《2023届浙江省高三物理高考复习101微专题模型精讲精练》第39讲 四种类型的验证机械能守恒定律实验设计及数据处理（原卷版）

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第39 讲 四种类型的验证机械能守恒定律实验设计及数据处理
1．（2022·湖北）某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验。一根轻绳一端连接
固定的拉力传感器，另一端连接小钢球，如图甲所示。拉起小钢球至某一位置由静止释放，使
小钢球在竖直平面内摆动，记录钢球摆动过程中拉力传感器示数的最大值 Tmax 和最小值 Tmin。
改变小钢球的初始释放位置，重复上述过程。根据测量数据在直角坐标系中绘制的 Tmax T﹣min 图
像是一条直线，如图乙所示。
（1）若小钢球摆动过程中机械能守恒，则图乙中直线斜率的理论值为 　 　。
（2）由图乙得：直线的斜率为 　 　，小钢球的重力为 　 　N。（结果均保留 2位有效
数字）
（3）该实验系统误差的主要来源是 　 　（单选，填正确答案标号）。
A.小钢球摆动角度偏大
B.小钢球初始释放位置不同
C.小钢球摆动过程中有空气阻力
2．（2022·广东）某实验小组为测量小球从某一高度释放，与某种橡胶材料碰撞导致的机械能损失 ，
设计了如图（a）所示的装置，实验过程如下：
（1）让小球从某一高度由静止释放，与水平放置的橡胶材料碰撞后竖直反弹。调节光电门位置，
使小球从光电门正上方释放后，在下落和反弹过程中均可通过光电门。
（2）用螺旋测微器测量小球的直径，示数如图（b）所示，小球直径 d＝　 　mm。
（3）测量时，应 　 　（选填“A”或“B”，其中 A为“先释放小球，后接通数字计时器”，
B为“先接通数字计时器，后释放小球”）。记录小球第一次和第二次通过光电门的遮光时间 t1
和t2。
（4）计算小球通过光电门的速度，已知小球的质量为 m，可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械
能损失 ΔE＝　 　（用字母 m、d、t1和t2表示）。
（5）若适当调高光电门的高度，将会 　 　（选填“增大”或“减小”）因空气阻力引起的
测量误差。
3．（2022·河北）某实验小组利用铁架台、弹簧、钩码、打点计时器、刻度尺等器材验证系统机械
能守恒定律，实验装如图 1所示。弹簧的劲度系数为 k，原长为 L0，钩码的质量为 m，已知弹簧
的弹性势能表达式为 E
¿1
2
kx2，其中 k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量，当地的重力加速
度大小为 g。
（1）在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置，测得此时弹簧的长度为 L。接通打点计时器电
源，从静止释放钩码，弹簧收缩，得到了一条点迹清晰的纸带。钩码加速上升阶段的部分纸带
如图 2所示，纸带上相邻两点之间的时间间隔均为 T（在误差允许范围内，认为释放钩码的同时
打出A点）。从打出A点到打出F点时间内，弹簧的弹性势能减少量为 　 　，钩码的动能
增加量为 　 　，钩码的重力势能增加量为 　 　。
（2）利用计算机软件对实验数据进行处理，得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分
别与钩码上升高度 h的关系，如图 3所示。
（3）由图 3可知，随着 h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，主要原因是 　 　。
一.知识回顾
（一）常规实验原理与操作
1.实验目的：　验证机械能守恒定律。
2.实验原理
（1）在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保
持不变。若物体某时刻瞬时速度为 v，下落高度为 h，则重力势能的减少量为 mgh，动能的增加量
为mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律。
（2）速度的测量：做匀变速直线运动的物体某段位移中间时刻的瞬时速度等于这段位移的平
均速度。
计算打第 n点速度的方法：测出第 n点与相邻前后点间的距离 xn和xn＋1，由公式 vn＝计算，或
测出第 n－1点和第 n＋1点与起始点的距离 hn－1和hn＋1，由公式 vn＝算出，如图所示。
3.实验器材
铁架台(含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物(带纸带
夹)。
4.实验步骤
（1）安装置：如图所示，将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。
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