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必修部分力学实验最新模拟题冲刺
专题9. 验证机械能守恒定律
1. （2024 河南高考适应性考试）某同学用如图（a）所示的装置验证机械能守恒定律。用细线把钢制的圆
柱挂在架子上，架子下部固定一个小电动机，电动机轴上装一支软笔。电动机转动时，软笔尖每转一周就
在钢柱表面画上一条痕迹（时间间隔为T）。如图（b），在钢柱上从痕迹O 开始选取5 条连续的痕迹A、
B、C、D、E，测得它们到痕迹O 的距离分别为hA、hB、hC、hD、hE。已知当地重力加速度为g。
（1）若电动机的转速为3000r/min，则T = __________s。
（2）实验操作时，应该__________。（填正确答案标号）
A．先打开电源使电动机转动，后烧断细线使钢柱自由下落
B．先烧断细线使钢柱自由下落，后打开电源使电动机转动
（3）画出痕迹D 时，钢柱下落的速度vD = __________（用题中所给物理量的字母表示）
（4）设各条痕迹到O 的距离为h，对应钢柱的下落速度为v，画出v2—h 图像，发现图线接近一条倾斜的
直线，若该直线的斜率近似等于__________，则可认为钢柱下落过程中机械能守恒。
【参考答案】 （1） 0.02 （2）. A (3).
(4). g
【名师解析】（1）由于电动机的转速为n=3000r/min，由n=60f 解得频率为f=50Hz，由f=1/T 解得T =
0.02s。
（2）实验操作时，应该先打开电源使电动机转动，后烧断细线使钢柱自由下落，A 正确。
（3）根据匀变速直线运动在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可知画出痕迹D 时，钢柱
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下落的速度
。
钢制的圆柱下落过程中，只有重力做功，重力势能的减小等于动能的增加，即
，
方程两边消去质量m 得
。由此可知，若
图线为直线，则
图线斜率为g，则机械能守
恒，所以此图像能验证机械能守恒。
2. （2024 福建泉州质检2）某同学用如图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验，所用计时器为电
火花打点计时器，重锤质量为500g，部分实验步骤如下：
A．将打点计时器竖直固定在铁架台上如图甲所示的位置
B．先接通电源，后释放重锤
C．更换纸带，再重复几次，选择合适的纸带进行测量分析
（1）上述实验步骤中不合理
步骤为______（选填序号字母）。
（2）按照正确的操作选得如图乙所示的纸带，其中O 是重锤刚释放时所打的点，测得连续打下的五个点
A、B、C、D、E 到O 点的距离h 值如图乙所示。已知交流电源频率为50Hz，当地重力加速度为
。在打O 点到C 点的这段时间内，重锤动能的增加量
______J，重力势能的减少量
______J（结果均保留三位有效数字）。
（3）该同学进一步求出纸带上其他点的速度大小v，然后作出相应的
图像，画出的图线是一条通
2
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过坐标原点的直线。该同学认为：只要图线通过坐标原点，就可以判定重锤下落过程机械能守恒，该同学
的分析______（选填“合理”或“不合理”）。
【参考答案】（1） ①. A （2） ②. 1.00 ③. 1.07 （3） ④. 不合理
【名师解析】
（1）[1]A．将打点计时器固定在铁架台上后让纸带穿过限位孔，用夹子夹住纸带，为了在实验中获取更多
的数据点同时节约纸带，重物应靠近打点计时器，而图中重物离打点计时器过远，故A 错误，符合题意；
B．实验过程中应先接通电源后释放纸带，故B 正确，不符合题意；
C．实验中应更换纸带，再重复几次，选择点迹清晰的合适的纸带进行测量分析，故C 正确，不符合题意。
故选A。
（2）[2]根据已知条件，可得打点周期
由图乙纸带可得打C 点时的瞬时速度
在打O 点到C 点的这段时间内，重锤动能的增加量
[3]重力势能的减小量
（3）[4]根据机械能守恒定律，从起始点开始，若机械能守恒应满足
消去重锤的质量可得
做出
的图像，若图像过原点，且其斜率等于当地的重力加速度，才可判定重锤下落过程机械能守
恒，因此，若只满足图像过坐标原点，并不能判定重锤下落过程中机械能守恒，因此该同学的分析不合理。
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3. （2024 深圳龙岗期末） 某同学利用自由落体运动做“验证机械能守恒定律”实验。利用纸带上的点得
到的数据画成如图所示的
图线，可知该同学________________（填“是”或“不是”）取开始下落
时打的点来验证的；该图线的斜率表示________________（用文字表述）。设实验的重力加速度值在
才可认为机械能守恒，否则不守恒。由图计算出重力加速度值为________________
（取三位有效数字），说明本实验的机械能________________（填“守恒”或“不守恒”）。
【参考答案】 ①. 不是 ②. 2g ③.
④. 守恒
【名师解析】
[1]根据自由落体运动的位移与速度关系
可知
图像
纵轴截距为初速度，若从起点取点，截距为零，所以截距不为零，该同学不是从起点取点。
[2]根据
可知图像得斜率为2g。
[3]根据图像可知
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即
[4]重力加速度值在
才可认为机械能守恒，所以本实验机械能守恒。
4．（10 分）
（1）(2024 海南高考模拟6)（4 分）某实验小组利用如图1 所示的装置做验证机械能守恒定律的实验。图
中铁架台上的
处固定一光电门，
点是铁架台上固定的一点，用刻度尺测得
之间的高度差为
。
①现将小球从横梁上的
点由静止释放，通过数字计时器读出小球通过光电门的遮光时间
。已知小球
的直径为
，则小球通过光电门时的速度大小
______（用已知量的字母符号表示）。
②改变
的位置，重复以上步骤，测出多组
以及对应的遮光时间
，求出
并作出
图像，如图2
所示。已知重力加速度为
，若小球下落的过程中机械能守恒，则图线的斜率
______，与纵轴的截距
表示______．
图1 图2
【参考答案】①
②
小球通过与
点等高处时速度的平方
【名师解析】①光电计时器记录遮光片通过光电门的时间，故小球通过光电门的平均速度大小为
，由
于
极短，故平均速度可等效为瞬时速度。
②若小球下落的过程中机械能守恒，设小球下落过程中，通过与
点等高处时的速度大小为
，则有
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，整理可得
，故图线的斜率为
，截距为
。
5. （2024 安徽安庆市二中第四次质检）某同学设计出如图甲所示
实验装置来“验证机械能守恒定律”，让
小球从A 点自由下落，下落过程中经过正下方的光电门B 时，光电计时器记录下小球通过光电门时间t，
当地重力加速度为g。
（1）先用游标卡尺测量钢球的直径，读数如图乙所示，钢球直径为
______
；
（2）为了验证机械能守恒定律，该实验还需要测量下列哪个物理量______（填选项）；
A．小球的质量m B．小球从A 到B 的时间T C．AB 之间的距离H
（3）小球通过光电门时的瞬时速度
______（用题中所给的物理量表示）。
【参考答案】 ①. 1.575 ②. C ③.
【名师解析】
（1）[1] 20 分度的游标卡尺精确度为0.05mm，故钢球的直径为
（2）[2] 钢球经过B 点的速度为
钢球下落过程据机械能守恒定律可得
故要验证机械能守恒定律，还需要测量AB 之间的距离H。
故选C。
（3）[3]小球通过光电门时的瞬时速度为
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6. （2024 年2 月吉林质检） 某实验小组利用如图甲所示的装置验证了机械能守恒定律，实验时完成了如
下的操作：
a.首先接通气垫导轨，然后调节气垫导轨水平，将光电门固定在气垫导轨上，调节滑轮的高度使轻绳水平；
b.用游标卡尺测量遮光条的宽度d；
c.将质量为M 的滑块（含遮光条）放在气垫导轨上，用轻绳跨过定滑轮，另一端拴接一个质量为m 的钩码；
d.将钩码由静止释放，记录滑块经过光电门时的挡光时间t，测量出释放点到光电门的距离L；
e.改变钩码的个数n（每个钩码质量均为m），仍将滑块从同一位置静止释放，记录滑块经过光电门时相
应的挡光时间。
（1）游标卡尺示数如图乙所示，则遮光条的宽度为______cm；
（2）已知重力加速度为g，若所挂钩码的个数为n，系统的机械能守恒时，关系式______成立（用已知和
测量的物理量的字母表示）；
（3）利用记录的实验数据，以
为横轴、
为纵轴描绘出相应的图像，作出的图线斜率为k，若系统的机
械能守恒，则
______（用已知和测量的物理量的字母表示）。
【参考答案】 ①. 0.170 ②.
③.
【名师解析】
（1）[1]游标卡尺的精度为0.05mm，读数为
0.1cm+
mm=0.170cm
（2）[2]滑块到光电门的速度为
根据机械能守恒定律有
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解得
（3）[3]由（2）中表达式变形可知
可知若系统的机械能守恒，则
k=
7. （2024 天津蓟州区期末）某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。将气垫导轨固定在水
平桌面上，调节旋钮使其水平，在气垫导轨的左端固定一光滑的定滑轮，在B 处固定一光电门，测出滑块
及遮光条的总质量为m，将质量为M 的钩码通过细线与滑块连接。打开气源，滑块从A 处由静止释放，宽
度为d 的遮光条经过光电门B 时挡光时间为t，A、B 之间的距离为l，实验中钩码始终未与地面接触，重力
加速度为g。
（1）滑块由A 点运动到B 点的过程中，系统重力势能减少量
为________，系统动能增加量
为
________（均用题中所给字母表示）。
（2）若实验结果发现按上述公式计算
总是大于
，可能的原因是________。
A.存在空气阻力
B.测出滑块右端与光电门B 之间的距离作为l
C.测出滑块左端与光电门B 之间
距离作为l
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【参考答案】 （1） ①.
②.
（2）③. C
【名师解析】（1）[1]根据重力势能的表达式可知滑块由A 点运动到B 点的过程中，系统重力势能减少量
为
（2）[2]滑块在光电门B
速度为
所以系统动能的增加量为
（3）若存在空气阻力，
总是小于
，故A 错误；将滑块右端与光电门B 之间的距离作为l，钩码下
落的高度偏大，
将小于
，故B 错误；将滑块左端与光电门B 之间的距离作为l，钩码下落的高度
偏小，
将大于
，故C 正确。
。
8. （2024 江西宜春市一中质检）某同学用如图甲所示的实验装置做“验证机械能守恒定律”实验.气垫导
轨上B 处安装了一个光电门，滑块在A 处由静止释放，验证从A 到B 过程中滑块、遮光条和钩码所构成系
统的机械能守恒。
（1）用游标卡尺测量遮光条
宽度d，示数如图乙所示，则d=______mm；
（2）关于该实验，下列说法正确的是______；
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A.钩码质量应远小于滑块和遮光条的总质量
B.滑块释放的位置离光电门适当远一点，可以减小实验误差
C.实验要验证的是：钩码减少的重力势能与滑块和遮光条增加的动能是否相等
（3）实验时需要调节气垫导轨______，调节定滑轮的高度使牵引滑块的细绳______；按照正确的操作，
接通气源，将滑块由A 点静止释放（A 点到光电门的距离为x），已知钩码的质量为m，滑块和遮光条的总
质量为M，测得滑块通过光电门时遮光条遮光时间为t，若表达式______成立（用已知的和测量的物理量
符号表示），则机械能守恒定律得到验证。
【参考答案】 （1） ①. 2.15 （2） ②. B
（3） ③. 水平 ④. 与导轨平行 ⑤.
【名师解析】
（1）[1]游标卡尺的读数等于主尺与游标尺两读数之和，遮光片的宽度
（2）[2]A．实验不需要满足钩码质量远小于滑块和遮光条的总质量，选项A 错误；
Ｂ．滑块释放的位置离光电门适当远一点，则滑块在通过光电门时的时间就越短，得到的瞬时速度就越精
确，可以减小实验误差，选项B 正确；
Ｃ．实验要验证的是：钩码减少的重力势能与钩码、滑块和遮光条增加的动能是否相等，选项C 错误。
故选Ｂ
（3）[3][4]实验时需要调节气垫导轨水平，调节定滑轮的高度使牵引滑块的细绳与导轨平行。
[5]滑块通过光电门时速度为
滑块和钩码增加的动能为
钩码减少的重力势能为
若表达式
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即
成立，则机械能守恒定律得到验证。
9. （2024 河北部分学校期末联考）某同学用如图甲所示装置验证机械能守恒定律，光滑斜面AB 与半径为
R 的光滑圆弧面相切于斜面底端的B 点，圆弧的最低点为C。他采用以下两种方案来验证质量为m 的小球
从斜面上某点由静止释放运动到C 点的过程中机械能是否守恒。（当地重力加速度为g）
（1）方案一：
①他用20 分度游标卡尺测量小球的直径d，如图乙所示，则小球直径
_____cm，在C 点安装一个光电
门；
②将小球从斜面上某点由静止释放，小球通过C 点光电门时所用的时间为t，则小球通过C 点时的速度
______（用物理量符号表示）；
③改变小球的释放位置，测得释放位置到C 点的高度为h，重复②，得到多组释放高度h 和对应时间t，以
为横坐标，以h 为纵坐标，将所得的数据点描点、连线，得到一条直线，若直线的斜率
______，则
表明小球在上述运动过程中机械能守恒。
（2）方案二：
①在圆弧最低点C 安装一个力传感器；
②将小球从斜面上某点由静止释放，测得释放位置到C 点的高度为h，并测得小球通过C 点时传感器的示
数F；
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③改变小球的释放位置，重复②，得到多组释放高度h 和对应传感器的示数F，以h 为横坐标，以为F 纵坐
标，将所得的数据点描点、连线，得到一条直线，该直线的斜率为k，与纵轴的交点为b，若小球在上述运
动过程中机械能守恒，则
______，
_____。（用物理量符号表示）。
【参考答案】 （1） ①. 1.260 ②.
③.
（2） ④.
⑤. mg
【名师解析】
（1）①[1]由图可知，该游标卡尺为20 分度，游标尺的第12 条刻度线与主尺的
对齐，所以小球的
直径
②[2]小球通过
点时
速度
③[3]若小球在运动过程中机械能守恒，有
整理得
直线的斜率为
（2）[4]小球在运动过程中机械能守恒，有
对小球在
点受力分析并结合牛顿第二定律有
由牛顿第三定律有
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可得
直线的斜率为
[5]直线与纵轴的交点为为
10. （2024 石家庄辛集市2 月质检） 为了消除空气阻力对实验结果的影响，某实验小组用如图甲所示实验
装置做验证机械能守恒定律实验。牛顿管竖直固定在铁架台上，光电门固定在牛顿管的外侧，紧贴牛顿管
外侧再固定刻度尺（0 刻度线与管口齐平，图中未画出）。启动抽气泵，将牛顿管内的空气抽出，已知橡
胶球的质量为m，当地重力加速度为g。
（1）先用游标卡尺测量橡胶球直径d，如图乙所示，则小球直径
__________mm。
（2）从刻度尺上读取橡胶球球心和光电门中心对应的刻度值
、
，将橡胶球由静止释放，记录橡胶球第
一次通过光电门的挡光时间
。
（3）要验证橡胶球下落过程中机械能是否守恒，只需比较__________与__________是否相等即可。（用
上面测得数据符号表示）
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【参考答案】 （1） ①. 6.60 （2） ②.
③.
【名师解析】
（1）[1]小球直径
（3）[2][3]橡胶球第一次通过光电门的速度为
要验证橡胶球下落过程中机械能是否守恒，需要满足
联立可得
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