2026年高三物理实验题强化训练：验证机械能守恒定律、用单摆测重力加速度（原卷版）

专题2.4验证机械能守恒定律、用单摆测重力加速度

1.如图所示的实验装置，将气垫导轨调节为水平，可以用来完成“探窕加速度与滑块质量的关系"、"验证机

械能守恒定律〃、“探究动量定理〃等实验。

数字计时器

（1）在“探究加速度与滑块质量的关系”时，多次改变滑块的质量通过实验测量的数据，计算得出对应

的加速度并利用数据作出A1图像，图线为直线，斜率为左、纵轴截距为乩则钩码的质量为_______0

a

（2）在“验证机械能守恒定律〃时，钩码和滑块的质量分别为〃?、遮光条的宽度为小两光电门之间的距

离为L,滑块经过两光电门时的挡光时间分别为外重力加速度为g。若系统的机械能守恒，则关系式

_______成立。

（3）在“探究动量定理”时，钩码和滑块的质量分别为〃人」“，遮光条的宽度为d,滑块经过两光电门时的挡

光时间分别为小t2,滑块由光电门1运动到光电门2的时间为i,重力加速度为g,为了探究动量定理，应

探究关系式是否成立。

2.小明设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验，如图所示。

（1）现有以下材质的小球：①乒乓球；②橡胶球；③钢球，实验中应选用

（2）固定好拉力传感器后，下列实验操作步骤，正确顺序是

①改变小球的初始释放位置.，重复上述过程

②记录小球摆动过程中拉力传感猫示数的最大值心和最小值Mn

③将一根轻绳穿过小圆环，一端连接传感器，另一端连接小球

④拉起小球至某一位置由静止释放，使小球在竖直平面内摆动

⑤在传感器正下方固定一个小圆环，圆环平面水平

⑶实验测得的数据见下表。

*小0.0470.0800.1100.1700.200

人/N1.6601.5801.5221.4091350

（3）请根据表中的数据，在方格纸上作出筌”一北in图像。（）

（4）由北x-1m图像得图线的斜率为（结果保留两位有效数字）。若小球摆动过程中机械能守恒，

图线斜率的理论值为。

（5）该实验系统误差的主要来源是o

A.小球摆动角度偏大B.小球初始释放位置不同C.小球摆动过程中有空气阻力

3.图甲是验证机械能守恒定律的装置，气垫导轨上力处安装有一光电门，8处放置一滑块，滑块中央位置

上固定一遮光条，气垫导轨的右端用若干块厚度相同的小木板垫起，重力加速度为g。

（1）用游标卡尺测得遮光条的宽度如图乙，则遮光条的宽度d为mm。

0123

cm

iiihiiiIIII

02

乙

（2）某次实验，滑块由静止释放，下落高度为/?时遮光条经过光电门，光电门测得时间八若要验证滑块

在下滑过程中机械能守恒，即需要验证等式一成立（用题中所给物理量的符号表示）。

（3）实验中，控制滑块由静止释放运动到光电门距离L不变，测量气垫导轨的总长度4、每块小木板的

厚度。和距离乙，记录所垫小木板的个数〃及光电门对应测量的时间八并计算出"，数据如下表所示。请

根据数据在图丙中描点作图。（）

实验次数12345

小木板块数n12345

2.02X1044.03xl046.04X1048.04X10410.06X104

(4)根据实验中得到的"-〃图像’判断滑决下滑过程中机械能守恒的依据是一‘且图线的斜率上=

(5)某小组在实验中，控制所垫小木板的个数〃不变，改变滑块到光电门的距离3测量滑块左端到九电

门中心的距离£及遮光条经过光电门的时间3经过计算发现滑块每次减小的势能均总比增加的动能略小点，

该小组认为是气垫导轨倾斜的角度偏大造成滑块下滑过程中机械能不守恒的。你认为他们的分析是否正确？

()

4.用图甲数字化机械能守恒实验器验证机械能守恒定律。N为内置了光电门的摆锤，通过白色轻质杆悬挂

于转轴“处，仪器上嵌有10个相同的白色圆柱体。当摆锤通过某个白色圆柱体时，光电门能测出通过该圆

柱体所用的时间(即圆柱体遮光的时间)，将轻杆拉至水平，由静止开始释放摆锤，记录摆锤追过①〜⑩圆

柱体所用的时间分别为小如…、加，用左侧刻度尺测出①〜⑩圆柱体与摆锤释放点间的高度差/，分

别为加、力2、…、hlOo重力加速度为g。

甲

023cm/

|iiil|iiii|iiii|i111|/

01020/'

----------------------o[

乙---------------------------丙

（1）关于该实验，下列说法正确的是O

A.实验中还需要测出摆锤的质量，〃

B.实验时应使左侧刻度尺处于竖直位置

C.白色圆柱体应沿圆弧等距均匀分布

D.若未从静止释放摆锤将不能验证机械能守恒定律

（2）用游标K尺测量圆柱体的直径〃如图乙所示，读数为cm。

（3）若有关系式（用题中所给字母表示）成立，则可验证摆锤从②运动到⑧的过程机械能守恒。

（4）实验中发现摆锤重力势能的减小量△心略大于摆锤动能的增加量A&,则可能的原因是。

⑸由实验数据，通过描点作出了如图丙所示的线性图像，图像的纵坐标应为（选填产或〃。〃），

根据图像说明机械能守恒的依据是图像的斜率为o

5.某同学通过调节手机拍摄功能中的感光度和快门时间，拍摄出质量较高的频闪照片。图1是该同学拍摄

的小球自由下落部分运动过程中频闪照片，用来验证机械能守恒定律。该同学以小球移放点为原点O,并

借助照片背景中的刻度尺测量各时刻的位置坐标为也、X2、灯、工八X5,刻度尺零刻度与原点。对齐。已知

手机连拍频率为/；当地重力加速度为g,小球质量为加。

刻度尺、1/

下落中的

手机、、

小球

铅垂线

图1

图2

（1）如图2所示，从起点。下降到下位位置小球的位移大小为cm

（2）关于实验装置和操作，以下说法正确的是;

A.刻度尺应固定在竖直平面内

B.选择体积大的小球

C.小球实际下落过程中动能增量大于重力势能减少量

（3）小球在X3位置时的瞬时速度\，3=（用题中所给的物理量符号表示）

（4）取小球从O到必的过程研究，则机械能守恒定律的表达式为（用题中所给物理量的符号

表不）；

（5）该同学利用测得的数据，算出小球经过各点的速度也并作出了如图3所示的匕，i图线。测得图线

2

的斜率〃明显小于g,是由于存在阻力的影响，则小球受到的阻力大小/藤=o

6.在“利用单摆测重力加速度〃的实验中

（1）以下做法中正确的是：

A.测量摆长的方法：用刻度尺量出从悬点到摆球间的细线长

B.测量周期时，从小球到达最大振幅位置开始计时，摆球完成50次全振动时，及时截止，然后求出完成

一次全振动的时间

C.要保证单摆自始至终在同一竖直面内摆动

D.单摆振动时，应注意使它的偏角开始时不能小于10。

（2）某同学先用米尺测得摆线长为97.43cm,用游标卡尺测得摆球直径如图中所示为cm,则单摆

的摆长为cm；然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间如图乙所示为So（结果均保留

4位有效数字）

（3）在“用单摆测定重力加速度〃的实验中，由于没有游标卡尺，无法测小球的直径乩实验中将悬点到小

球最低点的距离作为摆长心测得多组周期7和上的数据，作出/一白图像，如图丙所示。实验得到的£一

户图像是（选填匕〃"b〃或"c〃）；

丙

（4）关于实验操作或结果分析，下列说法正确的是（填正确答案标号）。

A.如果有两个大小相等且都带孔的铁球和木球，应选用铁球

B.摆线要选细些的、伸缩性好的

C.为了使单摆的周期大一些，以方便测晟，开始时拉开摆球，使摆线相距平衡位置有较大的角度

D.摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，测量的重力加速度g值偏小

7.小明和小海约定周末在家里各自找器材测定当地的重力加速度。

（1）小明同学用手机拍摄小球自由下落的视频，得到分帧图片，利用图片中小球的位置来测量当地的重力

加速度，实验装置如图甲所示。小明从视频中截取三帧图片，图片中的小球和刻度尺如图乙所示。已知所

截取的图片相邻两帧之间的时间间隔为，S,刻度尺的分度值是1mm,

小明将测量小球位置时的数据记录在

下表中，请帮助小明完成表格。

25二

三

三

下落中三

26-

三

的小球二

三

27-F

三O

三1O

一78不

甲(b)

乙

小球的位置图(a)图（b）图(c)

刻度尺的读数（cm）

2.0025.95—

（2）小明测得重力加速度大小为.m/s?（保留两位小数）。

（3）小海在家里找到了一块外形不规则的小金属挂件代替摆球做了一个如图所示的单摆，具体操作如下:

用刻度尺测量OV间细线的长度/.将挂件拉开一个大约a=5。的角度，然后由静止释放，从挂件摆至最低

处开始用手机计时，测出多次全振动的总时间并计算出单摆的底期兀小海改变OV间细线的长度先后做了

两次实验，记录细线的长度及单摆对应的周期分别为小（和小（，（已知4小于，2），由此测得的重力加速

度为,

（用心7；、小4表示）

O

a\

（4）小明和小海在实验过程中，有很多因素都会影响重力加速度测量的精度，请说出一个对小明和小海实

验测量精度都有影响的因素。

8.（1）小红在滑板运动场地看到一个圆弧形轨道，其截面如图，她想用一辆滑板车和手机来估测凯道半径

R（滑板车的长度远小于轨道半径）。

主要实验过程如下：

①用手机查得当地的重力加速度g；

②找出轨道的最低点0,把滑板车从0点移开一小段距离至尸点，由静止释放，用手机的秒表测出它完成

”次全振动的时间算出滑板年做往复运动的周期7=；

③将滑板车的运动视为简谐运动，则可将以上测量结果代入公式/?=（用/、〃、g表示〕从而计算出

圆弧形轨道的半径。

（2）某同学用如图（a）所示的装置测量重力加速度.

图(b)

实验器材：有机玻璃条（白色是透光部分，黑色是宽度均为，/=L00cm的挡光片），铁架台，数字计时器（含

光电门），刻度尺。

主要实验过程如下：

①将光电门安装在铁架台上，下方放置承接玻璃条下落的缓冲物：

②用刻度尺测量两挡光片间的距离，刻度尺的示数如图（b）所示，读出两挡光片间的距离乙=cm；

③手提玻璃条上端使它静止在方向上，让光电门的光束从玻璃条下端的透光部分通过；

④让玻璃条自由下落，测得两次挡光的时间分别为4=1。.00001$和/2=5.0（）0015；

⑤根据以上测量的数据计算出重力加速度g=m/s?（结果保留三位有效数字）。

9.（1）在“探究单摆周期与摆长的关系〃实验中，两位同学用游标卡尺测量小球的直径的操作如图甲、乙所

示，测量方法正确的是（选填"甲"或"乙’>

甲

（2）实验时，若摆球在重直纸面的平面内摆动，为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数，在摆球

运动的最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻，如图丙所示，光敏电阻与某一自动记录仪相

连，该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间/的变化图线如图丁所示，则该单摆的周期为”若保

持悬点到小球顶点的绳长不变，以及摆动幅度不变，改用直径是原小球直径0.5倍的另一小球进行实验，则

该单摆的周期将（选填“变大〃”不变〃或“变小〃），图丁中的加将（选填"变大""不变〃

或“变小〃）。

敏

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