专题33 实验 验证机械能守恒定律——2023年高考物理一轮复习小题多维练（广东专用）

2023年高考物理一轮复习小题多维练（广东专用）

专题33  实验  验证机械能守恒定律

（时间：30分钟）

1．某同学用如图甲所示装置验证机械能守恒定律，当地的重力加速度为g。光电门与固定挡板相互间隔一定距离，均水平固定在铁架台上，它们的中心在同一个竖直线上。光电门与光电计时器相连，可记录小球经过光电门A和光电门B所用的时间。

（1）实验前用游标卡尺测量小球的直径，示数如图乙所示，则小球的直径_____mm。

（2）让小球紧贴固定的水平挡板，在两个光电门的正上方由静止释放，光电计时器记录了小球经过光电门A和光电门B所用的时间，再测出两光电门间的高度差h。如果能满足关系式“”与“__________”（用对应物理量的符号表示）近似相等，即能证明小球下落过程中机械能守恒。

（3）在实验时，另一位同学仅将小球换成大小相仿的小正方体铁块，其他不变，他采集物体经过光电门的时间数据会更加__________（选填“可靠”或“不可靠”）。

2．某同学用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，提供的交流电的输出电压为6V，交流电的频率可调节，分别为20Hz、30Hz和50Hz三个挡位。重锤从高处由静止开始下落，重锤拖着的纸带上打出一系列点迹，对纸带上的点进行测。量并分析，即可验证机械能守恒定律。已知实验中该同学的操作完全规范，但调节交流电频率的开关处数值模糊。

（1）图乙为该同学正确操作得到的一条纸带，A、B、C、D为纸带上连续打出的点迹，测量数据如图所示，已知当地重力加速度大小为9.80m/s2，则可判断所用交流电的频率为___________（选填“20Hz”“30Hz”或“50Hz”）。在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为___________m/s。（结果保留两位小数）

（2）如果测得B点速度为vB，C点速度为vC，B、C两点距离为h，为了验证B到C过程中机械能是否守恒，只需要验证___________成立。

3．某研究性学习小组利用图甲装置验证系统的机械能守恒定律。已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz，每个钩码质量均为m，当地重力加速度为g。该同学经正确操作打出的纸带一部分如图乙所示。

（1）纸带中相邻两个计时点的时间间隔为T=___________s；

（2）用刻度尺测量，，则打F点时纸带的瞬时速度大小vF=______m/s；

（3）设纸带中A点速度为vA，F点速度为vF，，如果实验数据在误差范围内近似满足g=_______（用vA、vF、h和m表示）则说明系统机械能守恒。

4．（一）读出下图中游标卡尺和螺旋测微器的读数游标卡尺的读数___________mm；螺旋测微器的读数___________mm。

（二）某研究小组采用了如图甲所示的实验装置“验证机械能守恒定律”，在一根不可伸长的细线一端系一个金属小球，另一端固定在 O 点，记下小球静止时球心的位置 A，在 A 处放置一个光电门，将小球拉至某一位置由静止释放。当地重力加速度用 g 表示。

（1）为验证机械能守恒，除了要测量小球释放点球心距 A 点高度 h，还需要测量哪些物理量__________ （请同时写出物理量的字母），若等式________成立，说明图甲小球下摆过程中机械能守恒。（用题中测得的物理量字母表示）

（2）若撤去光电门，在 O 点安装一个拉力传感器，测出线上的拉力 F，实验中记录细线拉力大小随时间的变化如图乙所示（Fm 是实验中测得的最大拉力值）在小球第一次运动至最低点的过程，根据重力势能的减少量和动能的增加量之间的关系，也可验证机械能守恒定律。观察图乙中拉力峰值随时间变化规律，从能量的角度分析造成这一结果的主要原因为：_________。

5．在验证机械能守恒定律实验中，某同学利用图中器材进行实验，正确地完成实验操作后，得到一条点迹清晰的纸带，如图所示，在实验数据处理中，某同学取A、B两点来完成验证实验，已知打点计时器每隔0.02s打一个点，图中测量结果记录在下面的表格中。

（1）观察纸带，可知连接重物的夹子应夹在纸带的___________（选填“左”或“右”）端；

（2）将表格中未填项目填写完整（保留两位小数）

（3）若重物和夹子的总质量为0.6kg，那么在AB运动过程中，动能的增加量为____J，重力势能减少量为____J。（结果保留三位有效数字，g取9.8m/s2）

6．如图甲所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。某同学在一次实验中打出了一条纸带如图乙所示，A、B、C、D、E、F是纸带上6个依次打的点，打点计时器的电源频率为。该同学用毫米刻度尺测量A点到其它各点的距离，并记录。

（1）对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是______

A．重物选用质量和密度较大的金属锤    B．实验前重物应该靠近打点计时器

C．精确测量出重物的质量             D．用手托稳重物，释放重物后，接通电源

（2）本实验数据发现重物下落过程重力势能的减少量_______动能的增加（填“大于”“小于”、“等于”）。为了求出物体在运动过程中受到的阻力，还需测量的物理量是________（说明含义并用字母表示）。用还需测得的量及加速度表示物体在运动过程中所受阻力的表达式______（当地重力加速度为g）；

（3）利用以上纸带还可求出当地的重力加速度是_________（保留两位有效数字）。

7．用如图甲所示的实验装置验证、组成的系统机械能守恒。从高处由静止开始下落，上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。如图乙给出的是实验中获取的一条纸带，0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），所用电源的频率为。已知。则（结果均保留两位有效数字）

（1）在打下0点到打下计数点5的过程中系统重力势能的减少量_____J；（当地的重力加速度g取）

（2）在打下0点到打下计数点5的过程中系统动能的增加量_____J；

（3）某同学测出多个计数点的速度大小v及对应下落的高度h，作出的图像如图丙所示，则图像的斜率表达式_____。（用、和g表示）

8．用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。

实验中有A：200g的铝块和B：200g的铁块。为了减少误差，应该选择___________ 填字母。

实验操作时应该先接通打点计时器电源再释放纸带，但某同学在操作时做反了，那么通过对这条纸带运算能否判断机械能是否守恒？___________ 填“能”或“否”

如图 是某次实验的一条纸带，O、A、B、C、D、E、F是连续的七个点，每2个点之间的时间为若重物质量为m，对应B到E 的下落过程中，重锤重力势能的减少量 ___________ 。到E动能变化量为___________ 。