高考物理 能力突破 验证机械能守恒定律

高考物理专题突破练习

验证机械能守恒定律

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1.（10分）某同学用如图甲所示的实验装置“验证机械能守恒定律”。实验所

用的电源为学生电源，可以提供输出电压为6V的交变电流和直流电，交变

电流的频率为50Hzo重锤从高处由静止开始下落，打点计时器在纸带上

打出一系列的点，对纸带上的点测量并分析，即可验证机械能守恒定律。

打点

计时器一纸带

夹子

重锤

02345甲

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(1)这位同学进行正确测量后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析，如

图乙所示，其中。点为起始点,，、B、C、D、E、/为六个计时点。根据纸

带上的测量数据，可得出打8点时重锤的速度为」^m/s(保留3位有

效数字)。单位：cm

AtCt0，Ft

1B?141E,I1

--------1431------------•••

|二乩"17.80力益M/

;二2L68259pq_-

---------------------------------QR3051---------

---------------------------------------------------35.49

乙

【解析】打8点的速度即为4。段的平均速度,

(21.68—14.31)*10-2

即以=----------------------m/s^1.84m/s。

2X0.02

02345

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2.（10分）做验证机械能守恒的实验时，学生按照图甲组装好装置，把打点计

时器接在频率为50Hz的交流电源上，反复做了很多次，最终仅选出4条点迹

清晰的纸带。

TI

甲

2345

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(1)测量纸带起始两点距离时，学生用手机正对纸带与测量的刻度尺拍照，

把照片放大到正常尺寸的10倍，测出了精度更高的数据，分别是①1.50

mm,②2.00mm,③1.92mm,④2.49mm,为了选出最理想的一条纸带,学生查

询得到当地重力加速度g=9.80m/s2,通过推算，他们选择了编号为③

的纸带进行研究。

2345

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⑵在选出的纸带上,0是打下的第一个点,在后面选取了3个连续的点，标上

1、%、〃+1,测得它们与0点的距离如图乙所示。从打下“0”点到打下第会”

点的过程中质量加=1kg的重锤动能的增加量△氏=7.61J,重锤重力势能

的减少量八号=7.64J,重锤下落的实际加速度〃=9.75m/s2(结果均

保留3位有效数字),〃女的原因是存在空气阻力、纸带与打点计时器之间的阻力

Voln-lnn+l)

，广ffT(

70.39cm

78.00cm

86.00cm

乙

2

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【解析】（1）做验证机械能守恒的实验时，让重锤做自由落体运动,则起始

两点距离为x=，g/2=o00］96m=L96mm,故选③；

（2）打下第点时，重锤的速度为Ln+13n_%3.90m/s,从打下“0”点到打

乙1

下第“〃”点的过程中质量加=1kg的重锤动能的增加量△稣=［租1々2_（）=7.61J,

重锤重力势能的减少量△综=〃吆瑞=7.64J,由逐差法可得重锤下落的实际加

速度〃=（久7+］一%九）;2Gzi一久九—'=9.75m/s2,重锤下落过程受到空气阻力、纸带

与打点计时器之间的阻力。

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3.（10分）为了消除空气阻力对实验结果的影响，某实验小组用如图甲所示

实验装置做验证机械能守恒定律实验，牛顿管竖直固定在铁架台上,光电门

固定在牛顿管的外侧，紧贴牛顿管外侧再固定刻度尺（0刻度线与管口齐平,

图中未画出），启动抽气泵，将牛顿管内的空气抽出。已知橡胶球的质量为加,

当地重力加速度为。

g普接抽气泵

弱一橡胶球

甘牛顿管

5光电门

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⑴先用游标卜尺测量橡胶球直径"，如图乙所示，则小球直径4=6.60

mm。

2cm

|||||「|||"|||「仃|||

01020

乙

(2)从刻度尺上读取橡胶球球心和光电门中心对应的刻度值/2o将橡胶

球由静止释放，记录橡胶球第一次通过光电门的挡光时间加1O

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d2

⑶要验证橡胶球下落过程中机械能是否守恒，只需比较2（m）2与

gQM）是否相等即可。（用上面测得数据符号表示）

（4）该小组要利用该装置进一步探究橡胶球与管底第一次碰撞前后球的机

械能损失情况，他们记录了橡胶球第二敏过光思门的挡光时间则碰

撞过程中橡胶球损失的机械能为2（揖1）2—2我6）2o

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【解析】(1)根据游标卡尺的读数规则有6mm+12X0.05mm=6.60mm

⑶要险证橡胶球下落过程中机械能是否守恒，则只需验证^=g/7是否成立

代入上面测得的物理量有1)

21AtlJ

(4)第二次通过光电门时的速度为

△七2

则根据能量守恒定律有△稣=如2_如2=喘余-笳宗。

12345

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4.（10分）某同学利用如图甲所示的装置“验证机械能守恒定律”淇中是四分

之一圆弧轨道。点为圆心，半径为以圆弧的最低点Z与水平面之间的高度

为〃。实验时将一可看作质点的小球从圆弧上某点由静止释放，量出此时

小球与圆心连线偏离竖直方向的角度应当小球滑到圆弧最低点力时将水

平抛此用刻度尺测出小球平抛的水平距离s。忽略所有摩擦及阻力，当地

重力加速度为g,试分析下列问题：

2345甲

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（1）小球在，点时的水平速度为广（用题给字母表示）。

⑵（多选）保持其他条件不变，只改变。角，得到不同的S值似S2为纵坐标，以

cos。为横坐标作图，如图乙中的图线a所示。另一同学重复此实验，得到的

S2-COS。图线如图乙中的图线6所示,两图线不重合的原因可能是

52/m2b

BC。2.0求工开口^

-----------------宜&三三三三三三三

A.两同学选择的小球质量不同L0||g|||i|||

B.圆弧轨道的半径£不同°nlj|1111Tri.

0.51.0cos0

C.圆弧的最低点4与水平面之间的高度〃不同

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【解析】(1)小球从/点抛出后做平抛运动，设小球做平抛运动的时间为，,

(2)设小球的质量为九若小球的机械能守恒，则有=7?zg£(l-cos0),

整理得s2=4/〃-4〃L・cos4由题图乙可知，图线4、b的斜率不同，在纵轴上的

截距不同，可得力点与水平面之间的高度〃或圆弧轨道的半径£不同,故选项

B、C正确。

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5.（10分）利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示,水平桌

面上固定一倾斜的气垫导轨;导轨上4点处有一带长方形遮光片的滑块，其

总质量为M左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为团的小球相连,

遮光片两条长边与导轨垂直;导轨上8点处有一光电门，可以测量遮光片经

过光电门时的挡光时间。用d表示/点到光电门8处的距离乃表示遮光片的

宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过8点时的瞬时速度，实

验时滑块在/处由静止开始运动。

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⑴某次实验测得倾角夕=30。,重力加速度用g表,示，消块仄4处到达3处时加

和〃组成的系统动能增加量可表示为△氏=，系统的重力势能减

少量可表示为（加-］）

A£p=gd.，在误差允许的范围内，若AEk=A£p,则可认

为系统的机械能守恒；

（2）某同学改变4、3间的距