专练七 验证机械能守恒定律（含解析）-【实验抢分】2025年高考物理二轮复习专练

这是一份专练七 验证机械能守恒定律（含解析）-【实验抢分】2025年高考物理二轮复习专练，共17页。试卷主要包含了01 s，00 cm，5 mm+38等内容，欢迎下载使用。
1.(8分)(2023·长沙模拟)某兴趣小组用频闪摄影的方法验证机械能守恒定律,实验中将一钢球从与课桌表面等高处的O点自由释放,在频闪仪拍摄的照片上记录了钢球在下落过程中各个时刻的位置,整个下落过程的频闪照片如图所示。
(1)若已知频闪仪的闪光频率为f,重力加速度为g,再结合图中所给下落高度的符号,为验证从O点到A点过程中钢球的机械能守恒成立,需验证的关系式为2gs7= 。
(2)关于该实验,下列说法正确的是 。
A.实验开始时,先释放钢球再打开频闪仪
B.也可以用vA2=2gs7计算出A点的速度,并用来验证机械能守恒
C.若已知闪光频率f,该实验方案也可以测出当地重力加速度g的数值
(3)结合实际的实验场景,请估算闪光频率f应为 (g取10 m/s2)。
A.1 Hz B.5 Hz
C.20 HzD.100 Hz
2.(8分)某同学利用如图甲所示的装置“验证机械能守恒定律”,其中AB是四分之一圆弧轨道,O点为圆心,半径为L,圆弧的最低点A与水平面之间的高度为H。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θ。当小球滑到圆弧最低点A时将水平抛出,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:
(1)小球在A点时的水平速度为v= (用题给字母表示)。
(2)保持其他条件不变,只改变θ角,得到不同的s值,以s2为纵坐标,以csθ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-csθ图线如图乙中的图线b所示,两图线不重合的原因可能是 。
A.两同学选择的小球质量不同
B.圆弧轨道的半径L不同
C.圆弧的最低点A与水平面之间的高度H不同
3.(8分)(2022·广东选择考)某实验小组为测量小球从某一高度释放,与某种橡胶材料碰撞导致的机械能损失,设计了如图(a)所示的装置,实验过程如下:
(1)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。调节光电门位置,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。
(2)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。
(3)测量时,应 (选填“A”或“B”,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”)。记录小球第一次和第二次通过光电门的遮光时间t1和t2。
(4)计算小球通过光电门的速度,已知小球的质量为m,可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失ΔE= (用字母m、d、t1和t2表示)。
(5)若适当调高光电门的高度,将会 (选填“增大”或“减小”)因空气阻力引起的测量误差。
【加固训练】
(2023·海口模拟)某实验小组用如图1所示装置验证机械能守恒定律,已知当地重力加速度为g。操作步骤如下:
(1)调整光电门位置使直径为d的小钢珠竖直下落过程中球心通过光电门B、C;
(2)用游标卡尺测量小钢珠的直径d如图2所示,读数为 mm;
(3)通过带有刻度尺的竖直杆测出光电门B、C间的距离h;
(4)小钢珠从A点由静止开始下落,经过光电门B、C,用数字计时器(未画出)记录挡光时间分别为t1、t2;
(5)多次改变光电门B、C的位置,重复步骤(3)(4),获得多组数据,根据测量数据可以通过描绘以h为纵轴,以 (填选项前的字母)为横轴的图像来验证机械能是否守恒。若图像是过原点的直线,且图像斜率k= (用已知量和测量的字母表示)即可验证机械能守恒定律。
A.1t2-1t1 B.1t22-1t12
C.t2-t1D.t22-t12
4.(8分)(2023·阜新模拟)学校物理兴趣小组用如图甲所示的装置验证A、B两物块组成的系统机械能守恒。物块A从高处由静止下落,物块B上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量并进行数据处理,即可验证机械能守恒定律。图乙是实验中获取的一条纸带,0是打下的第一个点,每相邻两个计数点间还有4个计时点(图中未画出),计数点间的距离已标出。物块A的质量为300 g,物块B的质量为200 g,打点计时器所接交流电源的频率为50 Hz,结果均保留三位有效数字。
(1)打点计时器打下计数点5时,物块A的速度大小为 m/s。
(2)若取重力加速度大小g=10 m/s2,则在打点计时器打计数点0到打计数点5的过程中,两物块组成的系统动能的增加量为 J,系统重力势能的减少量为
J,由此得出的结论是: 。
(3)测出某个计数点到计数点0的距离h以及打点计时器打该计数点时物块A的速度大小,选取多个计数点,得到多组数据。若作出的v2-h图像如图丙所示,则当地的实际重力加速度大小为 m/s2。
【加固训练】
某同学用图甲的装置验证机械能守恒定律。大小相同、质量不同的两小球A、B分别固定在轻杆两端,轻杆可绕固定于杆上三等分点的光滑水平轴O在竖直面内转动,转轴正下方有一光电门计时器,小球通过计时器时其球心恰好与光电门等高。已知当地的重力加速度为g。现将轻杆拉至如图甲所示的水平位置并由静止释放,当A球第一次通过光电门时,计时器显示的遮光时间为Δt=0.01 s。回答下列问题:
(1)用游标卡尺测量小球的直径时如图乙所示,则小球的直径d= cm;
(2)小球A经过光电门时速度v= m/s(保留三位有效数字)
(3)若两小球A、B球心间的距离为L,小球A的质量是小球B质量的n倍(n>1),当改变L,则得到不同的Δt,作出如图丙所示的图像。只要该图像斜率k= ,即可说明此过程中A、B构成的系统机械能守恒(用已知量和测量量的符号表示)
5.(8分)(2023·哈尔滨模拟)小华同学利用图甲所示实验装置来验证机械能守恒定律。所用器材包括:装有声音传感器的智能手机、铁球、刻度尺、钢尺等。实验操作步骤如下:
a.将钢尺伸出水平桌面少许,用刻度尺测出钢尺上表面与地板间的高度差
h=76.00 cm
b.将质量为m的铁球放在钢尺末端,保持静止状态
c.将手机位于桌面上方,运行手机中的声音“振幅”(声音传感器)项目
d.迅速敲击钢尺侧面,铁球自由下落
e.传感器记录声音振幅随时间的变化曲线
(1)声音振幅随时间的变化曲线如图乙所示,第一、第二个尖峰的横坐标分别对应敲击钢尺和铁球落地的时刻,则铁球下落的时间间隔t= s。
(2)若铁球下落过程中机械能守恒,则应满足等式:mgh= (用m、h、t表示)。
(3)若敲击钢尺侧面时铁球获得一个较小的水平速度,对实验测量结果
(选填“有”或“没有”)影响。
(4)小明同学认为应将手机放在钢尺与地板间的中点附近测量时间。你认为哪位同学的时间测量结果更准确,请简要说明理由 。
(5)若已知铁球质量为100 g,g=9.80 m/s2,则下落过程中减小的重力势能ΔEp=
J,增加的动能ΔEk= J(结果保留三位有效数字)。
相对误差η=ΔEp-ΔEkΔEp×100%= %1),当改变L,则得到不同的Δt,作出如图丙所示的图像。只要该图像斜率k= ,即可说明此过程中A、B构成的系统机械能守恒(用已知量和测量量的符号表示)
【解析】(1)根据题意,由图乙可知,游标为50分度,且第25个小格与主尺对齐,由游标卡尺读数规律可得,该读数为d=47 mm-25×4950 mm=22.50 mm=2.250 cm;
(2)利用平均速度代替瞬时速度算得小球经过光电门时的速度,可得小球A经过最低点的速度为v=dΔt=2.25 m/s;
(3)根据题意,若系统机械能守恒,则有nmg·2L3-mg·L3=12nmv2+12m(v2)2,将v=dΔt代入,整理可得L=3(4n+1)d28(2n-1)g·1Δt2,即图像L-1Δt2的斜率为k=3d2(4n+1)8g(2n-1),即可说明此过程中A、B构成的系统机械能守恒。
答案:(1)2.250 (2)2.25 (3)3d2(4n+1)8g(2n-1)
5.(8分)(2023·哈尔滨模拟)小华同学利用图甲所示实验装置来验证机械能守恒定律。所用器材包括:装有声音传感器的智能手机、铁球、刻度尺、钢尺等。实验操作步骤如下:
a.将钢尺伸出水平桌面少许,用刻度尺测出钢尺上表面与地板间的高度差
h=76.00 cm
b.将质量为m的铁球放在钢尺末端,保持静止状态
c.将手机位于桌面上方,运行手机中的声音“振幅”(声音传感器)项目
d.迅速敲击钢尺侧面,铁球自由下落
e.传感器记录声音振幅随时间的变化曲线
(1)声音振幅随时间的变化曲线如图乙所示,第一、第二个尖峰的横坐标分别对应敲击钢尺和铁球落地的时刻,则铁球下落的时间间隔t= s。
(2)若铁球下落过程中机械能守恒,则应满足等式:mgh= (用m、h、t表示)。
(3)若敲击钢尺侧面时铁球获得一个较小的水平速度,对实验测量结果
(选填“有”或“没有”)影响。
(4)小明同学认为应将手机放在钢尺与地板间的中点附近测量时间。你认为哪位同学的时间测量结果更准确,请简要说明理由 。
(5)若已知铁球质量为100 g,g=9.80 m/s2,则下落过程中减小的重力势能ΔEp=
J,增加的动能ΔEk= J(结果保留三位有效数字)。
相对误差η=ΔEp-ΔEkΔEp×100%= %