2027物理步步高 大一轮复习第六章　第32课时　实验七：验证机械能守恒定律

第六章机械能守恒定律实验七：验证机械能守恒定律第32课时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。

目标要求考点一实验技能储备考点二探索创新实验内容索引课时精练实验技能储备考点一原理及装置图

通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量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实验器材打点计时器、交流电源、纸带、复写纸(墨粉)、夹子、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线数据处理2

mm数据处理注意事项摩擦阻力

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，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

(2025·河南卷·12)实验小组利用图甲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④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④①⑥⑤

需要先接通电源，再释放纸带，①正确，②错误；不需要称量重锤质量，③不是必需的；依照实验步骤先后，正确排序应为④①⑥⑤。(2)图乙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，并绘制图丙所示的v2-h关系图像。理论上，若机械能守恒，图中直线应

(填“通过”或“不通过”)原点且斜率为___(用重力加速度大小g表示)。由图丙得直线的斜率k=

(保留3位有效数字)。通过2g19.1m/s2

2.6

返回考点二探索创新实验创新角度示例实验器材的创新物体运动形式创新物体从自由落体改为沿圆弧面下滑，在斜面上运动研究对象创新研究对象从单个物体变为研究连接体这个系统的机械能守恒

(2025·江西卷·11)某小组利用气垫导轨、两个光电门、滑块、遮光片等，组成具有一定倾角的导轨装置，研究机械能守恒定律。重力加速度g取9.80m/s2。(1)实验前，应合理安装实验器材。图(a)中光电门

的位置安装不合理，应如何调整：_____________________。1适当向右移动光电门1

光电门1安装不合理；由题图(a)可知，光电门1靠近释放点，滑块到光电门1的距离较短，速度较小，导致滑块通过光电门1的速度测量误差较大，故应适当向右移动光电门1。(2)实验时，导轨倾斜角的正弦值sinθ=0.0613，光电门1、2相距L。将宽度d=4.82mm的遮光片固定于滑块上，从导轨最左端静止释放滑块，分别记录遮光片通过光电门1、2的时间Δt1和Δt2。移动光电门2的位置改变L，重复实验，所测数据如表所示。L/cm10.0015.0020.0025.0030.00

60.0065.0070.00Δt1/ms9.9829.88310.01910.06810.049

10.07310.06610.170Δt2/ms8.0167.5787.0326.5836.583…4.9384.7874.677滑块经过光电门1、2的速度大小分别为v1和v2。当L=65.00cm时，v2=____m/s，滑块通过两光电门下降的高度HL=

cm。(结果保留2位小数)1.013.98

L/cm10.0015.0020.0025.0030.00

60.0065.0070.00Δt1/ms9.9829.88310.01910.06810.049

10.07310.06610.170Δt2/ms8.0167.5787.0326.5836.583…4.9384.7874.677

守恒见解析

(2026·江苏南通市检测)小明利用如图甲所示的实验装置来验证机械能守恒定律。细绳跨过固定在铁架台上的小滑轮，两端各悬挂一个重锤。(1)部分实验步骤如下：①用刻度尺测量遮光片中心到光电门的竖直距离H；②将遮光片固定在重锤1上，用天平测量重锤1(含遮光片)的质量m、重锤2的质量M(M>m)；③将光电门安装在铁架台上，将重锤1压在桌面上，保持系统静止，重锤2离桌面高度适当；④用刻度尺测量遮光片的宽度d；⑤启动光电门，释放重锤1，用毫秒计测出遮光片经过光电门所用时间t。其合理的顺序是

(选填“A”“B”或“C”)。A.③④②⑤① B.④②③①⑤C.②④③⑤①B

首先，用刻度尺测量遮光片的宽度d(步骤④)，这是测量速度的关键物理量。接着，用天平测量重锤1(含遮光片)的质量m、重锤2的质量M(M>m)(步骤②)，为后续计算机械能做准备。然后，将光电门安装在铁架台上，将重锤1压在桌面上，保持系统静止，重锤2离桌面高度适当(步骤③)，完成装置的安装与调试。之后，用刻度尺测量遮光片中心到光电门的竖直距离H(步骤①)，确定下落高度。最后，启动光电门，释放重锤1，用毫秒计测出遮光片经过光电门所用时间t(步骤⑤)，进行实验数据采集。所以合理的顺序是④②③①⑤，故选B。(2)测量d时，刻度尺的示数如图乙所示，可知遮光片的宽度d=

cm。0.53(0.52、0.54均可)

由题图乙可知，刻度尺的分度值为1

mm，遮光片的宽度d=0.53

cm(3)重锤1通过光电门时的速度大小v=

(用题中物理量的符号表示)。

(4)已知重力加速度为g。若满足关系式____________________(用题中物理量的符号表示)，则验证了两重锤组成的系统机械能守恒。

(5)实验中，忽略空气阻力，细绳与滑轮间没有相对滑动。小明认为细绳与滑轮间的静摩擦力做功但不产生内能，因此两重锤组成的系统机械能守恒。你是否同意他的观点，并简要说明理由____________________________________________________________________。

不同意。因为静摩擦力对两重锤组成的系统做负功，所以系统机械能减小

不同意。因为滑轮会转动，细绳与滑轮间的静摩擦力对滑轮做功，使滑轮获得动能，而滑轮的动能是由两重锤组成的系统的机械能转化而来的，所以两重锤组成的系统机械能不守恒，系统机械能减小。

(2025·甘肃卷·11)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。将小球拉离平衡位置并记录其高度h，然后由静止释放(运动平面与光电门光线垂直)，记录小球经过光电门的挡光时间Δt。改变h，测量多组数据。已知重力加速度为g，忽略阻力。

(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

分度的游标卡尺(填“10”“20”或“50”)；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

返回课时精练精练高频考点提升关键能力对一对题号12答案(1)B

(2)3.34

(3)不能B题号34答案答案12345对一对题号5答案(1)B

(2)甲(3)15.7

(4)mgH

(5)不同意小球减小的重力势能有一部分转化为小球的转动动能，相差很大的原因是小球的转动动能没有计入答案123451.(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

。

12345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3位有效数字)。

12345答案3.3412345答案

(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g12345答案不能B12345答案

不能验证机械能守恒；理由是该同学求出的9.77

m/s2是重锤受到空气阻力时做匀加速运动的加速度，不是当地的重力加速度，5.09m也不是重力势能的减少量。没有当地的重力加速度的数值，无法求出重力势能的减少量，所以无法验证机械能守恒定律。2.(2025·广东汕头市三模)某同学设计实验验证机械能守恒定律，装置如图(b)所示。一个质量为m、直径为d的小球固定于释放装置上，在小球正下方固定四个光电门，调节各光电门的中心，使其与小球的球心均在同一竖直线上。由静止释放小球，记录小球通过每个光电门的挡光时间，重力加速度为g。12345答案(1)用游标卡尺测小球的直径，如图(a)所示，可得小球的直径d=______mm。

10.60

由题图(a)可知游标卡尺精度为0.05

mm，则d=10

mm+0.05

mm×12=10.60

mm12345答案(2)若测得某光电门的中心与释放点的竖直距离为h，小球通过此光电门的挡光时间为Δt，则小球从释放点下落至此光电门中心时的动能增加量ΔEk=

(用题中字母表示)，重力势能减小量ΔEp=mgh；

12345答案

12345答案(3)根据实验数据，作出ΔEk-ΔEp的图像，如图(c)所示。若图中虚线的斜率k≈

(结果保留1位有效数字)，则可验证机械能守恒定律；

12345答案1

根据机械能守恒定律可得ΔEp=ΔEk若作出的ΔEk-ΔEp图像中虚线的斜率k≈1，则可验证机械能守恒定律。(4)经过多次重复实验，发现小球经过第三个光电门时，ΔEk总是大于ΔEp，下列原因中可能的是

。

A.第三个光电门的中心与释放点的

竖直距离测量值偏大B.第三个光电门的中心偏离小球下

落时球心所在的竖直线C.小球下落过程中受到空气阻力的作用12345答案B

第三个光电门的中心与释放点的竖直距离测量值偏大，则ΔEp的测量值偏大，使得ΔEk小于ΔEp，故A错误；第三个光电门的中心偏离小球下落时球心所在的竖直线，使得挡光宽度小于小球的直径，则速度测量值偏大，ΔEk的测量值偏大，使得ΔEk大于ΔEp，故B正确；小球下落过程中受到空气阻力的作用，使得减少的重力势能有一部分转化为内能，使得ΔEk小于ΔEp，故C错误。12345答案3.(2025·福建泉州市一模)某实验小组利用图甲装置验证系统机械能守恒定律。实验中，钩码用跨过定滑轮的轻绳与带有遮光条的滑块连接。接通气源调节气垫导轨水平，将滑块从导轨右端由静止释放。测出滑块释放时遮光条中心到光电门中心的距离L和遮光条通过光电门的遮光时间t。仅改变距离L，重复实验，测得多组L和t的数据。已知滑块(含遮光条)的质量为M，钩码质量为m，重力加速度大小为g。12345答案(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度如图乙所示，其读数为d=

mm；

12345答案4.2

由题图乙可知，游标卡尺为10分度，精确度为0.1

mm，所以遮光条的宽度为d=4

mm+2×0.1

mm=4.2

mm(2)本实验

(选填“需要”或“不需要”)满足M≫m的条件；

12345答案不需要

本实验验证的是滑块和钩码组成的系统的机械能守恒。系统的重力势能减少量等于系统的动能增加量，实验中直接分析系统的机械能变化，不需要将钩码的重力近似为滑块受到的拉力，所以不需要满足M≫m的条件。

12345答案

12345答案

12345答案点)。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

。

(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A12345答案

mgh512345答案

(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________。12345答案见解析12345答案

钩码机械能的增加量，即钩码动能和重力势能增加量的总和，若无阻力做功，则弹簧弹性势能的减少量等于钩码机械能的增加量。现在随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，而两条曲线在纵向的间隔即阻力做的功，则产生这个问题的主要原因是钩码和纸带运动的速度逐渐增大，导致空气阻力逐渐增大，以至于空气阻力做的功也逐渐增大。

12345答案(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.④①②③12345答案B

正确步骤为将斜槽安装到底座上，调节斜槽在竖直平面内，调节斜槽末端水平，安装光电门，序号为④②③①。故选B。(2)测量钢球直径的正确操作是图中

(选填“甲”或“乙”)所示的方式。12345答案甲

测量小球直径的正确操作需要确保测量工具与小球接触良好，并且小球的位置不会导致测量误差。在题图中的情形中，甲图使卡爪的两测量面与小球的表面垂直接触，测量更准确，适合测量外径；而乙图因为夹持不住小球，使得小球并没有被夹在量爪之间，测量不准确。故选甲。(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取9.80m/s2。请将表1中的数据补充完整。表112345答案h/(×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

根据ΔEp=mgh可知下降高度为8.0×