2027届新高考物理热点精准复习：验证机械能守恒定律

2027届新高考物理热点精准复习验证机械能守恒定律[学习目标]

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．会在创新实验中探究机械能守恒定律。实验基础·要点通关装置原理图

物体重力势能的减少量与对应过程动能的增加量相等实验步骤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，换上新的纸带重打几条(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。注意事项数据处理数据处理误差分析1．系统误差：本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp。改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力。2．偶然误差：本实验在长度测量时产生的误差。减小误差的办法是测下落距离时都从0点量起，一次将各点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值。实验探究·创新突破类型1教材原型实验[典例1]

(2024·浙江6月选考)在“验证机械能守恒定律”的实验中。(1)下列操作正确的是________。A(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)。3.34(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”)验证机械能守恒定律，理由是________(填选项前的字母)。A．在误差允许范围内B．没有用当地的重力加速度g不能B

[教师备选资源]在“验证机械能守恒定律”的实验中，小王用如图1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2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_______________________________________________。阻力与重力之比更小(或其他合理解释)(2)已知交流电频率为50Hz，重物质量为200g，当地重力加速度g＝9.8m/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(计算结果均保留三位有效数字)。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0.5470.588C

[典例2]

(2025·河南卷)实验小组利用图1所示装置验证机械能守恒定律。可选用的器材有：交流电源(频率50Hz)、铁架台、电子天平、重锤、打点计时器、纸带、刻度尺等。(1)下列所给实验步骤中，有4个是完成实验必需且正确的，把它们选择出来并按实验顺序排列：______________(填步骤前面的序号)。①先接通电源，打点计时器开始打点，然后再释放纸带②先释放纸带，然后再接通电源，打点计时器开始打点③用电子天平称量重锤的质量④①⑥⑤④将纸带下端固定在重锤上，穿过打点计时器的限位孔，用手捏住纸带上端⑤在纸带上选取一段，用刻度尺测量该段内各点到起点的距离，记录分析数据⑥关闭电源，取下纸带(2)图2所示是纸带上连续打出的五个点A、B、C、D、E到起点的距离。则打出B点时重锤下落的速度大小为________m/s(保留3位有效数字)。1.79(3)纸带上各点与起点间的距离即为重锤下落高度h，计算相应的重锤下落速度v，并绘制图3所示的v2-h关系图像。理论上，若机械能守恒，图中直线应________(选填“通过”或“不通过”)原点且斜率为________(用重力加速度大小g表示)。由图3得直线的斜率k＝_________(保留3位有效数字)。通过2g19.1m/s2

2.6

类型2拓展创新实验[典例3]

(2025·甘肃卷)某学习小组使用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。把一个直径为d的小球用不可伸长的细线悬挂，光电门置于小球平衡位置处，其光线恰好通过小球球心，计时器与光电门相连。

(2)实验中，用游标卡尺测得小球直径d＝20.48mm。①由结果可知，所用的是________(选填“10”“20”或“50”)分度的游标卡尺；②小组设计了一把25分度的游标卡尺，未测量时的状态如图所示。如果用此游标卡尺测量该小球直径，则游标尺上第________条刻度线与主尺上的刻度线对齐。5012

(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乙所示，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________。

mgh5(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，如图丙所示。由图丙可知，随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，主要原因是___________。见解析

(2)钩码机械能的增加量，即为钩码动能和重力势能增加量的总和，若无阻力做功，则应等于弹簧弹性势能的减少量。而在本实验中随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，分析可知，随着h增加，空气阻力和纸带所受计时器的阻力做的功也逐渐增大。创新点解读

本实验的创新点体现在由验证弹性势能的变化量与钩码动能和重力势能改变量关系替代落体法。利用计算机软件对实验数据进行处理替代v2-h图像进行数据处理。[教师备选资源]如图所示，某同学把A、B两根不同的弹簧串接竖直悬挂，探究A、B弹簧弹力与伸长量的关系。在B弹簧下端依次挂上质量为m的钩码，静止时指针所指刻度xA、xB的数据如表。钩码个数012…xA/cm7.758.539.30…xB/cm16.4518.5220.60…钩码个数为1时，弹簧A的伸长量ΔxA＝________cm，弹簧B的伸长量ΔxB＝_____cm，两根弹簧弹性势能的增加量ΔEp________mg(ΔxA＋ΔxB)(选填“＝”“<”或“>”)。0.781.29<

课时数智作业(三十一)实验七：验证机械能守恒定律说明：本试卷共4小题，共32分。1．(10分)利用如图1所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验。(1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的________。A．动能变化量与势能变化量B．速度变化量和势能变化量C．速度变化量和高度变化量A(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是________。A．交流电源B．刻度尺C．天平(含砝码)AB(3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图2所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量ΔEp＝__________，动能变化量ΔEk＝____________________。－mghB

C(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2-h图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒。请你分析论证该同学的判断依据是否正确。___________________________________________________________见解析[解析]

(1)如果机械能守恒，则只有动能和势能相互转化，所以本实验需要比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量，A正确。(2)电磁打点计时器需要交流电源，数据处理时需要利用刻度尺测量纸带上的距离，A、B正确；本实验不需要测量重物的质量，所以不需要天平，C错误。

2．(6分)(2025·河北保定高三检测)某实验小组用如图所示的装置来验证机械能守恒定律。绕过定滑轮的轻质细线的两端分别悬挂质量均为m的重物A、B且处于静止状态，A与纸带连接，纸带通过固定的打点计时器(电源频率为50Hz)，在B的下端再悬挂质量为M的重物C。由静止释放重物C，利用打点计时器打出的纸带可研究系统(由重物A、B、C组成)的机械能守恒，重力加速度大小为g，回答下列问题：(1)关于该实验，下列说法正确的是________。A．实验时应先释放纸带再接通电源B．无须测量重物C的质量M就可以验证机械能守恒定律C．此实验存在系统误差，系统的总动能的增加量略大于总重力势能的减少量D．对选取的纸带，若第1个点对应的速度为0，则第1、2两点间的距离一定小于2mmD

3．(6分)如图甲所示，某同学想利用滑块在倾斜气垫导轨上的运动来验证机械能守恒定律，实验步骤如下：①将长为L、原来已调至水平的气垫导轨的左端垫高H，在导轨上靠右侧P点处安装一个光电门；②用20分度的游标卡尺测量滑块上遮光片的宽度d；③接通气源及光电计时器，将滑块从靠近导轨左端某处自由释放，测得滑块通过光电门时遮光时间为Δt。根据上面的实验步骤回答下列问题：(1)该同学用游标卡尺测量滑块上遮光片的宽度为d，示数如图乙所示，则d＝________cm。1.050(2)实验中已知当地重力加速度为g，除上述步骤中测量的物理量之外，还需测量的物理量是_____________。A．滑块的质量MB．气垫导轨的倾斜角度θC．滑块释放处到光电门的距离xD．滑块从开始运动至到达光电门所用的时间t(3)如果满足等式gH＝________(用题中所给的物理量及上问中所选的物理量表示)，则验证了机械能守恒定律。C

(1)安装实验装置的操作有：①在斜槽末端安装光电门②调节斜槽在竖直平面内③调节斜槽末端水平④将斜槽安装到底座上其合理的顺序是________(选填“A”“B”或“C”)。A．①②③④

B．④②③①

C．④①②③B(2)测量钢球直径的正确操作是图2中________(选填“甲”或“乙”)所示的方式。甲(3)在斜槽上5个不同的位置由静止释放钢球。测量得出的实验数据见表1。已知钢球的质量m＝0.02kg，重力加速度g＝9.80m/s2。请将表1的数据补充完整。表1h/(10-2m)4.005.006.007.008.00ΔEk/(10-3J)4.906.257.458.7810.0ΔEp/(10-3J)7.849.8011.813.7______15.7(4)实验数据表明，ΔEk明显小于ΔEp，钢球在下降过程中发生机械能的损失。小明认为，机械能的损失主要是由于钢球受到的摩擦力做功造成的。为验证此猜想，小明另取一个完全相同的斜槽按如图3所示平滑对接。若钢球从左侧斜槽上A点由静止释放，运动到右侧斜槽上，最高能到达B点，A、B两点高度差为H。则该过程中，摩擦力做功大小的理论值W理＝________(用m、g、H表示)。mgH

表2h/(10-2m)4.005.006.007.00ΔE/(10-3J)2.943.554.354.92Wf/(10-2J)0.981.081.181.27

不同意因为W测仍明显小于ΔE

章末巩固检测(五)机械能守恒定律题明：第1～8题，每小题5分；本试卷共64分。一、选择题：共8小题，1～6题只有一个选项符合要求，7～8题有多个选项符合要求。1．翼装飞行是一项极具刺激的娱乐项目。如图所示为某运动员进行翼装飞行时的情境，运动员在高空由静止跳下，在空中滑行一段距离后安全地着陆在山脚下。则运动员在空中下落的过程中(

)A．机械能守恒B．重力势能的减少量大于动能的增加量C．合力做的功等于重力势能的减少量D．重力做的功等于机械能的减少量√题

[运动员在下落的过程中，重力做正功，空气的阻力做负功，所以机械能不守恒，故A错误；由动能定理可知WG－Wf＝ΔEk，所以重力做的功大于动能的增加量，即重力势能的减少量大于动能的增加量，故B正确；由动能定理可知合力做的功等于动能的增加量，故C错误；阻力做的功等于机械能的减少量，故D错误。]题/p>

√题/p>

题号135246879103．将一小球从距水平地面某一高处由静止释放(t＝0)，不计空气阻力，以水平地面为零势能面。下列关于小球在空中运动时的位移大小x、速度大小v、动能Ek和重力势能Ep随运动时间t变化的关系图线正确的是(

)题

题/p>

题/p>

√题/p>

题号135246879105．如图所示，某一斜面的顶端到正下方水平面O点的高度为h，斜面与水平面平滑连接。一小木块从斜面的顶端由静止开始滑下，滑到水平面上的A点停止。已知斜面倾角为θ，小木块质量为m，小木块与斜面、水平面间的动摩擦因数均为μ，A、O两点的距离为x。在小木块从斜面顶端滑到A点的过程中，下列说法正确的是(

)题．如果h和μ一定，θ越大，x越大B．如果h和μ一定，θ越大，x越小C．摩擦力对木块做功为－μmgxcosθD．重力对木块做功为μmgx√题/p>

题号135246879106．如图所示，机场中长度为L＝2m的水平传送带以v＝1m/s的速度顺时针匀速转动，现将质量为5kg的行李箱轻放在传送带的左端，行李箱与传送带间的动摩擦因数为μ＝0.5。行李箱可视为质点，重力加速度大小取g＝10m/s2，则在行李箱被输送到传送带右端的过程中，下列说法错误的是(

)题．行李箱在传送带上运动的时间为2.1sB．传送带对行李箱做了2.5J的功C．传送带和行李箱间因摩擦产生的热量为5JD．因输送行李箱，传送带电动机额外消耗的电能为5J√题/p>

题摩擦产生的热量为Q＝FfΔx＝μmgΔx＝0.5×5×10×0.1J＝2.5J，故C错误，符合题意；因输送行李箱，传送带电动机额外消耗的电能为W电＝W＋Q＝5J，故D正确，不符合题意。]题/p>

题/p>

√题

题/p>

题号135246879108．如图甲所示，在粗糙水平面上放置一木板A，在A的右端放置物块B，A和B的质量均为m＝1kg，A与地面的动摩擦因数μ1＝0.2，A与B之间的动摩擦因数μ2＝0.1。t＝0时刻起，对A施加沿水平方向的力F，A和B由静止开始运动，取水平向右为正方向。A相对于B的速度用vAB＝vA－vB表示，其中vA和vB分别为A和B相对于水平面的速度。在0～4s时间内，相对速度vAB随时间t变化的关系如图乙所示。运动过程中B始终未脱离A，重力加速度取10m/s2，以下说法正确的是(

)题．t＝2s时物块B的速度为2m/sB．木板A的长度至少为7.5mC．在t＝3s时木板A运动方向发生改变D．在0～4s时间内，拉力F做功大小为72J√题

题/p>

题、非选择题：共2小题。9．(10分)某学习小组用如图所示的实验装置来验证机械能守恒定律。实验操作步骤如下：题用天平测出滑块和遮光条的质量M、钩码的质量m；②调整气垫导轨水平，按图连接好实验装置，固定滑块；③测量遮光条中点与光电门之间距离L及遮光条宽度d，将滑块由静止释放，光电门记录遮光条遮光时间t；④改变遮光条中点与光电门之间距离L，进行多次实验。题据上述实验操作过程，回答下列问题：(1)下列关于该实验的说法正确的是________；A．本实验必须测量M和m的质量B．实验中必须保证m远小于MC．滑块运动过程中速度大小等于钩码速度大小的一半D．本实验的研究对象为滑块题(2)在调整气垫导轨水平时，滑块不要连接钩码，打开气泵，待气流稳