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1、35 .验证机械能守恒定律1.(2021 天津河东区高考一模)某实验小组设计实验验证机械能守恒，实验装置示 意图如图1所示，在铁架台铁夹上固定好一个力传感器，一根细线上端连接在力 传感器上，下端系在小球上，把小球拉离平衡位置一个角度，由静止释放小球， 力传感器可记录小球在摆动过程中细线拉力大小，记下力传感器的最大示数凡(1)关于实验，下列说法中正确的有。A.可以直接用弹簧测力计代替力传感器进行实验B.细线要选择伸缩性小的C.球尽量选择密度大的(2)为完成实验，需要测量小球自由静止时力传感器的示数R),还需要测量的物理 量有(填正确答案标号)。A.释放小球时的位置与自由静止位置的高度差hB.小球
2、下落至平衡位置时的时间C.摆长/D.小球的质量相需要验证机械能守恒的表达式为(用已知量和测量量的符号表示)。答案(1)BC (2)AC (3)尸泌=3(尸一 R)解析(1)弹簧测力计代替力传感器进行实验时，由于细线不断摆动，不方便进行 读数与记录，A错误；细线要选择伸缩性小的，避免摆长发生变化，B正确；球 尽量选择密度大的，以减小空气阻力的影响，C正确。(2)、(3)本实验要验证机械能守恒，即要验证减少的重力势能是否等于增加的动能, 应满足加2,静止在最低点时，力传感器的示数后与重力相等，即a=吆小球摆到最低点时力传感器有最大示数F,由向心力公式可得/一mg=#联立可解得Fo/?=1/(F-F
3、o),此即为要验证的表达式，由此可知，为完成实验， 要测量的量为释放小球时的位置与自由静止位置的高度差h与摆长/即可，故 问中应选A、Co2.(2021 山东省开学摸底)某同学用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图 2所示。实验中，让滑块都从气垫导轨某一固定位置。静止开始下滑，已测得气 垫导轨倾角为仇下列物理量不需攀测量的是 oA.滑块和挡光板的总质量历B.光电门位置P到O点之间的距离/C.挡光片通过光电门遮光时间2D.挡光片的宽度d先用游标卡尺测出挡光片的宽度，读数如图3所示，则宽度d=mm。123 cmI I I I I I I 1 I I I I I 1.1 I, I I I I I
4、I I 1 I |。 II | 门 i |()51()152。图3(3)若某次实验中测出宽度d= 10.00 mm,挡光片通过光电门遮光时间。=5.75 ms, 则滑块通过光电门的速度。=m/s(计算结果保留3位有效数字)。(4)根据直接测量的物理量，经过计算分析就可以验证滑块和挡光板整体下滑过程 中机械能是否守恒。答案(1)A 10.20 1.74解析(1)要验证的关系是Mglsin夕 即 g/sin 0=季则不需要测量的是滑块和挡光板的总质量M,故选A。 (2)遮光片的宽度 J=1.0 cm+4X0.05 mm= 10.20 mm0 (3)滑块通过光电门的速度d 10.00X10-3=左=
5、5.75X10-3 m/s=L74m/s。3.(2021 贡州贵阳市2月适应性考试)某同学用如图4所示的装置验证机械能守恒 定律。一根细线系住小钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于4点，光电门固定在 A的正下方。在钢球底部竖直地粘有一轻质遮光条。遮光条的宽度为d=8.() mm。(1)该同学取小钢球在最低点4处的重力势能为零，在离开最低点一定高度h处由 静止释放钢球，测量钢球到达最低点的瞬时速度，并根据测得的数据计算出小球 释放时的重力势能及运动到最低点时的动能。下表是其中三组数据；(2)由表中的第1组数据可估算出小钢球下落的高度力约为 m(重力加速度 g取10 m/s2,结果保留2位有效数字)；
6、挡光时间(ms)释放点处重力势能(J)最低点处动能。)14.6980.011 00.011 224.6590.011 00.011 134.6190.011 00.011 3该同学根据表中三组数据的动能与重力势能近似相等，得出：小钢球在释放后，摆动整个过程近似满足机械能守恒。这一推断证据（选 填“充分”或“不充分”），理由是答案（2）0.14 （3）不充分只有初末位置的机械能近似相等，不能说明整个过程 机械能始终守恒解析（2）球经过最低点时的速度为小球的动能为Eki =invx重力势能为Epi =mgh代入第一组数据联立解得=0.14 m。实验只是测出了初末位置的重力势能和动能，在空中运动过程
7、会有空气阻力和 其他力做功，实验只能得出除重力外的其他力做的总功为零，并不能说明整个过 程机械能始终守恒，所以不充分。4.（2021 河北省高考模拟）质量均为7的物块A、B用跨过定滑轮的不可伸长的轻 绳连接,在物块B的正下方地面上固定有与计算机相连的位移传感器D,如图5（a） 所示；在物块8上加一个质量为成）的槽码C后由静止释放物块，结果在计算机 上得到如图（b）所示的X图像,x表示B到传感器的距离，表示运动时间，P9, 份是图线上一点，c是图线的纵截距，过尸点图线的切线与纵轴交点的纵坐标为 d（图中未画出）。当地重力加速度为g。物块B经时间。时的速度大小为;（2）根据题给条件和计算机显示的数据，若，则可认为在误差 允许的范围内A、8、C组成的系统机械能守恒。gg db1 t (dbY答案 H (2)mog(cb) 殍加+如匕一) 解析（1）分析可知，xf图像中某时刻质点的速度在数值上等于对应时刻图线切 线的斜率，即。=J/。经时间m系统重力势能减小量为AEP=mogh=tnog（cb）动能的增加量AEk=；（2加+吟（，耳当一 AEpyAEk时，可认为在误差允许的范围内A、B、C组成的系统机械能守恒。