2024屆高考物理復(fù)習(xí)講義：實(shí)驗(yàn)七 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

實(shí)驗(yàn)七驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

夯實(shí)必備知識(shí)

裝置原理圖實(shí)驗(yàn)步驟注意事項(xiàng)

1.安裝器材：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵

1.安裝：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎

架臺(tái)上，用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電源

直安裝，紙帶沿豎直方

相連。

向拉直。

2打.紙帶：用手豎直提起紙帶，使重

2重.物：選密度大、質(zhì)

物?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器下方附近，先接

量大的金屬塊，且在靠

通電源，再松開紙帶，讓重物自由下

近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處釋放。

落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打出一系

3.選帶：點(diǎn)跡清晰，旦

列的點(diǎn)，取下紙帶，換上新的紙帶重

第1個(gè)點(diǎn)、第2個(gè)點(diǎn)間

打幾條（3?5條）紙帶。

距離接近2mmo

3選.紙帶：從打出的幾條紙帶中選出-hnT

4速度:v

一條點(diǎn)跡清晰的紙帶?！?2T~

方案一：利用起始點(diǎn)和第〃點(diǎn)計(jì)算

代入〃吆人”和沙底，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，〃吆/?〃和加相等，則驗(yàn)

證了機(jī)械能守恒定律。

方案二：任取兩點(diǎn)計(jì)算

(1)任取兩點(diǎn)A、B,測(cè)出以8,算出〃吆自8。

數(shù)(2)算出產(chǎn)1^一會(huì)成的值。

據(jù)

(3)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，若mg加8=少〃另一/2點(diǎn)，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒

處

理定律。

方案三：圖像法

從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度力，并計(jì)算各點(diǎn)

速度的平方"，然后以上2為縱軸，以力為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出上2—/2

圖像。若在誤差允許的范圍內(nèi)圖像是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證

了機(jī)械能守恒定律

研透核心考點(diǎn)

考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)

例1如圖1甲所示是用“落體法”驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置(4取9.80

m/s2)o

乙丙

圖1

⑴選出一條清晰的紙帶如圖乙所示，其中。點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn),A、

8、C為三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通以頻率為50Hz的交變電流。用分度值為1mm

的刻度尺測(cè)得04=12.41cm,05=18.90cm,OC=27.06cm,在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和8、

B和C之間還各有一個(gè)點(diǎn)，重錘的質(zhì)量為1.()()kg。根據(jù)以上數(shù)據(jù)算出：當(dāng)打點(diǎn)

計(jì)時(shí)器打到B點(diǎn)時(shí)重錘的重力勢(shì)能比開始下落時(shí)減少了J,此時(shí)重錘的

速度5=m/s,此時(shí)重錘的動(dòng)能比開始下落時(shí)增加了J(結(jié)果均

保留3位有效數(shù)字)。

⑵利用實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的紙帶，測(cè)量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)的距

離〃，算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度。，然后以〃為橫軸、以上?為縱軸作出如圖丙所

示的圖線，圖線的斜率近似等于O

A.19.6B.9.80C.4.90

圖線未過原點(diǎn)0的原因是____________________________________________

答案⑴1.851.831.67(2)B先釋放了紙帶，再接通了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源

解析⑴當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打到B點(diǎn)時(shí)，重錘的重力勢(shì)能減少了AEp=mgOB=

QQ—04

1.()0X9.80XI8.9()X1(廣2J^1.85J;打B點(diǎn)時(shí)重錘的速度vn=-方一=

(27.06-12.41)X1()-2-,,,/“，，一、3,一?1,

--------.--------m/s^l.83m/s,此時(shí)重錘的動(dòng)能增加J△a=5團(tuán)仍=

4入U(xiǎn).UZ乙

LOOX1.832J^1.67Jo

(2)由機(jī)械能守恒定律有=可得;"=g力，由此可知題圖丙圖線的斜率

近似等于重力加速度g,B正確；由題圖丙圖線可知，力=0時(shí)，重錘的速度不等

于零，原因是做實(shí)驗(yàn)時(shí)先釋放了紙帶，再接通了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源。

跟蹤訓(xùn)練

1.(2021?浙江6月選考，17)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，小王用如圖2甲

所示的裝置，讓重物從靜止開始下落，打出一條清晰的紙帶，其中的一部分如圖

乙所示。。點(diǎn)是打下的第一個(gè)點(diǎn)，4、B、C和。為另外4個(gè)連續(xù)打下的點(diǎn)。

(I)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，對(duì)體積和形狀相同的重物，實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇密度大的理由是

(2)已知交流電頻率為5()Hz,重物質(zhì)量為200g,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.8()m/s2,

則從。點(diǎn)到C點(diǎn)，重物的重力勢(shì)能變化量的絕對(duì)值|△弓尸J、C點(diǎn)的動(dòng)

能Ekc=J(計(jì)算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)。

(3)比較反。與公昂的大小，出現(xiàn)這一結(jié)果的原因可能是o

A.工作電壓偏高

B.存在空氣阻力和摩擦力

C.接通電源前釋放了紙帶

答案(1)阻力與重力之比更小(或其他合理解釋)(2)0.547(0.542?0.550都對(duì))

().588(0.570-0.59()都對(duì))(3)C

解析(1)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)時(shí)重物所受阻力越小越好，因此密度大的

重物，阻力與重力之比更小。

(2)由圖乙中可知OC之間的距離為xoc=27.90cm,因此重物的重力勢(shì)能變化量

的絕對(duì)值為|AEpI=0.2X9.8X0.2790J=0.547J；勻變速直線運(yùn)動(dòng)的中間

&姑工、、SWIM17anilXBD0.3300—0.2330

時(shí)刻的速度等于這段時(shí)間的平均速度，貝I」〃?=弁=--------------m/s=

2.425m/s,因此。點(diǎn)的動(dòng)能為反。=1〃虎=；X0.2X2.425?J=0.588J。

⑶工作電壓偏高不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的誤差，存在摩擦力會(huì)使重力勢(shì)能的減少量大于

動(dòng)能的增加量，只有提前釋放了紙帶，紙帶的初速度不為零，下落到同一位詈的

速度偏大才會(huì)導(dǎo)致動(dòng)能的增加量大于重力勢(shì)能的減少量。故C正確。

考點(diǎn)二創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

1.速度測(cè)量方法的創(chuàng)新

由光電門測(cè)速度

從測(cè)量紙帶上

由頻閃照片測(cè)速度

求各點(diǎn)速度

由平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)速度

2.研究對(duì)象的創(chuàng)新

從單個(gè)物體創(chuàng)新為兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)，驗(yàn)證系統(tǒng)在某一過程機(jī)械能守恒。

例2某實(shí)驗(yàn)小組利用圖3甲所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，氣墊導(dǎo)軌上有平行

于導(dǎo)軌的標(biāo)尺，在導(dǎo)軌上架設(shè)兩個(gè)光電門1、2,滑塊上側(cè)固定一豎直遮光條，

滑塊左側(cè)所掛細(xì)線繞過定滑輪與鉤碼相連，細(xì)線與導(dǎo)軌平行，光電門1固定，其

中心與標(biāo)尺的0刻度線對(duì)齊。實(shí)驗(yàn)操作如下：

，氣墊產(chǎn)峭2光電/滑鬻條

鉤碼II調(diào)■旋鈕p調(diào)[旋鈕Q|]源

甲

9cm,1,

乙

圖3

(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度如圖乙所示，則遮光條的寬度為mm。

⑵滑塊不掛細(xì)線、鉤碼，接通氣源后，給滑塊一個(gè)向左的初速度，使它從導(dǎo)軌

右端向左運(yùn)動(dòng)，通過調(diào)整氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕P、。，直到使滑塊經(jīng)過光電門1、

2時(shí)遮光時(shí)間相等。

⑶在滑塊上掛上細(xì)線與鉤碼，接通氣源，將滑塊從導(dǎo)軌右端由靜止釋放，由數(shù)

字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門1、2的時(shí)間分別為八、及，由標(biāo)尺讀出光電門2

中心所在位置的刻度X。

(4)用天平測(cè)出滑塊和遮光條的總質(zhì)量M及鉤碼質(zhì)量相，遮光條的寬度用d表示,

重力加速度為g，滑塊運(yùn)動(dòng)過程中鉤碼始終未著地。用以上物理量寫出驗(yàn)證機(jī)械

能守恒定律的關(guān)系式

(5)多次改變光電門2的位置，重復(fù)(3)的步驟，實(shí)驗(yàn)中，加=0.91^,〃2=0.11^,

利用所測(cè)數(shù)據(jù)，做出《一工關(guān)系圖像如圖4所示，則當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮?/p>

,m/s2(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

答案(1)7.75(4)/幾”

解析(1)游標(biāo)卡尺的手尺讀數(shù)為7mm,

游標(biāo)尺讀數(shù)為15X0.05mm=0.75mm,則最終讀數(shù)為7.75mm。

(4)滑塊通過兩光電門的瞬時(shí)速度0=，，

系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量AEp=〃?gE

系統(tǒng)動(dòng)能的增加量

1

手

所以驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的關(guān)系式為

峻=如+加)傕一，

(5)根據(jù)以上分析可得(生+舞；

則解得g=9.68m/s2o

跟蹤訓(xùn)練

2.用如圖5甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證即、，〃2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。，〃2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。圖閃給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶，0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。

已知如=5()g、相2=15()g,則：(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)

丙

圖5

(1)在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度s=m/so

(2)在打下()點(diǎn)到打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5的過程中系統(tǒng)動(dòng)能的增加量AEk=_______J，系

統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量A&=J(當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭取10m/s2)?

⑶若某同學(xué)作出52f圖像如圖乙所示，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=m/s2o

答案(1)2.4(2)0.580.60(3)9.7

解析(1)由題意知相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間時(shí)間間隔為0.1s,則

(21.604-26.40)X10~2

m/s=2.4m/so

0.1X2

(2)AEk=；(〃zi+/〃2)嫉一040.58J

&Ep=m2gh5—m\ghs=0.60J。

⑶由(m2—tn??+m2)v2知

Z?(刀22一〃Z|)gh

2m\+/H2

口nm心外,("72一機(jī)I)g5.82

即圖線的斜率2=-----T----^=7377m/s2

/小十機(jī)2L2U

解得g=9.7m/s2o

考點(diǎn)三拓展實(shí)驗(yàn)——含彈簧的機(jī)械能守恒

例3(2022?河北卷，11)某實(shí)驗(yàn)小組利用鐵架臺(tái)、彈簧、鉤碼、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、刻度

尺等器材驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示。彈簧的勁度系數(shù)為公

原長(zhǎng)為L(zhǎng)o,鉤碼的質(zhì)量為〃2。已知彈簧的彈性勢(shì)能表達(dá)式為其中攵為

彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間。

(1)在彈性限度內(nèi)將鉤碼緩慢下拉至某一位置，測(cè)得此時(shí)彈簧的長(zhǎng)度為L(zhǎng)接通打

點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源。從靜止釋放鉤碼，彈簧收縮，得到了一條點(diǎn)跡清晰的紙帶。鉤碼

加速上升階段的部分紙帶如圖5所示，紙帶上相鄰兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔均為“在

誤差允許范圍內(nèi)，認(rèn)為釋放鉤碼的同時(shí)打出A點(diǎn))。從打出A點(diǎn)到打出尸點(diǎn)時(shí)間

內(nèi)，彈簧的彈性勢(shì)能減少量為,鉤碼的動(dòng)能增加量為

，鉤碼的重力勢(shì)能增加量為o

圖6

5

圖7

⑵利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理.，得到彈簧彈性勢(shì)能減少最、鉤碼的機(jī)

械能增加量分別與鉤碼上升高度力的關(guān)系，如圖8所示。由圖可知，隨著力增加,

兩條曲線在縱向的間隔逐漸變大，主要原因是

AE/J—彈貨彈性勢(shì)能減少中

().2()--鉤碼的機(jī)械能增加量

him

圖8

答案(l)k(L-LQh5-；k眼inghs(2)見解析

解析(1)從打出A點(diǎn)到打出廠點(diǎn)時(shí)間內(nèi)，彈簧的彈性勢(shì)能減少量為

11「

AEp=Qk(L—L())~0—Qk<L~L()—fe)2

整理有AfP^=k(L—￡0)/75~^khl

打尸點(diǎn)時(shí)鉤碼的速度為如=/親

由于在誤差允許的范圍內(nèi)，認(rèn)為釋放鉤碼的同時(shí)打出A點(diǎn)，則鉤碼的動(dòng)能增加

量為

1、m(46一萬4)2

A限=2,w-()=g井

鉤碼的重力勢(shì)能增加量為八昂更=mg?

(2)鉤碼機(jī)械能的增加量，即鉤碼動(dòng)能和重力勢(shì)能增加量的總和，若無阻力做功

則彈簧彈性勢(shì)能的減少量等于鉤碼機(jī)械能的增加量?，F(xiàn)在隨著力增加，兩條曲線

在縱向的間隔逐漸變大，而兩條曲線在縱向的間隔即阻力做的功，則產(chǎn)生這個(gè)問

題的主要原因是鉤碼和紙帶運(yùn)動(dòng)的速度逐漸增大，導(dǎo)致空氣阻力逐漸增大，以至

于空氣阻力做的功也逐漸增大。

跟蹤訓(xùn)練

3.(2022?湖南長(zhǎng)沙模擬)某興趣小組的同學(xué)計(jì)劃“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”。裝置如

圖9所示，水平桌面上放有傾角為夕的氣墊導(dǎo)軌，氣墊導(dǎo)軌上安裝有連接數(shù)字計(jì)

時(shí)器的光電門，氣墊導(dǎo)軌左端固定一原長(zhǎng)為/o的彈簧，通過細(xì)線與帶有遮光條的

滑塊相連。設(shè)計(jì)了以下步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：

滑塊

光電門

A.測(cè)出氣墊導(dǎo)軌的傾角為仇彈簧勁度系數(shù)晨彈簧原長(zhǎng)/()、滑塊質(zhì)量加、遮光

條寬度,/、重力加速度g,按照?qǐng)D9所示組裝好實(shí)驗(yàn)裝置；

B.將滑塊拉至氣墊導(dǎo)軌某一位置固定，要求從此位置釋放滑塊，可使小車運(yùn)動(dòng)到

光電門時(shí)細(xì)線已經(jīng)彎曲，測(cè)出此時(shí)滑塊到光電門的距離x以及彈簧長(zhǎng)度/;

C.由靜止釋放滑塊，滑塊在拉力作用下運(yùn)動(dòng)，測(cè)出滑塊上遮光條通過光電門的時(shí)

間為加；

D.將滑塊拉至不同的位置，重復(fù)R、「步驟多次，并記錄每次對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).

根據(jù)所測(cè)物理量可以得到每次實(shí)驗(yàn)中滑塊重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、動(dòng)能之間的關(guān)系,

從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒。

⑴根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測(cè)出的物理量，可得到滑塊從靜止釋放運(yùn)動(dòng)到光電門過程中重力

勢(shì)能減小量為。

⑵根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測(cè)出的物理量也可得到滑塊到達(dá)光電門時(shí)的動(dòng)能，若“在彈性限

度內(nèi)，勁度系數(shù)為k的彈簧，形變量為Ar時(shí)彈性勢(shì)能為￡p=/(Ar)2”的說法正

確，不考慮空氣阻力影響，要說明整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程系統(tǒng)機(jī)械能守恒，需滿足的關(guān)系

式為

(3)若考慮到空氣阻力影響，實(shí)驗(yàn)過程中得到的小車重力勢(shì)能減小量與彈簧彈性

勢(shì)能減小量總和(填“大于”“小于”或“等于")小車動(dòng)能增量。

2

答案(1)mgxsin0(2)〃7gxsin/o)2=(3)大于

解析(1)滑塊從靜止釋放運(yùn)動(dòng)到光電門過程中重力勢(shì)能減小量

AEP=m^h=m^xsin9。

(2)要說明整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程系統(tǒng)機(jī)械能守恒，需滿足

\k(A.v)*2+mgh=^mv2,

(3)若考慮到空氣阻力影響，實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)有部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，小車重力

勢(shì)能減小量與彈簧彈性勢(shì)能減小量總和大于小車獲得的動(dòng)能，即大于小車動(dòng)能增

量。

提升素養(yǎng)能力

1.利用如圖1甲裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。

甲

乙

圖1

⑴為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點(diǎn)間的O

A.動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量

B.速度變化量和勢(shì)能變化量

C.速度變化量和高度變化量

(2)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(tái)(含鐵夾)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、導(dǎo)線及開關(guān)外，

在下列器材中，還必須使用的兩種器材是________0

A.交流電源B.刻度尺C.天平(含祛碼)

⑶實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到如圖乙所示的一條紙帶。在紙帶上

選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C,測(cè)得它們到起始點(diǎn)0的距離分別為心、仇、

Aco己知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為7,設(shè)重物的質(zhì)量為〃人

從打。點(diǎn)到打8點(diǎn)的過程中，重物的重力勢(shì)能減少量AEp=,動(dòng)能增

加量AEk=o

(4)大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量，原因是

A.利用公式計(jì)算重物速度

B.利用公式。=畫計(jì)算重物速度

C.存在空氣阻力和摩擦阻力的影響

D.沒有采用多次實(shí)驗(yàn)取平均值的方法

(5)某同學(xué)想用下述方法研究機(jī)械能是否守恒：在紙帶上選取多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)量

它們到計(jì)數(shù)起始點(diǎn)。的距離人計(jì)算對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的重物速度。，描繪v2-h圖像,

如下判斷正確的是________。

A.若圖像是一條過原點(diǎn)的直線，則重物下落過程中機(jī)械能一定守恒

B.若圖像是一條過原點(diǎn)的直線，則重物卜落過程中機(jī)械能可能不守恒

C若圖像是一條不經(jīng)過原點(diǎn)的直線，則重物下落過程中機(jī)械能一定不守恒

2

答案(1)A(2)AB⑶mghB別與燈(4)C(5)B

解析(1)小球下落過程中，如果減少的重力勢(shì)能等于增加的動(dòng)能，則小球的機(jī)

械能守恒，所以為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點(diǎn)間的

動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量，故選A。

(2)在給出的器材中，還必須使用交流電源給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器供電和用刻度尺測(cè)量紙

帶計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離，故選A、Bo

(3)從打0點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，重物的重力勢(shì)能減少量為△Ep=〃2g/m

從打0點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，動(dòng)能增加量為

1°

用hc-h

根4a據(jù)VB=2TA

解得生方耳o

(4)因?yàn)榇嬖诳諝庾枇湍Σ磷枇Φ挠绊?，所以大多?shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，重

力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量，故選C。

(5)設(shè)空氣阻力不變?yōu)榱?根據(jù)動(dòng)能定理得

人以1,

mgh_fh=5mv~

解得o2=2(g—5}

若圖像是一條過原點(diǎn)的直線，則重物下落過程中機(jī)械能可能守恒，可能不守恒，

A錯(cuò)誤，B正確；

根據(jù)機(jī)械能守恒定律得

11,

產(chǎn)優(yōu)2=2^/y2—mgh

解得v2=2gh+vi

若圖像是一條不經(jīng)過原點(diǎn)的直線，則重物下落過程中機(jī)械能可能守恒，C錯(cuò)誤。

2.(2021.海南卷，15)為了驗(yàn)證物體沿光滑斜面下滑的過程中機(jī)械能守恒，某學(xué)習(xí)

小組用如圖2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)字毫秒計(jì))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o

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、11,并連接數(shù)字毫秒計(jì)；

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)量遮光條的寬度小

④通過導(dǎo)軌上的標(biāo)尺測(cè)出4、8之間的距離/；

⑤調(diào)整好氣墊導(dǎo)軌的傾斜狀態(tài)；

⑥將滑塊從光電門I左側(cè)某處，由靜止開始釋放，從數(shù)字毫秒計(jì)讀出滑塊通過光

電門I、II的時(shí)間△小加2；

⑦用刻度尺分別測(cè)量48點(diǎn)到水平桌面的高度加、fe;

⑧改變氣墊導(dǎo)軌傾斜程度，重復(fù)步驟⑤⑥⑦，完成多次測(cè)量。

⑵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3所示，則d=

mm；某次實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得Afi=11.60ms,則滑塊通過光電門I的瞬時(shí)速

度。1=m/s(保留3位有效數(shù)字)；

0123主尺

()10201潺杯

圖3

(3)在誤差允許范圍內(nèi)，若hi~h2=(用上述必要的實(shí)驗(yàn)步驟直接測(cè)量的

物理量符號(hào)表示，己知重力加速度為g),則認(rèn)為滑塊下滑過程中機(jī)械能守恒。

(4)寫出兩點(diǎn)產(chǎn)生誤差的主要原因：_________________________________

答案⑴②④(2)5.000.431⑷滑塊在下滑過程中受

到空氣阻力作用，產(chǎn)生誤差；遮光條寬度不夠窄，測(cè)量速度不準(zhǔn)確，產(chǎn)生誤差

解析(1)滑塊沿光滑的斜面下滑過程機(jī)械能守恒，需要通過光電門測(cè)量通過滑

塊運(yùn)動(dòng)的速度。

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，有

"zg(/?|一〃2)=

=品圜一夕圖

整理化簡(jiǎn)得

2

血_比)=瑞_瑞

所以②測(cè)量滑塊和遮光條的總質(zhì)量"?不必要，④測(cè)量A、B之間的距離/不必要,

故選②④。

(2)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為

J=5.()()mm+0X0.05mm=5.00mm

滑塊通過光電門I的速度