实验7　验证机械能守恒定律

实验7验证机械能守恒定律目录CONTENTS实验基础·必备实验技能·创新课时跟踪训练实验基础·必备原理装

置图

操作要

领竖直

接通电源

放开纸带

数

据

处

理注

意

事

项误

差

分

析（1）系统误差：因重物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；（2）偶然误差：长度测量、遮光条宽度测量时产生的误差，多次测量取平均值可以减小偶然误差实验技能·创新一、教材原型实验

（2026·湖南长沙开学考）如图甲所示，将打点计时器固定在铁架台

上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置做“验证机械能守

恒定律”实验。（1）已准备的器材有打点计时器（带导线）、低压交流电源、纸带、复

写纸、铁架台和带夹子的重物，此外还必需的器材是

⁠。A.

天平B.

秒表C.

刻度尺C

（2）下列关于该实验的一些说法正确的是

⁠。A.

做实验时，要先释放重物，再接通电源B.

实验中的误差主要是由于存在空气阻力和摩擦阻力引起的C.

若某同学通过描绘v2-h图像研究机械能是否守恒，合理的图像应该是过

原点的一条直线，并且该直线的斜率应约为gD.

可以用v＝gt来计算重物下落的速度B

（3）安装好实验装置，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图乙所

示。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。当地重力加速度为g，打点计时器打点周期为T。为

了验证此实验过程中机械能是否守恒，应满足

（用题

中所给字母表示）。

（2025·河南高考12题）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50

Hz）、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

（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

2g

19.1（19.0也可）

2.6

（3.1也可）

二、创新拓展实验创新角度1：实验器材的创新

利用光电门测出Δt，进而计算滑块的速度利用气垫导轨减小阻力的影响见〔典例3〕创新角度2：物体运动形式的创新

物体从自由落体改为沿圆弧面下滑见〔课时训练T3〕创新角度3：研究对象的创新

研究对象从单个物体变为研究连接体见〔典例4〕、〔课时训练T4〕

（2026·甘肃平凉模拟）实验小组利用如图甲所示实验装置来验证机

械守恒定律，实验步骤如下：a.用螺旋测微器测量并记录遮光条的宽度d；用天平测出滑块及遮光条的质

量M和槽码的质量m；b.在水平桌面上安装气垫导轨并调节水平，在导轨上放置好滑块，安装好两个光电门1和2，用刻度尺测出两光电门之间的距离为x；c.细线一端与滑块相连另一端跨过定滑轮与槽码相连，调节细线与气垫导

轨平行，在光电门1右侧同一位置无初速释放滑块，记录遮光条分别通过

两光电门的时间Δt1、Δt2；d.改变光电门2的位置，重复实验，并进行数据处理与分析。（1）遮光条的宽度如图乙所示，则遮光条的宽度d＝

⁠

mm；解析：

螺旋测微器读数d＝6.5

mm＋36.0×0.01

mm＝6.860

mm。6.860（6.860或

6.861或6.862）

大

（2025·江苏宿迁三模）实验小组用图甲所示的装置验证机械能守恒

定律。细绳跨过固定在铁架台上的小滑轮，两端各悬挂一个质量均为M的

重锤A（含遮光条）、重锤B。主要的实验操作如下：①用游标卡尺测量遮光条的宽度d；②用米尺量出光电门1、2间的高度差h；③在重锤A上加上质量为m的小钩码；④将重锤B压在地面上，由静止释放，记录遮光条先后经过两光电门的遮

光时间t1、t2；⑤改变光电门2的位置，重复实验。请回答下列问题：（1）如图乙所示，游标卡尺测得遮光条的宽度d＝

mm。解析：

遮光条的宽度为d＝5

mm＋0.05

mm×5＝5.25

mm。5.25

（2）重锤A经过光电门2时速度的大小为

（用题中物理量的符号表示）。

（3）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），则验证了重锤A、B和钩码组成的

系统机械能守恒。（4）某小组实验中发现系统增加的动能略大于系统减少的重力势能，下

列原因中可能的是

。A.

存在空气阻力B.

细绳与滑轮间有摩擦力C.

遮光条宽度d的测量值偏大

C

（5）实验中，忽略空气阻力，细绳与滑轮间没有相对滑动。有同学认为

细绳与滑轮间的静摩擦力做功但不产生内能，因此重锤A、B和钩码组成的

系统机械能守恒。该同学的观点

（选填“正确”或“不正确”），

理由是

⁠

⁠。解析：

该同学的观点不正确；静摩擦力对重锤A、B和钩码组成的系统做负功，系统机械能减小。

静摩擦力对重锤A、B和钩码组成的系统做负功，系统机

械能减小不正确课时跟踪训练1.

（2025·广东深圳一模）某同学利用重物自由下落来做“验证机械能守

恒定律”的实验装置如图甲所示。1234（1）在“验证机械能守恒定律”的实验中，有下列器材可供选择：A.

带夹子的铁架台B.

电磁式打点计时器C.

低压交流电源D.

纸带E.

带夹子的重物F.

秒表G.

天平H.

刻度尺其中不必要的器材有

（填器材前面的字母）。FG

1234解析：在“验证机械能守恒定律”的实验中，需要判断动能增加量与重力势能的减小量是否相等，所以要测量重物下降的高度和瞬时速度，测量下降高度和瞬时速度均需要刻度尺，不需要秒表，不必测量重物的质量，也不需要天平。故选F、G。1234（2）请指出实验装置甲中存在的明显错误：

⁠

⁠。打点计时器接直流电

源

解析：电磁打点计时器需要用8

V的低压交流学生电源；电火花打点计时器需要220

V的交流电源，所以图中的打点计时器接直流电是错误的。1234（3）进行实验时，为保证测量的重物下落时初速度为零，应选

（选填“A”或“B”）。A.

先接通电源，再释放纸带B.

先释放纸带，再接通电源A

解析：使用打点计时器，必须先接通电源，后释放纸带，故选A。1234

1234（5）某同学作出了v2-h图像（图丙），则由图线得到的重力加速度g

＝

m/s2（结果保留三位有效数字）。9.67

1234（6）大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加

量，原因是

（填正确选项前的字母）。A.

利用公式v＝gt计算重物速度C.

存在空气阻力和摩擦阻力的影响D.

没有采用多次实验取平均值的方法C

解析：在验证机械能守恒定律实验中，由于重锤下落需要克服空气阻力以

及纸带和限位孔的摩擦阻力做功，所以重力势能减少量稍大于动能增加

量。故选C。12342.

（2025·甘肃高考11题）某学习小组使用如图甲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。1234

1234①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乙所示。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。50

12

（2）实验中，用游标卡尺测得小球直径d＝20.48

mm。1234

1234

（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.

①②③④B.

④②③①C.

④①②③B

1234解析：

正确步骤为将斜槽安置于底座，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。甲

解析：测量钢球的直径，应该使用外测量爪，故选甲。1234（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＝0.02

kg，重力加速度g＝9.80

m/s2。请将下表的数

据补充完整。表14.005.006.007.008.004.906.257.458.7810.07.849.8011.813.7

⁠15.7解析：

根据ΔEp＝mgh，下降高度为8.0×10－2

m时减少的重力势能为

下降高度为4.0×10－2

m的二倍，代入数据可得ΔEp≈15.7×10－3

J。1234（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

解析：根据动能定理可得mgH－W理＝0，可得W理＝mgH。1234

表24.005.006.007.002.943.554.354.920.981.081.181.271234

解析：

不同意，原因是钢球减小的重力势能有一部分转化为钢球的

转动动能，相差很大的原因是钢球的转动动能没有计入。不同意

钢球减

小的重力势能有一部分转化为钢球的转动动能，相差很大的原因是钢球的

转动动能没有计入12344.

（2025·山西吕梁三模）阿特伍德机是英国数学家和物理学家阿特伍德

制作的一种著名力学实验装置。受此原理启发，某实验小组设计了如图甲

所示装置来验证系统机械能守恒。主要实验步骤如下：（当地重力加速度

为g）