙帶，實驗時應(yīng)先接通電源，再釋放紙帶，C正確；驗證機(jī)械能守恒，需要驗證重力勢能的減少量等于動能的增加量，即mgh＝eq\f(1,2)mv2，整理得v2＝2gh可知v2-h圖像應(yīng)該是過原點的一條直線，并且該直線的斜率應(yīng)約為k＝2g＝19.6，D錯誤．(2)選取點B進(jìn)行分析，則OB段對應(yīng)的重物的重力勢能減少為|ΔEp|＝mghOB＝1×10×7.42×10－2J＝0.742J，打B點時的速度為vB＝eq\f(（9.69－4.89）×10－2,2×0.02)m/s＝1.2m/s，重物動能增加為ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)×1×1.22J＝0.720J，在實際運動過程中系統(tǒng)動能的增加量ΔEk總小于系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp，這是因為紙帶與限位孔之間的摩擦阻力與空氣的阻力的影響．(3)兩物塊受阻力相同，根據(jù)動能定理得(mg－f)h＝eq\f(1,2)mv2，得v2＝2(g－eq\f(f,m))h，知v2-h圖像的斜率為2(g－eq\f(f,m))，由圖丙知，P的斜率較大，所以Q的質(zhì)量小于P的質(zhì)量．3．答案：(1)0.583(2)6.10×10－26.03×10－2(3)空氣阻力的作用讀取數(shù)據(jù)時產(chǎn)生讀數(shù)誤差解析：(1)滑塊做勻變速運動，在位置B時有vB＝eq\f(（s1＋s2）,2T)，代入數(shù)據(jù)得vB＝0.583m/s.(2)滑塊由B運動至D，重力勢能的減少量ΔEp＝mg(s2＋s3)·sin24°＝6.10×10－2J，滑塊在D點的速度大小vD＝eq\f(（s3＋s4）,2T)，解得vD＝0.971m/s，動能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)m(veq\o\al(2,D)－veq\o\al(2,B))，解得ΔEk＝6.03×10－2J.(3)滑塊在下滑過程中受空氣阻力作用，產(chǎn)生誤差或讀取刻度尺上滑塊對應(yīng)位置距離時產(chǎn)生讀數(shù)誤差．4．答案：(1)A(2)5.80(3)B(4)2gh解析：(1)為了提高實驗精確度，小球應(yīng)選用密度較大的實心球，以減小空氣阻力帶來的影響，A正確．(2)游標(biāo)尺是20分度的，則游標(biāo)卡尺的精確度為0.05mm，由圖乙所示游標(biāo)卡尺可知，其讀數(shù)為d＝5mm＋0.05×16mm＝5.80mm.(3)本實驗質(zhì)量可以約去，不需要測量，A錯誤；用刻度尺測量小球釋放位置到光電門的高度h，計算重力勢能減小量，B正確；不需要用秒表測量小球從釋放至運動到光電門的時間，小球的速度根據(jù)光電門測量，C錯誤．(4)小球向下運動的高度為h，通過光電門的速度為v＝eq\f(d,Δt)，由機(jī)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)根據(jù)題圖可得ΔEp＝mg(L－Lcosθ)＝mgL(1－cosθ).(2)由圖可知，游標(biāo)為20分度，且第16個小格與主尺對齊，則游標(biāo)卡尺讀數(shù)為3mm＋