实验七++验证机械能守恒定律++课件+-2027届高考物理一轮专题复习

内容索引教材原型实验创新拓展实验课时作业实验七验证机械能守恒定律一、实验目的验证机械能守恒定律。二、实验原理

通过实验，求出做自由落体运动的物体重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律。三、实验器材打点计时器，电源，纸带，复写纸，重物(带夹子)，刻度尺，铁架台(带铁夹)，导线。四、实验步骤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，先接通电源，再松开纸带，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，换上新的纸带重新打点(3~5条)。3.选纸带：从打出的几条纸带中选出一条点迹清晰的纸带。4.进行数据处理并验证。

用自由落体法验证机械能守恒定律，器材安装如图甲所示。(1)请指出图甲中的错误及不妥之处(写出两处)：①__________________________________；

②____________________________________________________________________。

例1【解析】干电池是直流电源，打点计时器应使用交流电源；为充分利用纸带，释放时重物应靠近打点计时器；应用手提着纸带上方，从而减小纸带与限位孔间的摩擦。打点计时器不应接直流电源甲没有从上方提着纸带，而是用手托着重物(或重物离打点计时器太远)(2)改正实验中错误及不妥之处后，打出如图乙所示的一条纸带。已知打点计时器所连电源频率为50Hz，根据纸带所给数据，打C点时重物的速度为_____________m/s(结果保留2位有效数字)。

2.2乙

大于丙(4)通过分析发现，造成k2值偏小的原因是实验过程中存在各种阻力。已知实验所用重物的质量m2=0.052kg，当地重力加速度g取9.78m/s2，则重物所受平均阻力Ff=______________N(结果保留2位有效数字)。

0.031如图所示，某实验小组在实验室中利用水平气垫导轨和两个光电门计时器A和B验证质量为M的滑块(含遮光条)和质量为m的钩码组成的系统机械能守恒。已知遮光条的宽度为d，先后通过A、B光电门的时间分别为Δt1、Δt2，光电门A、B之间的距离为s。滑块运动通过光电门B时，钩码未落地。(重力加速度为g)例2考向一实验器材的创新(1)实验中需要用到的器材有__________(多选)。

A.天平 B.刻度尺C.打点计时器 D.停表E.弹簧测力计AB【解析】实验要通过系统重力势能的减少量和动能的增加量相等来验证系统机械能守恒，验证的等式两边质量不同，需要用天平测量，不需要弹簧测力计；钩码下落的高度(光电门间的距离)需要用刻度尺测量；滑块速度可通过光电门测量计算，故不需要打点计时器和停表。A、B正确。(2)滑块先后通过A、B两个光电门时的瞬时速度的表达式为v1=_________，v2=__________。(用题中给定字母表示)

(3)验证本系统机械能守恒的表达式为___________________________________(用题中所给的物理量表示)。

(4)下列情况下可能增大实验误差的是___________(多选)。

A.气垫导轨未调水平B.滑块质量M和钩码质量m不满足m≪MC.遮光条宽度较小D.两光电门间距过小AD【解析】

气垫导轨未调水平，滑块的重力做功，增大实验误差，A正确；实验不需要使钩码重力等于滑块的合力，则滑块质量和钩码质量关系不影响实验结果，B错误；遮光条宽度较小，会使计算出的速度更接近瞬时速度，能够减小误差，C错误；两光电门间距过小，使长度测量误差增大，D正确。考向二实验原理的创新用图甲所示实验装置验证质量为m1的物块和质量为m2的物块组成的系统机械能守恒，质量为m2的物块从高处由静止开始下落，打点计时器在质量为m1的物块拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。图乙给出的是实验中获取的一条纸带，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所示，打点计时器的频率为50Hz。已知m1=50g、m2=150g，重力加速度g取10m/s2，所有结果均保留2位有效数字，则：例3甲

乙(1)在纸带上打下计数点5时质量为m1的物块和质量为m2的物块的速度大小v5=_________m/s。

(2)在打下计数点0~5的过程中系统动能的增加量为___________J，系统重力势能的减少量为___________J。

(3)通过前面的数据发现，系统动能的增加量不等于系统重力势能的减少量，造成上述实验误差的原因可能是____________________________________________________________(写出一种可能的原因)。

2.4

0.580.60【解析】

系统动能的增加量不等于系统重力势能的减少量，可能原因有很多，如纸带受到摩擦力、纸带受到空气阻力、滑轮粗糙有质量等。纸带受到摩擦力(纸带受到空气阻力、滑轮粗糙有质量)某同学设计了如图甲所示的装置来验证机械能守恒定律。左侧铁架台的横杆上固定了一个拉力传感器，将小球用不可伸长的细线悬挂在传感器上。右侧有两个竖直杆固定在底座上，杆上分别装有可沿竖直杆移动的刻度尺和激光笔，激光笔水平放置。小球的大小可忽略不计。实验步骤如下：

例4考向三实验过程的创新甲(1)使小球静止在最低点O'，调整激光笔的高度，使水平细激光束与小球的底部保持相平，记录此时拉力传感器的示数FT0。(2)调节刻度尺的高度，使零刻度线与细激光束保持相平，并固定刻度尺。(3)将激光笔上移，使水平细激光束经过细线的悬点O，记录刻度尺示数L。(4)将激光笔移动到与O'高度差为h(h≤L)的位置Q处(如图甲中所示)，把小球拉至该处，并使小球的底部与水平细激光束保持相平。由静止释放小球，记录小球下摆过程中拉力传感器的最大示数FT。(5)改变激光笔的高度，重复步骤(4)。(6)选取题中的FT0、L及步骤(4)中的一组数据h和FT，验证机械能守恒定律，以O'点所在水平面为参考平面，刚释放小球时，小球的机械能为____________(小球的质量用m表示，重力加速度为g)，若传感器的最大示数FT满足FT=__________________(用FT0、L、h表示)时，则可验证小球从初始位置摆至O'点的过程中机械能守恒。

mgh

3乙小明利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，所用器材包括：安装phyphoxAPP的智能手机、铁球、刻度尺、钢尺等。(1)下列实验操作步骤，正确顺序是_____________________。

①将质量为m的铁球放在钢尺末端②迅速敲击钢尺侧面，铁球自由下落③传感器记录下声音振幅随时间变化曲线④将钢尺伸出水平桌面少许，用刻度尺测出钢尺上表面与地板间的高度差h⑤将手机位于桌面上方，运行手机中的声音“振幅”(声音传感器)项目例5甲【解析】(1)首先应将钢尺伸出水平桌面，用刻度尺测出钢尺上表面与地板间的高度差，然后将铁球放在钢尺末端，手机开始运行手机中的声音“振幅”(声音传感器)项目，再迅速敲击钢尺侧面，使铁球自由下落，此时传感器即可记录下声音振幅随时间变化曲线，故操作步骤顺序为④①⑤②③。④①⑤②③(2)声音振幅随时间变化曲线如图乙所示，第一、第二个尖峰的横坐标分别对应铁球开始下落和落地时刻，对应的时间间隔t=___________s。

【解析】由题图乙可知，时间间隔为0.40

s。乙0.40(3)若铁球下落过程中机械能守恒，则应满足等式：mgh=______________(用m、h、t表示)。

(4)若敲击钢尺侧面时铁球获得一个较小的水平速度，对实验测量结果____________(填“有”或“没有”)影响。

【解析】

若敲击钢尺侧面时铁球获得一个较小的水平速度，不会影响小球的落地时间，故对实验测量结果没有影响。没有课时作业答案速对第六单元实验七验证机械能守恒定律题号1234答案见答案见答案见答案见答案1.在做“验证机械能守恒定律”的实验中：(1)已有电磁打点计时器、复写纸、导线、铁架台、重锤、纸带、毫米刻度尺，还必须选取的器材是图中的________。

(2)在该实验过程中，以下操作正确的是________。

A.实验前，应先平衡阻力B.应先释放纸带再接通电源C.释放纸带时，手应拿在纸带上紧靠打点计时器的部位D.实验时，应调节打点计时器使它的限位孔与纸带处在同一竖直线上

钩码

天平

秒表

学生电源A.

B.

C.

D.DD(3)某次实验中打出的纸带如图所示，1至5是打点计时器连续打下的五个点，电源频率为50Hz，图中点3对应刻度尺读数为_________

cm，打点计时器打点3时重物的速度为__________m/s(结果保留3位有效数字)。

(4)为了减小实验误差，在体积和形状相同的情况下，实验时会选择密度较大的重物，请简要阐述理由：________________________________________________________________。

9.001.30对体积和形状相同的重物，密度越大，空气阻力的影响就越小

D2.如图所示，某同学利用水平桌面上的气垫导轨和数字计时器，探究滑块沿气垫导轨下滑过程中机械能是否守恒。气垫导轨上有很多小孔，气泵送来的压缩空气从小孔喷出，使得滑块与导轨之间有一层薄薄的空气层，滑块运动时阻力近似为零。(1)实验时，先将气垫导轨调水平，再用垫片将其a端垫高。用50分度的游标卡尺测量某块垫片的厚度，游标尺位置如图所示，其读数为____________mm。

【解析】(1)该游标卡尺为50分度，根据题图可得主尺刻度为5

mm，游标尺第一格与主尺刻度对齐，则游标尺读数为1×0.02

mm=0.02

mm，可得游标卡尺的整体读数为5

mm＋0.02

mm=5.02

mm。5.02(2)设实验测得垫片的总高度为h，遮光条的有效宽度为d，a端到b端连线的长度为L，滑块经过光电门1和光电门2时的遮光时间分别为t1和t2，重力加速度为g，则还需要测量的物理量是_____________________________(写出物理量的符号并说明)，实验需要验证的关系式为_____________________。

两光电门之间距离x

(3)数据处理时发现重力势能减少量小于动能增加量，原因可能是________。

A.滑块释放位置不够高B.充气泵的气流较小，滑块与导轨存在较大摩擦C.导轨被垫高之前没有将导轨调节水平，被垫高的一端偏高【解析】若滑块释放位置不够高，则滑块通过光电门的时间较长，用平均速度代替瞬时速度相比于真实值，误差就会更大些，A错误；充气泵的气流较小，滑块与导轨存在较大摩擦，则会导致重力势能有一部分克服摩擦力做功，从而使动能的增加量偏小，即势能的减少量大于动能的增加量，B错误；正常情况下，因存在空气阻力等原因，在误差允许范围内，重力势能的减少量应略大于动能的增加量，而数据处理时发现重力势能减少量小于动能增加量，则必然是导轨被垫高之前没有将导轨调节水平，被垫高的一端偏高，直接导致重力势能偏小，C正确。C(4)光电门计时器的计时原理：光电门中的光敏元件接收到的光线是直径约2mm的圆柱形光束，只要遮光条前沿挡住90%的光照就能使光控信号u上跳为H，只要后沿让光照恢复达到70%就能使光控信号u下跳为L。计时器可以设置两种计时模式：①记录前沿挡光与后沿复光信号之间的时间；②记录2次前沿挡光信号之间的时间。根据以上信息可知，_________(填“甲”“乙”或“丙”)种型号的遮光条测量速度的误差最小。

【解析】根据计时器的两种计时模式，结合甲、乙、丙三种遮光条的形状，可知甲、乙两种遮光条符合第一种计时模式，在该模式下两种遮光条挡光时间所对应的位移x甲=(50－2×0.9＋2×0.7)×10－3

m=4.96×10－2

m，x乙=(30－2×0.9＋2×0.7)×10－3

m=2.96×10－2

m，均略小于遮光条的真实宽度，而计算速度用的是遮光条的真实宽度，显然用甲、乙两种型号的遮光条计算得到的平均速度均大于真实值，而对于丙遮光条，符合计时器的第二种模式，在此种模式下丙遮光条挡光所对应的位移为x丙=3×10－2

m，即遮光时间对应的位移等于遮光条的宽度(测量长度)，计算得到的平均速度等于真实值，丙正确。丙3.(2026·金华模拟)下图为“验证机械能守恒定律实验”的两种方案(甲、乙)的实验装置图。甲

乙(1)关于方案甲：①图中该同学将要释放纸带，其操作不当之处是____________________________；

②若电源频率为50Hz，计算图丙中打下计数点5时纸带速度的大小为_________

m/s(结果保留3位有效数字)。

重锤离打点计时器太远丙1.50(2)关于方案乙，小明同学的部分实验步骤如下：a.将气垫导轨调至水平；b.在导轨的单脚螺丝下垫上一定厚度的垫片，让滑块从最高处由静止开始下滑，用数字计时器测出滑块依次经过光电门1和2时，遮光条的遮光时间t1和t2；c.取下垫片，用游标卡尺测量所用垫片的厚度h；d.用刻度尺测量单脚螺丝到双脚螺丝连线的距离