高考物理-实验验证机械能守恒-专题练习有答案
备战高考物理实验专题复习《验证机械能守恒定律》(解析版)
《验证机械能守恒定律》一、实验题1.利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，水平桌面上固定一水平的气垫导轨，导轨上A点处有一滑块，其质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连。
调节细绳的长度使每次实验时滑块运动到B点处与劲度系数为k的弹簧接触时小球恰好落地，测出每次弹簧的压缩量x，如果在B 点的正上方安装一个速度传感器，用来测定滑块到达B点的速度，发现速度v与弹簧的压缩量x成正比，作出速度v随弹簧压缩量x变化的图象如图乙所示，测得图象的斜率。
在某次实验中，某同学没有开启速度传感器，但测出了A、B两点间的距离为L，弹簧的压缩量为，重力加速度用g表示，则：滑块从A处到达B处时，滑块和小球组成的系统动能增加量可表示为______，系统的重力势能减少量可表示为______，在误差允许的范围内，若则可认为系统的机械能守恒。
用题中字母表示在实验中，该同学测得，弹簧的劲度系数，并改变A、B间的距离L，作出的图象如图丙所示，则重力加速度______。
2.某实验小组进行“验证机械能守恒定律”的实验．甲同学用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律，将电火花计时器固定在铁架台上，把纸带的下端固定在重锤上，纸带穿过电火花计时器，上端用纸带夹夹住，接通电源后释放纸带，纸带上打出一系列的点，所用电源的频率为，实验中该同学得到一条点迹清晰的纸带如图所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点．纸带连续的计时点A、B、C、D至第1个点O的距离如图所示，已知重锤的质量为，当地的重力加速度为，从起始点O到打下C点的过程中，重锤重力势能的减少量为______J，重锤动能的增加量为__________J，从以上数据可以得到的结论是__________结果保留3位有效数字．乙同学利用上述实验装置测定当地的重力加速度．他打出了一条纸带后，利用纸带测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，以h为横轴，以为纵轴画出了如图所示的图线．由于图线明显偏离原点，若测量和计算都没有问题，在实验的操作上其原因可能是__________乙同学测出该图线的斜率为k，如果阻力不可忽略，则当地的重力加速度g__________选填“大于”、“等于”或“小于”．丙同学用如图所示的气垫导轨装置来验证机械能守恒定律，由导轨标尺可以测出两个光电门之间的距离L，窄遮光板的宽度为d，窄遮光板依次通过两个光电门的时间分别为、，滑块在气垫导轨上运动时空气阻力不计，为验证机械能守恒定律，还需测量的物理量是，机械能守恒的表达式为3.某研究生学习小组为了研究“两小球碰撞过程中动能的损失率”即碰撞中系统动能的损失与系统碰撞前初动能的比值，设计了如图所示的装置进行如下的实验操作：Ⅰ先将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于靠近槽口处，使小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止释放，撞到木板并在木板上留下痕迹O；Ⅱ将木板向右平移适当的距离，再使小球a从原固定点由静止释放，撞在木板上得到痕迹B；Ⅲ然后把半径相同的小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球a仍从原固定位置由静止开始滚下与小球b相碰后，两球撞在木板上得到痕迹A和C：Ⅳ用天平测量a、b两小球的质量分别为、，用刻度尺测量纸上O点到A、B、C三点的距离分别为、和．本实验中所选用的两小球质量关系为________填“”、“”或“”；用本实验中所测得的量表示，其表达式为________________．4.用如图所示装置可验证机械能守恒定律，轻绳两端系着质量相等的物块A、B，物块B上放一金属片C，铁架台上固定一金属圆环，圆环处在物块B的正下方。
高三物理机械能守恒试题答案及解析
高三物理机械能守恒试题答案及解析1.如图所示，竖直平面内的3/4圆弧形光滑管道半径略大于小球半径，管道中心到圆心距离为R，A端与圆心O等高，AD为水平面，B点在O点的正下方，一小球自A点正上方由静止释放，自由下落至A点进入管道，当小球到达B点时，管壁对小球的弹力大小为小球重力的9倍．求：（1）小球到B点时的速度；（2）释放点距A的竖直高度；（3）落点C与A的水平距离。
【答案】（1）2（2）（3）【解析】（1）设小球到达B点的速度为，因为到达B点时管壁对小球的弹力大小为小球重力=2大小的9倍，所以有：解得:v1（2）由机械能守恒定律得∴（3）设小球到达最高点的速度为，落点C与A的水平距离为由机械能守恒定律得由平抛运动规律得，由此可解得【考点】考查了圆周运动，机械能守恒，平抛运动2.特战队员在进行素质训练时，抓住一端固定在同一水平高度的不同位置的绳索，从高度一定的平台由水平状态无初速开始下摆，如图所示，在到达竖直状态时放开绳索，特战队员水平抛出直到落地。
不计绳索质量和空气阻力，特战队员可看成质点。
下列说法正确的是A．绳索越长，特战队员落地时的水平位移越大B．绳索越长，特战队员在到达竖直状态时绳索拉力越大C．绳索越长，特战队员落地时的水平速度越大D．绳索越长，特战队员落地时的速度越大【答案】C【解析】据题意，特战队员随绳摆动到最低点后做平抛运动，设绳子长度为，平抛运动的高度为，起点到地面总高度为,且有；当下摆到最低点时速度由机械能守恒定律得：，平抛后运动时间为：，特战队员落地时水平位移为：，由此可知，特战队员的水平位移有绳长和平抛高度决定，如果绳越长，虽然平抛速度越大，但高度就越低，平抛运动的时间久越短，则水平位移不一定就越大，故选项A错误；据可知，不管绳有多长，摆到最低点时绳子拉力均不变，故选项B错误；由于落地水平速度等于摆到最低点的速度，即，则绳越长，水平速度越大，选项C正确；由机械能守恒定律可知，由于总高度不变，特战队员落地速度不变，故选项D错误。
高考物理实验专题 验证机械能守恒定律（含答案）
高考物理专题 验证机械能守恒定律（含答案）1. 在“用DIS 研究机械能守恒定律”的实验中，用到的传感器是 传感器。
若摆锤直径的测量值大于其真实值会造成摆锤动能的测量值偏 。
（选填：“大”或“小”）。
【答案】光电门；大【解析】在实验中，摆锤的速度通过光电门进行测量，测量的速度是通过小球直径d 与挡光时间的比值进行计算，为：dv t=∆，当摆锤直径测量值大于真实值时，小球直径d 会变大，导致计算出的小球速度变大，故小球动能也会变大。
2. 如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。
①对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是______________。
A ．重物选用质量和密度较大的金属锤 B ．两限位孔在同一竖直面内上下对正 C ．精确测量出重物的质量D ．用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物②某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz 的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示。
纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O 点为纸带上打出的第一个点。
重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有____________。
A ．OA 、AD 和EG 的长度 B ．OC 、BC 和CD 的长度 C ．BD 、CF 和EG 的长度 C ．AC 、BD 和EG 的长度 【答案】①AB ； ②BC 。
【解析】①重物选用质量和密度较大的金属锤，减小空气阻力，以减小误差，故A 正确；两限位孔在同一竖直面内上下对正，减小纸带和打点计时器之间的阻力，以减小误差，故B 正确；验证机械能守恒定律的原理是：21222121mv mv mgh -=，重物质量可以消去，无需精确测量出重物的质量，故C 错误；用手拉稳纸带，而不是托住重物，接通电源后，撒手释放纸带，故D 错误。
高三物理一轮复习专题实验6 验证机械能守恒定律(含解析)
实验6:验证机械能守恒定律一、实验目的验证机械能守恒定律.二、实验原理在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化,但总的机械能守恒。
若物体从静止开始下落，下落高度为h 时的速度为v,恒有mgh＝错误!m v2。
故只需借助打点计时器，通过纸带测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v，即可验证机械能守恒定律。
测定第n点的瞬时速度的方法是：测出第n点相邻的前、后两段相等时间间隔T内下落的高度x n－1和x n＋1(或用h n－1和h n＋1）,然后由公式v n＝错误!或由v n＝错误!可得v n(如图所示)。
三、实验器材铁架台（带铁夹）、电磁打点计时器与低压交流电源（或电火花打点计时器)、重物(带纸带夹子)、纸带数条、复写纸片、导线、毫米刻度尺。
四、实验步骤1．安装器材：如图所示,将打点计时器固定在铁架台上,用导线将打点计时器与低压电源相连,此时电源开关应为断开状态。
2．打纸带：把纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，先接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重打几条（3~5条)纸带。
3．选纸带:分两种情况说明（1)若选第1点O到下落到某一点的过程，即用mgh＝错误!m v2来验证,应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带,若1、2两点间的距离大于2 mm，这是由于打点计时器打第1个点时重物的初速度不为零造成的(如先释放纸带后接通电源等错误操作会造成此种结果)。
这样第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选。
（2)用错误!m v错误!－错误!m v错误!＝mgΔh验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2 mm就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可以选用。
2024届全国高考复习物理历年好题专项(实验：验证机械能守恒定律)练习(附答案)
2024届全国高考复习物理历年好题专项（实验：验证机械能守恒定律）练习1.[2023ꞏ湖南邵阳一模]某同学用如图甲所示的实验装置“验证机械能守恒定律”．实验所用的电源为学生电源，可以提供输出电压为6 V 的交变电流和直流电，交变电流的频率为50 Hz .重锤从高处由静止开始下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，对纸带上的点测量并分析，即可验证机械能守恒定律．(1)他进行了下面几个操作步骤：A ．按照图示的装置安装器材；B ．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C ．用天平测出重锤的质量；D ．先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带；E ．测量纸带上某些点间的距离；F ．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于其增加的动能． 其中没有必要进行的步骤是________，操作不当的步骤是________(均填步骤前的选项字母).(2)这位同学进行正确测量后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析，如图乙所示，其中O 点为起始点，A 、B 、C 、D 、E 、F 为六个计时点．根据纸带上的测量数据，可得出打B 点时重锤的速度为________m /s (保留3位有效数字).(3)他根据纸带上的数据算出各点的速度v ，量出下落距离h ，并以v 22 为纵轴、h 为横轴画出的图像应是下图的________(填选项字母).2．[2021ꞏ海南卷]为了验证物体沿光滑斜面下滑的过程中机械能守恒，某学习小组用如图所示的气垫导轨装置(包括导轨、气源、光电门、滑块、遮光条、数字毫秒计)进行实验．此外可使用的实验器材还有：天平、游标卡尺、刻度尺．(1)某同学设计了如下的实验步骤，其中不必要的步骤是____________；①在导轨上选择两个适当的位置A、B安装光电门Ⅰ、Ⅱ，并连接数字毫秒计；②用天平测量滑块和遮光条的总质量m；③用游标卡尺测量遮光条的宽度d；④通过导轨上的标尺测出A、B之间的距离l；⑤调整好气垫导轨的倾斜状态；⑥将滑块从光电门Ⅰ左侧某处，由静止开始释放，从数字毫秒计读出滑块通过光电门Ⅰ、Ⅱ的时间Δt1、Δt2；⑦用刻度尺分别测量A、B点到水平桌面的高度h1、h2；⑧改变气垫导轨倾斜程度，重复步骤⑤⑥⑦，完成多次测量．(2)用游标卡尺测量遮光条的宽度d时，游标卡尺的示数如图所示，则d＝________mm；某次实验中，测得Δt1＝11.60 ms，则滑块通过光电门Ⅰ的瞬时速度v1＝________m/s(保留3位有效数字)；(3)在误差允许范围内，若h1－h2＝________(用上述必要的实验步骤直接测量的物理量符号表示，已知重力加速度为g)，则认为滑块下滑过程中机械能守恒；(4)写出两点产生误差的主要原因：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________.3．[2022ꞏ湖北卷]某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验．一根轻绳一端连接固定的拉力传感器，另一端连接小钢球，如图甲所示．拉起小钢球至某一位置由静止释放，使小钢球在竖直平面内摆动，记录钢球摆动过程中拉力传感器示数的最大值T max 和最小值T min.改变小钢球的初始释放位置，重复上述过程．根据测量数据在直角坐标系中绘制的T max - T min图像是一条直线，如图乙所示．(1)若小钢球摆动过程中机械能守恒．则图乙中直线斜率的理论值为________．(2)由图乙得：直线的斜率为________，小钢球的重力为________N.(结果均保留2位有效数字)(3)该实验系统误差的主要来源是________(单选，填正确答案标号).A．小钢球摆动角度偏大B．小钢球初始释放位置不同C．小钢球摆动过程中有空气阻力4．[2022ꞏ河北卷]某实验小组利用铁架台、弹簧、钩码、打点计时器、刻度尺等器材验证系统机械能守恒定律，实验装置如图1所示．弹簧的劲度系数为k，原长为L0，钩码的质量为m.已知弹簧的弹性势能表达式为E＝12kx2，其中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量，当地的重力加速度大小为g.(1)在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置，测得此时弹簧的长度为L.接通打点计时器电源．从静止释放钩码，弹簧收缩，得到了一条点迹清晰的纸带．钩码加速上升阶段的部分纸带如图2所示，纸带上相邻两点之间的时间间隔均为T(在误差允许范围内，认为释放钩码的同时打出A点).从打出A点到打出F点时间内，弹簧的弹性势能减少量为________________，钩码的动能增加量为____________________，钩码的重力势能增加量为____________________．(2)利用计算机软件对实验数据进行处理，得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分别与钩码上升高度h的关系，如图3所示．由图3可知，随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，主要原因是________．5．[2023ꞏ湖南岳阳三模]某兴趣小组用如图甲所示的实验装置来测物块与斜面间的动摩擦因数．PQ为一块倾斜放置的木板，在斜面底端Q处固定有一个光电门，光电门与数字计时器相连(图中未画).每次实验时将一物体(其上固定有宽度为d的遮光条)从不同高度h处由静止释放，但始终保持斜面底边长L＝0.500 m不变．(设物块与斜面间的动摩擦因数处处相同)(1)用20分度游标卡尺测得物体上的遮光条宽度d如图乙所示，则d＝________cm；(2)该小组根据实验数据，计算得到物体经过光电门的速度v，并作出了如图丙所示的v2 - h图像，其图像与横轴的交点为0.25.由此可知物块与斜面间的动摩擦因数μ＝________；(3)若更换动摩擦因数更小的斜面，重复上述实验得到v2- h图像，其图像的斜率将________(填“增大”“减小”或“不变”).6．[2023ꞏ北师大二附中模拟]某同学采用如图甲所示的装置进行“验证机械能守恒定律”实验．(1)除了图甲装置中的器材之外，还必须从图乙中选取实验器材，其名称是________；(2)指出图甲装置中不合理的地方(一处)________________________________________________________________________；(3)小明同学通过正确实验操作得到了如图丙所示的一条纸带，读出计数点0、4两点间的距离为________cm；(4)已知打点计时器的电源频率为50 Hz，计算得出打下计数点5时纸带速度的大小为________m/s(保留两位有效数字)；(5)在实际的测量中，重物减少的重力势能通常会________(选填“略大于”“等于”或“略小于”)增加的动能，这样产生的误差属于________(选填“系统误差”或“偶然误差”)；7．[2022ꞏ广东卷]某实验小组为测量小球从某一高度释放，与某种橡胶材料碰撞导致的机械能损失，设计了如图(a)所示的装置，实验过程如下：(1)让小球从某一高度由静止释放，与水平放置的橡胶材料碰撞后竖直反弹．调节光电门位置，使小球从光电门正上方释放后，在下落和反弹过程中均可通过光电门．(2)用螺旋测微器测量小球的直径，示数如图(b)所示，小球直径d＝________mm.(3)测量时，应________(选填“A”或“B”，其中A为“先释放小球，后接通数字计时器”，B为“先接通数字计时器，后释放小球”).记录小球第一次和第二次通过光电门的遮光时间t1和t2.(4)计算小球通过光电门的速度，已知小球的质量为m，可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失ΔE＝________(用字母m、d、t1和t2表示).(5)若适当调高光电门的高度，将会________(选填“增大”或“减小”)因空气阻力引起的测量误差．参考答案1．答案：(1)C B (2)1.84 (3)C答案解析：(1)应将打点计时器接到电源的“交流输出”上，选项B 操作不当，因实验只需比较gh 和v 22 的大小关系，不需要测量质量，选项C 没必要．(2)打B 点的速度即为AC 段的平均速度，即v B ＝（21.68－14.31）×10－22×0.02 m/s ≈1.84 m/s. (3)根据12 m v 2＝mgh 可知，12 v 2与h 成正比，故C 项正确．2．答案：(1)②④ (2)5.00 0.431 (3)12⎝⎛⎭⎫d Δt 22－12⎝⎛⎭⎫d Δt 12g(4)滑块在下滑过程中受到空气阻力作用，产生误差；遮光条宽度不够窄，测量速度不准确，产生误差答案解析：(1)滑块沿光滑的斜面下滑过程机械能守恒，需要通过光电门测量通过滑块运动的速度v ＝d Δt ，滑块下滑过程中机械能守恒，减少的重力势能转化为动能mg (h 1－h 2)＝12 m v 22 －12 m v 21 ＝12 m ⎝⎛⎭⎫d Δt 2 2－12 m ⎝⎛⎭d Δt 1 2，整理化简得g (h 1－h 2)＝12 ⎝⎛⎭d Δt 2 2－12 ⎝⎛⎭⎫d Δt 1 2，所以测量滑块和遮光条得总质量m 不必要，②满足题目要求，测量A 、B 之间的距离l 不必要，④满足题目要求．(2)游标卡尺的读数为d ＝5 mm ＋0×0.05 mm ＝5.00 mm ，滑块通过光电门的速度v 1＝d Δt 1 ＝511.60 m/s ＝0.431 m/s ，(3)根据(1)问可知h 1－h 2＝12⎝⎛⎭⎫d Δt 22－12⎝⎛⎭⎫d Δt 12g ，在误差允许的范围内，满足该等式可认为滑块下滑过程中机械能守恒．(4)滑块在下滑过程中受到空气阻力作用，产生误差；遮光条宽度不够窄，测量速度不准确，产生误差．3．答案：(1)－2 (2)－2.1 0.59 (3)C答案解析：(1)设初始位置时，细线与竖直方向夹角为θ，则细线拉力最小值为T min ＝mg cos θ，到最低点时细线拉力最大，则mgl (1－cos θ)＝12 m v 2，T max －mg ＝m v 2l ，联立可得T max ＝3mg －2T min ，即若小钢球摆动过程中机械能守恒．则图乙中直线斜率的理论值为－2；(2)由图乙得直线的斜率为k ＝－1.77－1.350.2＝－2.1，3mg ＝1.77，则小钢球的重力为mg ＝0.59 N.(3)该实验系统误差的主要来源是小钢球摆动过程中有空气阻力，使得机械能减小，故选C.4．答案：(1)k (L －L 0)h 5－12 kh 25 m ()h 6－h 428T 2mgh 5 (2)见答案解析 答案解析：(1)从打出A 点到打出F 点时间内，弹簧的弹性势能减少量为ΔE p 弹＝12 k (L－L 0)2－12 k (L －L 0－h 5)2整理有ΔE p 弹＝k (L －L 0)h 5－12 kh 25 ；打F 点时钩码的速度为v F ＝h 6－h 42T ，由于在误差允许的范围内，认为释放钩码的同时打出A 点，则钩码动能的增加量为ΔE k ＝12 m v 2F －0＝m ()h 6－h 428T 2，钩码的重力势能增加量为ΔE p ＝mgh 5. (2)钩码机械能的增加量，即钩码动能和重力势能增加量的总和，若无阻力做功则弹簧弹性势能的减少量等于钩码机械能的增加量．现在随着h 增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，而两条曲线在纵向的间隔即阻力做的功，则产生这个问题的主要原因是钩码和纸带运动的速度逐渐增大，导致空气阻力逐渐增大，以至于空气阻力做的功也逐渐增大．5．答案：(1)0.225 (2)0.5 (3)不变答案解析：(1)由图知第5条刻度线与主尺对齐，则读数为：d ＝2 mm ＋5×0.05 mm ＝2.25 mm ＝0.225 cm ；(2)设斜面的长为s ，倾角为θ，由动能定理得(mg sin θ－μmg cos θ)s ＝12 m v 2，即：mgh－μmgL ＝12 m v 2，v 2＝2gh －2μgL ，由图像可知，当h ＝0.25 m 时，v ＝0，代入得到μ＝0.5；(3)由v 2＝2gh －2μgL 知斜率k ＝2g 为定值，若更换动摩擦因数更小的斜面，图像的斜率不变．6．答案：(1)刻度尺 (2)重物离打点计时器太远 (3)3.11(3.10～3.12) (4)0.91(0.89～0.93) (5)略大于 系统误差答案解析：(1)验证机械能守恒定律需要测量重物下降的高度以及重物的速度，因此需要使用刻度尺．(2)为充分利用纸带记录实验数据，重物应尽量靠近打点计时器，而题图甲中重物离打点计时器太远．(3)计数点0对应的读数为1.00 cm ，计数点4对应的读数为4.11 cm ，所以计数点0到4的距离为3.11 cm.(4)计数点5对应的速度等于计数点4～6对应的平均速度，即v 5＝（7.75－4.11）×10－20.04 m/s ＝0.91 m/s.(5)由于阻力的存在，重物减少的重力势能略大于增加的动能，这种误差与人为因素无关，与实验系统本身有关，所以该误差称为系统误差．7．答案：(2)7.885 (3)B (4)md 22 (1t 21 －1t 22) (5)增大 答案解析：(2)根据螺旋测微器读数规则可知，小球直径d ＝7.5 mm ＋0.385 mm ＝7.885 mm.(3)由于小球自由落体运动时间很短，所以测量时，应该先接通数字计时器，后释放小球．(4)小球第1次通过光电门时的速度v 1＝d t 1 ，第2次通过光电门时的速度v 2＝d t 2，小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失ΔE ＝12 m v 21 －12 m v 22 ＝md 22 (1t 21 －1t 22).(5)若适当调高光电门高度，将会增大因空气阻力引起的测量误差．。
高考物理《机械能守恒定律》真题练习含答案
高考物理《机械能守恒定律》真题练习含答案1．[2024·上海市新中中学月考]如图，将质量为m 的篮球从离地高度为h 的A 处，以初始速度v 抛出，篮球恰能进入高度为H 的篮圈．不计空气阻力和篮球转动的影响，经过篮球入圈位置B 的水平面为零势能面，重力加速度为g .则篮球经过位置B 时的机械能为( )A ．12 m v 2B ．12 m v 2＋mg (h －H )C ．12 m v 2＋mg (H －h )D ．12 m v 2＋mgh答案：B解析：不计空气阻力和篮球转动的情况下，篮球运动过程中机械能守恒，篮球经过B 点的机械能等于在A 点的机械能．以B 点所在的水平面为零势能面，篮球在A 点的重力势能E p ＝－mg (H －h )＝mg (h －H )，则机械能E ＝E k ＋E p ＝12m v 2＋mg (h －H )，B 正确．2.如图所示，一根轻质弹簧左端固定，现使滑块沿光滑水平桌面滑向弹簧，在滑块接触到弹簧直到速度减为零的过程中，弹簧的( )A ．弹力越来越大，弹性势能越来越大B ．弹力越来越小，弹性势能越来越小C ．弹力先变小后变大，弹性势能越来越小D ．弹力先变大后变小，弹性势能越来越大 答案：A解析：滑块接触到弹簧直到速度减为零的过程中，弹簧形变量越来越大，根据F ＝kx 得弹力越来越大，滑块接触到弹簧直到速度减为零的过程中，弹簧弹力一直做负功，物块的动能逐渐转化为弹簧的弹性势能，弹簧的弹性势能越来越大，A 正确．3.利用双线可以稳固小球在竖直平面内做圆周运动而不易偏离竖直面，如一根长为2L 的细线系一质量为m 的小球，两线上端系于水平横杆上，A 、B 两点相距也为L ，若小球恰能在竖直面内做完整的圆周运动，则小球运动到最低点时，每根线承受的张力为( )A ．6mgB ．23 mgC ．5mgD ．533 mg答案：B解析：小球恰好过最高点时有mg ＝m v 21R，解得v 1＝32gL ，由机械能守恒定律得mg ×3 L ＝12 m v 22 －12 m v 21 ，由牛顿第二定律得3 F －mg ＝m v 22 32L ，联立以上各式解得F ＝23 mg ，B 正确．4.[2024·河北省张家口市张垣联盟联考]有一条均匀金属链条，一半长度在光滑的足够高斜面上，斜面顶端是一个很小的圆弧，斜面倾角为30°，另一半长度竖直下垂，由静止释放后链条滑动，已知重力加速度g ＝10 m/s 2，链条刚好全部滑出斜面时的速度大小为522 m/s ，则金属链条的长度为( )A ．0.6 mB ．1 mC ．2 mD ．2.6 m 答案：C解析：设链条的质量为2m ，以开始时链条的最高点所在水平面为零势能面，链条的机械能为E ＝E p ＋E k ＝－12 ×2mg ×L 4 sin θ－12 ×2mg ×L 4 ＋0＝－14 mgL (1＋sin θ)，链条全部滑出后，动能为E ′k ＝12 ×2m v 2，重力势能为E ′p ＝－2mg L2 ，由机械能守恒可得E ＝E ′k ＋E ′p ，即－14mgL (1＋sin θ)＝m v 2－mgL ，解得L ＝2 m ，C 正确．5．[2024·山东省济宁市期中考试]有一竖直放置的“T”形架，表面光滑，滑块A 、B 分别套在水平杆与竖直杆上，A 、B 用一根不可伸长的轻细绳相连，A 、B 质量相等，且可看做质点，如图所示，开始时细绳水平伸直，A 、B 静止．由静止释放B 后，已知当细绳与竖直方向的夹角为60°时，滑块B 沿着竖直杆下滑的速度为v ，则连接A 、B 的绳长为( )A ．4v 2gB ．3v 2gC ．2v 23gD ．4v 23g答案：D解析：如图所示，将A 、B 的速度分解为沿绳的方向和垂直于绳的方向，两物体沿绳子的方向速度大小相等，则有v B cos 60°＝v A cos 30°，解得v A ＝33v ，由于A 、B 组成的系统只有重力做功，所以系统机械能守恒，B 减小的重力势能全部转化为A 和B 的动能，有mgh ＝12 m v 2A ＋12 m v 2B ，解得h ＝2v 23g ，绳长L ＝2h ＝4v 23g，D 正确．6.(多选)如图所示，轻弹簧的一端固定在O 点，另一端与质量为m 的小球连接，小球套在光滑的斜杆上，初始时小球位于A 点，弹簧竖直且长度为原长L .现由静止释放小球，当小球运动至B 点时弹簧水平，且长度再次变为原长．关于小球从A 点运动到B 的过程，以下说法正确的是( )A ．小球的机械能守恒B ．小球运动到B 点时的速度最大 C.小球运动到B 点时的速度为0D ．小球运动到B 点时的速度为2gL答案：BD解析：在小球向下运动的过程中，弹簧的弹力做功，并不是只有重力做功，小球的机械能不守恒，A 错误；从A 到B 的过程中，弹簧弹力做功为零，小球的重力做正功最多，由动能定理得小球的速度最大，B 正确，C 错误；小球运动到B 点时，弹簧为原长，由系统的机械能守恒定律得mgL ＝12m v 2，解得v ＝2gL ，D 正确．7.(多选)在竖直平面内，一根光滑金属杆弯成如图所示形状，相应的曲线方程为y ＝2.5cos (kx ＋23 π)(单位：m)，式中k ＝1 m －1，将一光滑小环套在该金属杆上，并从x ＝0处以v 0＝5m/s 的初速度沿杆向下运动，取重力加速度g ＝10 m/s 2，则下列说法正确的是( )A.当小环运动到x ＝π3 时的速度大小v 1＝52 m/sB.当小环运动到x ＝π3 时的速度大小v 1＝5 m/sC ．该小环在x 轴方向最远能运动到x ＝56 π处D ．该小环在x 轴方向最远能运动到x ＝76 π处答案：AC解析：当x ＝0时，y 0＝－1.25 m ；当 x ＝π3 时，y 1＝－2.5 m ．由机械能守恒定律得mg (y 0－y 1)＝12 m v 21 －12 m v 20 ，解得v 1＝52 m/s ，A 正确，B 错误；设小球速度为零时上升的高度为h ，由机械能守恒定律得mgh ＝12 m v 20 ，解得h ＝1.25 m ，即y ＝0，代入曲线方程可得x ＝56π，C 正确，D 错误．8.如图所示，在竖直平面内有一半径为R 的四分之一圆弧轨道BC ，与竖直轨道AB 和水平轨道CD 相切，轨道均光滑．现有长也为R 的轻杆，两端固定质量为m 的小球a 、质量为2m 的小球b (均可视为质点)，用某装置控制住小球a ，使轻杆竖直且小球b 与B 点等高，然后由静止释放，杆将沿轨道下滑．设小球始终与轨道接触，重力加速度为g .则( )A ．下滑过程中a 球机械能增大B ．下滑过程中b 球机械能守恒C ．小球a 滑过C 点后，a 球速度大于26mgR3D ．从释放至a 球到滑过C 点的过程中，轻杆对b 球做正功为23 mgR答案：D解析：下滑过程中，若以两球为整体，只有重力做功，则有系统的机械能守恒，若分开单独分析，杆对a 球做负功，a 球的机械能减小，杆对b 球做正功，b 球的机械能增加，A 、B 错误；若以两球为整体，只有重力做功，则有系统的机械能守恒，则有mg ·2R ＋2mgR ＝12(m ＋2m )v 2，解得v ＝26gR 3 ，C 错误；对b 球分析，由动能定理可得W ＋2mgR ＝12 ·2m v 2，W ＝12 ·2m v 2－2mgR ＝23 mgR ，杆对b 球做正功为23mgR ，D 正确．9．[2024·浙江1月]类似光学中的反射和折射现象，用磁场或电场调控也能实现质子束的“反射”和“折射”．如图所示，在竖直平面内有三个平行区域Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，Ⅰ区宽度为d ，存在磁感应强度大小为B 、方向垂直平面向外的匀强磁场，Ⅱ区的宽度很小．Ⅰ区和Ⅲ区电势处处相等，分别为φⅠ和φⅢ，其电势差U ＝φⅠ－φⅢ.一束质量为m 、电荷量为e 的质子从O 点以入射角θ射向Ⅰ区，在P 点以出射角θ射出，实现“反射”；质子束从P 点以入射角θ射入Ⅱ区，经Ⅱ区“折射”进入Ⅲ区，其出射方向与法线夹角为“折射”角．已知质子仅在平面内运动，单位时间发射的质子数为N ，初速度为v 0，不计质子重力，不考虑质子间相互作用以及质子对磁场和电势分布的影响．(1)若不同角度射向磁场的质子都能实现“反射”，求d 的最小值；(2)若U ＝m v 20 2e，求“折射率”n (入射角正弦与折射角正弦的比值)；(3)计算说明如何调控电场，实现质子束从P 点进入Ⅱ区发生“全反射”(即质子束全部返回Ⅰ区)；(4)在P 点下方距离3m v 0eB 处水平放置一长为4m v 0eB的探测板CQD (Q 在P 的正下方)，CQ 长为m v 0eB ，质子打在探测板上即被吸收中和．若还有另一相同质子束，与原质子束关于法线左右对称，同时从O 点射入Ⅰ区，且θ＝30°，求探测板受到竖直方向力F 的大小与U 之间的关系．答案：(1)2m v 0Be (2)2 (3)U ≤－m v 20 cos 2θ2e(4)见解析解析：(1)根据牛顿第二定律 Be v 0＝m v 20r不同角度射向磁场的质子都能实现“反射”，d 的最小值为 d min ＝2r ＝2m v 0Be(2)设水平方向为x 方向，竖直方向为y 方向，x 方向速度不变，y 方向速度变小，假设折射角为θ′，根据动能定理Ue ＝12 m v 21 －12 m v 20 解得 v 1＝2 v 0 根据速度关系 v 0sin θ＝v 1sin θ′ 解得n ＝sin θsin θ′ ＝v 1v 0＝2 (3)全反射的临界情况：到达Ⅲ区的时候y 方向速度为零，即 Ue ＝0－12 m (v 0cos θ)2可得U ＝－m v 20 cos 2θ2e即应满足U ≤－m v 20 cos 2θ2e(4)临界情况有两个：1、全部都能打到，2、全部都打不到的情况，根据几何关系可得 ∠CPQ ＝30°所以如果U ≥0的情况下，折射角小于入射角，两边射入的粒子都能打到板上，分情况讨论如下：①当U ≥0时 F ＝2Nm v y 又eU ＝12 m v 2y－12 m (v 0cos θ)2 解得 F ＝2Nm34v 20 ＋2eUm②全部都打不到板的情况，根据几何知识可知当从Ⅱ区射出时速度与竖直方向夹角为60°时，粒子刚好打到D 点，水平方向速度为v x ＝v 02所以v y ＝v x tan 60° ＝36 v 0又eU ＝12 m v 2y－12 m (v 0cos θ)2 解得 U ＝－m v 20 3e即当U <－m v 203e 时F ＝0③部分能打到的情况，根据上述分析可知条件为(－m v 203e ≤U <0)，此时仅有O 点右侧的一束粒子能打到板上，因此F ＝Nm v y 又eU ＝12 m v 2y－12 m (v 0cos θ)2 解得 F ＝Nm 34v 20 ＋2eUm。
高考物理一轮总复习课后习题 第6章 机械能 第8讲 实验 验证机械能守恒定律
第8讲实验:验证机械能守恒定律1.在“验证机械能守恒定律”实验中,小王用如图甲所示的装置,让重物从静止开始下落,打出一条清晰的纸带,其中的一部分如图乙所示。
O点是打下的第一个点,A、B、C和D为另外4个连续打下的点。
甲乙(1)为了减小实验误差,对体积和形状相同的重物,实验时选择密度大的重物的理由是。
(2)已知交变电流频率为50 Hz,重物质量为200 g,当地重力加速度为9.80 m/s2,则从O点到C点,重物的重力势能变化量的绝对值|ΔE p|=J,C点的动能E kC= J。
(计算结果均保留3位有效数字)比较E kC与|ΔE p|的大小,出现这一结果的原因可能是。
A.工作电压偏高B.存在空气阻力和摩擦力C.接通电源前释放了纸带2.(湖南长沙二模)某兴趣小组用频闪摄影的方法验证机械能守恒定律,实验中将一钢球从与课桌桌面等高处的O点自由释放,在频闪仪拍摄的照片上记录了钢球在下落过程中各个时刻的位置,拍到整个下落过程的频闪照片如图所示。
(1)若已知频闪仪的闪光频率为f,重力加速度为g,再结合图中所给下落高度的符号,为验证从O点到A点过程中钢球的机械能守恒成立,需验证的关系式为2gs7= 。
(2)结合实际的实验场景,请估算闪光频率f应为(g取10m/s2)。
A.1 HzB.5 HzC.20 HzD.100 Hz3.某物理兴趣小组在实验室中找到的实验器材有:光电计时器(配两个光电门),铁架台,小钢球,游标卡尺,电磁铁,铅垂线,电源及导线若干。
利用这些器材设计如图甲所示的装置来验证机械能守恒定律。
(1)利用铅垂线调整铁架台、光电门等,使电磁铁、光电门1、光电门2的中心在同一竖直线上。
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)切断电磁铁的电源,小球由静止自由下落,计时器记录小球通过两个光电门的挡光时间分别为Δt1和Δt2,同时记录小球从光电门1到光电门2的时间为t。
则小球通过光电门1时的速度为(用题中给出的物理量符号表示)。
2020年高考物理备考：专题练习卷---实验：验证机械能守恒定律(解析版)
2020年高考物理备考：专题练习卷---实验：验证机械能守恒定律1．下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中，正确的是( ) A ．重物质量的称量不会造成较大误差 B ．重物质量选用得大些，有利于减小误差 C ．重物质量选用得较小些，有利于减小误差 D ．纸带下落和打点不同步会造成较大误差 【答案】BD【解析】验证机械能守恒，即验证减少的重力势能是否等于增加的动能即mgh ＝12mv 2，其中质量可以约去，没必要测量重物质量，A 错误；当重物质量大一些时，空气阻力可以忽略，B 正确，C 错误；纸带先下落而后打点，此时，纸带上最初两点的点迹间隔较正常时略大，用此纸带进行数据处理，其结果是重物在打第一个点时就有了初动能，因此重物动能的增加量比重物重力势能的减少量大，D 正确。
2．利用图实所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v 和下落高度h 。
某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案，其中正确的方案是( )A ．用刻度尺测出物体下落的高度h ，并测出下落时间t ，通过v ＝gt 计算出瞬时速度vB ．用刻度尺测出物体下落的高度h ，并通过v ＝2gh 计算出瞬时速度vC ．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，计算出瞬时速度v ，并通过h ＝v 22g计算得出高度hD ．用刻度尺测出物体下落的高度h ，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v 【答案】D【解析】利用g 求v 和h ，相当于利用机械能守恒验证机械能守恒，A 、B 、C 错误，D 正确。
3．在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m ＝1.00 kg 的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示。
O 为第一个点，A 、B 、C 为从合适位置开始选取连续点中的三个点。
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高考物理
实验验证机械能
题型一、考查实验原理与实验操作
1．如图甲为验证机械能守恒定律的实验装置示意图。
现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。
回答下列问题。
甲
（1）为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有________。
（填入正确选项前的字母）
A．米尺
B．秒表
C．4~6V的直流电源
D．4~6V的交流电源
（2）下面列举了该实验的几个操作步骤：
A．按照图示的装置安装器件；
B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；
C．用天平测出重锤的质量；
D．先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带；
E．测量纸带上某些点间的距离；
F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能
其中操作不当的步骤是________。
（3）实验中误差产生的原因有__________________________________________。
（写出两个原因）
（4）利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值。
根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图乙所示。
使用交流电的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式a ________。
（用1x、2x、3x、4x及f表示）
乙
2．（1）在利用重锤做自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，有关重锤的质量，下列说法正确的是（ ） A ．应选用质量较大的重锤，使重锤和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力 B ．应选用质量较小的重锤，使重锤的惯性小一些，下落时更接近于自由落体运动 C ．不需要称量重锤的质量 D ．必须称量重锤的质量
（2）在该实验中，选定了一条较为理想的纸带，如图实-6-3所示，“0”为起始点，以后纸带上所打的各点依次记为1、2、3……，测得的1x 、2x 、3x ……是重锤从开始运动到各时刻的位移。
已知打点计时器的打点周期为T ，重锤质量为m ，重力加速度为g ，则当打点计时器打点“4”时，重锤动能的表达式为________________；从“0”点到“4”点的过程中重锤重力势能的减少量表达式为________________。
图实-6-3 题型二、考查实验数据处理及误差分析
3．在用落体法验证机械能守恒定律时，某小组按照正确的操作选得纸带如图所示。
其中O 是起始点，A 、B 、C 是打点计时器连续打下的3个点。
用毫米刻度尺测量O 到A 、B 、C 各点的距离，并记录在图中。
(已知当地的重力加速度2
g 9.80 m /s =，重锤质量为m 1kg =，计算结果均保留3位有效数字)
（1）图中的三个测量数据中不符合有效数字读数要求的是________段的读数，应记作________cm 。
（2）甲同学用重锤在OB 段的运动来验证机械能守恒，他用AC 段的平均速度作为B 点对应的瞬时速度B v ，则求得该过程中重锤的动能增加量k E ∆=________J ，重力势能的减少量p E ∆=________J 。
这样验证的系统误差总是k E ∆________p E ∆（选填“>”、“<”或“＝”）。
2 v
d=
（1）要验证摆锤在运动中机械能守恒，必须求出摆锤初始位置离最低点的高度，其高度应为________，同时还应求出摆锤在最低点时的速度，其速度应为________。
（2）用实验中测量的物理量写出验证摆锤在运动中机械能守恒的关系式为________。
3
＋22
4
2．
）5
－x32 8T2
4．
21222221
6．
2H。