2027届新高考物理热点精准复习 验证机械能守恒定律

2027届新高考物理热点精准复习验证机械能守恒定律内容索引学习目标核心体系活动方案学习目标1.会用落体法验证机械能守恒定律.2.会分析验证机械能守恒定律的创新实验．核心体系活动方案活动一分析常规实验一、利用落体法研究自由下落物体的机械能

利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验．1甲乙(1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的______.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(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是________.A.交流电源 B.刻度尺C.天平(含砝码)AAB(3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图乙所示的一条纸带．在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC.已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T.设重物的质量为m.从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量ΔEp＝__________，动能变化量ΔEk＝___________.－mghB(4)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是______.A.利用公式v＝gt计算重物速度C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响D.没有采用多次实验取平均值的方法C(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2－h图像，并作如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒．请你分析论证该同学的判断依据是否正确．【解析】(1)在“验证机械能守恒定律”的实验中，重物下落，重力势能减少，动能增加，要验证机械能是否守恒，需比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量大小是否相等，故A正确．(4)重物在下落过程中，除受重力外还存在空气阻力和摩擦阻力的影响，重物的重力势能要转化为重物的动能和内能，则重力势能的减少量大于动能的增加量，C正确．(5)v2－h图像为一条直线，仅表明重物所受合力恒定，与机械能是否守恒无关．要想通过v2－h图像的方法验证机械能是否守恒，还必须看图像的斜率是否接近2g.1.打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力．2.重物应选用质量大、体积小、密度大的．3.应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落．5.此实验中不需要测量重物的质量．[2025河南卷]实验小组利用图甲所示装置验证机械能守恒定律．可选用的器材有：交流电源(频率50Hz)、铁架台、电子天平、重锤、打点计时器、纸带、刻度尺等．1甲(1)下列所给实验步骤中，有4个是完成实验必需且正确的，把它们选择出来并按实验顺序排列：_____________.①先接通电源，打点计时器开始打点，然后再释放纸带②先释放纸带，然后再接通电源，打点计时器开始打点③用电子天平称量重锤的质量④将纸带下端固定在重锤上，穿过打点计时器的限位孔，用手捏住纸带上端⑤在纸带上选取一段，用刻度尺测量该段内各点到起点的距离，记录分析数据⑥关闭电源，取下纸带④①⑥⑤(2)图乙所示是纸带上连续打出的五个点A、B、C、D、E到起点的距离．则打出B点时重锤下落的速度大小为_______m/s.(结果保留3位有效数字)乙1.79(3)纸带上各点与起点间的距离即为重锤下落高度h，计算相应的重锤下落速度v，并绘制图丙所示的v2－h关系图像．理论上，若机械能守恒，图中直线应________(选填“通过”或“不通过”)原点且斜率为______(用重力加速度大小g表示)．由图丙得直线的斜率k＝_______(结果保留3位有效数字)．丙通过2g18.65.1二、利用气垫导轨研究物体(系统)的机械能

如图甲所示为某实验小组利用气垫导轨做“验证机械能守恒定律”的实验装置．将气垫导轨放在水平桌面上，细绳两端分别与托盘(含砝码)和滑块(含遮光条)相连，滑块在托盘的牵引下运动．已知光电门固定在气垫导轨上，遮光条的宽度为d，托盘(含砝码)的质量为M，滑块(含遮光条)的质量为m，重力加速度为g.2甲(1)下列实验操作步骤，正确的顺序是_________________________.①测出遮光条到光电门的距离l②调节滑轮高度，使细绳与导轨平行③将气垫导轨放在水平桌面，将导轨调至水平④释放滑块，读出遮光条通过光电门的挡光时间t⑤打开气源，将滑块移至光电门右侧某适合的位置(2)遮光条通过光电门时的速度大小为____(用题中所给的字母表示)．③②⑤①④(或③⑤②①④)(3)在滑块从静止释放到运动到光电门的过程中，若系统要符合机械能守恒定律的结论，应满足的关系式为_________________(用题中所给的字母表示)．乙【答案】【解析】(1)利用气垫导轨验证机械能守恒定律时，将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平，再调节滑轮高度，使细绳与导轨平行，打开电源，将滑块移至光电门右侧某适合的位置，再测出遮光条到光电门的距离l，最后释放滑块，读出遮光条通过光电门的挡光时间t，正确的顺序是③②⑤①④(或③⑤②①④)．[2025江西卷]某小组利用气垫导轨、两个光电门、滑块、遮光片等，组成具有一定倾角的导轨装置，研究机械能守恒定律．重力加速度g取9.80m/s2.2甲乙(1)实验前，应合理安装实验器材．图甲中光电门______的位置安装不合理，应如何调整：________________________.(2)实验时，导轨倾斜角的正弦值sinθ＝0.0613，光电门1、2相距L.将宽度d＝4.82mm的遮光片固定于滑块上，从导轨最左端静止释放滑块，分别记录遮光片通过光电门1、2的时间Δt1和Δt2.移动光电门2的位置改变L，重复实验，所测数据见下表．L/cm10.0015.0020.0025.0030.00

60.0065.0070.00Δt1/ms9.9829.88310.01910.06810.049

10.07310.06610.170Δt2/ms8.0167.5787.0326.5836.583…4.9384.7874.677滑块经过光电门1、2的速度分别为v1和v2.当L＝65.00cm时，v2＝_______m/s，滑块通过两光电门下降的高度HL＝_______cm.(结果均保留2位小数)1适当向右移动光电门11.013.98守恒＝2g，故在误差范围内Δv2＝2gHL成立，说明下滑过程中滑块的动能增加量等于重力势能的减少量，即机械能守恒

【解析】(1)光电门1安装不合理；由图可知，光电门1靠近释放点，滑块到光电门1的距离较短，速度较小，导致滑块通过光电门1的速度测量误差较大．应适当向右移动光电门1.活动二分析创新实验[2025南通三模]实验小组用图甲所示的装置验证机械能守恒定律．细绳跨过固定在铁架台上的小滑轮，两端各悬挂一个质量均为M的重锤A(含遮光条)、重锤B.主要的实验操作如下：3甲乙①用游标卡尺测量遮光条的宽度d②用米尺量出光电门1、2间的高度差h③在重锤A上加上质量为m的小钩码④将重锤B压在地面上，由静止释放，记录遮光条先后经过两光电门的遮光时间t1、t2⑤改变光电门2的位置，重复实验请回答下列问题：(1)如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d＝_______mm.(2)重锤A经过光电门2时速度的大小为_____(用题中物理量的符号表示)．5.25(3)已知重力加速度为g，若满足关系式________________________(用题中物理量的符号表示)，则验证了重锤A、B和钩码组成的系统机械能守恒．(4)某小组实验中发现系统增加的动能略大于系统减少的重力势能，可能的原因是______.A.存在空气阻力B.细绳与滑轮间有摩擦力C.遮光条宽度d的测量值偏大C(5)实验中，忽略空气阻力，细绳与滑轮间没有相对滑动．有同学认为细绳与滑轮间的静摩擦力做功但不产生内能，因此重锤A、B和钩码组成的系统机械能守恒．该同学的观点________(选填“正确”或“不正确”)，理由是______________________________________________________________.不正确静摩擦力对重锤A、B和钩码组成的系统做负功，系统机械能减小【解析】(1)游标卡尺测得遮光条的宽度d＝(5＋5×0.05)mm＝

5.25mm.(4)存在空气阻力，细绳与滑轮间有摩擦力，系统增加的动能略小于系统减少的重力势能，A、B错误；而遮光条宽度d的测量值偏大导致速度的测量值偏大，所以将导致实验中发现系统增加的动能略大于系统减少的重力势能，C正确．(5)静摩擦力对重锤A、B和钩码组成的系统做负功，系统机械能减小，所以该同学的观点错误．本实验的目的是验证系统机械能守恒．4图1(1)安装实验装置的操作有：①在斜槽末端安装光电门②调节斜槽在竖直平面内③调节斜槽末端水平④将斜槽安装到底座上其合理的顺序是______.A.①②③④B.④②③①C.④①②③B(2)测量钢球直径的正确操作是图2中______(选填“甲”或“乙”)所示的方式．甲乙图2甲(3)在斜槽上5个不同的位置由静止释放钢球．测量得出的实验数据见表1.已知钢球的质量m＝0.02kg，重力加速度g取9.80m/s2.请将表1的数据补充完整．表1h/(10－2m)4.005.006.007.008.00ΔEk/(10－3J)4.906.257.458.7810.0ΔEp/(10－3J)7.849.8011.813.7________15.7(4)实验数据表明，ΔEk明显小于ΔEp，钢球在下降过程中发生机械能的损失．小明认为，机械能的损失主要是钢球受到的摩擦力做功造成的．为验证此猜想，小明另取一个完全相同的斜槽按图3平滑对接．若钢球从左侧斜槽上A点由静止释放，运动到右侧斜槽上，最高能到达B点，A、B两点高度差为H，则该过程中，摩擦力做功大小的理论值W理＝_______(用m、g、H表示)．图3mgH表2h/(10－2m)4.005.006.007.00ΔE/(10－3J)2.943.554.354.92Wf/(10－3J)0.981.081.181.27【答案】

不同意，因为AB过程摩擦力做功大小2Wf比AO过程损失的机械能ΔE还小得多，所以不是近似计算导致ΔE与Wf相差明显的．【解析】(1)正确步骤为将斜槽安置于底座，调节斜槽在竖直平面内，调节斜槽末端水平，最后在斜槽末端安装光电门，序号为④②③①.故B正确．(2)测量钢球直径正确操作需要确保测量工具与钢球接触良好，并且钢球的位置不会导致测量误差．图甲显示出的卡尺测量方式更准确地使量爪的两刃与钢球的表面垂直接触，适合测量钢球直径．而图乙中量爪的两刃未与钢球接触良好，测量不准确．(3)根据ΔEp＝mgh，可知下降高度为8.0×10－2m时减少的重力势能为下降高度为4.0×10－2m的两倍，代入数据可得ΔEp＝15.7×10－3J.(4)根据动能定理可得mgH－W理＝0，可得W理＝mgH.(5)不同意，因为AB过程摩擦力做功大小2Wf比AO过程损失的机械能ΔE还小得多，所以不是近似计算导致ΔE与Wf相差明显的．[2025镇江期末]小明用如图甲所示装置验证机械能守恒定律．长为L的轻杆一端固定摆锤A，另一端可绕O点自由转动，在A的下方