2025版新教材高考物理一轮复习第4章功和机械能实验5验证机械能守恒定律训练含解析鲁科版.docVIP

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试验五验证机械能守恒定律

(建议用时：40分钟)

1．如图甲所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止起先自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。

甲

(1)对于该试验，下列操作对减小试验误差有利的是________。

A．重物选用质量和密度较大的金属锤

B．两限位孔在同一竖直面内上下对正

C．精确测量出重物的质量

D．用手拿着纸带上端，接通电源后，撒手释放重物

(2)某试验小组利用上述装置将打点计时器接到50Hz的沟通电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图乙所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离干脆测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有________。

乙

A．OA、AD和EG的长度

B．OC、BC和CD的长度

C．BD、CF和EG的长度

D．AC、BD和CE的长度

解析：(1)重物选用质量和密度较大的金属锤，这样能减小空气阻力的影响，从而减小试验误差，故A正确；为了减小纸带与限位孔之间的摩擦，两限位孔必需在同一竖直线上，两限位孔在同一竖直面内上下对正，从而减小试验误差，故B正确；因在试验中比较的是mgh、eq\f(1,2)mv2的大小关系，故m可约去，不须要测量重物的质量，故C错误；释放重物前，应先接通电源，故D正确。

(2)当知道OA、AD和EG的长度时，无法算出某点的速度和O点到该点的距离，故A错误；当知道OC、BC和CD的长度时，能计算出C点的速度，从而求出O点到C点的动能改变量，知道OC的长度，可以求出O点到C点重力势能的改变量，可以验证机械能守恒，故B正确；知道BD的长度可以求出C点的速度，依据EG的长度可以求出F点的速度，结合CF的长度，可以验证机械能守恒定律，故C正确；知道AC的长度可以求出B点的速度，知道CE的长度可以求出D点的速度，结合BD的长度，可以验证机械能守恒定律，故D正确。

答案：(1)ABD(2)BCD

2．(2024·北京模拟)利用如图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”的试验。

(1)已知打点计时器所用电源的频率为f，重物的质量为m，当地的重力加速度为g。试验中得到一条点迹清楚的纸带如图乙所示，把打下的第一个点记作O，在纸带上测量四个连续的点A、B、C、D到O点的距离分别为hA、hB、hC、hD。则重物由O点运动到C点的过程中，计算重力势能削减量的表达式为ΔEp＝________，计算动能增加量的表达式为ΔEk＝________。

(2)由试验数据得到的结果往往是重力势能的削减量________(选填“大于”“小于”或“等于”)动能的增加量，缘由是_________________________________________________________。

(3)小红利用公式vC＝eq\r(2ghC)计算重物的速度vC，由此计算重物增加的动能ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)，然后计算此过程中重物减小的重力势能ΔEp，则结果应当是ΔEp________(选填“”“”或“＝”)ΔEk。

解析：(1)重物由O点运动到C点的过程中，重力势能的减小量为ΔEp＝mghC；在匀变速直线运动中，时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，则有vC＝eq\f(xBD,2T)＝eq\f(hD－hB,2T)＝eq\f(hD－hB,2)f，所以动能增加量为ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)＝eq\f(mf2?hD－hB?2,8)。

(2)由试验数据得到的结果中，往往会出现重物的重力势能的削减量大于其动能的增加量，出现这样结果的主要缘由是重物与纸带克服空气阻力与摩擦阻力做功，导致部分重力势能转化为内能。

(3)若利用公式vC＝eq\r(2ghC)计算重物的速度vC，则说明重物就是做自由落体运动，重物的机械能守恒，则重物增加的动能ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)＝mghC，而此过程中重物削减的重力势能ΔEp＝mghC，则有ΔEp＝ΔEk。

答案：(1)mghCeq\f(mf2?hD－hB?2,8)(2)大于重物和纸带克服摩擦力和空气阻力做功，有一部分重力势能转化成了内能(3)＝

3．用如图甲所示试验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒，m2从高处由静止起先下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。图乙给出的是试验中获得的一条纸带，0是打下的第一个点，每相邻两个计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图乙所示。已知m1＝50g、m2＝150g，则：(g取10m/s2，结果保留2位有效数字