验证机械能守恒定律(实验课)课件高三物理第一轮复习

第五章机械能守恒定律第33课时验证机械能守恒定律(实验课)[学习目标]

1．掌握验证机械能守恒定律的实验原理、实验步骤及数据处理方法。2．学会在创新实验中探究机械能守恒定律。原理装置图

自由落体运动物体的重力势能的减少量等于对应过程动能的增加量操作要求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误差分析类型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)下列图示操作正确的是________。A

B

CB

(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(结果保留三位有效数字)。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____。A．在误差允许的范围内B．没有用当地的重力加速度g不能B

[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(保留三位有效数字)。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＝_________(保留三位有效数字)。通过

2g19.1m/s2

2.6

类型2

探索创新实验[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。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。

50

12

[典例4]

(2025·福建三明一模)某学习小组设计了图甲所示的装置来验证机械能守恒定律。钩码A、B通过一绕过光滑定滑轮的轻质细绳相连接，轻质挡光片固定于钩码A上，钩码A、B的质量均为m1。初始时，挡光片中心线与光电门发光孔之间的高度差为h，现将另一质量为m2的小钩码C轻轻挂在B上，系统由静止开始运动，测得光电门的挡光时间为Δt。(1)用游标卡尺测量挡光片的宽度d，如图乙，则d＝________mm。(2)挡光片通过光电门的速度大小为______(用题中字母表示)。(3)运动过程中，钩码B与C组成的系统机械能________(选填“守恒”或“不守恒”)。(4)若满足关系式________________________(用题中字母表示)，则可验证钩码A、B、C与轻绳组成的系统机械能守恒。4.0

不守恒

【创新点解读】

(1)实验目的创新：验证系统机械能守恒。(2)实验器材创新：用光电门替代打点计时器。课时作业(三十三)验证机械能守恒定律(实验课)1．(2025·河北卷节选)某学习小组在倾斜的气垫导轨上验证机械能守恒定律，实验装置如图所示，当地重力加速度为g。题号1324(1)方案设计阶段，该小组同学对需要测量哪些物理量产生了不同意见。甲同学：需测量滑块和遮光条的总质量、滑块通过两个光电门的速度、两个光电门间的竖直高度差。乙同学：只需测量滑块通过两个光电门的速度、两个光电门间的竖直高度差。丙同学：只需测量滑块通过两个光电门的速度、两个光电门间的距离。你认为________(选填“甲”“乙”或“丙”)同学的方案不可行。题号1324丙(2)如图所示，光电门中光源与光敏管相对，光源发出的光使光敏管感光。当滑块经过时，遮光条把光遮住，计时器记录遮光时间，可计算出滑块的速度。实验中使用的遮光条宽度d1＝10.0mm，光电门宽度d2＝20.0mm。某次测量时，记录通过光电门A的遮光时间为25.0ms，则滑块经过光电门A的速度大小为________m/s。题号13240.4

题号13242．(2025·天津和平一模)同学们在做“验证机械能守恒定律”实验时，根据实验原理，设计了三种方案，实验装置如图所示。题号1324(1)对于这几个实验方案，分析正确的是________；A．3个实验方案均不需要使用天平测量质量B．方案2中，轨道倾斜的目的是减小系统误差C．方案1中，如果通过图像处理数据，必须打出多条纸带进行测量D．方案3中，不要求砝码和托盘的质量远远小于滑块的质量(2)进行方案3的实验时，用螺旋测微器测量遮光条的宽度，其示数如图1所示，则遮光条的宽度为d＝______mm；题号1324D

6.300

(3)某实验小组利用方案1将打点计时器接到周期为T的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图2所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。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，若它们之间的关系满足表达式__________________，则可验证此过程机械能守恒。题号1324

[解析]

(1)方案1和方案2中，验证机械能守恒的对象分别为重物、滑块，在验证机械能守恒的表达式中质量可以约去，不需要使用天平测量质量；方案3中，验证机械能守恒的对象是砝码、托盘和滑块组成的系统，需要使用天平测量质量，故A错误；方案2中，轨道倾斜的目的是使滑块的重力势能减小，而动能增加，故B错误；方案1中，如果通过图像处理数据，不需要打出多条纸带进行测量，只需要通过同一条纸带得到的多组对应数据进行图像处理，故C错误；方案3中，验证机械能守恒的对象是砝码、托盘和滑块组成的系统，所以不要求砝码和托盘的质量远远小于滑块的质量，故D正确。题号1324

题号1324

题号1324(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．④②③①C．④①②③题号1324B

(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。题号1324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。请将下表的数据补充完整。表1题号1324h/(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。为验证此猜想，小明另取一个完全相同的斜槽按下图平滑对接。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)。题号1324mgH

题号1324表2题号1324

h/(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

题号13244．(2025·安徽淮北模拟)如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为d、质量为m的金属小球由A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H(H≫d)，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g。则：题号1324

题号13240.725

增大

题号1324章末巩固(五)机械能守恒定律题号1352468791011一、单选题1．(2025·浙江丽水模拟)一只小狗在蹦床上用力向上跳跃去接球，下列说法正确的是(

)A．球在空中上升到最高点时，速度为0，所受合力为0B．球上升过程中，受到空气阻力，其机械能逐渐减小C．小狗起跳过程中，狗对蹦床的压力等于自身重力D．小狗起跳过程中，蹦床的弹性势能全部转化为小狗的动能√B

[球在空中上升到最高点时，竖直方向速度为0，受重力作用，有向下的加速度，所受合力不为0，故A错误；球上升过程中，空气阻力做负功，球的机械能逐渐减小，故B正确；小狗起跳过程初期具有向上的加速度，根据牛顿第二定律有F－G＝ma，可得蹦床对小狗的支持力F＝G＋ma>G，由牛顿第三定律可知，小狗对蹦床的压力大于自身重力，故C错误；小狗起跳过程，蹦床的弹性势能转化为小狗的动能和重力势能，故D错误。故选B。]题号1352468791011题号13524687910112．(2025·北京昌平一模)如图所示，重物M放在长木板OP上，将长木板绕O端缓慢转过一个小角度的过程中，重物M相对长木板始终保持静止。关于长木板对重物M的支持力和摩擦力，下列说法正确的是(

)A．支持力和摩擦力均逐渐增大B．支持力和摩擦力的合力逐渐增大C．支持力和摩擦力均对重物做正功D．支持力对重物做正功，摩擦力不做功√题号1352468791011D

[设长木板的倾角为θ，设重物的质量为m，以重物为研究对象，根据平衡条件可得N＝mgcos

θ，f＝mgsin

θ，由于θ逐渐增大，可知支持力逐渐减小，摩擦力逐渐增大，故A错误；根据受力平衡可知，支持力和摩擦力的合力与重物的重力等大反向，则支持力和摩擦力的合力保持不变，故B错误；由于摩擦力与重物的运动方向总是垂直，所以摩擦力对重物不做功；由于支持力与重物的运动方向相同，则支持力对重物做正功，故C错误，D正确。故选D。]题号13524687910113．(2025·江西九江一模)如图所示，两光滑轨道Ⅰ、Ⅱ的起点M、终点N位置均相同，轨道Ⅰ的末端与水平面相切于N点。将两个相同的小球a、b分别放在Ⅰ、Ⅱ两轨道的起点M，同时由静止释放。下列描述两小球在轨道运动过程中速率v与时间t、速率平方v2与下滑高度h的关系图像可能正确的是(

)√题号1352468791011

题号1352468791011

√题号1352468791011

题号13524687910115．(2025·陕西咸阳模拟)一质量m＝40kg的儿童电动汽车在水平地面上由静止开始做直线运动，一段时间内的速度与牵引力的功率随时间变化的关系图像分别如图甲、乙所示，0～3s内均为直线。3s末电动汽车牵引力的功率达到额定功率，10s末电动汽车的速度达到最大值，14s末关闭发动机，经过一段时间电动汽车停止运动。整个过程中电动汽车受到的阻力恒定，下列说法正确的是(

)A．电动汽车的最大速度为10m/sB．0～3s内，牵引力的大小为900NC．当电动汽车的速度为4m/s时，电动汽车的加速度大小为0.375m/s2D．整个过程中，电动汽车所受阻力做的功为3750J√题号1352468791011

题号1352468791011二、多选题6．(2025·辽宁锦州期中)在哈尔滨冰雪大世界，游客们不可或缺的体验项目之一便是“冰雪大滑梯”，其简化模型如图所示。冰滑梯轨道AB固定在地面上，表面摩擦忽略不计，游客乘坐雪圈从高h处由静止开始下滑，并通过长度为L1＝10m的水平雪面BC，最终进入长度为L2＝15m的铺有地垫的缓冲区CD。已知雪圈与雪面BC和缓冲区CD间的动摩擦因数分别为μ1＝0.1、μ2＝0.5，游客与雪圈可视为质点，不计空气阻力和通过B点时的机械能损失。为了确保游客下滑后能够停在缓冲区内，h的取值可能为(

)A．3m

B．6mC．9m

D．12m√√题号1352468791011AB

[游客若恰好停在C点，由动能定理得mgh1－μ1mgL1＝0－0，解得h1＝1

m。若恰好到达D点，由动能定理得mgh2－μ1mgL1－μ2mgL2＝0，解得h2＝8.5

m。则要使游客能够停在缓冲区内，h的取值范围为1

m≤h≤8.5

m，故选AB。]题号13524687910117．(2025·黑龙江哈尔滨模拟)如图甲所示，一物块以某初速度滑上倾角为30°的固定斜面。物块在斜面上运动过程中，其动能Ek与运动路程s的关系如图乙所示。已知物块所受的摩擦力大小恒定，g取10m/s2。下列说法正确的是(

)A．物块的质量为0.7kgB．物块所受摩擦力大小为0.7NC．0～20m过程中物块克服摩擦力做功为10JD．0～10m与10～20m过程中物块加速度大小之比为8∶3√√题号1352468791011

题号13524687910118．(2025·安徽池州一模)如图甲所示，倾斜的传送带正以恒定速率v1沿顺时针方向转动，传送带的倾角为37°。一物块以初速度v0从传送带的底端冲上传送带并沿传送带向上运动，其运动的v-t图像如图乙所示，物块到传送带顶端时速度恰好为0，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2，则(

)A．1～3s时间内物块所受摩擦力做正功B．0～3s时间内物块平均速度大小为8m/sC．物块由顶端返回到底端的过程中所需时间大于3sD．0～1s与1～3s两段时间内物块与传送带间因摩擦产生的热量之比为3∶2√√题号1352468791011

题号1352468791011三、非选择题9．(2025·江苏常州模拟)某实验小组利用光电门遮光时可测速度的特性来做“验证机械能守恒定律”实验。实验装置主体如图甲所示。题号1352468791011(1)将宽度d＝0.5cm的黑色胶带等间隔贴在_________(选填“透明塑料”或“铁质”)直尺上，相邻胶带中心线之间的距离Δh＝2.5cm。(2)图乙为某条胶带在刻度尺上的位置，该胶带右侧边缘所对应的读数为______cm。(3)将光电门固定在铁架台上，由静止竖直释放直尺，测得第1条和第4条胶带通过光电门的时间分别为t1和t4。已知直尺质量m＝0.4kg，t1＝0.010s，则第1条胶带经过光电门时直尺的动能为________J(保留两位有效数字)。透明塑料3.000.050(4)在误差允许范围内，若关系式____________________(用Δh、d、t1、t4、g表示)成立，说明直尺下落过程中机械能守恒。(5)为了更精确验证机械能守恒，就题中相关参数，提出一条改进措施：___________________________________________________________________________。题号1352468791011

减小黑色胶带的宽度，或者选取间隔更远的胶带进行测量，或者增加尺子的质量[解析]

(1)