高考物理母题解读(六)机械能12

高考母题解读

高考题千变万化，但万变不离其宗。千变万化的新颖高考题都可以看作是由母题衍生而来。

研究高考母题，掌握母题解法规律，使学生触类旁通，举一反三，可使学生从题海中跳出来，

轻松备考，事半功倍。

母题12、验证机械能守恒定律实验【解法归纳】

通过实验测出减小的重力势能和增加的动能，若二者相等，则机械能守恒定律得到验证。典例．（2011海南物理卷14题）现要通过实验验证机械能守恒定律。实验装置如图2甲所示：水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A 点处有一带长方形遮光片的滑块，

其总质

量为M ，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为

m 的砝码相连；遮光片两条长边与导

轨垂直；导轨上B 点有一光电门，可以测试遮光片经过光电门时的挡光时间t ，用d 表示A 点到导轨底端C 点的距离，h 表示A 与C 的高度差，b 表示遮光片的宽度，

s 表示A 、B 两点的距离，将遮光片

通过光电门的平均速度看作滑块通过

B 点时的瞬时速度。

用g 表示重力

加速度。完成下列填空和作图；

（1）若将滑块自A 点由静止释放，则在滑块从A 运动至B 的过程中，滑块、遮光片与砝码

组成的系统重力势能的减小量可表示为_____。动能的增加量可表示为

________。若在运动

过程中机械能守恒，

21t 与s 的关系式为21t

= ________.

(2)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点（A 点）下滑，测量相应的s 与t 值，

结果如下表所示：

1

2 3 4 5 s （m ）0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 t （ms ）

8.22 7.17

6.44

5.85 5.43 2

1t （104s -2）

1.48

1．98 2.41

2.92

3.39

以s 为横坐标，

2

1t

为纵坐标，在答题卡上对应

图2乙位置的坐标纸中描出第1和第5个数据点；根据

5个数据点作直线，求得该直线的斜率k=______×104m -1·ｓ-2

(保留3位有效数字).由测得

的h 、d 、b 、M 和m 数值可以计算出

2

1t

-s 直线的斜率k 0，将k 和k 0进行比较，若其差值在

实验允许的范围内，则可认为此实验验证了机械能守恒定律。

【点评】机械能守恒定律是力学重要定律，可以设计多种实验验证机械能守恒定律，验证机

械能守恒定律实验成为高考考查的热点和重点。高考中的验证机械能守恒定律的设计性实验

难度中等。

【针对训练题精选解析】

1．（2010高考海南物理）利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图3甲所

示：

(1)实验步骤：

①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于l m ，将导轨调至水平；

②用游标卡尺测量挡光条的宽度l ，结果如图3乙所示，由此读出

l=________mm

；③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离

s=__________m ；

④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已

通过光电门2；

⑤从数字计时器（图7甲中未画出）上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间

△t 1和△t 2；

⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M ，再称出托盘和砝码的总质量m 。

(2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式：

①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1=__________和v2=________。

②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为E k1=___________和E k2=__________。

③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少△E p=__________(重力加速度为g)。

(3)如果△E p=______________，则可认为验证了机械能守恒定律。

【点评】此题涉及的插件主要有游标卡尺、刻度尺、打点计时器和纸带等。此题考查游标卡尺和刻度尺读数、瞬时速度、动能、验证机械能守恒定律等。

2. （2008江苏物理第11题）某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．弧形轨

道末端水平，离地面的高度为H．将钢球从轨道的不同高度h

处静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为s．

⑴若轨道完全光滑，s2与h的理论关系应满足s2 ＝（用H、h表示）．

⑵该同学经实验测量得到一组数据，如下表所示：h

H

s

h（10－1m） 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

s2（10－1m2） 2.62 3.89 5.20 6.53 7.78

请在坐标纸上作出s2－h关系图．

⑶对比实验结果与理论计算得到的s2－h关系图线（图中已画出），自同一高度静止释放的

钢球，水平抛出的速率（填“小于”或“大于”）理论值．

⑷从s2－h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著，你认为造成上述偏差的可

能原因是．

3（2008全国理综卷第22题Ⅰ）.如图所示，两个质量各为m1和m2的小物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1＞m2，现要利用此装置验证机械能守恒定律.

（1）若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量，则

需要测量的物理量有（在答题卡上对应区域

填入选项前的编号）

①物块的质量m1、m2；

②物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间；

③物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间；

④绳子的长度.