專項(xiàng)07驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(原卷版)

2021屆高考物理實(shí)驗(yàn)專項(xiàng)突破--驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（2021?河南高三二模）在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中某研究小組采用了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)的主要步驟是：在一根不可伸長(zhǎng)的細(xì)線一端系一直徑為d金屬小球，另一端固定于。點(diǎn)，記下小球靜止時(shí)球心的位置4,在A處放置一個(gè)光電門，現(xiàn)將小球拉至球心距A高度為。處由靜止釋放，記下小球通過(guò)光電門時(shí)的擋光時(shí)間重力加速度為g，請(qǐng)回答以下問(wèn)題：（1）如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測(cè)得小球的直徑廬cm；（2）若等式成立，說(shuō)明圖甲小球下擺過(guò)程機(jī)械能守恒（用題中所給字母表示）（3）若撤去光電門，在。點(diǎn)安裝一個(gè)拉力傳感器，測(cè)出線上的拉力R實(shí)驗(yàn)中記錄細(xì)線拉力大小隨時(shí)間的變化如圖丙所示（小是實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的最大拉力值）在小球第一次運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn)的過(guò)程，根據(jù)重力勢(shì)能的減少量和動(dòng)能的增加量之間的關(guān)系，也可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。觀察圖丙中拉力峰值隨時(shí)間變化規(guī)律，從能量的角度分析造成這一結(jié)果的主要原因?yàn)椋?。?021?天津高三一模）用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證犯、叫組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。叫從高處由靜止開始下落，如上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。如圖乙給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶，（）是打下的第一個(gè)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)（圖中未標(biāo)出），所用電源的頻率為50Hz。已知町二150g、=250go貝ij（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）（1）在打下0點(diǎn)到打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5的過(guò)程中系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量△5=J；（當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭取lOm/s2）（2）在打下0點(diǎn)到打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5的過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)能的增加量AEk=J：（3）某同學(xué)測(cè)出多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度大小口及對(duì)應(yīng)〃下落的高度/?,作出的匕-力圖像如圖丙所示，則圖像2的斜率表達(dá)式攵=o（用町、加2和g表示）（2021.山西晉中市.高三二模）某同學(xué)在輔導(dǎo)叢書上閱讀到彈簧彈性勢(shì)能的表達(dá)式為質(zhì)2（攵為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量），該同學(xué)想進(jìn)一步探究彈簧的性質(zhì)，并驗(yàn)證以上彈性勢(shì)能的表達(dá)式是否成立。請(qǐng)根據(jù)如下探究的過(guò)程，完成相關(guān)內(nèi)容：（1）將輕質(zhì)彈簧懸掛于鐵架臺(tái)，測(cè)得彈簧原長(zhǎng)及;（2）在彈簧下端拴掛質(zhì)量為機(jī)的鉤碼，待系統(tǒng)靜止時(shí)，測(cè)得彈簧長(zhǎng)度L；（3）根據(jù)以上測(cè)量值可得，彈簧的勁度系數(shù)為（用〃?、當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭以及八Lo表示）；（4）托起鉤碼使彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)，并由靜止釋放，測(cè)得彈簧拉伸的最大長(zhǎng)度發(fā)現(xiàn)得到彈簧兩次伸長(zhǎng)量分別為所L-Lo和x=r-￡o;（5）改變鉤碼個(gè)數(shù)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到多組網(wǎng)、入數(shù)據(jù)，作iHx—xo圖像是（填“一條直線''或“一條曲線”）；x-xo圖像中斜率大小在誤差范圍內(nèi)等于時(shí)，說(shuō)明以上彈簧彈性勢(shì)能表達(dá)式成立。（2021?遼寧錦州市?高三一模）用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。輕桿兩端固定兩個(gè)大小相等但質(zhì)量不等的小球P、Q，桿可以繞固定于中點(diǎn)。的水平軸在豎直面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。。點(diǎn)正下方有一光電門，小球可恰好通過(guò)光電門，已知重力加速度為g。（l）P、Q從水平位置由靜止釋放，當(dāng)小球P通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)，與光電門連接的數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間為ZV,小球的直徑為d,則小球P經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的速度為^=。（2）用游標(biāo)卡尺測(cè)得小球的直徑如圖乙所示，則小球的直徑為"=cm。（3）若兩小球P、Q球心間的距離為L(zhǎng),小球P的質(zhì)量是小球Q質(zhì)量的2倍（左＞1）,當(dāng)滿足&=（用L、d、X、g表示）時(shí)，就表明驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。（2021?浙江溫州市?高三二模）如圖所示，A、B兩物塊系在一條跨過(guò)定滑輪的繩子兩端，孫同學(xué)要利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。①為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度，李同學(xué)給出了以下建議：A.繩的質(zhì)量要輕B.輪軸盡量光滑C.保證兩物塊在同一高度處釋放D.兩個(gè)物塊的質(zhì)量之差要盡可能小你認(rèn)為以上建議中確實(shí)對(duì)提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度有作用的是；②你認(rèn)為滑輪質(zhì)量是否會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度（選填“會(huì)”或“不會(huì)”）。（2021?山東煙臺(tái)市?高三一模）實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌、數(shù)字計(jì)時(shí)器和拉力傳感器做“研究沿斜面下滑物體的機(jī)械能“實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，水平桌面上固定一帶有刻度尺的傾斜氣墊導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上A點(diǎn)處有一帶遮光條的長(zhǎng)方形滑塊，用天平測(cè)得其總質(zhì)量為〃?。定滑輪與拉力傳感器之間的細(xì)繩是豎直的，定滑輪與滑塊之間的細(xì)繩平行于氣墊導(dǎo)軌。實(shí)驗(yàn)步驟如下：①用圖乙所示的游標(biāo)卡尺測(cè)出遮光條的寬度d=m；②安裝好實(shí)驗(yàn)器材，給氣墊導(dǎo)軌接上氣源，然后讀出拉力傳感器的示數(shù)凡同時(shí)從氣墊導(dǎo)軌刻度尺上讀出遮光條中心與光電門之間的距離L\③燒斷拉力傳感器與滑塊之間的細(xì)繩，讓滑塊滑向光電門并記錄遮光條通過(guò)光電門的時(shí)間/;④多次改變滑塊與光電門之間的距離，每次實(shí)驗(yàn)測(cè)量相應(yīng)的L與，值，填入相應(yīng)的表格中。試分析下列問(wèn)題：（1）本實(shí)驗(yàn)中需驗(yàn)證關(guān)系式成立，即可驗(yàn)證滑塊沿斜面下滑過(guò)程中機(jī)械能守恒：（2）小組同學(xué)根據(jù)測(cè)得的L與，的值，用描點(diǎn)法作出如圖內(nèi)所示的十一心圖像，已知圖像的斜率為h則可求得滑塊下滑的加速度為a=o（2021?山東高三其他模擬）某小組同學(xué)按以下操作進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)，由書中查得當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。實(shí)驗(yàn)步驟如下。A.將質(zhì)量均為小的物塊A、8用跨過(guò)定滑輪的不可伸長(zhǎng)的輕繩連接，在物塊8的正下方地面上固定有與計(jì)算機(jī)相連的位移傳感器如圖（a）所示；B.在物塊81：加一個(gè)質(zhì)量為"%的槽碼。后由靜止釋放物塊8,可在計(jì)算機(jī)上得到物塊8的工-/圖像（工表示4到傳感器的距離，/表示運(yùn)動(dòng)時(shí)間）；C.重復(fù)4中的操作，在得到幾條圖線后，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。其中一條圖線如圖（b）所示，是圖線上一點(diǎn)，。是圖線的縱截距，過(guò)P點(diǎn)的切線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)為d（圖中未畫出）。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。（I）圖（b）所對(duì)應(yīng)的過(guò)程中，物塊8在，時(shí)的速度大小為o（2）根據(jù)題給條件和計(jì)算機(jī)顯示的數(shù)據(jù)，若=,則可認(rèn)為在誤差允許的范圍內(nèi)A、B、C組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。（3）小明在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，下落時(shí)間越長(zhǎng)，（2）中兩式結(jié)果相差越大，造成這一現(xiàn)象的原因可能是。（2021?安徽高三一模）某物理興趣小組利用阿特伍德機(jī)裝置開展力學(xué)實(shí)驗(yàn)，如圖（〃）所示，兩物塊2和Q由不可伸長(zhǎng)的輕繩連接，輕繩跨過(guò)光滑的輕質(zhì)滑輪，物塊P上面固定有寬度為，/的遮光片，物塊P（含遮光片）的質(zhì)量為機(jī)，物塊。的質(zhì)量為M（M=I5%），光電門固定在鐵架臺(tái)上，高度可以調(diào)節(jié)，用測(cè)量物塊戶經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的遮光時(shí)間?？諝庾枇雎圆挥?jì)。（1）甲組同學(xué)用此裝置測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭,實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：①用手托住物塊Q,使兩物塊均處于靜止?fàn)顟B(tài)，利用刻度尺測(cè)量出物塊P上的遮光片到光電門的距離力：②釋放物塊Q,兩物塊由靜止開始運(yùn)動(dòng)，記錄物塊P的遮光片經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的擋光時(shí)間3則此時(shí)物塊Q的速度為v=：③改變物塊。的遮光片與光電門的距離爪重復(fù)以上步驟進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，得到多組/?和/并記錄，描繪出h-J的圖像如圖（b）,計(jì)算得到圖像的斜率為上由此求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹橹r（2）乙組同學(xué)計(jì)劃利用此裝置進(jìn)行其它力學(xué)實(shí)驗(yàn)，身邊只有以上給定器材，下列實(shí)驗(yàn)中他們可以完成的有（用選項(xiàng)前字母表示）：A.驗(yàn)證系統(tǒng)的動(dòng)量守恒定律B.驗(yàn)證系統(tǒng)的機(jī)械能守恒定律C.探究物塊戶的加速度與質(zhì)量的關(guān)系D.探究物塊。的功與速度變化的關(guān)系（2021?江蘇省丹陽(yáng)高級(jí)中學(xué)高三一模）某同學(xué)利用圖甲裝置探究”系統(tǒng)的機(jī)械能守恒”，該系統(tǒng)由鉤碼與彈簧組成，實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）首先測(cè)量出遮光條的寬度do。.測(cè)遮光條的寬度需要用圖乙中的（選填或"D”）。.某同學(xué)用卡尺把遮光條夾緊后直接進(jìn)行讀數(shù)，如圖丙所示讀數(shù)為cm。。上一步驟中該同學(xué)漏掉的操作是0（2）按圖豎直懸掛好輕質(zhì)彈簧，將輕質(zhì)遮光條水平固定在彈簧下端，測(cè)出此時(shí)彈簧的長(zhǎng)度飛；在鐵架臺(tái)上固定一個(gè)位置指針，標(biāo)示出彈簧不掛鉤碼時(shí)遮光條下邊緣的位置。（3）用輕質(zhì)細(xì)線在彈簧下方掛上鉤碼，測(cè)量出平衡時(shí)彈簧的長(zhǎng)度工，并按圖所示將光電門的中心線調(diào)至與遮光條下邊緣同一高度。（4）用手緩慢的將鉤碼向上托起，直至遮光片恰好回到彈簧原長(zhǎng)標(biāo)記指針的等高處（保持細(xì)線豎直），將鉤碼由靜止釋放，記下遮光條經(jīng)過(guò)光電門的時(shí)間Af。（5）多次改變鉤碼個(gè)數(shù)，重復(fù)步驟（3）（4）,得到多組數(shù)據(jù)，做出（彳一天）一（￡）圖像如圖丁所示。通過(guò)查找資料，得知彈簧的彈性勢(shì)能表達(dá)式為馬=；丘'2（其中攵為彈簧的勁度系數(shù)，/為彈簧的形變量），已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹閯t圖線斜率等于（用4和g表示）時(shí)可得系統(tǒng)的機(jī)械能是守恒的。（6）實(shí)驗(yàn)中鉤碼的速度實(shí)際上（選填“大于”、“等于”或“小于”）—.Ar（2021?全國(guó)高三其他模擬）某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)用如圖所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，。為固定的懸點(diǎn)，輕細(xì)繩一端固定在。點(diǎn)，一端與鋼球連接，在。點(diǎn)正下方。處放置一十分鋒利的刀口刃片，OC略小于繩的長(zhǎng)度。把鋼球拉到水平位置A由靜止釋放，鋼球擺到最低點(diǎn)8處時(shí)，輕細(xì)繩被刀口刃片割斷，隨即做平拋運(yùn)動(dòng)進(jìn)入右側(cè)的豎直裝置，裝置中有一個(gè)水平放置的可上下調(diào)節(jié)的傾斜擋板N。實(shí)驗(yàn)前，先將一張白紙和復(fù)寫紙固定在右側(cè)裝置的背板上，鋼球落到傾斜擋板N上后，就會(huì)擠壓復(fù)寫紙，在白紙上留下印跡。(1)本實(shí)驗(yàn)除了需讓鋼球自然下垂測(cè)量。到球心的長(zhǎng)度L外，還需要測(cè)量的物理量有oA.鋼球的質(zhì)量加B.鋼球從A到3的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，“與印跡的豎直距離力“與印跡的水平距離工(2)為了驗(yàn)證鋼球從A到4過(guò)程中機(jī)械能守恒，最終只需在誤差允許的范圍內(nèi)驗(yàn)證表達(dá)式(用題中所給和測(cè)量物理量符號(hào)表示)成立即可。為了減少偶然誤差，調(diào)整傾斜擋板N處于不同位置，多做幾次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。(3)計(jì)算時(shí)誤將鋼球自然下垂時(shí)測(cè)量的輕細(xì)繩的長(zhǎng)度作為鋼球從A到B的下落高度，從理論上分析，第(2)問(wèn)中表達(dá)式可能相等嗎？簡(jiǎn)要說(shuō)明原因。(2021?天津河?xùn)|區(qū)?高三一模)某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖所示，在鐵架臺(tái)鐵夾上固定好一個(gè)力傳感器，一根細(xì)線上端連接在力傳感器上，下端系在小球上，把小球拉離平衡位置一個(gè)角度，由靜止釋放小球，力傳感器可記錄小球在擺動(dòng)過(guò)程中細(xì)線拉力大小，記下力傳感器的最大示數(shù)八(1)關(guān)于實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法中正確的有A.可以直接用彈簧測(cè)力計(jì)代替力傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)B.細(xì)線要選擇伸縮性小的C.球盡量選擇密度大的(2)為完成實(shí)驗(yàn)，需要測(cè)量小球自由靜止時(shí)力傳感器的示數(shù)用，還需要測(cè)量的物理量有。(填正確答案標(biāo)號(hào))A.釋放小球時(shí)的位置與自由靜止位置的高度差力B.小球下落至平衡位置時(shí)的時(shí)間C.擺長(zhǎng)/D.小球的質(zhì)量加(3)需要驗(yàn)證機(jī)械能守恒的表達(dá)式為(用已知量和測(cè)量量的符號(hào)表示)(2021?上海金山區(qū)?高三一模)“用DIS研究機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。(1)本實(shí)驗(yàn)用到的傳感器是，為讓標(biāo)尺盤處于豎直平面內(nèi)，標(biāo)尺盤上的垂直線與自然下垂的擺線要(選填“平行”或“垂直(2)某同學(xué)以擺錘運(yùn)動(dòng)的最低點(diǎn)為零勢(shì)能面，在離開最低點(diǎn)一定高度力處?kù)o止釋放擺錘，測(cè)量擺錘到達(dá)最低點(diǎn)的瞬時(shí)速度，測(cè)得動(dòng)能與重力勢(shì)能的三組數(shù)據(jù)。由第I組數(shù)據(jù)可估算出擺錘卜落高度。約為m0擋光時(shí)間（s）最低點(diǎn)處動(dòng)能（J）釋放點(diǎn)處重力勢(shì)能（J）10.0046980.01090.011020.0046590.01110.011030.0046190.01130.0110擺錘寬度:0.0080m（3）該同學(xué)根據(jù)上述三組數(shù)據(jù)中動(dòng)能與重力勢(shì)能近似相等，得出：擺錘在釋放后，擺動(dòng)整個(gè)過(guò)程近似滿足機(jī)械能守恒。這一推斷證據(jù)（選填“充分”或“不充分”），理由是。（2021.福建省福州第一中學(xué)高三開學(xué)考試）用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證如、〃n組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，/如從高處由靜止開始下落，加上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶