高考物理二轮复习实验题强化训练专题2.4 验证机械能守恒定律、用单摆测重力加速度（2份，原卷版+解析版）

这是一份高考物理二轮复习实验题强化训练专题2.4 验证机械能守恒定律、用单摆测重力加速度（2份，原卷版+解析版），共32页。

（1）在“探究加速度与滑块质量的关系”时，多次改变滑块的质量M，通过实验测量的数据，计算得出对应的加速度a，并利用数据作出图像，图线为直线，斜率为k、纵轴截距为b，则钩码的质量为_______。
（2）在“验证机械能守恒定律”时，钩码和滑块的质量分别为m、M，遮光条的宽度为d，两光电门之间的距离为L，滑块经过两光电门时的挡光时间分别为，重力加速度为g。若系统的机械能守恒，则关系式_______成立。
（3）在“探究动量定理”时，钩码和滑块的质量分别为m、M，遮光条的宽度为d，滑块经过两光电门时的挡光时间分别为，滑块由光电门1运动到光电门2的时间为t，重力加速度为g，为了探究动量定理，应探究关系式_______是否成立。
2．小明设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验，如图所示。
（1）现有以下材质的小球：①乒乓球；②橡胶球；③钢球，实验中应选用____________。
（2）固定好拉力传感器后，下列实验操作步骤，正确顺序是____________。
①改变小球的初始释放位置，重复上述过程
②记录小球摆动过程中拉力传感器示数的最大值和最小值
③将一根轻绳穿过小圆环，一端连接传感器，另一端连接小球
④拉起小球至某一位置由静止释放，使小球在竖直平面内摆动
⑤在传感器正下方固定一个小圆环，圆环平面水平
（3）实验测得的数据见下表。
（3）请根据表中的数据，在方格纸上作出图像。( )
（4）由图像得图线的斜率为_________（结果保留两位有效数字）。若小球摆动过程中机械能守恒，图线斜率的理论值为____________。
（5）该实验系统误差的主要来源是___________。
A．小球摆动角度偏大 B．小球初始释放位置不同 C．小球摆动过程中有空气阻力
3．图甲是验证机械能守恒定律的装置，气垫导轨上A处安装有一光电门，B处放置一滑块，滑块中央位置上固定一遮光条，气垫导轨的右端用若干块厚度相同的小木板垫起，重力加速度为g。
（1）用游标卡尺测得遮光条的宽度如图乙，则遮光条的宽度d为_______ mm。
（2）某次实验，滑块由静止释放，下落高度为h时遮光条经过光电门，光电门测得时间t，若要验证滑块在下滑过程中机械能守恒，即需要验证等式___成立（用题中所给物理量的符号表示）。
（3）实验中，控制滑块由静止释放运动到光电门距离L1不变，测量气垫导轨的总长度L0、每块小木板的厚度D和距离，记录所垫小木板的个数n及光电门对应测量的时间t，并计算出，数据如下表所示。请根据数据在图丙中描点作图。( )
（4）根据实验中得到的图像，判断滑决下滑过程中机械能守恒的依据是_____，且图线的斜率________。
（5）某小组在实验中，控制所垫小木板的个数n不变，改变滑块到光电门的距离L，测量滑块左端到光电门中心的距离L及遮光条经过光电门的时间t，经过计算发现滑块每次减小的势能均总比增加的动能略小点，该小组认为是气垫导轨倾斜的角度偏大造成滑块下滑过程中机械能不守恒的。你认为他们的分析是否正确？( )
4．用图甲数字化机械能守恒实验器验证机械能守恒定律。N为内置了光电门的摆锤，通过白色轻质杆悬挂于转轴M处，仪器上嵌有10个相同的白色圆柱体。当摆锤通过某个白色圆柱体时，光电门能测出通过该圆柱体所用的时间（即圆柱体遮光的时间），将轻杆拉至水平，由静止开始释放摆锤，记录摆锤通过①~⑩圆柱体所用的时间t，分别为t1、t2、、t10，用左侧刻度尺测出①~⑩圆柱体与摆锤释放点间的高度差h分别为h1、h2、、h10。重力加速度为g。
（1）关于该实验，下列说法正确的是______。
A．实验中还需要测出摆锤的质量m
B．实验时应使左侧刻度尺处于竖直位置
C．白色圆柱体应沿圆弧等距均匀分布
D．若未从静止释放摆锤将不能验证机械能守恒定律
（2）用游标卡尺测量圆柱体的直径d如图乙所示，读数为______cm。
（3）若有关系式______（用题中所给字母表示）成立，则可验证摆锤从②运动到⑧的过程机械能守恒。
（4）实验中发现摆锤重力势能的减小量ΔEp略大于摆锤动能的增加量ΔEk，则可能的原因是______。
（5）由实验数据，通过描点作出了如图丙所示的线性图像，图像的纵坐标应为______（选填“”“”或“”），根据图像说明机械能守恒的依据是图像的斜率为______。
5．某同学通过调节手机拍摄功能中的感光度和快门时间，拍摄出质量较高的频闪照片。图1是该同学拍摄的小球自由下落部分运动过程中频闪照片，用来验证机械能守恒定律。该同学以小球释放点为原点O，并借助照片背景中的刻度尺测量各时刻的位置坐标为x1、x2、x3、x4、x5，刻度尺零刻度与原点O对齐。已知手机连拍频率为f，当地重力加速度为g，小球质量为m。
（1）如图2所示，从起点O下降到下x2位置小球的位移大小为___________cm
（2）关于实验装置和操作，以下说法正确的是___________；
A．刻度尺应固定在竖直平面内
B．选择体积大的小球
C．小球实际下落过程中动能增量大于重力势能减少量
（3）小球在x3位置时的瞬时速度v3=___________（用题中所给的物理量符号表示）
（4）取小球从O到x4的过程研究，则机械能守恒定律的表达式为___________（用题中所给物理量的符号表示）；
（5）该同学利用测得的数据，算出小球经过各点的速度v，并作出了如图3所示的图线。测得图线的斜率k明显小于g，是由于存在阻力的影响，则小球受到的阻力大小F阻=___________。
6．在“利用单摆测重力加速度”的实验中
（1）以下做法中正确的是________；
A．测量摆长的方法：用刻度尺量出从悬点到摆球间的细线长
B．测量周期时，从小球到达最大振幅位置开始计时，摆球完成50次全振动时，及时截止，然后求出完成一次全振动的时间
C．要保证单摆自始至终在同一竖直面内摆动
D．单摆振动时，应注意使它的偏角开始时不能小于10°
（2）某同学先用米尺测得摆线长为97.43cm，用游标卡尺测得摆球直径如图甲所示为________cm，则单摆的摆长为________cm；然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间如图乙所示为________s。（结果均保留4位有效数字）
（3）在“用单摆测定重力加速度”的实验中，由于没有游标卡尺，无法测小球的直径d，实验中将悬点到小球最低点的距离作为摆长L，测得多组周期T和L的数据，作出l－T2图像，如图丙所示。实验得到的L－T2图像是________（选填“a”“b”或“c”）；
（4）关于实验操作或结果分析，下列说法正确的是________（填正确答案标号）。
A．如果有两个大小相等且都带孔的铁球和木球，应选用铁球
B．摆线要选细些的、伸缩性好的
C．为了使单摆的周期大一些，以方便测量，开始时拉开摆球，使摆线相距平衡位置有较大的角度
D．摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，测量的重力加速度g值偏小
7．小明和小海约定周末在家里各自找器材测定当地的重力加速度。
（1）小明同学用手机拍摄小球自由下落的视频，得到分帧图片，利用图片中小球的位置来测量当地的重力加速度，实验装置如图甲所示。小明从视频中截取三帧图片，图片中的小球和刻度尺如图乙所示。已知所截取的图片相邻两帧之间的时间间隔为，刻度尺的分度值是，小明将测量小球位置时的数据记录在下表中，请帮助小明完成表格。
（2）小明测得重力加速度大小为___________（保留两位小数）。
（3）小海在家里找到了一块外形不规则的小金属挂件代替摆球做了一个如图所示的单摆，具体操作如下：用刻度尺测量ON间细线的长度l，将挂件拉开一个大约的角度，然后由静止释放，从挂件摆至最低处开始用手机计时，测出多次全振动的总时间并计算出单摆的周期T。小海改变ON间细线的长度先后做了两次实验，记录细线的长度及单摆对应的周期分别为和，（已知小于），由此测得的重力加速度为___________。
（用表示）
（4）小明和小海在实验过程中，有很多因素都会影响重力加速度测量的精度，请说出一个对小明和小海实验测量精度都有影响的因素_________。
8．（1）小红在滑板运动场地看到一个圆弧形轨道，其截面如图，她想用一辆滑板车和手机来估测轨道半径R（滑板车的长度远小于轨道半径）。
主要实验过程如下：
①用手机查得当地的重力加速度g；
②找出轨道的最低点O，把滑板车从O点移开一小段距离至P点，由静止释放，用手机的秒表测出它完成n次全振动的时间t，算出滑板车做往复运动的周期______；
③将滑板车的运动视为简谐运动，则可将以上测量结果代入公式______（用t、n、g表示）从而计算出圆弧形轨道的半径。
（2）某同学用如图（a）所示的装置测量重力加速度．
实验器材：有机玻璃条（白色是透光部分，黑色是宽度均为的挡光片），铁架台，数字计时器（含光电门），刻度尺。
主要实验过程如下：
①将光电门安装在铁架台上，下方放置承接玻璃条下落的缓冲物；
②用刻度尺测量两挡光片间的距离，刻度尺的示数如图（b）所示，读出两挡光片间的距离______；
③手提玻璃条上端使它静止在______方向上，让光电门的光束从玻璃条下端的透光部分通过；
④让玻璃条自由下落，测得两次挡光的时间分别为和；
⑤根据以上测量的数据计算出重力加速度______（结果保留三位有效数字）。
9．（1）在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中，两位同学用游标卡尺测量小球的直径的操作如图甲、乙所示，测量方法正确的是___________（选填“甲”或“乙”）。
（2）实验时，若摆球在重直纸面的平面内摆动，为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数，在摆球运动的最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻，如图丙所示，光敏电阻与某一自动记录仪相连，该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t的变化图线如图丁所示，则该单摆的周期为___________。若保持悬点到小球顶点的绳长不变，以及摆动幅度不变，改用直径是原小球直径0.5倍的另一小球进行实验，则该单摆的周期将___________（选填“变大”“不变”或“变小”），图丁中的将___________（选填“变大”“不变”或“变小”）。
（3）小明利用丙图的同一套装置分别在A、B两地进行多次实验，通过丁图发现A地的总是小于B地的，则A、B两地的地理位置主要不同点可能是___________（写出一条即可）
10．某实验小组利用图甲所示装置测量当地重力加速度。轻绳一端系住直径为d的小球，另一端固定在铁架台上O点，已知O点到小球球心的距离为l，在O点正下方固定一个光电门，小球运动至最低点时光电门能够记录下小球的遮光时间。实验时，将小球拉起至轻绳和竖直方向夹角为，由静止释放小球，小球摆至最低点时光电门光线正好射向小球球心，小球的遮光宽度可近似为d，光电门记录小球的遮光时间为，试回答以下问题：
（1）用游标卡尺测量小球的直径如图乙所示，则小球的直径d=________cm；
（2）小球从释放位置运动至最低点时的速度为v=________；（用题中相关物理量的字母表示）
（3）多次改变的数值，重复以上实验过程并测量对应的，得到随变化的关系如图丙所示，该图线斜率的绝对值为k，可计算得重力加速度g=________；（用k、l和d表示）
（4）若考虑到实际实验过程中存在阻力，重力加速度g的测量值________。（选填“偏大”或“偏小”）
0.047
0.080
0.110
0.170
0.200
1.660
1.580
1.522
1.409
1.350
实验次数
1
2
3
4
5
小木板块数n
1
2
3
4
5
/s-2
2.02×104
4.03×104
6.04×104
8.04×104
10.06×104
小球的位置
图（a）
图（b）
图（c）
刻度尺的读数（cm）
2.00
25.95
___________