高三物理二輪高頻考點(diǎn)突破專題35 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

高考物理二輪高頻考點(diǎn)專題突破專題35驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律專練目標(biāo)專練內(nèi)容目標(biāo)1利用“氣墊光門法”驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（1T—2T）目標(biāo)2利用“單擺”驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（4T—6T）目標(biāo)3利用“系統(tǒng)法”研究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)（7T—10T）目標(biāo)4利用其他方法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（11T—15T）【典例專練】一、利用“氣墊光門法”驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1．為了驗(yàn)證物體沿不同傾角的光滑斜面下滑過程中機(jī)械能守恒，某學(xué)習(xí)小組用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置（包括導(dǎo)軌、氣源、光電門、滑塊、遮光條、數(shù)字計(jì)時(shí)器）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。此外可使用的實(shí)驗(yàn)器材還有：天平、游標(biāo)卡尺、刻度尺。（1）某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn)步驟，其中不必要的步驟是_____（填寫步驟前面的序號(hào)）①在導(dǎo)軌上選擇兩個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢肁、B安裝光電門I、II,并連接數(shù)字計(jì)時(shí)器；②用天平測(cè)量滑塊和遮光條的總質(zhì)量m；③用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d；④將氣墊導(dǎo)軌的一端墊起適當(dāng)高度；⑤用刻度尺分別測(cè)量A、B兩點(diǎn)到水平桌面的高度h1、h2；⑥將滑塊從光電門I左側(cè)某處由靜止釋放，從數(shù)字計(jì)時(shí)器分別讀出滑塊通過光電門I、II的時(shí)間?t1、?t2；⑦改變氣墊導(dǎo)軌傾斜角度，重復(fù)步驟⑤⑥，完成多次測(cè)量。（2）用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d時(shí)，游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖所示，則d=____mm；（3）根據(jù)多次測(cè)量結(jié)果，若在誤差允許范圍內(nèi)均滿足h1-h2=____（用上述必要的實(shí)驗(yàn)步驟中直接測(cè)量的物理量符號(hào)表示，寫出表達(dá)式即可。重力加速度為g），則可驗(yàn)證物體沿不同角度的光滑斜面下滑過程中機(jī)械能守恒。【答案】

②

5.00

【詳解】（1）[1]驗(yàn)證物體沿光滑斜面下滑的過程中機(jī)械能守恒，需要通過光電門測(cè)量滑塊運(yùn)動(dòng)速度滑塊下滑過程中機(jī)械能守恒，減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能整理化簡(jiǎn)得由此可知，①③④⑤⑥⑦是必要的，不符合題意，②是不必要的，符合題意。故選②。（2）[2]由圖可知,此游標(biāo)卡尺為20分度的,且游標(biāo)的0刻度與主尺對(duì)齊,故游標(biāo)卡尺的示數(shù)（3）[3]根據(jù)（1）可知在誤差允許的范圍內(nèi)，滿足該等式則認(rèn)為滑塊下滑過程中機(jī)械能守恒。2．利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示。實(shí)驗(yàn)步驟如下：①將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1m②將氣墊導(dǎo)軌右端調(diào)節(jié)高些，以平衡摩擦力③用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光條的寬度d④用刻度尺測(cè)出兩光電門A、B中心之間的距離s⑤用天平測(cè)出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M、托盤和砝碼的總質(zhì)量m⑥接通氣源，將滑塊移至光電門A右側(cè)某處，待托盤和砝碼靜止不動(dòng)時(shí)，釋放滑塊，且要求托盤和砝碼落地前擋光條已通過光電門B⑦從數(shù)字計(jì)時(shí)器（圖中未畫出）上分別測(cè)得擋光條通過光電門A和光電門B擋光所用的時(shí)間ΔtA和ΔtB⑧用公式ΔEP=mgs'計(jì)算出系統(tǒng)重力勢(shì)能減少量，用公式ΔEK計(jì)算出系統(tǒng)動(dòng)能的增加量，通過比較ΔEP和ΔEK是否相等，就能驗(yàn)證該過程系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒。上述實(shí)驗(yàn)②步驟有錯(cuò)，應(yīng)改為________；實(shí)驗(yàn)⑧步驟中ΔEK表達(dá)式有錯(cuò)，應(yīng)改為________。某次測(cè)量擋光條寬度如圖乙所示，其讀數(shù)d=________×10-3m。【答案】

將氣墊導(dǎo)軌調(diào)到水平

9.50【詳解】[1]上述實(shí)驗(yàn)②步驟有錯(cuò)，應(yīng)改為將氣墊導(dǎo)軌調(diào)到水平；[2]從數(shù)字計(jì)時(shí)器（圖中未畫出）上分別測(cè)得擋光條通過光電門A和光電門B擋光所用的時(shí)間ΔtA和ΔtB，經(jīng)過兩光電門的速度動(dòng)能變化[3]讀數(shù)二、利用“單擺”驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律3．用圖甲數(shù)字化機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。N為內(nèi)置了光電門的擺錘，通過白色輕質(zhì)桿懸掛于轉(zhuǎn)軸處，儀器上嵌有10個(gè)相同的白色圓柱體。當(dāng)擺錘通過某個(gè)白色圓柱體時(shí)，光電門能測(cè)出通過該圓柱體所用的時(shí)間（即圓柱體遮光的時(shí)間），將輕桿拉至水平，由靜止開始釋放擺錘，記錄擺錘通過①~⑩圓柱體所用的時(shí)間，分別為、，用左側(cè)刻度尺測(cè)出①~⑩圓柱體與擺錘釋放點(diǎn)間的高度差分別為、。重力加速度為。（1）關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是______。A．實(shí)驗(yàn)中還需要測(cè)出擺錘的質(zhì)量B．實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)使左側(cè)刻度尺處于豎直位置C．白色圓柱體應(yīng)沿圓弧等距均勻分布D．若未從靜止釋放擺錘將不能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（2）用游標(biāo)卡尺測(cè)量圓柱體的直徑d如圖乙，讀數(shù)為______cm。（3）若有關(guān)系式______（用題中所給字母表示）成立，則可驗(yàn)證擺錘從②運(yùn)動(dòng)到⑧的過程機(jī)械能守恒。（4）實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)擺錘重力勢(shì)能的減小量略大于擺錘動(dòng)能的增加量，則可能的原因是______。（5）由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過描點(diǎn)作出了如圖丙所示的線性圖像，圖像的縱坐標(biāo)應(yīng)為______（選填、或），根據(jù)圖像說明機(jī)械能守恒的依據(jù)是______。【答案】

B

0.620

實(shí)驗(yàn)中存在阻力（其他答案合理即給分）

圖像的斜率為【詳解】（1）[1]A．根據(jù)機(jī)械能守恒定律，重力勢(shì)能的減少量與動(dòng)能增加量中均含有m，所以可以約掉，此實(shí)驗(yàn)可以不測(cè)質(zhì)量一樣可以得出結(jié)論，故A錯(cuò)誤；B．實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)使左側(cè)刻度尺處于豎直位置，這樣便于計(jì)算擺錘運(yùn)動(dòng)過程中的高度差，故B正確；C．為方便的計(jì)算圓柱體與擺錘初始位置的高度差，各圓柱體可以等高分布，而不是要沿圓弧等距均勻分布，故C錯(cuò)誤；D．若釋放擺錘時(shí)有初速度，可以選擇其通過各圓柱體的過程來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，故D錯(cuò)誤。故選B。（2）[2]游標(biāo)卡尺讀數(shù)是主尺讀數(shù)（mm的整數(shù)倍）加上游標(biāo)尺的讀數(shù)（mm的小數(shù)位），由圖可讀出為（3）[3]若擺錘從②運(yùn)動(dòng)到⑧的過程機(jī)械能守恒，則應(yīng)有簡(jiǎn)化得（4）[4]擺錘往下擺動(dòng)過程中，空氣阻力對(duì)其做負(fù)功，機(jī)械能有損失，因此減少的重力勢(shì)能并沒有完全轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。（5）[5]若滿足得知圖像是一條過原點(diǎn)的傾斜直線，故圖像縱坐標(biāo)應(yīng)為。[6]如果圖像的斜率在誤差允許的范圍內(nèi)等于，機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證。4．DIS是由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件構(gòu)成的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。某實(shí)驗(yàn)小組“用DIS研究機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將擺球（連同遮光片J）每次都從同一位置M下擺，傳感器K分別固定在A、B、C、D采集數(shù)據(jù)，D點(diǎn)為擺球通過的最低點(diǎn)。在一次實(shí)驗(yàn)中以圖象方式采集數(shù)據(jù)并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所顯示的圖象如圖乙所示。圖象的橫軸表示擺球距離D點(diǎn)的高度h，縱軸表示擺球的重力勢(shì)能Ep、動(dòng)能Ek或機(jī)械能E（不計(jì)空氣阻力）。（1）圖乙中的圖象表示擺球重力勢(shì)能Ep隨擺球距離D點(diǎn)的高度h變化關(guān)系的圖線是_____（選填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）。（2）擺球在擺動(dòng)過程中，重力所做功的最大值為_____J（重力加速度取9.8m/s2）。（3）從圖乙中的圖象可以得出本實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是：_____?！敬鸢浮?/p>

Ⅱ

0.016

擺球在擺動(dòng)過程中，機(jī)械能守恒【詳解】（1）[1]根據(jù)Ep＝mgh和動(dòng)能定理可知，當(dāng)高度增大時(shí)，重力做負(fù)功，Ep＝mgh增大，動(dòng)能減小，而機(jī)械能不變，則擺球重力勢(shì)能Ep隨擺球距離D點(diǎn)的高度h變化關(guān)系的圖線是Ⅱ。（2）[2]小球擺動(dòng)過程受到拉力和重力，拉力不做功，只有重力做功，由圖知，小球的機(jī)械能守恒，因此直線Ⅰ表示機(jī)械能，而當(dāng)動(dòng)能為零時(shí)，重力勢(shì)能最大，即重力所做功的最大值為0.016J。（3）[3]由三個(gè)圖線可知，動(dòng)能+重力勢(shì)能＝機(jī)械能，因此擺球在擺動(dòng)過程中，機(jī)械能守恒。5．某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖甲所示裝置驗(yàn)證小鐵球在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)過程中機(jī)械能守恒。將力傳感器固定，不可伸長(zhǎng)的輕繩一端系住小球，另一端連接力傳感器，若某次實(shí)驗(yàn)記錄輕繩拉力大小隨時(shí)間的變化如圖乙所示，其中是實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的最大拉力值。（1）現(xiàn)用游標(biāo)卡尺測(cè)得小球的直徑如圖丙所示，則小球的直徑為______cm；（2）觀察圖乙中拉力峰值隨時(shí)間的變化規(guī)律，分析形成這一結(jié)果的主要原因是______；（3）若測(cè)得小球質(zhì)量為m，直徑為d，輕繩長(zhǎng)為l，小球釋放的位置到最低點(diǎn)的高度差為h，重力加速度為g，小球由靜止釋放到第一次運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的過程中，驗(yàn)證該過程小球機(jī)械能守恒的表達(dá)式為______（用題中給定的字母表示）?！敬鸢浮?/p>

1.220

空氣阻力的影響

【詳解】（1）[1]小球的直徑為（2）[2]根據(jù)F-t圖像可知小球做周期性的擺動(dòng)，每次經(jīng)過最低點(diǎn)的拉力最大，而最大拉力逐漸減小，說明經(jīng)過最低點(diǎn)的最大速度逐漸減小，則主要原因是空氣阻力做負(fù)功，導(dǎo)致機(jī)械能有損失（3）[3]小球由靜止釋放到第一次運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的過程中，重力勢(shì)能的減小量根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)，在最低點(diǎn)則動(dòng)能即動(dòng)能的增量當(dāng)機(jī)械能守恒，即表達(dá)式為6．某同學(xué)用圖示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)步驟如下：①將拉力傳感器固定在高處，傳感器與顯示屏連接，用細(xì)線系著一實(shí)心小球，細(xì)線另一端固定在傳感器下端的O點(diǎn)，調(diào)整激光筆的高度使其光線水平經(jīng)過O點(diǎn)；②小球自由靜止時(shí)讀出傳感器示數(shù)F0；③將小球拉起，使細(xì)線伸直且與激光束重合，釋放小球，讀出小球下擺過程中傳感器最大示數(shù)F1；④增大懸線長(zhǎng)度，多次重復(fù)步驟③，依次讀出小球下擺過程中傳感器最大示數(shù)F2、F3、F4……Fn；⑤求出傳感器最大示數(shù)的平均值，比較Fm與F0的值。（1）下列同體積小球中選用_________（填字母標(biāo)號(hào)）更有利于驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。A．鋼球

B．塑料球

C．鋁合金球（2）在誤差允許范圍內(nèi)，若Fm=________F0，則該過程滿足機(jī)械能守恒。若改換為密度更大的同體積小球，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，該關(guān)系式__________（填“仍然”或“不再”）成立。【答案】

A

3

仍然【詳解】（1）[1]小球下擺過程中若只有重力做功，則機(jī)械能守恒，為減小空氣阻力影響，相同體積時(shí)應(yīng)選用密度大的小球，故應(yīng)選鋼球，A正確。（2）[2]豎直懸掛時(shí)，小球受力平衡有小球下擺過程若機(jī)械能守恒，則從釋放到最低點(diǎn)有在最低點(diǎn)拉力最大解得[3]最大值與繩長(zhǎng)無(wú)關(guān)，故若僅增大小球質(zhì)量，關(guān)系仍然成立。三、利用“系統(tǒng)法”研究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)7．某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。A、B為材料不同的小桶，其中小桶位置A上裝有遮光片，B內(nèi)裝有若干質(zhì)量均為m的金屬球，兩個(gè)小桶用繞過光滑定滑輪的輕繩連接，豎直刻度尺下端固定有光電門。初態(tài)時(shí)系統(tǒng)靜止，繩子拉力為Mg，記下遮光片在標(biāo)尺上對(duì)準(zhǔn)的位置。（1）用游標(biāo)卡尺測(cè)遮光片的寬度d，如圖乙所示，則______cm。（2）將小桶B內(nèi)的一個(gè)小球放到小桶A中，然后由靜止釋放小桶A，記錄遮光片通過光電門的遮光時(shí)間t，則遮光片遮光時(shí)小桶A的速度為______。（3）將小桶B中的2個(gè)，3個(gè)，4個(gè)……n個(gè)小球轉(zhuǎn)移到小桶A中，仍由靜止釋放小桶A，保持每次小桶A下落的初始位置不變，測(cè)得多個(gè)對(duì)應(yīng)的遮光片遮光時(shí)間t，以為縱軸，以n為橫軸，作出圖象，通過刻度尺測(cè)出小桶A釋放時(shí)遮光片到光電門的距離h，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，如果作出的圖線為過原點(diǎn)的直線且圖線的斜率等于______，則可驗(yàn)證機(jī)械能守恒然定律?！敬鸢浮?/p>

0.535

【詳解】（1）[1]由游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則可知遮光片的寬度（2）[2]由題意可得，遮光片遮光時(shí)小桶A的速度（3）[3]根據(jù)機(jī)械能守恒定律有整理有如果得到的圖線為過原點(diǎn)的直線，且斜率即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。8．某同學(xué)用如圖甲所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。用細(xì)線連接質(zhì)量、的兩物體，跨過光滑輕質(zhì)小滑輪，在下端拖著的紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，讓從高處由靜止開始下落。實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶如圖乙所示，O是打下的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C、D是計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰的兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有一個(gè)點(diǎn)未畫出，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器頻率為50Hz，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取。（計(jì)算結(jié)果均保留兩位小數(shù)）（1）在打下C點(diǎn)時(shí)兩物體的速度大小___________m/s。（2）從O點(diǎn)到C點(diǎn)的過程中，系統(tǒng)動(dòng)能的增加量__________J，系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量__________J。（3）從O點(diǎn)到C點(diǎn)的過程中，系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量大于系統(tǒng)動(dòng)能的增加量的可能原因是：____________________?！敬鸢浮?/p>

1.12

0.80

0.83

克服空氣阻力做功【詳解】（1）[1]打下C點(diǎn)時(shí)兩物體的速度大?。?）[2]動(dòng)能的增加量[3]重力勢(shì)能的減少量（3）[4]大于的原因可能是物體克服空氣阻力做功，克服紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間的摩擦力做功，克服細(xì)線與滑輪間的摩擦力做功，克服阻力做功等。9．某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖甲所示裝置來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。A、B是兩個(gè)相同的小物塊，用天平測(cè)得其質(zhì)量均為m，C是內(nèi)部裝有砝碼的托盤，其總質(zhì)量為M，A、B間用輕彈簧拴接，B、C間用輕質(zhì)且不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩相連。物塊A靜止放置在一壓力傳感器上，C的正下方放置一測(cè)速儀，該測(cè)速儀能測(cè)出C的速率，壓力傳感器與測(cè)速儀相連，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)可向計(jì)算機(jī)輸出。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中彈簧均處于彈性限度內(nèi)，彈簧的彈性勢(shì)能只與彈簧本身及形變量有關(guān)，不計(jì)滑輪與細(xì)繩的摩擦，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。（1）開始時(shí)，系統(tǒng)在外力作用下保持靜止，細(xì)繩拉直但張力為零?，F(xiàn)自由釋放C，當(dāng)C向下運(yùn)動(dòng)到某一位置時(shí)，壓力傳感器示數(shù)為零，測(cè)速儀顯示的對(duì)應(yīng)速率為v，且v不為零。其中M和m大小關(guān)系應(yīng)滿足M_________m（填“小于”“等于”或“大于”），才能實(shí)現(xiàn)上述過程；（2）保持A、B質(zhì)量m不變，增加C中砝碼的個(gè)數(shù)，即增大托盤和砝碼的總質(zhì)量M，重復(fù)步驟（1），當(dāng)壓力傳感器示數(shù)再次為零時(shí)，C下落的高度為________（設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為k），與前一次相比C下落的高度將_________（填“增加”“減少”或“不變”）；（3）重復(fù)上述操作，得到多組不同M下對(duì)應(yīng)的v。根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)，為更直觀地驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，作出圖線如圖乙所示，圖線在縱軸上的截距為b，則彈簧的勁度系數(shù)k=________（用題目中的已知量表示）?！敬鸢浮?/p>

大于

不變

【詳解】（1）[1]根據(jù)題意，壓力傳感器的示數(shù)為零，且不為0，因此C減少的重力勢(shì)能大于B增加的重力勢(shì)能，C下落的高度等于B物體上升的高度，所以C的質(zhì)量M大于B的質(zhì)量m；（2）[2][3]剛釋放C時(shí)，彈簧處于壓縮狀態(tài)若使壓力傳感器示數(shù)為零，則彈簧處于拉長(zhǎng)狀態(tài)，拉力為因此C下落的高度為彈簧的形變量為增加M的質(zhì)量，使M下落，由于壓力傳感器的示數(shù)再次為零，不論C的質(zhì)量如何，要使壓力傳感器示數(shù)為零，則B物體上升了，C下落的高度為，C下落的高度不變；（3）[4]從釋放到壓力傳感器示數(shù)為零，彈簧的彈性勢(shì)能不變，重力勢(shì)能的減小量等于動(dòng)能的增加量，則有即可知縱軸截距解得10．利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌；導(dǎo)軌上A處有一帶長(zhǎng)方形遮光片的滑塊，其總質(zhì)量為M，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的輕繩與一質(zhì)量為m的小球相連；遮光片兩條長(zhǎng)邊與導(dǎo)軌垂直；導(dǎo)軌上B處有一光電門，可以測(cè)量遮光片經(jīng)過光電門時(shí)的擋光時(shí)間，用表示A到光電門B的距離，表示遮光片的寬度，將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B時(shí)的瞬時(shí)速度，實(shí)驗(yàn)時(shí)滑塊在A處由靜止開始運(yùn)動(dòng)，重力加速度為g。（1）某次實(shí)驗(yàn)測(cè)得傾角，重力加速度用g表示，滑塊從A處到達(dá)B處時(shí)m和M組成的系統(tǒng)動(dòng)能增加量可表示為_______，在誤差允許的范圍內(nèi)方程_______成立，則可認(rèn)為系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。（用題中所給的物理量表示）。（2）在上述實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)改變A、B間的距離L，測(cè)出滑塊通過B時(shí)的瞬時(shí)速度v，作出的圖象如圖2所示，并測(cè)得，則重力加速度________。（保留三位有效數(shù)字）【答案】

9.68【詳解】（1）[1]由于擋光片通過光電門的速度因此m和M組成的系統(tǒng)動(dòng)能增加量為[2]小球重力勢(shì)能的減小量滑塊重力勢(shì)能增加量因此系統(tǒng)的重力勢(shì)能減少量在誤差允許的范圍內(nèi)，應(yīng)該滿足機(jī)械能守恒，即即（2）[3]由于代入數(shù)據(jù)，整理得圖像的斜率就是重力加速度，因此重力加速度四、利用其他方法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律11．如圖甲所示的斜槽，其末端水平且有一定長(zhǎng)度，靠在豎直板（前表面貼有白紙）的左側(cè)前邊緣，某同學(xué)利用該裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。（1）該同學(xué)將小鋼球A從軌道的不同高度h處?kù)o止釋放，斜槽軌道水平末端離落點(diǎn)的高度固定為H，鋼球的落點(diǎn)距軌道末端的水平距離為s。①若軌道完全光滑，s2與h的理論關(guān)系應(yīng)滿足s2=________（用H、h表示）。②圖乙中s2-h關(guān)系圖線a，b，c中，第________條為理論關(guān)系圖線，第_______條為實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果圖線。（2）接著該同學(xué)將質(zhì)量為0.1kg的小鋼球A由斜槽某位置靜止釋放，由頻閃照相得到如圖丙所示的小球位置示意圖，O點(diǎn)為小球的水平拋出點(diǎn)。（g取10m/s2）①根據(jù)小球位置示意圖計(jì)算出閃光間隔為0.1s。②以O(shè)點(diǎn)為零勢(shì)能點(diǎn)，小球A在O點(diǎn)的機(jī)械能為Eko=_______J（保留四位小數(shù)）；小球A在C點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能為Ekc=_______J，若Eko=Ekc，則說明小球平拋過程機(jī)械能守恒?！敬鸢浮?/p>

4Hh

a

b

0.1125

0.1125【詳解】（1）①[1]根據(jù)動(dòng)能定理有由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得聯(lián)立可得②[2][3]若軌道不完全光滑，則從同一高度滑下的小鋼球?qū)嶋H水平拋出的速率小于理論值，其水平位移也小于理論值，所以圖乙中s2－h(huán)關(guān)系圖線a、b、c中，第a條為理論關(guān)系圖線，第b條為實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果圖線。（2）②[4]水平方向的初速度為小球A在O點(diǎn)的機(jī)械能為[5]設(shè)O點(diǎn)下第二個(gè)點(diǎn)為B點(diǎn)，其豎直方向速度為小球A在C點(diǎn)時(shí)，其豎直方向速度為小球A在C點(diǎn)時(shí)速度為小球A在C點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能為12．利用甲圖裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，通電時(shí)，小鋼球補(bǔ)吸在電磁鐵上，斷電時(shí)，小鋼球自由落下。空氣阻力可忽略不計(jì)。(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量小鋼球的直徑如圖乙所示，則直徑為____________。(2)①測(cè)出小鋼球從釋放位置到光電門中心的距離為h（h遠(yuǎn)大于d）。釋放小鋼球，記下其通過光電門的時(shí)間；②改變，測(cè)出多組（，）數(shù)據(jù)，畫出圖像如圖丙所示；③測(cè)出圖像的斜率為。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，若在誤差允許的范圍內(nèi)，斜率近似等于____________（用所給的物理量的字母表示），則機(jī)械能守恒定律成立。(3)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可能的主要原因是____________________________________?！敬鸢浮?/p>

0.6725

斷電后電磁鐵的磁性未立即消失【詳解】(1)[1]螺旋測(cè)微器的讀數(shù)方法是固定刻度讀數(shù)加上可動(dòng)刻度讀數(shù)，在讀可動(dòng)刻度讀數(shù)時(shí)需估讀。螺旋測(cè)微器的固定刻度讀數(shù)為6.5mm。可動(dòng)刻度讀數(shù)為0.01×22.5mm=0.225mm所以最終讀數(shù)為d=6.5mm+0.225mm=6.725mm=0.6725cm(2)③[2]小鋼球做自由落體運(yùn)動(dòng)可得所以畫出圖像斜率(3)[3]影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可能的主要原因是斷電后電磁鐵的磁性未立即消失，對(duì)小鋼球下落有阻力。13．某同學(xué)利用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，所用器材包括：安裝phyphoxAPP的智能手機(jī)、鐵球、刻度尺、鋼尺等。實(shí)驗(yàn)過程如下：（1）一鋼尺伸出水平桌面少許，將質(zhì)量為m的鐵球放在鋼尺末端，用刻度尺測(cè)出鋼尺上表面與地板間的高度差；（2）運(yùn)行智能手機(jī)中的聲音“振幅”（聲音傳感器）項(xiàng)目；（3）迅速敲擊鋼尺側(cè)面，鐵球自由下落。傳感器記錄下聲音振幅隨時(shí)間變化曲線如圖10乙所示，第一、第二個(gè)尖峰的橫坐標(biāo)分別對(duì)應(yīng)鐵球開始下落和落地時(shí)刻。測(cè)得這兩個(gè)尖峰的時(shí)間間隔為。（4）若鐵球下落過程中機(jī)械能守恒，則應(yīng)滿足等式：___________（請(qǐng)用物理量符號(hào)m、g、h、t表示）。（5）若已知鐵球質(zhì)量為50g，，則下落過程中減小的重力勢(shì)能，增加的動(dòng)能___________J（結(jié)果保留3位小數(shù)）。相對(duì)誤差___________，據(jù)此可以得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在誤差允許的范圍內(nèi)，鐵球在自由下落過程中機(jī)械能守恒。（6）敲擊鋼尺側(cè)面時(shí)若鐵球獲得一個(gè)較小的水平速度，對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果___________（填“有”或“沒有”）影響?！敬鸢浮?/p>

或

0.380

0.5

沒有【詳解】（4）[1]鐵球下落的速度為根據(jù)初速度為0的勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式有；解得鐵球下落時(shí)間t的速度為若鐵球下落過程中機(jī)械能守恒，則應(yīng)滿足等式代入數(shù)據(jù)解得或（5）[2]下落過程中增加的動(dòng)能[3]相對(duì)誤差（6）[4]根據(jù)運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性，敲擊鋼尺側(cè)面時(shí)若鐵球獲得一個(gè)較小的水平速度，不影響鐵球豎直方向的運(yùn)動(dòng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果沒有影響。14．某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。頻閃儀每隔0.05s閃光一次，圖中所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離，（當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取9.8m/s2，小球質(zhì)量m=0.200kg，計(jì)算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）：（1）由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算t5時(shí)刻小球的速度v5=________m/s。（2）從t2到t5時(shí)間內(nèi)，重力勢(shì)能增加量?Ep=___________J，動(dòng)能減少量?Ek=________J。