2026版创新设计高考总复习物理(人教基础版)课时跟踪练-实验七　验证机械能守恒定律

实验七验证机械能守恒定律(分值:48分)温馨提示:此系列题卡,非选择题每空2分,分值不同题空另行标注1.(10分)(2025·海南农垦中学高三月考)如图甲所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置。现有的器材为:带铁夹的铁架台、电火花计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平、交流电源。回答下列问题:(1)为完成此实验,除了现有的器材,还需要的器材是。

(2)实验中,已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,当地的重力加速度g=9.80m/s2,所用重物的质量为1.00kg,实验中得到一点迹清晰的纸带,如图乙所示,把第一点记作O,另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点,经测量知道A、B、C、D到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm,根据以上的数据,可知重物由O运动到C点,重力势能的减少量等于J,动能的增加量等于J(本题中计算结果均保留3位有效数字)。

(3)某同学利用他自己实验时打出的纸带,测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h,算出了各计数点对应的速度v,然后以h为横轴,12v2为纵轴作出了如图丙所示的图线。图线的斜率近似等于。A.19.6 B.9.8 C.4.90(4)若第(2)问中计算结果是动能增加量小于重力势能减少量,主要原因是。

A.未测重物的质量B.使用的重物的质量大、体积小C.先接通电源,后释放纸带D.重物和纸带下落时受到阻力2.(10分)某实验小组采用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。实验装置安装好后,用手提住纸带上端,之后让纸带由静止开始下落。(1)关于下列实验操作,不必要或不正确的是。

A.实验前先用天平测出重物和夹子的质量B.为减小阻力,用电磁打点计时器比用电火花计时器好一些C.在重物大小合适的情况下,选择木块比选择铁块好D.用秒表测出重物下落的时间E.释放纸带前应先接通电源(2)某次实验中所用重物的质量m=1kg。某同学选取了一条纸带,如图乙所示,0是打下的第一个点,1、2、3、4是连续打的点,根据纸带上的测量数据,从打下点0至打下点3的过程中,重物重力势能的减少量为J,动能增加量为J(打点计时器频率为50Hz,g=9.8m/s2,结果均保留3位有效数字)。

(3)若由于打点计时器的两限位孔不在同一竖直线上,这样会导致计算的动能增加量(选填“<”“=”或“>”)重力势能减少量;其原因是

。

3.(6分)(2025·重庆部分学校联考)如图所示,某同学利用一小球做自由落体运动的频闪照片,来验证机械能守恒定律。(1)该照片中的数据已经按照比例转化为该小球实际下落的高度,则从B点运动到F点过程中,该小球的重力势能减少量ΔEp=,动能增加量ΔEk=(均用重力加速度g、小球质量m、频闪时间间隔T和照片中的物理量来表示)。

(2)该同学根据照片中的数据计算发现,该小球的动能增加量总是略小于重力势能减少量,请分析其原因可能是:(回答一条即可)。

4.(8分)(2025·山西省晋城一中高三月考)小七同学利用如图甲装置验证机械能守恒定律。在水平桌面边缘处放有一倾角为θ的斜面,最低点与桌面边缘平滑连接,桌面与地面之间的竖直距离为H。小钢球从斜面上静止释放,从最低点进入桌面后立即从边缘飞出。小七从距离桌面不同的高度h静止释放小球,并测得每一次小球从水平桌面抛出后到落地前的水平位移x。空气阻力可以忽略。(1)为了使x的测量尽可能准确,小七从同一高度h多次静止释放小球,在地面上留下了一系列落点,如图乙所示,则此高度对应的x=cm。

(2)假设斜面光滑,为了验证小球在斜面上的运动过程是否满足机械能守恒定律,小七用线性图线来处理实验获得的多组h和x的数据。如果小球在斜面上的运动过程满足机械能守恒定律,则下面的图像正确的是,正确图像的斜率为(用题目所给已知量表示)。

(3)小七选择了正确的线性图线来处理数据,发现实验数据的图像确实是一条直线,但斜率却只有理论值的a倍(a<1),对此,小七猜测可能是由于斜面的摩擦力不可忽略,并利用动能定理算出了斜面的动摩擦因数μ。则μ=(用题目所给已知量表示)。

5.(8分)(2025·广东广州联考)某同学用图甲所示的实验装置探究线速度与角速度的关系并验证机械能守恒定律。先将两个完全相同的钢球P、Q固定在长为3L的轻质空心刚性杆两端,然后在杆长13处安装一个阻力非常小的固定转轴O。最后在两个钢球的球心处分别固定一个相同的挡光片,挡光片宽度为d,如图乙所示,保证挡光片所在平面和杆垂直。已知重力加速度为g。实验步骤如下(1)该同学将杆抬至水平位置后由静止释放,当P转到最低点时,固定在钢球P、Q球心处的挡光片刚好同时通过光电门1、光电门2(两个光电门规格相同,均安装在过O点的竖直轴上)。(2)若挡光片通过光电门1、光电门2的时间分别为tP和tQ,根据该同学的设计,tP∶tQ之比应为。

(3)若要验证“机械能守恒定律”,该同学(选填“需要”或者“不需要”)测量钢球的质量m。

(4)在误差允许范围内,关系式成立,则可验证机械能守恒定律(关系式用g、L、d、tP、tQ表示);

(5)通过多次测量和计算,发现第(4)问的关系式中重力势能的减少量一定大于动能的增加量,造成误差的主要原因可能是。

6.(6分)(2025·山东临沂模拟)某物理小组的同学查阅资料得知,弹簧弹性势能的表达式为Ep=12kx2,k为弹簧的劲度系数,x为弹簧形变量。他们设计了图甲所示装置来测量重力加速度g,操作步骤如下(1)该同学首先利用游标卡尺测量遮光条的宽度,如图乙所示,宽度为d=cm。

(2)按图甲竖直悬挂好轻质弹簧,将轻质遮光条水平固定在弹簧下端,测出此时弹簧的长度x0;在铁架台上固定一个位置指针,标示出弹簧不挂钩码时遮光条下边缘的位置,用轻质细线在弹簧下方挂上钩码,测量出平衡时弹簧的长度x,并按图甲所示将光电门的中心线调至与遮光条下边缘同一高度。(3)用手缓慢地将钩码向上托起,直至遮光条下边缘恰好回到弹簧原长时指针标记的