2026年高考物理一轮复习：机械能相关实验（专项练习）含解析

考点22机械能相关试验

1.仕“验证机械能守恒定律”的试验中，

⑴下列操作正确的是

（2减验获得一条纸带，截取点迹清楚的一段并测得数据如图所示。

3.98cm1

41.28cm"•

----------47.33cm------------

!--53.83cm------------------

--------------------------------60.69cm-

已知打点的频率为50Hz,则打点“13”时，重锤下落的速度大小为m/s（保留三位有效数字）。

（3屎同学用纸带的数据求出重力加速度g=9.77m/s?,并用此g值计算得出打点“1”到“13”过程重锤的重力势能减

小值为5.09m,另计算得动能增加值为5.08nMm为重锤质量），则该结果..（选填“能或'不能'）验证机f戒能守

恒，理由是一

A.在误差允许范围内

B.没有用当地的重力加速度g

2.（2021浙江6月选考）在四佥证机械能守恒定律”试验中，小王用如图1所示的装置，让重物从静止开头下落，

打出一条清楚的纸带，其中的一部分如图2所示。。点是打下的第一个点,A、B、C和D为另外4个连续打下的

点。

①为了减小试验误差，对体积和外形相同的重物，试验时选择密度大的理由是

②已知沟通电频率为50Hz,重物质量为200g,当地重力加速度g=9.8（）〃加2,则从。点到C点，重物的重力势

能变化量的确定值|AEp|=J、C点的动能2c=?（计算结果均保留3位有效数字）。比较EKc与I^EpI的大小,

消灭这一结果的缘由可能是.（单选）。

A.工作电压偏局）

B.存在空气阻力和摩擦力

C接通电源前释放了纸带

.0・.B

012319202122232425262728293031323334

cm

图2

3.用如图1所示装置进行“探究功与速度变化的关系"试验。装有磋码的盘用绕过滑轮的细线牵引小车，盘和磋

码的重力可当作牵引力。小车运动的位移和速度可以由打点纸带测出，以小车为争辩对象，转变祛码质量，便可探

究牵引力所做的功与小车速度变化的关系。

纸带曾计时器

Xn1

盘和硅码

图1

①关于这个试验，下列说法正确的是（多选）。

A.需要尝小车受到阻力的影响

B.该试验装置可以“验证机械能守恒定律”

C需要通过调整定滑轮使细线与长木板平行

D.需要满足盘和磋码的总质量远小于小车的质量

②如图2所示是两条纸带,试验时打出的应是第条（填写“I”或“n”）纸带。

Mil§••，・••nnMi»

RW-加叩削，甲.

图2

③依据试验数据，在坐标纸上画出的WV图像是一条过原点的直线，据此图像

4.利用气垫导轨和光电门验证机械能守恒的试验。

a.遮光片宽度d

b.释放滑块时滑块上遮光片到光电门的距离为1

c钩码质量mt,滑块与遮光片质量m2接通气源，释放钩码。则

①已知滑块上遮光片通过光电f」时间△t,滑块通过光电门时的速度为

②在滑块从释放到滑块上遮光片经过光电门这一过程中，系统重力势能削减量为,动能增加量为

。〔重力加速度为g）

2

③转变1，做多组试验，作出以1为横坐标、以照）为纵坐标的图像，如图。若机械能守恒成立，则图像斜率

为O

5.某试验爱好小组用如图所示的试验装置来验证机械能守恒定律。轻质折杆AOB成直角形式可以在竖直平面

内绕轴O自由转动且AO=2BO,折杆两端分别固定两个大小相等，但质量不等的小球A、B,O点正下方有一光电

门，调整光电门位置，使小球A从水平位置静止释放，当小球A通过最低点时，球心恰好通过光电门，与光电门

连接的数字计时器显示的挡光时间为△I,已知小球A、B的直径为d、质量分别为M、m（M>m）,当地重力加速度

为go完成下列试验：

合固牢转轴

町o\TA

•/

光电门处

（1）使小球A从水平位置静止释放,则小球A经过最I氐点时的速度v=（用d,At表示）；

⑵用游标卡尺（50分度）测得小球的直径如图所示，则小球的直径d=cm；

（3）测得AO=L,则小球A从水平位置静止释放，转至A球刚好通过光电门过程中，验证系统机械能守恒的表

达式为（用M,m,L,d,At,g表示）。

6.（2025四川达州一诊）某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。用细线把钢制的圆柱挂在架子上,架

子下部固定一个小电动机，电动机轴二装一支软笔。电动机转动时，软笔尖每转一周就在钢柱表面画上一条痕迹（时

间间隔为T）。如图乙，在钢柱上从痕迹0开头选取5条连续的痕迹A、B、C、D、E,测得它们到痕迹0的距离

分别为hA、hB、he、hD、hE。已知当地重力加速度为g。

甲乙丙

⑴若电动机的转速为3000r/min,则T=so

(2)为验证机械能是否守恒，需要二匕较钢柱下落过程中任意两点间的o

A.动能变化量与势能变化量

B.速度变化量和势能变化量

C.速度变化量和高度变化量

?设各条痕迹到O的距离为h,对应钢柱的下落速度为v,画出/f图像，发觉图线接近一条倾斜的直线，若

该直线的斜率近似等于则可认为钢柱下落过程中机械能守”

(4)该同学用两个质量分别为、ni2的圆柱P和Q分别进行试验多次记录下落高度h和相应的速度大小v,

作出的h图像如图丙所示。P、Q下落过程中所受阻力大小始终相等,对比图像，分析正确的是_________

A.大于m2B.mi等于m2C.mi小于m2

7.某同学设计了如图所示的装置验证机械能守恒定律。将一量角器固定在支架的竖直杆上,量角器的0。刻度线

与竖直杆对齐，量角器在竖直面内，在量角器的圆心上方位置固定一个力传感器，将不行伸长的细线一端固定在力

传感器上，悬点刚好与量角器的圆心重合，另一端与小铁球相连。当地的重力加速度为g。

慰传感器

(1)试验时将小球向左拉到某一高度，细线伸直，细线与量角器平面________(填“平行”或,•垂直、')，记录这时细

线与竖直方向的夹角9,由静止释放小球，小球摇摆过程中力传感器的最大示数为F,若小球的质量为m、细线的

长为L，小球的直径为D，则小球运动到最低点时的动能大小为:用已知和测量的

物理量符号表示)。

⑵若表达式(用m、g、F、0表示)成立，则小球下摆过程中机械能守恒。

(3)多次转变细线与竖直方向的初始夹角0,得到多组0及对应的力传感器的最大示数F,作F-cosO图像，假

如图像是一条倾斜直线，且图像的纵轴截距等于图像的斜率等于(均用m、g表示)，则小球下

摆过程中机械能守恒。

8.某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的试验。一根轻绳一端连接固定的拉力传感器，另一端

连接小钢球，如图甲所示。拉起小钢球至某一位置由静止释放，使小钢球在竖直平面内摇摆，记录钢球摇摆过程中

拉力传感器示数的最大值Tmax和最小值Tmin。转变小钢球的初始释放位置，重复上述过程。依据测量数据在直

角坐标系中绘制的7〃必-七in图像是一条直线，如图乙所示。

"击0005ftlOai50L20T/N

图乙

(1)若小钢球摇摆过程中机械能守恒，则图乙中直线斜率的理论值为,

(2)由图乙得：直线的斜率为小钢球的重力为N。(结果均保留2位有效数字)

(3该试验系统误差的主要来源是________(单选，填正确答案标号)。

A小钢球摇摆角度偏大

B.小钢球初始释放位置不同

C小钢球摇摆过程中有空气阻力

9.某试验小组利用铁架台、弹簧、钩码、打点计时器、刻度尺等器材验证系统机械能守恒定律，试验装置如图

1所示。弹簧的劲度系数为k,原长为L。，钩码的质量为m。已知弹簧的弹性势能表达式为与=；质2其中女为弹

簧的劲度系数，x为弹簧的形变量，当地的重力加速度大小为go

(1在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置，测得此时弹费的长度为L.接通打点计时器电源，从静止释放钩

码，弹费收缩，得到了一条点迹清楚的纸带。钩码加速上升阶段的部分纸带如图2所示，纸带上相邻两点之间的时

间间隔均为T(在误差允许范围内，认为释放钩码的同时打出A点)。从打出A点到打出F点时间内，弹簧的弹性势

能削减量为钩码的动能增加量为钩码的重力势能增加量为。

图2

(2雨」用计算机软件对试验数据进行处理，得到弹赞弹性势能削减量,钩码的机械能增加量分别与钩码上上升度

h的关系，如图3所示。

00.050.100.15him

图3

由图3可知，随着h增加，两条曲线在纵向的间隔渐渐变大，主要缘由是

10为了验证物体沿光滑斜面下滑的过程中机械能守恒，某学习小组用如图所示的气垫导轨装置(包括导轨、气

源、光电门、滑块、遮光条、数字毫秒计)进行试验。此外可使用的试验器材还有：天平、游标卡尺、刻度尺。

(1)«同学设计了如下的试验步骤，其中不必要的步骤是________；

①在导轨上选择两个适当的位置A、B安装光电门I、H,并连接数字毫秒计；

②用天平测量滑块和遮光条的总质量m；

③用游标卡尺测量遮光条的宽度d；

④通过导轨上的标尺测出A、B之间的距离1；

⑤调整好气垫导轨的倾斜状态；

⑥将滑块从光电门I左侧某处，由静止开头释放，从数字毫秒计读出滑块通过光电门【、H的时间△I1、△t

2；

⑦用刻度尺分别测量A、B点到水平桌面的高度h1、h2;

转变气垫导轨倾斜程度,重复步堞⑤⑥⑦，完成多次测量。

(2)用游标卡尺测量遮光条的宽度d时，游标卡尺的示数如图所示，则d二mm；某次试验中,测得□八

=11.60根,，则滑块通过光电门I的瞬时速度v1=m/s(保留3位有效数字)。

2主尺

0I2

9)

游标

01020

(3点误差允许范围内，若h[h2=_(用上述必要的试验步骤直接测量的物理量符号表示，已知重力加速度为g),

则认为滑块下滑过程中机械能守恒。

(4用出两点产生误差的主要缘由：.

11某试验小组为测量小球从某一高度释放，与某种橡胶材料碰潼导致的机械能损失，设计了如图⑶所示的装

置，试验过程如下：

(I)让小球从某一高度由静止释放，与水平放置的橡胶材料碰撞后竖直反弹。调整光电门位置，使小球从光电门

正上方释放后，在下落和反弹过程中均可通过光电门。

⑵用螺旋测微器测量小球的直径，示数如图

(b)所示，小球直径d=mm。

⑶测量时.应________(选填或其中A为•'先释放小球，后接通数字计时器、B为、'先接通数字计时器,

后释放小球”)。记录小球第一次和其次次通过光电门的遮光时间ti和t2。

(4浒算小球通过光电门的速度,E知小球的质量为m,可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失4E=

(用字母m、d、ti和(2表ZF)o

⑸若适当调高光电门的高度，将会________(选填嘴大或减小，因空气阻力引起的测量误差。

12.图(a)是，验证机械能守恒定律”的试验创新装置。用电磁继电器把羽毛球筒吸在铁架台顶端，把连接注射器的

针头固定在能发生简谐运动的电机上，电机安装在铁架台卜端。给注射器布满墨水，先启动电机，再渐渐压缩注射

器，使针头喷出的墨水随着电机在水平方向做简谐运动而在羽毛球筒下侧描出一条直线，然后断开电磁继电器电源

开关，羽毛球筒马上自由下落，在羽毛球筒落地时，关闭电机电源,羽毛球筒上得到如图(b)所示的振动图像。

在图(b)一些顶点上标注字母A、B、C、D、E、F,用刻度尺测得AB、BC、CD、DE、EF之间的距离依次为2.

63cm、3.04cm、7.23cm、8.76cm、10.37cm,已知电机做简谐运动的频率为50Hz,当地重力加速度为9.8m/s2,羽

毛球筒的质量为0.5kg,请回答下列问题：

(1猫相邻两个顶点时羽毛球筒下落的时间T=s。

(2描点B时羽毛球筒下落的速度:勺m/s；从描点B下落到描点E,羽毛球筒动能的变化量为

_J，重力势能的变化量为J(计算结果均保留两位有效数字)。由此可得出的结论是______________________

1答案(1)A(2)3.34(3)不能B

解题思路⑴为了减小阻力对试验的影响，且获得最多的数据，故选

(2)由尸抑T=0.02s,则打点“3”时重锤的速度V】3=号^幽丝黯处〃?/s=3.34加瓦

(3浒算重力势能时应用当地的重力加速度计算，故不能验证机械能守恒定律，故选Bo

2答案①阻力与重力之比更小(或其他合理解释)

②).542〜0.5500.570-0.590C

解题思路①在“验证机械能守恒定律”的试验中，在体积和外形相同时,选择重物的质量应适当大一些,这样

可以减小阻力对试验结果的影响。②从图中可以读出hoc=0.2790m.削减的重力势能匚与=〃吆％.=0.2><9.80><0.279(〃

M.547J,打下C点时.重物的速度％=等=经”需也〃依241力而，对应动能EkC=1八B0.58M电压的凹凸

//V.V*T工

不会影响打点时间间隔，对试验不会造成影响，选项A错误；假如存在空气阻力和摩擦力，那么削减的重力势能

应大于增加的动能，选项B错误；假如接通电源前释放了纸带，则打O点时重物已有动能，则计算出的削减的重

力势能比增加的动能少，选项C正确，

3答案①ACD②II③能

解题思路①本试验探究牵引力所做的功与小车速度变化的关系，为使盘和磋码的重力可当作牵引力，且不受

阻力等影响，故需要补偿小车受到阻力的影响，并需要满足盘和怯码的总质量远小于小车的质量,细线应与长木板

平行，故A、C、D正确；由于试验过程有摩擦力做功,机械能不守恒，故不能用来验证机械能守恒定律,B错误。

②试验中小车做匀加速直线运动,其对应纸带的点距不断增大，故试验时打出的应是第II条纸带。③依据动能定理

有於知W-v2图像中直线的斜率为1m,故由图像能求出小车的质量。

4答案①da②如gl1(m]+m2)(x0/□半解题思路①滑块通过光电门时的速度为v=g

Z十明2LJi

②从释放到滑块经过光电门这一过程中，系统重力势能削减量为口与二如也从释放到滑块经过光电门这一过程

中，系统动能增加量为△心=；(叫+吗)(：)；

③转变।,做多组试验，作出以।为横坐标、1以(t)2为纵坐标的图像，若机械能守恒成立，有〃，向=；(〃"〃”)

22n

伐)~,整理有件)~=乎口狈」图像斜率为学

\A/z\A//叫七〃2

5答案(l)dAA⑵1.040(3)4(2M-m)gL=(4A/+M(£)2

解题思路(1)小球A经过最低点时的速度尸三；

(2)游标卡尺为50分度游标卡尺，依据游标卡尺读数规章，小球的直径d=10mm+0.02x20mm=10.40mm=1.04

0cm;

(3)测得AO=L，则系统重力势能的减小量UEp=MgL_〃?g叫A、B共轴转动满足g=尸5=2%动能

22

的增加量匕+；加诒，若系统机械能守恒,则△%=□&、整理有4(2M-m)gL=(4M+/H)(-^)。

6答案(1)0.02(2)A(3)2g(4)A

解题思路(1)若电动机的转速为3000r/min,则电动机转动一周所需时间7=s=0.02s。

(2躯柱下落过程中，若重力势能削减量等于动能的增加量，则机械能守恒。故选A。

(3)设钢柱质量为m，钢柱下落过程中,若重力势能削减量等于动能的增加量,则有1“2=〃?加.整理得口=2曲,

故若该直线的斜率近似等于2g,则可认为钢柱下落过程中机械能守恒。

(4)设P、Q下落过程中所受阻力大小为匚则由动能定理得〃磔二小=1加

整理得'=2(g-；)h

故Ah图像斜率k=2(g-Q

所以斜率越大，质量越大,结合图像可知P的质量比Q的质量大，即m】>m20故选A。

7答案(1)平行^(F-/ng)(L+y)(2)mg(l-cos6>)=(F-wg)(3)3mg-2mg

解题思路⑴细线应与量角器平面平行；在最低点，依据牛顿其次定律有尸-〃?g/*F),则小球在最低点的动

能以=gwv2=^(F-wg)(L+7)o

(2)假如表达式mg(\-cosO)(L+£2=\(^-wg)(L+^),W〃^。-小。月小-快人则小球下摆过程中机械能守恒。

(3脓据〃噜。-cos。下g6r得到F=3mg-2mgcosB,由此可知，当F-cos。图像是一条倾斜直线且纵轴截距等于

3mg,图像的斜率等于-2mg时，小球下摆过程中机械能守恒。

8答案⑴-2(2)210.59(3)C

解款思路(1)若小钢球摇摆过程中机械能守恒，则小钢球摆至最低点时，速度最大，拉力传感器示数最大，此

时有mgL(\-cos0)=1m\r)lllx,TlfUIX-mg=m手

解得乙皿=3〃喀-2〃?gcos。

小球摆至最高点时拉力传感器示数最小，有rtnin=mgcos。,联立得。皿=3〃?g-27min

则题图乙中直线斜率的理论值为-2

(2题图乙中直线的斜率人端等=-2.1,纵截距b=1.765N=3n】g,则小钢球重力〃卡竿=0.59忆

(3R亥试验系统误差的主要来源是小钢球在摇摆过程中克服空气阻力做功，C正确。

9答案(l)9"Vo)2-砥人小夫)2如铲〃曲5⑵见解题思路

解邈思路⑴打出A点时，弹簧的伸长量以=人小;打出F点时,弹簧的伸长量.片人品飞,则从打出A点到

打出F点的时间内，弹簧弹性势能削减量为△%=；国-；福=)(j0)2-)(八小小正打出F点时，钩码速度%

=吟，动能增力口量(第)2=重力势能增力口量△牛=〃.lb。

2/LZ\X//o/r

(2)随着h增加，两条曲线在纵向的间隔渐渐变大，主要缘由是空气阻力、纸带与打点计时器间的摩擦阻力做负

功，系统机械能损失增大。

10答案(1)②④(2)5.000.431

⑶(岛号］

(4)下滑过程中存在空气阻力；遮