備考2025屆高考物理一輪復(fù)習(xí)分層練習(xí)第六章機(jī)械能實(shí)驗(yàn)七驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

試驗(yàn)七驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1.如圖1所示，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，使重物帶動(dòng)紙帶從靜止起先自由下落，利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.（1）下列操作中對(duì)減小試驗(yàn)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(duì)正C.精確測(cè)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(yàn)小組利用上述裝置將打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(zhǎng)，圖中有部分未畫(huà)出，如圖2所示.紙帶上各點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的計(jì)時(shí)點(diǎn)，其中O點(diǎn)為紙帶上打出的第一個(gè)點(diǎn).重物下落高度應(yīng)從紙帶上計(jì)時(shí)點(diǎn)間的距離干脆測(cè)出，利用下列測(cè)量值能完成驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的選項(xiàng)有BC.圖2A.OA、AD和EG的長(zhǎng)度 B.OC、BC和CD的長(zhǎng)度C.BD、CF和EG的長(zhǎng)度 D.AC、BD和EG的長(zhǎng)度解析（1）驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，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(diǎn)計(jì)時(shí)器間的摩擦，兩限位孔要在同一豎直平面內(nèi)上下對(duì)正，B正確；驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式為mgh＝12mv2，重物的質(zhì)量沒(méi)必要測(cè)量，C錯(cuò)誤；D中做法對(duì)減小試驗(yàn)誤差無(wú)影響，D錯(cuò)誤（2）利用紙帶數(shù)據(jù)，依據(jù)mgh＝12mv2即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.要從紙帶上測(cè)出重物下落的高度并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的速度，選項(xiàng)A、D的條件中，下落高度與所能計(jì)算的速度不對(duì)應(yīng)，無(wú)法驗(yàn)證；選項(xiàng)B中可以取重物下落OC段進(jìn)行驗(yàn)證；選項(xiàng)C中，可以求出C、F點(diǎn)的瞬時(shí)速度，又知CF間的距離，可以利用12mv22－12mv12.[2024貴陽(yáng)摸底考試]某同學(xué)用如圖1所示的裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)是打下的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C和D為另外4個(gè)連續(xù)打下的點(diǎn).（1）從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，已測(cè)得xOB＝28.20cm、xOC＝33.00cm、xOD＝38.20cm，則打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下C點(diǎn)時(shí)，重物下落的速度大小為2.50m/s（計(jì)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(cè)得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.79m/s2，計(jì)算從O點(diǎn)到C點(diǎn)，重物的重力勢(shì)能變更量的確定值｜ΔEp｜＝0.646J，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下C點(diǎn)時(shí)重物的動(dòng)能EkC＝0.625J（計(jì)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(jué)EkC＜｜ΔEp｜，出現(xiàn)這一結(jié)果的緣由可能是重力勢(shì)能削減量大于動(dòng)能增加量的緣由是有其他力做負(fù)功，即可能是紙帶與振針間的摩擦力做了負(fù)功，也可能是空氣阻力做了負(fù)功.解析（1）由于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打C點(diǎn)的時(shí)刻為BD段的中間時(shí)刻，所以由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論可知，vC＝vBD＝xOD－xOB2T，又T＝（2）從O點(diǎn)到C點(diǎn)，重物重力勢(shì)能變更量的確定值｜ΔEp｜＝mgxOC＝0.646J，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下C點(diǎn)時(shí)重物的動(dòng)能EkC＝12mvC3.[試驗(yàn)?zāi)康膭?chuàng)新/2024福建福州外國(guó)語(yǔ)學(xué)校?？糫某探究小組想利用圖甲所示的裝置測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?框架上裝有可上下移動(dòng)的光電門(mén)1和固定不動(dòng)的光電門(mén)2；框架豎直部分緊貼一刻度尺，零刻度線在上端，可以測(cè)量出兩個(gè)光電門(mén)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(gè)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(duì)齊.當(dāng)小鐵塊由靜止釋放時(shí)，小鐵塊先后經(jīng)過(guò)兩個(gè)光電門(mén)，通過(guò)與光電門(mén)1連接的速度傳感器即可測(cè)量出其經(jīng)過(guò)光電門(mén)1時(shí)的速度大小v1.小組成員多次變更光電門(mén)1的位置，得到多組x1的數(shù)據(jù)，建立如圖乙所示的坐標(biāo)系并描點(diǎn)連線，得出圖線的斜率為k，縱截距為b.（1）當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹椋璳2（用k表示），小鐵塊經(jīng)過(guò)其次個(gè)光電門(mén)的速度v2為b（用b表示）（2）若選擇光電門(mén)2所在的平面為零勢(shì)能面，則小鐵塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)1時(shí)的機(jī)械能表達(dá)式為12mv12－12mk（x2－x（3）關(guān)于光電門(mén)1的位置，下面做法可以減小重力加速度的測(cè)量誤差的是C（填正確答案標(biāo)號(hào)）.A.盡量靠近刻度尺零刻度線B.盡量靠近光電門(mén)2C.適當(dāng)增大與光電門(mén)2的距離解析（1）依據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)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(mén)2所在的平面為零勢(shì)能面，則小鐵塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)1時(shí)的機(jī)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(shí)“測(cè)大不測(cè)小”，可知光電門(mén)1的位置不能過(guò)于靠近刻度尺零刻度線，也不能過(guò)于靠近光電門(mén)2的位置，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增大與光電門(mén)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(yàn)證機(jī)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(zhǎng)的細(xì)線一端連在拉力傳感器上的O點(diǎn)，另一端系住可視為質(zhì)點(diǎn)的鋼球.起先鋼球靜止于最低位置，此時(shí)拉力傳感器示數(shù)為F0，將鋼球拉至細(xì)線與豎直方向成θ角處無(wú)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(xué)將鋼球拉至細(xì)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(duì)應(yīng)的最大示數(shù)F，并作出FF0－cosθ圖像，假如鋼球搖擺過(guò)程中機(jī)械能守恒，則下列圖像合理的是CABC（3）假如鋼球搖擺過(guò)程中機(jī)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(shí)，由平衡條件有F0＝mg，則鋼球的質(zhì)量m＝F0（2）（3）設(shè)細(xì)線的長(zhǎng)度為l，鋼球運(yùn)動(dòng)至某位置時(shí)速度大小為v、細(xì)線與豎直方向的夾角為α、此時(shí)拉力傳感器的示數(shù)為F拉，若規(guī)定鋼球釋放位置所對(duì)應(yīng)的水平面為零勢(shì)能面，則對(duì)鋼球從靜止釋放到此位置的過(guò)程，由機(jī)械能守恒定律有0＝12mv2－mgl（cosα－cosθ），對(duì)鋼球在此位置沿細(xì)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(dāng)α＝0，即鋼球運(yùn)動(dòng)到最低位置時(shí)，傳感器的示數(shù)F拉最大【點(diǎn)撥：假如對(duì)豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)模型很熟識(shí)，則可干脆得出鋼球在最低點(diǎn)時(shí)，細(xì)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(yàn)器材創(chuàng)新/2024黑龍江哈爾濱四中?？糫某學(xué)習(xí)小組利用圖甲所示裝置，探討小球做拋體運(yùn)動(dòng)過(guò)程是否滿意機(jī)械能守恒定律.試驗(yàn)時(shí)利用頻閃相機(jī)對(duì)做平拋運(yùn)動(dòng)的小球進(jìn)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(huà)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(gè)方格的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)＝5cm.試驗(yàn)中測(cè)得的小球影像的高度差在圖乙中標(biāo)出.已知小球質(zhì)量m＝20g，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.8m/s2. （1）小球運(yùn)動(dòng)到圖中a位置時(shí)的動(dòng)能為2.0×10－2J，小球從a到b過(guò)程動(dòng)能增加了5.0×10－2J，小球從a到b過(guò)程重力勢(shì)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(jì)算，在誤差允許的范圍內(nèi)，小球做平拋運(yùn)動(dòng)的過(guò)程滿意機(jī)械能守恒定律.（選填“滿意”或“不滿意”）（3）若試驗(yàn)前斜槽末端未調(diào)整水平，不影響本試驗(yàn)的結(jié)論.（選填“影響”或“不影響”）解析（1）小球運(yùn)動(dòng)到圖乙中a位置時(shí)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(dòng)能為Eka＝12mva2＝12m（vax2＋vay2）＝2.0×10－2J.小球運(yùn)動(dòng)到圖乙中b位置時(shí)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(dòng)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(yùn)動(dòng)的過(guò)程，ΔEk＝ΔEp，故滿意機(jī)械能守恒定律.（3）若試驗(yàn)前斜槽末端未調(diào)整水平，小球做斜拋運(yùn)動(dòng)，不影響小球水平分速度、豎直分速度的計(jì)算，不影響小球動(dòng)能增加量及重力勢(shì)能削減量的計(jì)算，所以不影響本試驗(yàn)的結(jié)論.6.[試驗(yàn)?zāi)康膭?chuàng)新]某愛(ài)好小組用如圖甲所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理.圖甲（1）有兩種工作頻率均為50Hz的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器供試驗(yàn)選用：A.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B.電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器為使紙帶在運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力較小，應(yīng)選擇B（選填“A”或“B”）.（2）保持長(zhǎng)木板水平，將紙帶固定在小車(chē)后端，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔.試驗(yàn)中，為消退摩擦力的影響，在砝碼盤(pán)中漸漸加入沙子，直到小車(chē)起先運(yùn)動(dòng).同學(xué)甲認(rèn)為此時(shí)摩擦力的影響已得到消退.同學(xué)乙認(rèn)為還應(yīng)從盤(pán)中取出適量沙子，直至輕推小車(chē)視察到小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng).看法正確的同學(xué)是乙（選填“甲”或“乙”）.（3）消退摩擦力的影響后，在砝碼盤(pán)中加入砝碼.接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，松開(kāi)小車(chē)，小車(chē)運(yùn)動(dòng).紙帶被打出一系列點(diǎn)，其中的一段如圖乙所示.圖中紙帶上相鄰計(jì)時(shí)點(diǎn)的間距已標(biāo)出，電源頻率為f，紙帶上A點(diǎn)的速度vA＝（x4圖乙（4）測(cè)出小車(chē)的質(zhì)量為M，再測(cè)出紙帶上起點(diǎn)到A點(diǎn)的距離為L(zhǎng).小車(chē)動(dòng)能的變更量可用ΔEk＝12MvA2算出.砝碼盤(pán)中砝碼的質(zhì)量為m，重力加速度為g.試驗(yàn)中，小車(chē)的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)大于（選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“接近”）砝碼、砝碼盤(pán)和沙子的總質(zhì)量，小車(chē)所受合力做的功可用W＝mgL算出.多次測(cè)量，若W與ΔE解析（1）電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的阻力小于電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的阻力，試驗(yàn)時(shí)誤差較小，故選B.（2）在砝碼盤(pán)中漸漸加入沙子直至小車(chē)起先運(yùn)動(dòng)，小車(chē)從靜止起先做加速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)砝碼盤(pán)和沙子