高考物理必做实验高考真题汇编
实验7 验证机械能守恒定律
1. （2024年6月高考浙江卷）在“验证机械能守恒定律”的实验中
（1）下列操作正确的是 。
A. B. C.
（2）实验获得一条纸带，截取点迹清晰一段并测得数据如图所示已知打点的频率为 50 Hz，则打点“13”时，重锤下落的速度大小为___________m/s（保留三位有效数字）。
（3）某同学用纸带的数据求出重力加速度g=9.77m/s2，并用此g值计算得出打点“1”到“13”过程重锤的重力势能减小值为5.09m，另计算得动能增加值为5.08m（m为重锤质量）则该结果______（选填“能”或“不能”验证机械能守恒，理由是（ ）
A.在误差允许范围内
B.没有用当地的重力加速度g
【答案】（1）B （2）3.34
（3） ①. 能 ②. A
【解析】（1）应手提纸带上端使纸带竖直，同时使重物靠近打点计时器，由静止释放。故B操作正确。
（2）根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程平均速度可得打点“13”时，重锤下落的速度大小
（3）可以验证机械能守恒；
理由是“在误差允许范围内，重锤的重力势能减小值等于动能增加值”
故选A。
2. （2023年高考天津卷）利用气垫导轨和光电门验证机械能守恒的实验。
实验装置如图。已经测得：
a．遮光片宽度d
b．释放滑块时滑块上遮光片到光电门的距离为l
c．钩码质量m1，滑块与遮光片质量m2
接通气源，释放钩码。则
（1）已知滑块上遮光片通过光电门时间t，滑块通过光电门时的速度为_________；
（2）在滑块从释放到滑块上遮光片经过光电门这一过程中，系统重力势能减少量为_________，动能增加量为_________；
（3）改变l，做多组实验，做出以l为横坐标。以为纵坐标的图像，如图。若机械能守恒成立，则图像斜率为_________。
【参考答案】 （1）. （2） . m1gl . （3）.
【名师解析】
（1）滑块通过光电门时的速度为
（2）从释放到滑块经过光电门这一过程中，系统重力势能减少量为
Ep = m1gl
从释放到滑块经过光电门，这一过程中，系统动能增加量为
（3）改变l，做多组实验，做出如图以l为横坐标。以为纵坐标的图像，若机械能守恒成立有
整理有
则图像斜率为。
3. （2022高考河北）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，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______。
【参考答案】（1）。 mgh4。
（2）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。
【命题意图】本题考查验证机械能守恒定律实验及其相关知识点。
【名师解析】（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
整理有
打出点时速度v=，打出点时钩码动能Ek==（）2=，由于从静止释放钩码，所以钩码动能增加量△Ek=；
（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。
4. （2022高考湖北物理）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和最小值。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
【参考答案】（1）-2 （2）-2.1 0.59N （3）C
【命题意图】本题考查验证机械能守恒定律实验，牛顿运动定律，圆周运动及其相关知识点，考查实验探究能力。
【解题思路】（1）当小球摆动到最低位置时，拉力最大，拉力传感器示数最大；当小球摆动到最高位置时，拉力最小，拉力传感器示数最小；
小球摆动到最高位置时，设摆线与竖直方向的夹角为θ，有mgcosθ=Tmin；
小球摆动到最低位置时，Tmax -mg=m
小球从最高点摆动到最低点，若机械能守恒，则有mgL（1-cosθ）=mv2，
联立解得：Tmax =3mg-2Tmin
因此，图乙中直线斜率的理论值为-2.
（2）由图乙得，3mg=1.765N，小钢球的重力mg=0.59N。直线斜率ｋ＝＝－2.1.
（3）该实验系统误差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，选项C正确。
5．（2022·高考广东物理）（7分）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10（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10（b）所示，小球直径__________。
（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和。
（4）计算小球通过光电门的速度，己知小球的质量为m，可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失__________（用字母m、d、和表示）。
（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】
（2）7.885mm （3）B （4） （5）增大
【命题意图】本题考查测量小球与橡胶材料碰撞损失的机械能和螺旋测微器读数、误差分析，意在考查实验探究能力。
【解题思路】
(2)根据螺旋测微器读数规则，小球直径d=7.5mm+0.385mm=7.885mm
（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次通过光电门的速度v1=d/t1，第2次通过光电门的速度v2=d/t2，小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失△E=mv12-mv22=。
（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。
6．（10分）（2021高考新课程II卷海南卷）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、；
⑦用刻度尺分别测量A、B点到水平桌面的高度、；
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______；某次实验中，测得，则滑块通过光电门Ⅰ的瞬时速度_______（保留3位有效数字）；
（3）在误差允许范围内，若_______________（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：_____________________________________．
【参考答案】.（1）（2）5.00 0.431 （3）
（4）滑块下滑受到空气阻力，产生误差，遮光条宽度不够窄，速度测量不准确，产生误差
【名师解析】(1)利用倾斜气垫导轨验证机械能守恒定律，不需要测量滑块质量，不需要测量导轨上两光电门之间的距离。
（2）根据游标卡尺读数规则，遮光条宽度d=5.00mm。滑块通过光电门1时的速度v1==0.431m/s。
（3）滑块通过光电门1时的速度v1=，滑块通过光电门2时的速度v2=，由机械能守恒定律mg（h1-h2）=mv22-mv12，联立解得：h1-h2=。（4）产生误差的主要原因是：滑块下滑受到空气阻力，产生误差，遮光条宽度不够窄，速度测量不准确，产生误差。
7. （2021年6月浙江选考物理）在“验证机械能守恒定律”实验中，小王用如图1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2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。
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理由是___________。
②已知交流电频率为，重物质量为，当地重力加速度，则从O点到C点，重物的重力势能变化量的绝对值___________J、C点的动能___________J（计算结果均保留3位有效数字）。比较与的大小，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
【参考答案】 (1). 阻力与重力之比更小（或其它合理解释）
(2). 0.547 (3). 0.588 (4). C
【名师解析】
①[1]在验证机械能守恒实验时阻力越小越好，因此密度大的阻力与重力之比更小
②[2]由图中可知OC之间的距离为，因此机械能的减少量为
[3]匀变速运动时间中点的速度等于这段时间的平均速度，因此
因此动能的增加量为
[4]工作电压偏高不会影响实验的误差，存在摩擦力会使重力势能的减少量大于动能的增加量，只有提前释放了纸带，纸带的初速度不为零，下落到同一位置的速度偏大才会导致动能的增加量大于重力势能的减少量。
8.（2017天津理综物理卷）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 D．AC、BD和EG的长度
【参考答案】（2）①AB ②BC
【名师解析】①重物选用质量和密度较大的金属锤，对减小实验误差有利，选项A正确；两限位孔在同一竖直面内上下对齐，选项B正确；根据落体法验证机械能守恒定律原理，mgh=mv22-mv12，重物质量m可以消去，因此不需要测量出重物的质量， 选项C错误；手竖直向上提住纸带，接通电源后，松手释放重物，选项D错误。
②要完成验证机械能守恒定律，需要能够计算出打两个点时的速度和这两个点之间的距离（即下落高度）。由EG的长度可以求出打F点时的速度vF，打O点时速度为零，只测出OA、AD和EG的长度，不能得到OF之间的长度，不可以完成验证机械能守恒定律，选项A错误；只测出OC、BC和CD的长度，由BC和CD的长度可以求出打C点时的速度vC，打O点时速度为零，又有OF之间的长度，可以完成验证机械能守恒定律，选项B正确；只测出BD和EG的长度，可以求出打C点时的速度vC和打F点时的速度vF，又有CF，可以完成验证机械能守恒定律，选项C正确；只测出AC、BD和EG的长度, 可以求出打B点时的速度vB、打C点时的速度vC和打F点时的速度vF，不能得出BC、或BF、或CF两点之间的距离，不可以完成验证机械能守恒定律，选项D错误。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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