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2025人教版新教材物理高考第一轮
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 |= J,C点的动能E = J。
p kC
(计算结果均保留 3位有效数字)比较E 与|ΔE |的大小,出现这一结果的原因可能是
kC p
。
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.(2023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2gs = 。
7
(2)结合实际的实验场景,请估算闪光频率f应为 (g取10 m/s2)。
A.1 Hz B.5 Hz
C.20 Hz D.100 Hz
3.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Δt 和Δt ,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
1 2
时的速度为 (用题中给出的物理量符号表示)。
(3)当地重力加速度大小为 g,若满足关系式 (用题中给出的物理量符号表示),则表明该过程中小球的机械能守恒。
4.(2023四川成都模拟)某同学用如图甲所示装置验证机械能守恒定律,他将质量分别为
m 、m 的A、B两小球用轻质无弹性细绳连接并跨过轻质定滑轮,m >m ,在B上端分布
A B A B
有两个光电门,光电门中心间距是h,重力加速度为g。实验步骤如下:
(1)用游标卡尺测出小球直径d,如图乙所示,则d= mm。
(2)将A球由静止释放,记录B小球依次通过光电门1和光电门2的遮光时间t 和t 。
1 2
(3)计算从光电门1到光电门2过程中系统动能的增量ΔE = ,系统势能的减少量
k
ΔE = 。(用题中给出的物理量d,t ,t ,m ,m ,h,g表示)
p 1 2 A B
(4)改变小球B位置,重复实验,并得出结论。参考答案
第8讲 实验:验证机械能守恒定律
1.答案 (1)阻力与重力之比更小(或其他合理解释)
(2)0.547 0.588 C
解析 (1)在验证机械能守恒实验时阻力越小越好,密度大的重物阻力与重力之比更小。
(2)OC之间的距离为x =27.90 cm,因此机械能的减少量为|ΔE |=mgx =0.2×9.8×0.279 0
OC p OC
J=0.547 J,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 v =
C
x 0.330-0.233 1 1
BD= m/s=2.425 m/s, 因 此 动 能 的 增 加 量 为 E = mv 2=
2T 2×0.02 kC 2 C 2
×0.2×2.425×2.425 J=0.588 J。
工作电压偏高不会引起实验的误差,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。
1
2.答案 (1) f2(s -s )2
8 6
4
(2)C
s -s (s -s )f 1
解析 (1)A 点的速度为 v = 8 6= 8 6 ,需要验证的原理公式为 mgh= mv2,可得
A 2T 2 2
1
2gs = f2(s -s )2。
7 8 6
4
(2)课桌桌面到地面的高度约为 0.8 m,小球做自由落体运动,由图中可知经过 8次闪光到
1 1
达地面,故有 g×(8T)2=0.8 m,解得T=0.05 s,即f= =20 Hz,故选C。
2 T
3.答案 (1)0.975
d
(2)
Δt
1
(3)gt=dΔt -Δt
1 2
Δt Δt
1 2
解析 (1)由题图乙可知,游标卡尺的主尺读数为 0.9 cm,游标尺的第15刻度线与主尺的某
刻度线对齐,则读数为0.05×15 mm=0.75 mm=0.075 cm,则小球的直径为d=0.9 cm+0.075
cm=0.975 cm。
d
(2)小球通过光电门1时的速度为v = 。
1 Δt
1d
(3)小球通过光电门2时的速度为v = ,由运动学公式可得小球在 t时间内下落的高度
2 Δt
2
d d
v +v + dt(Δt +Δt ) dt(Δt +Δt )
h= 1 2t= Δt Δt t= 1 2 ,则重力势能的减少量ΔE =mg 1 2 ,动能的
2 1 2 2Δt Δt p 2Δt Δt
2 1 2 1 2
增加量ΔE k =1 mv 2− 1 mv 2= 1 m ( d ) 2 − 1 m ( d ) 2 ,在误差允许的范围内,若满足关系式
2 2 2 1 2 Δt 2 Δt
2 1
ΔE =ΔE ,整理即为gt=dΔt -Δt ,则表明该过程中小球的机械能守恒。
p k 1 2
Δt Δt
1 2
4.答案 (1)17.5
(m +m )d2 1 1
(3) A B ( - )
2 t 2 t 2
2 1
(m -m )gh
A B
解析 (1)游标卡尺主尺的读数为17 mm,第5条刻线和主尺刻线对齐,游标尺读数为5×0.1
mm=0.5 mm,游标卡尺读数为17 mm+0.5 mm=17.5 mm。
d d
(3)B球经过光电门1的速度为v = ,B球经过光电门2的速度为v = ,从光电门1到光电
1 t 2 t
1 2
门2过程中系统动能的增量为 ΔE k =1(m A +m B ) v 2− 1(m A +m B ) v 2= (m A +m B )d2 1 − 1 ,
2 2 2 1 2 t 2 t 2
2 1
系统势能的减少量为ΔE =(m -m )gh。
p A B
