實驗：驗證機械能守恒定律考點17

[題組一基礎(chǔ)與經(jīng)典題]1.(2017·天津高考)如圖所示，打點計時器固定在鐵架臺上，使重物帶動紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置驗證機械能守恒定律。(1)對于該實驗，下列操作中對減小實驗誤差有利的是________。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，撤手釋放重物AB(2)某實驗小組利用上述裝置將打點計時器接到50Hz的交流電源上，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直接測出，利用下列測量值能完成驗證機械能守恒定律的選項有________。A．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BC

解析2．某實驗小組用如圖1所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。(1)某同學(xué)按照正確操作得到紙帶如圖2所示，其中O是起始點，M、N、P為從合適位置開始選取的連續(xù)點中的三個點，打點頻率為50Hz，該同學(xué)用毫米刻度尺測量O到M、N、P各點的距離，并記錄在圖中，重物的質(zhì)量為m＝0.1kg，重力加速度g＝9.8m/s2。根據(jù)圖上所得的數(shù)據(jù)，從O點到N點，重物重力勢能的減少量為ΔEp＝________J，其動能的增加量為ΔEk＝________J。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)0.1850.184(2)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及重物下落的高度x，則以v2為縱軸、x為橫軸畫出的圖像是下圖中的________。C

解析3．某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖所示。氣墊導(dǎo)軌傾斜固定在水平桌面上，導(dǎo)軌A點處有一帶擋光片的滑塊，滑塊與擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片的寬度為d，滑塊通過細(xì)線跨過光滑的定滑輪與兩個相同的鉤碼相連，連接滑塊的一段細(xì)線與導(dǎo)軌平行，每個鉤碼的質(zhì)量為m。開啟氣泵，滑塊恰好能靜止于A點。導(dǎo)軌上B點處固定一個光電門，擋光片到光電門的距離為L(L小于鉤碼到定滑輪的距離)。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。(1)該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測出擋光片的寬度d＝0.952cm，則該同學(xué)用的游標(biāo)卡尺是________(填“10”“20”或“50”)分度。(2)某時刻只撤去鉤碼2，讓滑塊從A點由靜止開始運動，已知光電門記

錄擋光片擋光時間為Δt，則滑塊通過B點的瞬時速度為____________(用題目中所給的物理量符號表示)。(3)在滑塊從A點運動到B點的過程中，為了驗證滑塊與鉤碼1組成的系

統(tǒng)機械能守恒，需要驗證的關(guān)系式為____________________(用題目中所給的物理符號表示)。50

解析解析[題組二高考真題]4．(2021·浙江6月選考)在“驗證機械能守恒定律”實驗中，小王用如圖1所示的裝置，讓重物從靜止開始下落，打出一條清晰的紙帶，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)為了減小實驗誤差，對體積和形狀相同的重物，實驗時選擇密度大的理由是________________________________________________。(2)已知交流電頻率為50Hz，重物質(zhì)量為200g，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.80m/s2，則從O點到C點，重物的重力勢能變化量的絕對值|ΔEp|＝________J，C點的動能EkC＝________J(計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)。比較EkC與|ΔEp|的大小，出現(xiàn)這一結(jié)果的原因可能是________。A．工作電壓偏高B．存在空氣阻力和摩擦力C．接通電源前釋放了紙帶阻力與重力之比更小(或其他合理解釋)

0.547

0.588

C

解析高不會影響實驗結(jié)果，存在空氣阻力和摩擦力會使重力勢能的減少量大于動能的增加量，而若接通電源前釋放了紙帶，則紙帶的初速度不為零，會導(dǎo)致下落到某位置時的動能大于重力勢能的減少量，故C正確，A、B錯誤。解析5．(2021·海南高考)為了驗證物體沿光滑斜面下滑的過程中機械能守恒，某學(xué)習(xí)小組用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置(包括導(dǎo)軌、氣源、光電門、滑塊、遮光條、數(shù)字毫秒計)進(jìn)行實驗。此外可使用的實驗器材還有：天平、游標(biāo)卡尺、刻度尺。(1)某同學(xué)設(shè)計了如下的實驗步驟，其中不必要的步驟是________；①在導(dǎo)軌上選擇兩個適當(dāng)?shù)奈恢肁、B安裝光電門Ⅰ、Ⅱ，并連接數(shù)字毫秒計；②用天平測量滑塊和遮光條的總質(zhì)量m；③用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d；④通過導(dǎo)軌上的標(biāo)尺測出A、B之間的距離l；⑤調(diào)整好氣墊導(dǎo)軌的傾斜狀態(tài)；⑥將滑塊從光電門Ⅰ左側(cè)某處，由靜止開始釋放，從數(shù)字毫秒計讀出滑塊通過光電門Ⅰ、Ⅱ的時間Δt1、Δt2；⑦用刻度尺分別測量A、B點到水平桌面的高度h1、h2；⑧改變氣墊導(dǎo)軌傾斜程度，重復(fù)步驟⑤⑥⑦，完成多次測量。②④

(2)用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d時，游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖所示，則d＝________mm；某次實驗中，測得Δt1＝11.60ms，則滑塊通過光電門Ⅰ的瞬時速度v1＝________m/s(保留3位有效數(shù)字)；(3)在誤差允許范圍內(nèi)，若h1－h(huán)2＝_________________(用上述必要的實驗步驟直接測量的物理量符號表示，已知重力加速度為g)，則認(rèn)為滑塊下滑過程中機械能守恒；5.00

0.431

(4)寫出兩點產(chǎn)生誤差的主要原因：______________________________

________________________________________?；瑝K在下滑過程中受到空氣阻力作用；遮光條寬度不夠窄，測量速度不準(zhǔn)確

解析解析6．(2021·河北高考)某同學(xué)利用圖1中的實驗裝置探究機械能變化量與力做功的關(guān)系。所用器材有：一端帶滑輪的長木板、輕細(xì)繩、50g的鉤碼若干、光電門2個、數(shù)字計時器、帶遮光條的滑塊(質(zhì)量為200g，其上可放鉤碼)、刻度尺。當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.80m/s2。實驗操作步驟如下：①安裝器材，調(diào)整兩個光電門距離為50.00cm，輕細(xì)繩下端懸掛4個鉤碼，如圖1所示；②接通電源，釋放滑塊，分別記錄遮光條通過兩個光電門的時間，并計算出滑塊通過兩個光電門的速度；③保持繩下端懸掛4個鉤碼不變，在滑塊上依次增加一個鉤碼，記錄滑塊上所載鉤碼的質(zhì)量，重復(fù)上述步驟；④完成5次測量后，計算出每次實驗中滑塊及所載鉤碼的總質(zhì)量M、系統(tǒng)(包含滑塊、滑塊所載鉤碼和輕細(xì)繩懸掛鉤碼)總動能的增加量ΔEk及系統(tǒng)總機械能的減少量ΔE，結(jié)果如下表所示：回答下列問題：(1)實驗中輕細(xì)繩所懸掛鉤碼重力勢能的減少量為________J(保留三位有效數(shù)字)；(2)步驟④中的表格所缺數(shù)據(jù)為________；M/kg0.2000.2500.3000.3500.400ΔEk/J0.5870.4900.3920.2940.195ΔE/J0.3930.4900.6860.7850.9800.588(3)若M為橫軸，ΔE為縱軸，選擇合適的標(biāo)度，在圖2中繪出ΔE-M圖像；若忽略輕細(xì)繩與滑輪之間的摩擦力做功，則滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù)為____________________(保留兩位有效數(shù)字)。0.40(0.38～0.42均可)

解析(1)滑塊通過光電門1、2的過程，輕細(xì)繩所懸掛鉤碼下降的高度為L＝50.00cm,4個鉤碼重力勢能的減少量為ΔEp＝4mgL＝4×0.05×9.80×0.5J＝0.980J。(2)滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)總機械能的減少量ΔE＝ΔEp－ΔEk，則第3次實驗中系統(tǒng)減少的機械能為ΔE3＝0.980J－0.392J＝0.588J。解析解析[題組三模擬題]7．(2021·山東省八校高三上12月聯(lián)考)某同學(xué)設(shè)計出如圖甲所示的實驗裝置來“驗證機械能守恒定律”，讓小鐵球從A點自由下落，下落過程中經(jīng)過A點正下方的光電門B時，數(shù)字計時器記錄下小球通過光電門的時間t，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間?？潭瘸?/p>

解析(1)用測得的物理量表示物體A在最低點的速度v＝________；(2)用已知的和測得的物理量表示物體A