2025届高考物理大一轮复习课件 第六章 第32课时 实验七：验证机械能守恒定律

物理

大一轮复习第六章机械能守恒定律第32课时实验七：验证机械能守恒定律目标要求1.熟悉验证机械能守恒定律的实验原理、实验步骤及数据处理。2.学会在创新实验中探究机械能守恒定律。

课时精练内容索引考点一实验技能储备考点二探索创新实验1.实验原理：通过实验，求出做自由落体运动物体的

和对应过程动能的增加量，在实验误差允许范围内，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律。2.实验器材：打点计时器、交流电源、纸带、复写纸(墨粉)、夹子、重物、

、铁架台(带铁夹)、导线。实验技能储备考点一重力势能的减少量刻度尺3.实验过程(1)安装器材：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与电源相连。(2)打纸带：用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，先

，再

，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重打几条(3~5条)纸带。(3)选纸带：点迹清晰，且所选用的点在同一条直线上。接通电源松开纸带

2mm

摩擦阻力

某实验小组采用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。实验装置安装好后，用手提住纸带上端，之后让纸带由静止开始下落。(1)关于下列实验操作，不必要或不正确的是

。

A.实验前先用天平测出重物和夹子的质量B.为减小阻力，用电火花计时器比用

电磁打点计时器好一些C.在重物大小合适的情况下，选择木

块比选择铁块好D.用秒表测出重物下落的时间E.释放纸带前应先接通电源例1ACD由于验证机械能守恒定律的表达式中质量可以约去，所以不需要用天平测出重物和夹子的质量，故A满足题意要求；为减小阻力，用电火花计时器比用电磁打点计时器好一些，故B不满足题意要求；在重物大小合适的情况下，为了减小空气阻力，选择铁块比选择木块好，故C满足题意要求；由于打点计时器可以得到纸带上计数点间的时间间隔，所以不需要用秒表测出重物下落的时间，故D满足题意要求；为了充分利用纸带，释放纸带前应先接通电源，故E不满足题意要求。(2)某次实验中所用重物的质量m=1kg。某同学选取了一条纸带，如图乙所示，0是打下的第一个点，1、2、3、4是连续打的点，根据纸带上的测量数据，从打下点0至打下点3的过程中，重物重力势能的减少量为

J，动能增加量为

J(打点计时器频率为50Hz，重力加速度g取9.8m/s2，结果均保留3位有效数字)。

5.445.28

(3)若释放纸带时纸带不在竖直方向，可能会导致计算的动能增加量

(填“<”“=”或“>”)重力势能减少量，其原因是_______。

<见解析若释放纸带时纸带不在竖直方向，可能导致计算的动能增加量小于重力势能减少量；其原因是纸带倾斜，可能会和实验装置接触、挤压，则纸带通过打点计时器时受到的阻力较大，阻力对纸带和重物做负功，会使其动能增加量小于重力势能减少量。返回探索创新实验考点二

(2023·天津卷·9)如图放置实验器材，连接小车与托盘的绳子与桌面平行，遮光片与小车位于气垫导轨上，气垫导轨没有画出(视为无摩擦力)，重力加速度为g。接通电源，释放托盘与砝码，并测得：a.遮光片长度db.遮光片到光电门长度lc.遮光片通过光电门时间Δtd.托盘与砝码质量m1，小车与遮光片质量m2(1)小车通过光电门时的速度为

；

例2

(2)从释放到小车经过光电门，这一过程中，系统重力势能减少量为

，动能增加量为

；

m1gl

(2022·湖北卷·12)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－Tmin图像是一条直线，如图乙所示。例3(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

即若小钢球摆动过程中机械能守恒，则题图乙中直线斜率的理论值为－2；(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)

－2.10.59

(3)该实验系统误差的主要来源是

(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C该实验系统误差的主要来源是小钢球摆动过程中有空气阻力，使得机械能减小，故选C。

利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，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和一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直，导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光片的宽度，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，实验时滑块在A处由静止开始运动。例4(1)某次实验测得导轨倾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时，m和M组成的系统动能增加量可表示为ΔEk＝

(用题中字母表示)，系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝

(用题中字母表示)，在误差允许的范围内，若ΔEk＝ΔEp，则可认为系统的机械能守恒。

(2)在上述实验中，某同学改变A、B间的距离，作出的v2－d图像如图乙所示，并测得M＝m，则重力加速度g＝

m/s2。

9.6

返回课时精练对一对答案123456题号1答案(1)B

(2)3.34

(3)能A题号2答案(1)阻力与重力之比更小(或其他合理解释)

(2)0.547

0.588

C题号3答案(1)0.02

(2)A

(3

(4)2g对一对题号4答案(1)Mgl

(2)C题号5答案(1＝－l2＋l

(2

0

(3)k(l3－l1)l2题号6答案(1)k(L－L0)h5－k

mgh5

(2)见解析答案1234561.(2024·浙江6月选考·16Ⅰ)在“验证机械能守恒定律”的实验中：(1)下列操作正确的是

。

123456答案B应手提纸带上端使纸带竖直，同时使重锤靠近打点计时器，由静止释放，故选B。(2)实验获得一条纸带，截取点迹清晰的一段并测得数据如图所示，已知打点的频率为50Hz，则打点“13”时，重锤下落的速度大小为

m/s(保留三位有效数字)。

123456答案3.34123456答案根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程平均速度可得打点“13”时，重锤下落的速度大小v13＝

(3)某同学用纸带的数据求出重力加速度g＝9.77m/s2，并用此g值计算得出打点“1”到“13”过程重锤的重力势能减小值为5.09m，另计算得动能增加值为5.08m(m为重锤质量)，则该结果

(选填“能”或“不能”)验证机械能守恒，理由是

。

A.在误差允许范围内B.没有用当地的重力加速度g123456答案能A可以验证机械能守恒；理由是“在误差允许范围内，重锤的重力势能减小值等于动能增加值”，故选A。2.(2021·浙江6月选考·17(1))在“验证机械能守恒定律”实验中，小王用如图甲所示的装置，让重物从静止开始下落，打出一条清晰的纸带，其中的一部分如图乙所示。O点是打下的第一个点，A、B、C和D为另外4个连续打下的点。(1)为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的理由是___________________________________。123456答案阻力与重力之比更小(或其他合理解释)123456答案在“验证机械能守恒定律”实验中，阻力越小越好，体积和形状相同的重物，密度大的阻力与重力之比更小。(2)已知交流电频率为50Hz，重物质量为200g，当地重力加速度g取9.80m/s2，则从O点到C点，重物的重力势能变化量的绝对值|ΔEp|＝

J、C点的动能EkC＝

J(计算结果均保留3位有效数字)。比较EkC与|ΔEp|的大小，出现这一结果的原因可能是

。

A.工作电压偏高B.存在空气阻力和摩擦力C.接通电源前释放了纸带123456答案0.5470.588C123456答案由题图乙可知OC之间的距离为sOC＝27.90

cm，因此重力势能的减少量为

123456答案工作电压偏高不会影响实验，存在空气阻力和摩擦力会使重力势能的减少量大于动能的增加量，只有接通电源前释放了纸带，纸带的初速度不为零，下落到同一位置的速度偏大才会导致动能的增加量大于重力势能的减少量，故选C。123456答案3.(九省联考·河南·22)某同学用如图(a)所示的装置验证机械能守恒定律。用细线把钢制的圆柱挂在架子上，架子下部固定一个小电动机，电动机轴上装一支软笔。电动机转动时，软笔尖每转一周就在钢柱表面画上一条痕迹(时间间隔为T)。如图(b)，在钢柱上从痕迹O(画上痕迹O时钢柱速度为零)开始选取5条连续的痕迹A、B、C、D、E，测得它们到痕迹O的距离分别为hA、hB、hC、hD、hE。已知当地重力加速度为g。123456答案(1)若电动机的转速为3000r/min，则T

＝

s。

0.02

123456答案(2)实验操作时，应该

。(填正确答案标号)

A.先打开电源使电动机转动，后烧断细

线使钢柱自由下落B.先烧断细线使钢柱自由下落，后打开

电源使电动机转动A实验操作时，为了使软笔在钢柱表面画上的痕迹条数多一些，应该先打开电源使电动机转动，后烧断细线使钢柱自由下落。故选A。123456答案(3)画出痕迹D时，钢柱下落的速度vD＝

。(用题中所给物理量的字母表示)

123456答案(4)设各条痕迹到O的距离为h，对应钢柱的下落速度为v，画出v2－h图像，发现图线接近一条倾斜的直线，若该直线的斜率近似等于

，则可认为钢柱下落过程中机械能守恒。

2g123456答案

123456答案4.某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。将气垫导轨固定在水平桌面上，调节旋钮使其水平，在气垫导轨的左端固定一光滑的定滑轮，在B处固定一光电门，测出滑块及遮光条的总质量为m，将质量为M的钩码通过细线与滑块连接。打开气源，滑块从A处由静止释放，宽度为d的遮光条经过光电门B时挡光时间为t，A、B之间的距离为l，实验中钩码始终未与地面接触，重力加速度为g。123456答案(1)滑块由A点运动到B点的过程中，系统重力势能减少量ΔEp为

，系统动能增加量ΔEk为

(均用题中所给字母表示)。Mgl

123456答案根据重力势能的表达式可知滑块由A点运动到B点的过程中，系统重力势能减少量ΔEp＝Mgl

123456答案(2)若实验结果发现按上述公式计算，ΔEk总是大于ΔEp，可能的原因是

。

A.存在空气阻力B.测出滑块右端与光电门B之间的距离作为lC.测出滑块左端与光电门B之间的距离作为lC123456答案若存在空气阻力，ΔEk总是小于ΔEp，故A错误；将滑块右端与光电门B之间的距离作为l，钩码下落的高度偏大，ΔEk将小于ΔEp，故B错误；将滑块左端与光电门B之间的距离作为l，钩码下落的高度偏小，ΔEk将大于ΔEp，故C正确。123456答案

123456答案

123456答案

123456答案(2)在(1)中条件下，l取某个值时，可以使物块通过光电门时的速度最大，速度最大值为

(用l2、g表示)，此时物块的加速度大小为

。

0123456答案

123456答案(3)在(1)中条件下，l＝l1和l＝l3时，物块通过光电门时弹簧具有的弹性势能分别为Ep1、Ep3，则Ep3－Ep1＝

(