2026高考一轮总复习 物理课件_实验七　验证机械能守恒定律_含解析

这是一份2026高考一轮总复习 物理课件_实验七　验证机械能守恒定律_含解析，共55页。
一、实验目的　验证机械能守恒定律。
1. 在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化， 但总的机械能保持不变。若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重 力势能的减少量为 ，动能的增加量为 ，看它们在实验误 差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律。
计算打第n点速度的方法：测出第n点与相邻前后点间的距离xn和xn＋1，由 公式vn＝ 计算，或测出第n－1点和第n＋1点与起始点的距离hn －1和hn＋1，由公式vn＝ 算出，如图所示。
2. 速度的测量：做匀变速直线运动的物体某段位移中间时刻的瞬时速度等 于这段位移的平均速度。
三、实验器材　铁架台（含铁夹），打点计时器，交流电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物（带纸带夹）。
四、实验过程1. 安装置：如图所示，将检查、调整好的打点计时器 ⁠固定在铁架台上，接好电路。
2. 打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的 限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先 ⁠ ，后 ，让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做3～5 次实验。
3. 选纸带：分两种情况说明
在起始点标上0，在以后各计数点依次标上1，2，3，…，用刻度尺测出对 应下落高度h1，h2，h3，…。
方法二：任取两点计算。
①任取两点A、B测出hAB，算出ghAB。
1. 打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调 整到 方向，以减小摩擦阻力。
2. 重物要选用 大、 小的物体，这样可以减小空气阻力的 影响，从而减小实验误差。
3. 实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待接通电源，打点 计时器工作稳定后，再松开纸带。
4. 测量下落高度时，为了减小测量值h的相对误差，选取的各个计数点要 离起始点远一些，纸带也不宜过长，有效长度可以在60～80 cm之间。
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 ⁠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 点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者通 过多次测量取平均值来减小误差。
（2024·浙江6月选考16题节选）在“验证机械能守恒定律”的实验 中，
（1）下列操作正确的是 ⁠。
解析： 为了减小阻力对实验的影响，且获得最多的数据，实验操作 应如选项A图所示，故选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50 Hz，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）某同学用纸带的数据求出重力加速度g＝9.77 m/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g
解析： 计算重力势能时应用当地的重力加速度计算，故不能验证机 械能守恒定律，故选B。
如图甲所示，学生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（已知 当地的重力加速度为g）。

（1）实验室提供的器材有打点计时器（带导线）、纸带、复写纸、铁架 台和带夹子的重物，此外还需要的器材是 和 ⁠。
解析： 除了题目中提到的器材，还需要毫米刻度尺测量长度，打点 计时器需要连接交流电源。所以选B、D。
（2）实验中得到如图乙所示的一条纸带（部分）。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 打点计时器打点的周期为T，打出B点时，重物的瞬时速度大小vB ＝ ，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 势能减少量ΔEp＝ ，动能增加量ΔEk＝ ⁠。
（3）大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量略大于动能的增加 量，其原因可能是 。为 了减小实验误差，在两个体积相同、质量不同的重物中应选择质量 ⁠ （选填“较大”或“较小”）的进行实验。
解析： 重力势能的减少量略大于动能的增加量，其原因可能是重物 受到空气阻力和纸带受到摩擦阻力的影响；为了减小实验误差，在两个体 积相同、质量不同的重物中应选择质量较大的，空气阻力影响结果较小。
重物受到空气阻力和纸带受到摩擦阻力的影响　
（4）某同学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，得到如图丙所示的v2-h图像，由图像可求得当地的重力加速度大小g＝ m/s2（结果保留2位小数）。
实验步骤如下：（1）该同学将杆抬至水平位置后由静止释放，当P转到最低点时，固定在 两钢球P、Q球心处的挡光片刚好同时通过光电门1、光电门2（两个光电门 规格相同，均安装在过O点的竖直轴上）。
（2）若挡光片通过光电门1、光电门2的时间分别为tP和tQ，根据该同学的 设计，tP∶tQ应为 ⁠。
（3）若要验证“机械能守恒定律”，该同学 （选填“需要” 或“不需要”）测量钢球的质量m。
解析： 验证机械能守恒定律时，由于两钢球P、Q的质量相等，则验 证机械能守恒定律的表达式中质量可以约掉，所以该同学不需要测量钢球 的质量。
（4）用游标卡尺测量挡光片的宽度，示数如图所示，则挡光片宽度d ＝ mm。
解析： 20分度游标卡尺的分度值为0.05 mm，由题图可知挡光片 宽度为d＝4 mm＋0×0.05 mm＝4.00 mm。
（6）通过多次测量和计算，发现第（2）问的关系式均存在误差，其中一 组典型数据为tQ＝6.27 ms，tP＝3.26 ms，造成误差的主要原因可能 是 ⁠。
解析： 造成误差的主要原因可能是钢球半径对线速度计算的影响， 故C正确。
创新分析1. 实验目的创新（1）探究线速度与角速度的关系。（2）验证系统机械能守恒。2. 实验器材创新（1）利用两光电门同时测量两球的速度大小。（2）轻质细杆和两小球组成的系统。
1. （2025·河南开封模拟）图甲是用“落体法”验证机械能守恒定律的实 验装置（g取9.80 m/s2）。
（1）选出一条清晰的纸带如图乙所示，其中O点为打点计时器打下的第一 个点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以频率为50 Hz的交变电流。 用分度值为1 mm的刻度尺测得OA＝12.41 cm，OB＝18.90 cm，OC＝ 27.06 cm，在计数点A和B、B和C之间还各有一个点，重锤的质量为1.00 kg。根据以上数据算出：当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始 下落时减少了 J，此时重锤的速度vB＝ m/s，此时重锤的 动能比开始下落时增加了 J。（结果均保留3位有效数字）
图线未过原点O的原因是 ⁠ ⁠。
先释放了纸带，再接通了打点计时器的电
2. （2025·河北石家庄模拟）小明同学用如图所示的装置验证机械能守恒 定律。将细线一端悬挂在铁架台上，另一端系住一个底部粘有一个宽度为 d的遮光片的小钢球，小钢球静止于A点，光电门固定在A点正下方。将小 钢球拉起一定的高度由静止释放，光电门记录小钢球的遮光片的挡光时间 为t。已知重力加速度为g。（1）还需要测量的物理量是 ⁠；
（3）小明实验过程中发现，小钢球动能增加量总是稍大于重力势能减少 量，可能的原因是 ⁠ （写出一条即可）。
解析： 若是小钢球动能增加量总是稍 大于重力势能减少量，是因为小钢球到达最 低点时，遮光片的线速度大于小钢球的线速 度，使得小钢球的动能增加量大于重力势能 的减少量。
由于遮光片有一定长度，所测的速度大于小钢球的实
3. （2023·天津高考9题）某同学利用图示的气垫导轨实验装置验证机械能 守恒定律，主要实验步骤如下：
A. 将桌面上的气垫导轨调至水平B. 测出遮光条的宽度dC. 将滑块移至图示位置，测出遮光条到光电门的距离lD. 由静止释放滑块，读出遮光条通过光电门的遮光时间Δt
E. 秤出托盘和砝码总质量m1，滑块（含遮光条）的质量m2
已知当地重力加速度为g，回答以下问题（用题中所给的字母表示）
（2）遮光条由静止运动至光电门的过程，系统重力势能减少了 ⁠， 遮光条经过光电门时，滑块、托盘和砝码的总动能为 ⁠ ⁠。
4. （2025·陕西安康模拟）某实验小组的同学利用如图1所示的实验装置验 证机械能守恒定律。规范操作后，得到一条点迹清晰的纸带，如图2所 示，A、B、C、D、E、F是纸带上选取的6个计数点，每相邻两个计数点间 还有一个点未画出，用刻度尺依次测得各计数点到A点的距离分别为hBA＝ 2.34 cm、hCA＝6.22 cm、hDA＝11.65 cm、hEA＝18.62 cm、hFA＝27.11 cm，已知打点计时器所接交流电源的频率为50 Hz，当地的重力加速度取g ＝9.80 m/s2。回答下列问题：
（1）打下计数点B时，重物的速度大小vB＝ m/s（结果保留2位小 数）。
（2）根据上述测量数据，为验证重物下落过程中机械能守恒，应使用表 达式 验证。（填选项前的字母）
（3）有同学认为，若重物下落过程中的加速度在误差允许的范围内等于 当地的重力加速度，就可以验证重物下落过程机械能是守恒的。该说法是 否正确？ （选填“正确”或“错误”）。
解析： 当重物下落过程中的加速度在误差允许的范围内等于当地重 力加速度时，则重物下落时受到的空气阻力可以忽略不计，其机械能必然 守恒，故题中说法正确。
（4）重物下落过程中的加速度大小为 m/s2（保 留3位有效数字）。
9.63（9.58～9.65）　
5. （2025·山西阳泉三模）某实验小组用图1所示的实验装置验证机械能守 恒定律。在铁架台的横梁上固定一拉力传感器，弹簧的一端与拉力传感器 相连，另一端连接带有遮光片的小钢球。调整光电门1、2的位置并固定在 铁架台上A、B处，使钢球由静止释放后遮光片能够无碰撞地通过两光电 门。已知弹簧处于原长时，小钢球处在光电门1的上方。用手向上推小钢 球到某一位置D处，后由静止释放小钢球，遮光片能过光电门1、2，重力 加速度取g＝9.8 m/s2，实验过程中弹簧均处于弹性限度内。
（1）用天平测得小钢球和遮光片的总质量m＝0.1 kg。
（2）用螺旋测微器测量遮光片的宽度如图2所示，则宽度d＝ ⁠ mm。
解析： 根据螺旋测微器读数规则d＝2.0 mm＋0×0.01 mm＝2.000 mm。
（4）测得遮光片经过光电门1、2时力传感器的读数分别为F1＝0.52 N、F2 ＝1.04 N，遮光片的遮光时间分别为t1＝0.008 s、t2＝0.004 s，从以上数 据分析可知小钢球从光电门1运动到光电门2的过程中，小钢球的动能 ⁠ （选填“增加”或“减少”）。
（3）用刻度尺测出O、A之间的距离比弹簧的原长多出Δx1＝5 cm，O、B 之间的距离比弹簧的原长多出Δx2＝10 cm。
（5）小钢球从光电门1运动到光电门2的过程中，由于弹簧弹力与伸长量 成正比，计算弹簧弹性势能的改变量ΔE弹＝ J，小钢球的重力势 能的改变量ΔEp＝ J，小钢球动能的改变量ΔEk＝ ⁠ J，由以上实验结果表明，在误差允许范围内，小钢球和弹簧组成的系统机 械能守恒。（结果均保留2位有效数字）
解得ΔEk＝0.009 4 J。