專題74 實驗五：探究動能定理和機械能守恒定律-【真題匯編】最近10年（2014-2023）高考物理真題分項匯編（全國通用）-試卷下載-教習網(wǎng)

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最新10年（2014-2023）高考物理真題分項匯編
專題75 實驗五：探究動能定理和機械能守恒定律
1．（2023·天津·統(tǒng)考高考真題）驗證機械能守恒的實驗
如圖放置實驗器材，接通電源，釋放托盤與砝碼，并測得：

作者的備注：此處繪圖粗糙，連接遮光片小車與托盤砝碼的繩子應與桌面平行；原卷中已說明，遮光片與小車位于氣墊導軌上（視為無摩擦力），這里沒有畫出。
a．遮光片長度d
b．遮光片小車到光電門長度l
c．遮光片小車通過光電門時間?t
d．托盤與砝碼質量m1，小車與遮光片質量m2
（1）小車通過光電門時的速度為_________；
（2）從釋放到小車經(jīng)過光電門，這一過程中，系統(tǒng)重力勢能減少量為_________，動能增加量為_________；
（3）改變l，做多組實驗，做出如圖以l為橫坐標。以為縱坐標的圖像，若機械能守恒成立，則圖像斜率為_________。

【答案】 m1gl
【解析】（1）[1]小車通過光電門時的速度為
（2）[2]從釋放到小車經(jīng)過光電門，這一過程中，系統(tǒng)重力勢能減少量為
?Ep = m1gl
[3]從釋放到小車經(jīng)過光電門，這一過程中，系統(tǒng)動能增加量為
（3）[4]改變l，做多組實驗，做出如圖以l為橫坐標。以為縱坐標的圖像，若機械能守恒成立有
整理有
則圖像斜率為。
2．（2022·湖北·統(tǒng)考高考真題）某同學設計了一個用拉力傳感器驗證機械能守恒定律的實驗。一根輕繩一端連接固定的拉力傳感器，另一端連接小鋼球，如圖甲所示。拉起小鋼球至某一位置由靜止釋放，使小鋼球在豎直平面內擺動，記錄鋼球擺動過程中拉力傳感器示數(shù)的最大值和最小值。改變小鋼球的初始釋放位置，重復上述過程。根據(jù)測量數(shù)據(jù)在直角坐標系中繪制的圖像是一條直線，如圖乙所示。
（1）若小鋼球擺動過程中機械能守恒。則圖乙中直線斜率的理論值為_______。
（2）由圖乙得:直線的斜率為______，小鋼球的重力為_______N。（結果均保留2位有效數(shù)字）
（3）該實驗系統(tǒng)誤差的主要來源是______（單選，填正確答案標號）。
A．小鋼球擺動角度偏大
B．小鋼球初始釋放位置不同
C．小鋼球擺動過程中有空氣阻力
【答案】 0.59 C
【解析】（1）[1]設初始位置時，細線與豎直方向夾角為θ，則細線拉力最小值為
到最低點時細線拉力最大，則
聯(lián)立可得
即若小鋼球擺動過程中機械能守恒。則圖乙中直線斜率的理論值為；
（2）[2][3]由圖乙得直線的斜率為
則小鋼球的重力為
（3）[4]該實驗系統(tǒng)誤差的主要來源是小鋼球擺動過程中有空氣阻力，使得機械能減小，故選C。
3．（2022·廣東·高考真題）某實驗小組為測量小球從某一高度釋放，與某種橡膠材料碰撞導致的機械能損失，設計了如圖（a）所示的裝置，實驗過程如下：
（1）讓小球從某一高度由靜止釋放，與水平放置的橡膠材料碰撞后豎直反彈。調節(jié)光電門位置，使小球從光電門正上方釋放后，在下落和反彈過程中均可通過光電門。
（2）用螺旋測微器測量小球的直徑，示數(shù)如圖（b）所示，小球直徑__________。
（3）測量時，應__________（選填“A”或“B”，其中A為“先釋放小球，后接通數(shù)字計時器”，B為“先接通數(shù)字計時器，后釋放小球”）。記錄小球第一次和第二次通過光電門的遮光時間和。
（4）計算小球通過光電門的速度，已知小球的質量為m，可得小球與橡膠材料碰撞導致的機械能損失__________（用字母m、d、和表示）。
（5）若適當調高光電門的高度，將會__________（選填“增大”或“減小”）因空氣阻力引起的測量誤差。
【答案】 7.884/7.882/7.883/7.885/7.886 B 增大
【解析】（2）[1]依題意，小球的直徑為
（3）[2]在測量時，因小球下落時間很短，如果先釋放小球，有可能會出現(xiàn)時間記錄不完整，所以應先接通數(shù)字計時器，再釋放小球，故選B。
（4）[3]依題意，小球向下、向上先后通過光電門時的速度分別為v1、v2，則有
則小球與硅膠材料碰撞過程中機械能的損失量為
（5）[4]若調高光電門的高度，較調整之前小球會經(jīng)歷較大的空中距離，所以將會增大因空氣阻力引起的測量誤差。
4．（2022·河北·統(tǒng)考高考真題）某實驗小組利用鐵架臺、彈簧、鉤碼、打點計時器、刻度尺等器材驗證系統(tǒng)機械能守恒定律，實驗裝置如圖1所示。彈簧的勁度系數(shù)為k，原長為L0，鉤碼的質量為m。已知彈簧的彈性勢能表達式為，其中k為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量，當?shù)氐闹亓铀俣却笮間。
（1）在彈性限度內將鉤碼緩慢下拉至某一位置，測得此時彈簧的長度為L。接通打點計時器電源。從靜止釋放鉤碼，彈簧收縮，得到了一條點跡清晰的紙帶。鉤碼加速上升階段的部分紙帶如圖2所示，紙帶上相鄰兩點之間的時間間隔均為T（在誤差允許范圍內，認為釋放鉤碼的同時打出A點）。從打出A點到打出F點時間內，彈簧的彈性勢能減少量為______，鉤碼的動能增加量為______，鉤碼的重力勢能增加量為______。
（2）利用計算機軟件對實驗數(shù)據(jù)進行處理，得到彈簧彈性勢能減少量、鉤碼的機械能增加量分別與鉤碼上升高度h的關系，如圖3所示。由圖3可知，隨著h增加，兩條曲線在縱向的間隔逐漸變大，主要原因是______。
【答案】 mgh5 見解析
【解析】（1）[1]從打出A點到打出F點時間內，彈簧的彈性勢能減少量為
整理有
[2]打F點時鉤碼的速度為
由于在誤差允許的范圍內，認為釋放鉤碼的同時打出A點，則鉤碼動能的增加量為
[3]鉤碼的重力勢能增加量為
?Ep重 = mgh5
（2）[4]鉤碼機械能的增加量，即鉤碼動能和重力勢能增加量的總和，若無阻力做功則彈簧彈性勢能的減少量等于鉤碼機械能的增加量?，F(xiàn)在隨著h增加，兩條曲線在縱向的間隔逐漸變大，而兩條曲線在縱向的間隔即阻力做的功，則產(chǎn)生這個問題的主要原因是鉤碼和紙帶運動的速度逐漸增大，導致空氣阻力逐漸增大，以至于空氣阻力做的功也逐漸增大。
5．（2021·海南·高考真題）為了驗證物體沿光滑斜面下滑的過程中機械能守恒，某學習小組用如圖所示的氣墊導軌裝置（包括導軌、氣源、光電門、滑塊、遮光條、數(shù)字毫秒計）進行實驗。此外可使用的實驗器材還有：天平、游標卡尺、刻度尺。
（1）某同學設計了如下的實驗步驟，其中不必要的步驟是___________；
①在導軌上選擇兩個適當?shù)奈恢肁、B安裝光電門Ⅰ、Ⅱ，并連接數(shù)字毫秒計；
②用天平測量滑塊和遮光條的總質量m；
③用游標卡尺測量遮光條的寬度d；
④通過導軌上的標尺測出A、B之間的距離l；
⑤調整好氣墊導軌的傾斜狀態(tài)；
⑥將滑塊從光電門Ⅰ左側某處，由靜止開始釋放，從數(shù)字毫秒計讀出滑塊通過光電門Ⅰ、Ⅱ的時間、；
⑦用刻度尺分別測量A、B點到水平桌面的高度、；
⑧改變氣墊導軌傾斜程度，重復步驟⑤⑥⑦，完成多次測量。
（2）用游標卡尺測量遮光條的寬度d時，游標卡尺的示數(shù)如圖所示，則___________；某次實驗中，測得，則滑塊通過光電門Ⅰ的瞬時速度___________（保留3位有效數(shù)字）；
（3）在誤差允許范圍內，若___________（用上述必要的實驗步驟直接測量的物理量符號表示，已知重力加速度為g），則認為滑塊下滑過程中機械能守恒；
（4）寫出兩點產(chǎn)生誤差的主要原因：___________。
【答案】 ②④ 滑塊在下滑過程中受到空氣阻力作用，產(chǎn)生誤差；遮光條寬度不夠窄，測量速度不準確，產(chǎn)生誤差
【解析】（1）[1]滑塊沿光滑的斜面下滑過程機械能守恒，需要通過光電門測量通過滑塊運動的速度
滑塊下滑過程中機械能守恒，減少的重力勢能轉化為動能
整理化簡得
所以測量滑塊和遮光條得總質量不必要，②滿足題目要求，測量、之間的距離不必要，④滿足題目要求。
故選②④。
（2）[2]游標卡尺的讀數(shù)為
[3]滑塊通過光電門的速度
（3）[4]根據(jù)（1）問可知
在誤差允許的范圍內，滿足該等式可認滑塊下滑過程中機械能守恒。
（4）[5]滑塊在下滑過程中受到空氣阻力作用，產(chǎn)生誤差；遮光條寬度不夠窄，測量速度不準確，產(chǎn)生誤差。
6．（2021·山東·高考真題）某乒乓球愛好者，利用手機研究乒乓球與球臺碰撞過程中能量損失的情況。實驗步驟如下：
①固定好手機，打開錄音功能；
②從一定高度由靜止釋放乒乓球；
③手機記錄下乒乓球與臺面碰撞的聲音，其隨時間（單位：s）的變化圖像如圖所示。
根據(jù)聲音圖像記錄的碰撞次序及相應碰撞時刻，如下表所示。
根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，回答下列問題：
（1）利用碰撞時間間隔，計算出第3次碰撞后乒乓球的彈起高度為___________m（保留2位有效數(shù)字，當?shù)刂亓铀俣龋?br>（2）設碰撞后彈起瞬間與該次碰撞前瞬間速度大小的比值為k，則每次碰撞損失的動能為碰撞前動能的___________倍（用k表示），第3次碰撞過程中___________（保留2位有效數(shù)字）。
（3）由于存在空氣阻力，第（1）問中計算的彈起高度___________（填“高于”或“低于”）實際彈起高度。
【答案】 0.20 0.95 高于
【解析】（1）[1]第3次碰撞到第4次碰撞用時，根據(jù)豎直上拋和自由落體運動的對稱性可知第3次碰撞后乒乓球彈起的高度為
（2）[2]碰撞后彈起瞬間速度為，碰撞前瞬間速度為，根據(jù)題意可知
則每次碰撞損失的動能與碰撞前動能的比值為
[3]第2次碰后從最高點落地瞬間的速度
第3次碰撞后瞬間速度為
則第3次碰撞過程中
（3）[4]由于存在空氣阻力，乒乓球在上升過程中受到向下的阻力和重力，加速度變大，上升的高度變小，所以第（1）問中計算的彈起高度高于實際彈起的高度。
7．（2021·浙江·高考真題）在“驗證機械能守恒定律”實驗中，小王用如圖1所示的裝置，讓重物從靜止開始下落，打出一條清晰的紙帶，其中的一部分如圖2所示。O點是打下的第一個點，A、B、C和D為另外4個連續(xù)打下的點。
①為了減小實驗誤差，對體積和形狀相同的重物，實驗時選擇密度大的理由是___________。
②已知交流電頻率為，重物質量為，當?shù)刂亓铀俣?，則從O點到C點，重物的重力勢能變化量的絕對值___________J、C點的動能___________J（計算結果均保留3位有效數(shù)字）。比較與的大小，出現(xiàn)這一結果的原因可能是___________。
A．工作電壓偏高 B．存在空氣阻力和摩擦力 C．接通電源前釋放了紙帶
【答案】阻力與重力之比更?。ɑ蚱渌侠斫忉專? 0.547 0.588 C
【解析】①[1]在驗證機械能守恒實驗時阻力越小越好，因此密度大的阻力與重力之比更小
②[2]由圖中可知OC之間的距離為，因此機械能的減少量為
[3]勻變速運動時間中點的速度等于這段時間的平均速度，因此
因此動能的增加量為
[4]工作電壓偏高不會影響實驗的誤差，存在摩擦力會使重力勢能的減少量大于動能的增加量，只有提前釋放了紙帶，紙帶的初速度不為零，下落到同一位置的速度偏大才會導致動能的增加量大于重力勢能的減少量。
8．（2021·河北·高考真題）某同學利用圖1中的實驗裝置探究機械能變化量與力做功的關系，所用器材有：一端帶滑輪的長木板、輕細繩、的鉤碼若干、光電門2個、數(shù)字計時器、帶遮光條的滑塊（質量為，其上可放鉤碼）、刻度尺，當?shù)刂亓铀俣葹?，實驗操作步驟如下：
①安裝器材，調整兩個光電門距離為，輕細繩下端懸掛4個鉤碼，如圖1所示；
②接通電源，釋放滑塊，分別記錄遮光條通過兩個光電門的時間，并計算出滑塊通過兩個光電門的速度；
③保持最下端懸掛4個鉤碼不變，在滑塊上依次增加一個鉤碼，記錄滑塊上所載鉤碼的質量，重復上述步驟；
④完成5次測量后，計算出每次實驗中滑塊及所載鉤碼的總質量M、系統(tǒng)（包含滑塊、滑塊所載鉤碼和輕細繩懸掛鉤碼）總動能的增加量及系統(tǒng)總機械能的減少量，結果如下表所示：
回答下列問題：
（1）實驗中輕細繩所懸掛鉤碼重力勢能的減少量為______J（保留三位有效數(shù)字）；
（2）步驟④中的數(shù)據(jù)所缺數(shù)據(jù)為______；
（3）若M為橫軸，為縱軸，選擇合適的標度，在圖2中繪出圖像______；
若系統(tǒng)總機械能的減少量等于克服摩擦力做功，則物塊與木板之間的摩擦因數(shù)為______（保留兩位有效數(shù)字）
【答案】 0.980 0.588 0.40（0.38~0.42）
【解析】（1）[1]四個鉤碼重力勢能的減少量為
（2）[2]對滑塊和鉤碼構成的系統(tǒng)，由能量守恒定律可知
其中系統(tǒng)減少的重力勢能為
系統(tǒng)增加的動能為
系統(tǒng)減少的機械能為，則代入數(shù)據(jù)可得表格中減少的機械能為
（3）[3]根據(jù)表格數(shù)據(jù)描點得的圖像為
[4]根據(jù)做功關系可知
則圖像的斜率為
解得動摩擦因數(shù)為
（0.38~0.42）
9．（2021·浙江·統(tǒng)考高考真題）用如圖所示裝置進行“探究功與速度變化的關系”實驗。裝有砝碼的盤用繞過滑輪的細線牽引小車，盤和砝碼的重力可當作牽引力。小車運動的位移和速度可以由打點紙帶測出，以小車為研究對象，改變砝碼質量，便可探究牽引力所做的功與小車速度變化的關系。
①關于這個實驗，下列說法正確的是______；
A．需要補償小車受到阻力的影響
B．該實驗裝置可以“驗證機械能守恒定律”
C．需要通過調節(jié)定滑輪使細線與長木板平行
D．需要滿足盤和砝碼的總質量遠小于小車的質量
②如圖2所示是兩條紙帶，實驗時打出的應是第______條（填寫“I”或“II”）紙帶；
③根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，在坐標紙上畫出的W-v2圖象是一條過原點的直線，據(jù)此圖象______（填“能”或“不能”）求出小車的質量。
【答案】 ACD Ⅱ 能
【解析】①[1]A．題中需要將盤和砝碼的重力可當作牽引力，所以首先需要補償小車受到阻力的影響，即抬高長木板右端，小車在不接盤和砝碼的情況下，輕推小車，使小車做勻速直線運動，說明小車重力沿斜面的分力與小車所受阻力等大反向，A正確；
D．然后掛上盤與砝碼，根據(jù)牛頓第二定律
對小車，根據(jù)牛頓第二定律
兩式相比解得繩子拉力
當滿足盤和砝碼的總質量遠小于小車的質量，即，盤和砝碼的重力可當作牽引力，D正確；
B．實驗過程中摩擦阻力無法消除，本實驗裝置無法驗證“機械能守恒定律”故B錯誤。
C．細線與長木板平行需要平行，保證繩子的拉力與小車運動方向一致，這樣盤和砝碼的重力可完全當作牽引力，C正確。
故選ACD。
②[2]小車做勻加速直線運動，位移逐漸增大，所以實驗打出的紙帶是第II條。
③[3]根據(jù)動能定理可知，圖像的斜率為，據(jù)能求出小車的質量。
10．（2020·全國·統(tǒng)考高考真題）某同學利用圖（a）所示裝置驗證動能定理。調整木板的傾角平衡摩擦阻力后，掛上鉤碼，鉤碼下落，帶動小車運動并打出紙帶。某次實驗得到的紙帶及相關數(shù)據(jù)如圖（b）所示。
已知打出圖（b）中相鄰兩點的時間間隔為0.02 s，從圖（b）給出的數(shù)據(jù)中可以得到，打出B點時小車的速度大小vB=_____m/s，打出P點時小車的速度大小vP=_____m/s（結果均保留2位小數(shù)）。
若要驗證動能定理，除了需測量鉤碼的質量和小車的質量外，還需要從圖（b）給出的數(shù)據(jù)中求得的物理量為_________。
【答案】 0.36 1.80 B、P之間的距離
【解析】[1][2]由勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于平均速度
[3]驗證動能定理需要求出小車運動的過程中拉力對小車做的功，所以還需要測量對應的B、P之間的距離。
11．（2020·浙江·高考真題）在“探究加速度與力、質量的關系”和用橡皮筋“探究做功與物體速度變化的關系”實驗中
（1）都是通過分析紙帶上的點來測量物理量，下列說法正確的是______
A．都需要分析打點計時器打下的第一個點 B．都不需要分析打點計時器打下的第一個點
C．一條紙帶都只能獲得一組數(shù)據(jù) D．一條紙帶都能獲得多組數(shù)據(jù)
（2）如圖是兩條紙帶的一部分，A、B、C、…、G是紙帶上標出的計數(shù)點，每兩個相鄰的計數(shù)點之間還有4個打出的點未畫出。其中圖_____（填“甲”或“乙”）所示的是用橡皮筋“探究做功與物體速度變化的關系”的實驗紙帶?！疤骄考铀俣扰c力、質量的關系”實驗中，小車的加速度大小a=_____m/s2（保留2位有效數(shù)字）。
（3）在用橡皮筋“探究做功與物體速度變化的關系”實驗中，平衡阻力后，小車與橡皮筋組成的系統(tǒng)在橡皮筋恢復形變前機械能_____（填“守恒”或“不守恒”）。
【答案】 BC 甲 0.40 不守恒
【解析】（1）[1]AB．在“探究加速度與力、質量的關系”和用橡皮筋“探究做功與物體速度變化的關系”實驗中均不需要打下的第一個點，前者主要利用紙帶求解加速度，后者主要研究兩點間的動能的變化，無需從第一個點進行研究。故A錯誤，B正確；
CD．牛頓第二定律實驗探究一條紙帶只能求解一個加速度，找到加速度a與質量m和合外力F的一組對應關系；動能定理探究也是從一條紙帶上選擇兩個點作為一組數(shù)據(jù)進行過程分析，故C正確，D錯誤。
（2）[2]甲圖中紙帶后邊是勻速直線運動，說明甲圖應為用橡皮筋“探究做功與物體速度變化的關系”實驗；
[3]對乙紙帶采用逐差法求解加速度：
（3）[4]小車與橡皮筋在運動過程中，除了斜面的摩擦力外還會受到空氣的阻力作用，故平衡摩擦力運動過程中機械能不守恒。
12．（2019·江蘇·高考真題）某興趣小組用如題1圖所示的裝置驗證動能定理．
（1）有兩種工作頻率均為50Hz的打點計時器供實驗選用：
A．電磁打點計時器
B．電火花打點計時器
為使紙帶在運動時受到的阻力較小，應選擇_______（選填“A”或“B”）．
（2）保持長木板水平，將紙帶固定在小車后端，紙帶穿過打點計時器的限位孔．實驗中，為消除摩擦力的影響，在砝碼盤中慢慢加入沙子，直到小車開始運動．同學甲認為此時摩擦力的影響已得到消除．同學乙認為還應從盤中取出適量沙子，直至輕推小車觀察到小車做勻速運動．看法正確的同學是_____（選填“甲”或“乙”）．
（3）消除摩擦力的影響后，在砝碼盤中加入砝碼．接通打點計時器電源，松開小車，小車運動．紙帶被打出一系列點，其中的一段如題2圖所示．圖中紙帶按實際尺寸畫出，紙帶上A點的速度vA=______m/s．
（4）測出小車的質量為M，再測出紙帶上起點到A點的距離為L．小車動能的變化量可用ΔEk=算出．砝碼盤中砝碼的質量為m，重力加速度為g；實驗中，小車的質量應______（選填“遠大于”“遠小于”或“接近”）砝碼、砝碼盤和沙子的總質量，小車所受合力做的功可用W=mgL算出．多次測量，若W與ΔEk均基本相等則驗證了動能定理．
【答案】 B 乙 0.31（0.30~0.33都算對）遠大于
【解析】(1)為使紙帶在運動時受到的阻力較小，應選電火花打點計時器即B；
(2)當小車開始運動時有小車與木板間的摩擦為最大靜摩擦力，由于最大靜摩擦力大于滑動摩擦力，所以甲同學的看法錯誤，乙同學的看法正確；
(3)由圖可知，相鄰兩點間的距離約為0.62cm，打點時間間隔為0.02s，所以速度為
；
(4)對小車由牛頓第二定律有：，對砝碼盤由牛頓第二定律有：聯(lián)立解得：，當時有：，所以應滿足：．
13．（2014·天津·高考真題）某同學把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，將細繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當?shù)你^碼，使小車在鉤碼的牽引下運動，以此定量探究繩拉力做功與小車動能變化的關系，此外還準備了打點計時器及配套的電源、導線、復寫紙、紙帶、小木塊等．組裝的實驗裝置如圖所示。
（1）若要完成該實驗，必需的實驗器材還有哪些______。
（2）實驗開始時，他先調節(jié)木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行，他這樣做的目的是下列的哪個_____（填字母代號）
A．避免小車在運動過程中發(fā)生抖動
B．可使打點計時器在紙帶上打出的點清晰
C．可以保證小車最終能夠實現(xiàn)勻速直線運動
D．可在平衡摩擦力后使細繩拉力等于小車受的合力
（3）平衡摩擦力后，當他用多個鉤碼牽引小車時，發(fā)現(xiàn)小車運動過快，致使打出的紙帶上點數(shù)較少，難以選到合適的點計算小車速度，在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請你利用本實驗的器材提出一個解決辦法_______。
（4）他將鉤碼重力做的功當作細繩拉力做的功，經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大一些，這一情況可能是下列哪些原因造成的____（填字母代號）。
A．在接通電源的同時釋放了小車
B．小車釋放時離打點計時器太近
C．阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉
D．鉤碼勻加速運動，鉤碼重力大于細繩拉力
【答案】刻度尺、天平（包括砝碼） D 在小車上加適量的砝碼（或鉤碼） CD
【解析】（1）根據(jù)實驗原理可知，需要驗證mgx=Mv2，同時根據(jù)運動學規(guī)律可知，此實驗中需要測量鉤碼質量、小車質量和位移，故還需要的器材有：刻度尺和天平．
（2）分析小車受力可知，在平衡摩擦力的基礎上，使細繩與木板平行是為了讓細繩的拉力充當小車所受合外力，故D正確，ABC錯誤．
（3）紙帶上打出的點較小，說明小車的加速度過大（即小車過快），故在所掛鉤碼質量不變的情況下，可以增加小車質量（在小車上加上適量的砝碼）
（4）在此實驗中，根據(jù)牛頓第二定律可知，鉤碼的重力大于細繩的拉力，而實驗中用重力代替拉力會導致拉力做功大于小車動能增量；如果實驗未平衡摩擦力也會導致拉力做功大于動能增量，故CD正確，AD錯誤．
14．（2018·廣東惠州·惠州市惠陽區(qū)崇雅實驗學校?？家荒＃┠惩瑢W利用如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。弧形軌道末端水平，離地面的高度為H。將鋼球從軌道的不同高度h處靜止釋放，鋼球的落點距軌道末端的水平距離為s。
（1）若軌道完全光滑，s2與h的理論關系應滿足s2=__________(用H、h表示)；
（2）該同學經(jīng)實驗測量得到一組數(shù)據(jù)，如下表所示：
請在坐標紙上作出s2-h關系圖_________.
（3）對比實驗結果與理論計算得到的s2-h關系圖線(圖中已畫出)，自同一高度靜止釋放的鋼球，水平拋出的速率_________(填“小于”或“大于”)理論值；
（4）從s2-h關系圖線中分析得出鋼球水平拋出的速率差十分顯著，你認為造成上述偏差的可能原因是_______。
【答案】 4Hh 小于小球與軌道間存在摩擦力
【解析】（1）[1]對于小球從靜止釋放到水平拋出這段曲線運動，由動能定理
可得
對于平拋運動，由平拋規(guī)律可得，在豎直方向
在水平方向
聯(lián)立可得
所以
（2）[2]依次描點，連線，注意不要畫成折線，如圖所示
（3）[3]對比實驗結果與理論計算得到的s2-h關系圖線中發(fā)現(xiàn)：自同一高度靜止釋放的鋼球，也就是h為某一具體數(shù)值時，理論的s2數(shù)值大于實驗的s2數(shù)值，根據(jù)平拋運動規(guī)律知道同一高度運動時間一定，所以實驗中水平拋出的速率小于理論值；
（4）[4]從s2-h關系圖線中分析得出鋼球水平拋出的速率差十分顯著，認為造成上述偏差的可能原因是小球與軌道間存在摩擦力，由于摩擦力做功損失了部分機械能，所以造成實驗中水平拋出的速率小于理論值。
15．（2018·浙江·高考真題）用圖所示裝置做“探究功與速度變化的關系”實驗時，除了圖中已給出的實驗器材外，還需要的測量工具有_______（填字母）
A．秒表 B．天平 C．刻度尺 D．彈簧測力計
（2）用圖所示裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗時，釋放重物前有下列操作，其中正確的兩項是_________（填字母）
A．將打點計時器的兩個限位孔調節(jié)到同一豎直線上
B．手提紙帶任意位置
C．使重物靠近打點計時器
（3）如圖是小球做平拋運動的頻閃照片，其上覆蓋了一張透明方格紙．已知方格紙每小格邊長均為0.8 cm，由圖中可知小球的初速度大小為_____m/s（g取10 m/s2，結果保留兩位有效數(shù)字）。
【答案】 C AC/CA 0.70
【解析】（1）[1]A．探究功與速度變化的關系實驗中因為使用打點計時器測速度，打點計時器本身就是計時工具，不需要秒表，故A錯誤；
B．該實驗只要質量保持不變即可，在找關系時不需要天平測質量，故B錯誤；
C．由紙帶上的點計算速度需要刻度尺測量距離，故C正確；
D．每次試驗時橡皮筋成倍數(shù)的增加，不需要測力，故D錯誤。
故選C。
（2）[2]A．圖中利用自由落體運動驗證機械能守恒定律，需要將打點計時器的兩個限位孔調節(jié)到同一豎直線上，故A正確；
B．釋放前手應該提紙帶不掛重錘的一端，使紙帶豎直，故B錯誤；
C．為了打上更多的點，重物應該靠近打點計時器，故C正確。
故選AC。
（3）[3]由平拋運動的規(guī)律得：水平方向做勻速直線運動
豎直方向做自由落體運動
聯(lián)立解得
16．（2017·江蘇·高考真題）利用如圖1所示的實驗裝置探究恒力做功與物體動能變化的關系。小車的質量為M=200.0g，鉤碼的質量為m=10.0g，打點計時器的電源為50Hz的交流電。
（1）掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應調節(jié)木板右側的高度，直至向左輕推小車觀察到_____。
（2）掛上鉤碼，按實驗要求打出的一條紙帶如圖2所示。選擇某一點為O，一次每隔4個計時點取一個計數(shù)點。用刻度尺量出相鄰計數(shù)點間的距離，記錄在紙帶上。計算打出各計數(shù)點時小車的速度v，其中打出計數(shù)點“1”時小車的速度v1=_____m/s。
（3）將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，取g=9.80m/s2，利用算出拉力對小車做的功W。利用算出小車動能，并求出動能的變化量。計算結果見下表。
請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在答題卡的方格紙上作出圖像____________。
（4）實驗結果表明，總是略小于W。某同學猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的。用題中小車和鉤碼質量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實際拉力F=_____N。
【答案】小車做勻速運動 0.228 0.095
【解析】（1）[1]小車能夠做勻速運動，紙帶上打出間距均勻的點，則表明已平衡摩擦。
（2）[2]相臨計數(shù)點間時間間隔為T=0.1s，根據(jù)勻變速直線運動平均速度等于中間時刻的瞬時速度，則
（3）[3]描點畫圖，如圖所示
（4）[4]對整體，根據(jù)牛頓第二定律有
對鉤碼
聯(lián)立解得繩上的拉力
【點睛】本題中的計算，要當心數(shù)據(jù)的單位、有效數(shù)字的要求。用整體法、隔離法，根據(jù)牛頓第二定律求繩上的拉力，題目比較常規(guī)，難度不大。
17．（2017·天津·高考真題）如圖所示，打點計時器固定在鐵架臺上，使重物帶動紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置驗證機械能守恒定律．
對于該實驗，下列操作中對減小實驗誤差有利的是______．
A.重物選用質量和密度較大的金屬錘
B.兩限位孔在同一豎直面內上下對正
C.精確測量出重物的質量
D.用手托穩(wěn)重物，接通電源后，撒手釋放重物
某實驗小組利用上述裝置將打點計時器接到50Hz的交流電源上，按正確操作得到了一條完整的紙帶，由于紙帶較長，圖中有部分未畫出，如圖所示．紙帶上各點是打點計時器打出的計時點，其中O點為紙帶上打出的第一個點．重物下落高度應從紙帶上計時點間的距離直接測出，利用下列測量值能完成驗證機械能守恒定律的選項有______．
A.OA、AD和EG的長度
B、OC、BC和CD的長度
C.BD、CF和EG的長度
D、AC、BD和EG的長度
【答案】 AB; BC;
【解析】（1）A．實驗供選擇的重物應該相對質量較大、體積較小的物體，這樣能減少摩擦阻力的影響，從而減小實驗誤差，故A正確;
B．為了減小紙帶與限位孔之間的摩擦圖甲中兩限位孔必須在同一豎直線，這樣可以減小紙帶與限位孔的摩擦，從而減小實驗誤差，故B正確;
C．因為實驗中比較的是mgh與的大小關系，故m可約去，不需要測量重錘的質量，對減小實驗誤差沒有影響，故C錯誤;
D．實驗時，先接通打點計時器電源再放手松開紙帶，對減小實驗誤差沒有影響，故D錯誤.
（2）根據(jù)這段時間內的平均速度等于中時刻瞬時速度，結合動能與重力勢能表達式.:
A．當知道OA、AD和EG的長度時，只有求得F點與AD的中點的瞬時速度，從而確定兩者的動能變化，卻無法求解重力勢能的變化，故A錯誤；
B．當知道OC、BC和CD的長度時，同理，依據(jù)BC和CD的長度，可求得C點的瞬時速度，從而求得O到C點的動能變化，因知道OC間距，則可求得重力勢能的變化，可以驗證機械能守恒，故B正確；
C．當知道BD、CF和EG的長度時，依據(jù)BD和EG的長度，可分別求得C點與F點的瞬時速度，從而求得動能的變化，再由CF確定重力勢能的變化，進而得以驗證機械能守恒，故C正確；
D．當AC、BD和EG的長度時，依據(jù)AC和EG長度，只能求得B點與F點的瞬時速度，從而求得動能的變化，而BF間距不知道，則無法驗證機械能守恒，故D錯誤；
18．（2016·全國·高考真題）某同學用圖（a）所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，其中打點計時器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20Hz、30 Hz和40 Hz，打出紙帶的一部分如圖（b）所示。
該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率，需要用實驗數(shù)據(jù)和其他條件進行推算。
（1）若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用和圖（b）中給出的物理量可以寫出：在打點計時器打出B點時，重物下落的速度大小為_________，打出C點時重物下落的速度大小為________，重物下落的加速度的大小為________。
（2）已測得=8.89cm，=，=10.10cm；當重力加速度大小為9.80m/，試驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%。由此推算出為________ Hz。
【答案】 40
【解析】（1）[1]打B點時，重物下落的速度等于AC段的平均速度，所以
[2]同理打出C點時，重物下落的速度
[3]由加速度的定義式得
（2）[4]由牛頓第二定律得
解得
代入數(shù)值解得
f≈40Hz
【點睛】本題主要考查驗證機械能守恒定律實驗、紙帶數(shù)據(jù)分析。解決這類問題的關鍵是會根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)求出打某一點的瞬時速度、整個過程的加速度；解決本題要特別注意的是打點計時器的頻率不是經(jīng)常用的50 Hz。
19．（2016·北京·高考真題）利用圖裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗。
①為驗證機械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點間的____。
A.動能變化量與勢能變化量
B．速度變化量和勢能變化量
C．速度變化量和高度變化量
②除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺（含鐵夾）、電磁打點計時器、導線及開關外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是_____。
A．交流電源 B．刻度尺 C．天平（含砝碼）
③實驗中，先接通電源，再釋放重物，得到圖3所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A．B．C，測得它們到起始點O的距離分別為hA．hB．hC。已知當?shù)刂亓铀俣葹間，打點計時器打點的周期為T。設重物的質量為m。從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能變化量=____，動能變化量=____。
④大多數(shù)學生的實驗結果顯示，重力勢能的減少量大于動能的增加量，原因是_____。
A．利用公式計算重物速度
B．利用公式計算重物速度
C．存在空氣阻力和摩擦阻力的影響
D.沒有采用多次實驗取平均值的方法
⑤某同學想用下述方法研究機械能是否守恒，在紙帶上選取多個計數(shù)點，測量它們到起始點O的距離h，計算對應計數(shù)點的重物速度v，描繪v2-h圖像，并做如下判斷：若圖像是一條過原點的直線，則重物下落過程中機械能守恒。請你分析論證該同學的判斷依據(jù)是否正確_____
【答案】 A AB C 該同學的判斷依據(jù)不正確。在重物下落h的過程中，若阻力f恒定，根據(jù)可知，v2-h圖像就是過原點的一條直線。要向通過v2-h圖像的方法驗證機械能是否守恒，還必須看圖像的斜率是否接近2g。
【解析】（1）[1][2]溫度越高，熱敏電阻的阻值越小，即對電流的阻礙作用越小，故導電能力增強；根據(jù)圖像可知，熱敏電阻在相同的溫度范圍內變化時，阻值變化越大，故其對溫度敏感。
（2）[3]①根據(jù)機械能守恒定律可得，故需要比較動能變化量與勢能變化量，A正確；
②[4]電磁打點計時器使用的是交流電源，故A正確；
B .因為在計算重力勢能的變化量時，需要用到紙帶上兩點之間的距離，所以還需要刻度尺，故B正確；
C.根據(jù)可得等式兩邊的質量抵消，故不需要天平，C錯誤；
③[5][6]重力勢能改變量為
由于下落過程中是勻變速直線運動，所以根據(jù)中間時刻重物速度的規(guī)律可得B點的速度為
所以
④[7]實驗過程中存在空氣阻力，紙帶運動過程中存在摩擦力，C正確；
⑤[8]該同學的判斷依據(jù)不正確。在重物下落h的過程中，若阻力f恒定，根據(jù)
可知，v2-h圖像就是過原點的一條直線。要向通過v2-h圖像的方法驗證機械能是否守恒，還必須看圖像的斜率是否接近2g。
20．（2015·浙江·高考真題）甲同學準備做“驗證機械能守恒定律”實驗，乙同學準備做“探究加速度與力、質量的關系”實驗
（1）圖1中A、B、C、D、E表示部分實驗器材，甲同學需在圖中選用的器材_____________，乙同學需在圖中選用的器材___________．（用字母表示）
（2）乙同學在實驗室選齊所需器材后，經(jīng)正確操作獲得如圖2所示的兩條紙帶①和②．紙帶__________的加速度大（填①或者②），其加速度大小為____________.
【答案】（1）AB；BDE（2）①，2.5 m/s2()
【解析】（1）“驗證機械能守恒定律”實驗，需要在豎直面上打出一條重錘下落的紙帶，即可驗證，故選儀器AB；“探究加速度與力、質量的關系”實驗需要鉤碼拉動小車打出一條紙帶，故選BDE
（2）紙帶①中前第1、2點與第2、3點的位移差為三個點的位移差為
紙帶②中前第1、2點與第2、3點的位移差為三個點的位移差為
根據(jù)逐差法可得紙帶①的加速度大，大小為
【考點定位】“驗證機械能守恒定律”實驗；“探究加速度與力、質量的關系”實驗
【方法技巧】此類實驗，一般都會運用到勻變速直線運動規(guī)律的兩個推導公式，即做勻變速直線運動過程中一段位移中間時刻速度等于過程中的平均速度和做勻變速直線運動過程中，在相等時間內走過的位移差是一個定值，即
21．（2016·江蘇·高考真題）某同學用如圖所示的裝置驗證機械能守恒定律．一根細線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點，光電門固定在A的正下方．在鋼球底部豎直地粘住一片寬帶為d的遮光條．將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t可由計時器測出，取作為鋼球經(jīng)過A點時的速度．記錄鋼球每次下落的高度h和計時器示數(shù)t，計算并比較鋼球在釋放點和A點之間的勢能變化大小與動能變化大小，就能驗證機械能是否守恒．
（1）用計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應測量釋放時的鋼球球心到______之間的豎直距離．
A．鋼球在A點時的頂端
B．鋼球在A點時的球心
C．鋼球在A點時的底端
（2）用計算鋼球動能變化的大小，用刻度尺測量遮光條寬度，示數(shù)如圖所示，其讀數(shù)為____cm．某次測量中，計時器的示數(shù)為0.0100 s，則鋼球的速度為v=____m/s．
（3）下表為該同學的實驗結果：
他發(fā)現(xiàn)表中的與之間存在差異，認為這是由于空氣阻力造成的．你是否同意他的觀點？請說明理由．____________
（4）請你提出一條減小上述差異的改進建議_______．
【答案】 B 1.50 1.50 不同意，空氣的阻力造成的，則要小于，所以誤差不是空氣的阻力造成的分別是小球的球心到懸點的距離和光電門到懸點的距離和L，在計算小球的動能時，使用的速度為：
【解析】（1）[1]小球下落的高度為初末位置球心間的距離，所以選B；
（2）[2][3]由題圖知讀數(shù)為1.50cm，小球的速度為：
代入數(shù)據(jù)解得v=1.50m/s；
（3）[4]若是空氣阻力造成的，則小于，根據(jù)表格數(shù)據(jù)知大于，故不是空氣阻力造成的；
（4）[5] 由圖可知，在該實驗中所求的速度是遮光片的速度，而不是小球的速度，二者之間的速度略有差別。由于小球與遮光片都做圓周運動，它們具有相等的角速度ω，根據(jù)角速度與線速度之間的關系：可知，小球的速度與遮光片的速度之間的關系為：
解得小球的速度為：
碰撞次序
1
2
3
4
5
6
7
碰撞時刻（s）
1.12
1.58
2.00
2.40
2.78
3.14
3.47
0.200
0.250
0.300
0.350
0.400
0.582
0.490
0.392
0.294
0.195
0.393
0.490
0.686
0.785
h（）
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
s2()
2.62
3.89
5.20
6.53
7.78
W/×10﹣3J
2.45
2.92
3.35
3.81
4.26
2.31
2.73
3.12
3.61
4.00

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