2026年高考物理一轮复习第20讲实验：验证机械能守恒定律(复习讲义)(安徽专用)(学生版+解析)

这是一份2026年高考物理一轮复习第20讲实验：验证机械能守恒定律(复习讲义)(安徽专用)(学生版+解析)，共9页。
\l "_Tc26155" 02体系构建 ·思维可视 PAGEREF _Tc26155 \h 2
\l "_Tc2" 03核心突破 靶向攻坚 PAGEREF _Tc2 \h 3
\l "_Tc30633" 考点一 教材原型实验 PAGEREF _Tc30633 \h 3
\l "_Tc10912" 知识点一 实验原理与操作 PAGEREF _Tc10912 \h 3
\l "_Tc18340" 知识点二 数据处理方法 PAGEREF _Tc18340 \h 5
\l "_Tc976" 知识点三 误差分析 PAGEREF _Tc976 \h 5
\l "_Tc14039" 考向1 研究自由下落物体的机械能 PAGEREF _Tc14039 \h 6
\l "_Tc17292" 考向2 研究其他运动物体的机械能 PAGEREF _Tc17292 \h 9
\l "_Tc22204" 考点二 实验拓展与创新 PAGEREF _Tc22204 \h 14
\l "_Tc12591" 知识点 实验拓展与创新 PAGEREF _Tc12591 \h 14
\l "_Tc14982" 考向1 实验器材的创新 PAGEREF _Tc14982 \h 15
\l "_Tc26049" 考向2 实验方案的创新 PAGEREF _Tc26049 \h 18
\l "_Tc9354" 考向3 实验目的的创新 PAGEREF _Tc9354 \h 22
\l "_Tc13808" 04 真题溯源 ·考向感知 PAGEREF _Tc13808 \h 26

考点一 教材原型实验
\l "_Tc25045" 知识点一 实验原理与操作
\l "_Tc25045" 知识点二 数据处理方法
\l "_Tc25045" 知识点三 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ΔEkm）。
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离地面足够高。用刻度尺测量遮光片中心到光电门的竖直距离H。
④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。
⑤根据上述数据求出重力加速度g。
⑥多次改变光电门高度，重复步骤，求出g的平均值。
回答下列问题：
(1)测量d时，游标卡尺的示数如图（b）所示，可知 cm。
(2)重锤1通过光电门时的速度大小为 （用遮光片d、t表示）。若不计摩擦，g与m、M、d、t、H的关系式为 。
(3)实验发现，当M和m之比接近于1时，g的测量值明显小于真实值。主要原因是圆柱体表面不光滑，导致跨过圆柱体的绳两端拉力不相等。理论分析表明，圆柱体与绳之间的动摩擦因数很小时，跨过圆柱体的绳两端拉力差，其中是只与圆柱体表面动摩擦因数有关的常数。保持不变，其中，。足够小时，重锤运动的加速度大小可近似表示为。调整两重锤的质量，测得不同β时重锤的加速度大小a，结果如下表。根据表格数据，采用逐差法得到重力加速度大小 （保留三位有效数字）。
【答案】(1)0.515；(2) ；(3)9.81
【详解】（1）根据游标卡尺的读数规律，该游标卡尺的读数为
（2）[1]根据光电门的测速原理，重锤1通过光电门时的速度大小为
[2]对重锤1与重锤2构成的系统进行分析，根据系统机械能守恒定律有
其中
解得
（3）由于是只与圆柱体表面动摩擦因数有关的常数，且有
取表格从左至右四组数据分别为和对应的
利用表格中的数据，根据逐差法有
带入数据可则重力加速度

考点要求
考查形式
2025年
2024年
2023年
教材原型实验
选择题
实验题
实验创新
选择题
实验题
考情分析：
1．高考实验题一般立足于教材而不拘泥于教材，不回避经典，常常在教材原型实验的基础上创设新情境，从实验目的、实验原理、实验器材、数据处理技巧等方面进行迁移拓展、创新。因此，要在掌握教材原型实验的基础上注意迁移创新能力的培养，善于用教材原型实验的原理、器材、方法和技巧等解决新问题。
2．从命题思路上看，试题创新为
根据实验创新方面分析，试题可使用气垫导轨、平抛运动、圆周运动、频闪照相等。
复习目标：
目标一：理解实验的原理，明确实验过程并能利用自由落体探究单物体的机械能守恒；
目标二：掌握系统机械能守恒的条件并能利用此条件解决系统机械能守恒问题；
目标三：理解创新实验的原理，并能运用相对应的公式、函数处理数据。
原理装置图
操作要领
1．安装置：如图所示，将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，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。先接通电源，后松开纸带，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
(1)用eq \f(1,2)mveq \\al(2,n)＝mghn验证时，应选点迹清晰，且第1、2两点间距离接近2 mm的纸带。若第1、2两点间的距离大于2 mm，则可能是由先释放纸带后接通电源造成的。这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选。
(2)用eq \f(1,2)mveq \\al(2,B)－eq \f(1,2)mveq \\al(2,A)＝mghAB验证时，处理纸带时不必从起始点开始计算重力势能减少量的大小，这样，纸带上打出的起始点O后的第一个0.02 s内的位移是否接近2 mm，以及第一个点是否清晰也就无关紧要了，实验打出的任何一条纸带，只要后面的点迹清晰，就可以用来验证机械能守恒定律。
注意
事项
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竖直方向，以减小摩擦阻力。
2．重物要选用密度大、体积小的物体，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，有效长度可在60～80 cm之间。
5．不需测出物体质量，只需验证eq \f(1,2)veq \\al(2,n)＝ghn或eq \f(1,2)veq \\al(2,B)－eq \f(1,2)veq \\al(2,A)＝ghAB即可。
6．速度不能用vn＝gtn或vn＝eq \r(2ghn)计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，所以速度应从纸带上直接测量计算。同样的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用hn＝eq \f(1,2)gteq \\al(2,n)或hn＝eq \f(veq \\al(2,n),2g)计算得到。
数据
处理
方法一：利用起始点和第n点计算。计算ghn和eq \f(1,2)veq \\al(2,n)，如果在实验误差允许的范围内，ghn＝eq \f(1,2)veq \\al(2,n)，则验证了机械能守恒定律。(此方法要求所选纸带必须点迹清晰且第1、2两点间距离接近2 mm)；
方法二：任取两点计算。
①任取两点A、B测出hAB，算出ghAB。
②算出eq \f(1,2)veq \\al(2,B)－eq \f(1,2)veq \\al(2,A)的值。
③在实验误差允许的范围内，如果ghAB＝eq \f(1,2)veq \\al(2,B)－eq \f(1,2)veq \\al(2,A)，则验证了机械能守恒定律；
方法三：图像法。从纸带上选取多个点，测量从第一个点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以eq \f(1,2)v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出eq \f(1,2)v2­h图像。若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律。
创新角度
实验装置图
创新解读
实验目的的创新
(1)利用机械能守恒定律确定弹簧弹性势能。
(2)由平抛运动测量球的初速度。
(3)利用平抛的水平位移s与弹簧压缩量Δx的图线处理数据
实验器材的创新
(1)利用系统机械能守恒代替单个物体的机械能守恒。
(2)利用光电门测算滑块的瞬时速度
(1)小球在重力作用下做竖直上抛运动。
(2)利用频闪照片获取实验数据
(1)用光电门测定小球下落到B点的速度。
(2)结合H－eq \f(1,t2)图线验证小球下落过程中机械能守恒。
(3)分析实验误差ΔEp－ΔEk随H变化的规律
实验方案的创新
(1)利用钢球摆动来验证机械能守恒定律。
(2)利用光电门测定摆球的瞬时速度
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
4.90
6.25
7.45
8.78
10.0
7.84
9.80
11.8
13.7

4.00
5.00
6.00
7.00
2.94
3.55
4.35
4.92
0.98
1.08
1.18
1.27
β
0.04
0.06
0.08
0.10
a/（m/s2）
0.084
0.281
0.477
0.673