第29讲　实验　验证机械能守恒定律（练）-2025年高考物理一轮考点专项训练（附答案解析）.docx

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第29讲实验验证机械能守恒定律（练）

考点

核心考向

考查频次

难易度

实验验证机械能守恒定律

考向1.教材原型实验

高

中

考向2.探索创新实验

高

中

考向1.教材原型实验

例1

1．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。

例2

2．用如图1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，输出电压有交流电和直流电两种重锤从高处由静止开始下落，打点计时器在重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对图中纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．

下列几个操作步骤中：

A.按照图示，安装好实验装置；

B.将打点计时器接到电源的“交流输出”上；

C.用天平测出重锤的质量；

D.先释放重锤，后接通电源，纸带随着重锤运动，打点计时器在纸带上打下一系列的点；

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是否等于增加的动能．

没有必要的是，操作错误的是填步骤前相应的字母

使用质量为m的重锤和打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，在选定的纸带上依次取计数点如图2所示，纸带上所打的点记录了物体在不同时刻的位置，那么纸带的端填“左”或“右”与重物相连设打点计时器的打点周期为T，且O为打下的第一个点当打点计时器打点“3”时，物体的动能表达式为，若以重物的运动起点O为参考点，当打第点“3”时物体的机械能表达式为．

例3

3．某实验小组利用重物自由下落来“验证机械能守恒定律”，实验装置如图所示。已知重物质量为m，当地重力加速度为g。

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（1）按图示组装好器材后，下列步骤合理的顺序是。

①在纸带下端挂上重物，穿过打点计时器，将重物拉至靠近打点计时器处；②释放纸带；③启动开关，使打点计时器打点；④从重物上取下纸带；⑤关闭打点计时器电源。

（2）某同学多次实验后，挑选一条点迹清晰的纸带，测量出纸带上连续四个点A、B、C、D到起始点O的距离如图所示。已知打点计时器的打点频率为f、则从O点到B点的这段时间内，重物动能的增加量为。

??

（3）该同学利用纸带上各点到O的距离h，计算出各点的速度v，以h为横轴、为纵轴作出了如图所示的图线，若满足，则可以证明在误差允许的范围内，重物的机械能守恒。

??

（4）在实验中，某同学根据测得的数据，通过计算发现，重物动能的增加量略大于重物势能的减少量，若测量与计算均无错误，则出现这一问题的原因可能是。

A．重物的质量偏大????????B．交流电源的频率偏大

C．交流电源的频率偏小????D．重物下落时受到的阻力过大

考向2.探索创新实验

例1

4．某同学设计出如图1所示的实验装置来验证机械能守恒定律。让小球自由下落，下落过程中小球的球心经过光电门1和光电门2，光电计时器记录下小球通过光电门的时间、，已知当地的重力加速度为g。

（1）该同学先用螺旋测微器测出小球的直径如图2所示，则其直径d=mm。

（2）为了验证机械能守恒定律，该实验还需要测量下列哪些物理量（填选项序号）。

A．小球的质量m

B．光电门1和光电门2之间的距离h

C．小球从光电门1到光电门2下落的时间t

（3）小球通过光电门1时的瞬时速度（用题中所给的物理量符号表示）。

（4）保持光电门1位置不变，上下调节光电门2，多次实验记录多组数据，作出随h变化的图像如图3所示，如果不考虑空气阻力，若该图线的斜率，就可以验证小球下落过程中机械能守恒。

（5）考虑到实际存在空气阻力，设小球在下落过程中平均阻力