2025版高考物理一轮复习微专题小练习机械能专题37实验：验证机械能守恒定律

这是一份2025版高考物理一轮复习微专题小练习机械能专题37实验：验证机械能守恒定律，共3页。试卷主要包含了2 kg；，82,1等内容，欢迎下载使用。


利用如图所示装置做“验证机械能守恒定律”实验．
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动能变化量与势能变化量．
(1)实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图所示的一条纸带．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＝________．
(2)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
B．利用公式v＝ eq \r(2gh)计算重物速度
C．空气阻力和摩擦力的影响
D．没有采用多次实验取平均值的方法
(3)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v2­h图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，图像斜率满足k＝________，则重物下落过程中机械能守恒．
答案：(1)mghB eq \f(m（hC－hA）2,8T2) (2)C (3)2g
解析：(1)从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减少量ΔEp＝mghB.
B点的速度vB＝ eq \f(hC－hA,2T)，则动能的增加量为ΔEk＝ eq \f(1,2)mv eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(B)) ＝ eq \f(m（hC－hA）2,8T2).
(2)验证性实验中若重物的速度采用选项A、B的方法计算得出，则会出现重力势能的减少量等于动能的增加量，A、B错误；由于纸带在下落过程中，重锤和空气之间存在阻力，纸带和打点计时器之间存在摩擦力，所以减小的重力势能会大于动能的增加量，C正确；多次实验取平均值的方法可以减小偶然误差，对系统误差没有效果，D错误．
(3)若机械能守恒，则有mgh＝ eq \f(1,2)mv2，可得v2＝2gh，则此时v2 ­h图像是过原点的一条直线，图像的斜率为2g.
2．[2024·海南省天一大联考]某同学利用频闪照相机和气垫导轨做“验证机械能守恒定律”的实验，实验装置如图1所示．实验的主要步骤如下：
A.用天平测出滑块的质量m＝0.2 kg；
B．将安装有刻度尺的气垫导轨调整到倾角θ＝24°的倾斜状态(sin 24°＝0.4)；
C．将滑块从导轨的顶端由静止释放，使用频闪照相机对滑块进行拍摄，频闪照相机每隔T＝0.05 s拍摄一次．某次拍摄后得到的照片如图2所示，该同学在实验中测得影像间对应的实际距离分别为s1＝2.42 cm，s2＝3.41 cm，s3＝4.37 cm，s4＝5.34 cm.已知当地的重力加速度g＝9.8 m/s2.
结合以上实验数据，完成下列填空：(计算结果均保留三位有效数字)
(1)滑块在位置B时的速度大小为________ m/s.
(2)滑块由B运动至D，重力势能的减小量为________ J，动能的增加量为________ J，在误差允许的范围内，认为滑块下滑过程机械能守恒．
(3)写出两条产生误差的可能原因：①____________________；②____________________．
答案：(1)0.583 (2)6.10×10－2 6.03×10－2 (3)空气阻力的作用 读取数据时产生读数误差
解析：(1)滑块做匀变速运动，在位置B时有vB＝ eq \f(（s1＋s2）,2T)，代入数据得vB＝0.583 m/s.
(2)滑块由B运动至D，重力势能的减少量ΔEp＝mg(s3＋s2)·sin 24°＝6.10×10－2 J，滑块在D点的速度大小vD＝ eq \f(（s3＋s4）,2T)，解得vD＝0.971 m/s，动能的增加量ΔEk＝ eq \f(1,2)m(v eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(D)) －v eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(B)) )，解得ΔEk＝6.03×10－2 J.
(3)滑块在下滑过程中受空气阻力作用，产生误差或读取刻度尺上滑块对应位置距离时产生读数误差．
3．[2024·江西省南昌市期中考试]用如图甲所示的实验装置验证质量分别为m1、m2的物体A、B组成的系统机械能守恒．物体B从高处由静止开始下落，物体A上拖着的纸带打出一系列的点，如图乙所示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个点未画出，计数点间的距离如图所示．已知m1＝50 g，m2＝150 g．(打点计时器打点周期为0.02 s，g取9.8 m/s2)
(1)在打0～5点的过程中系统动能的增加量ΔEk＝________ J(保留三位有效数字)，系统重力势能的减少量ΔEp＝________ J，(保留三位有效数字)由此得出的结论是在误差允许范围内，A、B组成的系统机械能守恒．
(2)若某同学作出 eq \f(1,2)v2­h图像如图丙所示，则实验测出当地的重力加速度g＝________ m/s2.(保留三位有效数字)
答案：(1)0.576 0.600 (2)9.70
解析：(1)打点计时器打点周期为0.02 s，每相邻两计数点间还有4个点未画出，则相邻计数点间的时间间隔为T＝5×0.02 s＝0.1 s，由中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可得，打下点5时，速度大小为v5＝ eq \f(x46,2T)＝ eq \f(（21.60＋26.40）×10－2,2×0.1) m/s＝2.40 m/s，系统动能的增加量ΔEk＝ eq \f(1,2)(m1＋m2)v eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(5)) ＝0.576 J，系统重力势能的减少量ΔEp＝(m2－m1)gh5＝0.600 J.
(2)系统机械能守恒，由机械能守恒定律得(m2－m1)gh＝ eq \f(1,2)(m1＋m2)v2，解得 eq \f(1,2)v2＝ eq \f(（m2－m1）g,（m1＋m2）)h，结合 eq \f(1,2)v2­h图像有 eq \f(（m2－m1）g,（m1＋m2）)＝ eq \f(5.82,1.20)，解得g＝9.70 m/s2.