第六章 第32课时 实验七：验证机械能守恒定律-2027年高考物理一轮复习课件（含解析版讲义）

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实验七：验证机械能守恒定律
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。
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
　　　(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
(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)。 
(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)。 
(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9.80 m/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：　　　　　 。 
(2)实验时，导轨倾斜角的正弦值sin θ=0.061 3，光电门1、2相距L。将宽度d=4.82 mm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。
滑块经过光电门1、2的速度大小分别为v1和v2。当L=65.00 cm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) 
(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.③④②⑤①B.④②③①⑤C.②④③⑤①
(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。 
0.54(0.53、0.55均可)
(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
(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。 
(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取9.80 m/s2。请将表1中的数据补充完整。表1
(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)。
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
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1.(2021·浙江6月选考·17(1))在“验证机械能守恒定律”实验中，小王用如图甲所示的装置，让重物从静止开始下落，打出一条清晰的纸带，其中的一部分如图乙所示。O点是打下的第一个点，A、B、C和D为另外4个连续打下的点。
(1)为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
阻力与重力之比更小(或其他合理解释)
(2)已知交流电频率为50 Hz，重物质量为200 g，当地重力加速度g取9.80 m/s2，则从O点到C点，重物的重力势能变化量的绝对值|ΔEp|=　　　　 J、C点的动能EkC=　　　　 J(计算结果均保留3位有效数字)。比较EkC与|ΔEp|的大小，出现这一结果的原因可能是　　　。 A.工作电压偏高B.存在空气阻力和摩擦力C.接通电源前释放了纸带
2.(2023·天津卷·9)如图放置实验器材，连接小车与托盘的绳子与桌面平行，遮光片与小车位于气垫导轨上，气垫导轨没有画出(视为无摩擦力)，重力加速度为g。接通电源，释放托盘与砝码，并测得：a.遮光片长度db.遮光片到光电门长度lc.遮光片通过光电门时间Δtd.托盘与砝码质量m1，小车与遮光片质量m2(1)小车通过光电门时的速度为　　； 
(2)从释放到小车经过光电门，这一过程中，系统重力势能减少量为　　　，动能增加量为　　　　　　　； 
3.(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=20.48 mm。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。 
4.(2022·湖北卷·12)某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验。一根轻绳一端连接固定的拉力传感器，另一端连接小钢球，如图甲所示。拉起小钢球至某一位置由静止释放，使小钢球在竖直平面内
摆动，记录钢球摆动过程中拉力传感器示数的最大值Tmax和最小值Tmin。改变小钢球的初始释放位置，重复上述过程。根据测量数据在直角坐标系中绘制的Tmax-Tmin图像是一条直线，如图乙所示。
(1)若小钢球摆动过程中机械能守恒，则图乙中直线斜率的理论值为　　。
(2)由图乙得：直线的斜率为　　　，小钢球的重力为　　　 N。(结果均保留2位有效数字) 
(3)该实验系统误差的主要来源是　　　(填正确答案标号)。 A.小钢球摆动角度偏大B.小钢球初始释放位置不同C.小钢球摆动过程中有空气阻力
5.(2025·江苏盐城市五校联考)某同学用如图甲所示的实验装置来验证机械能守恒定律。轻杆两端固定两个大小相等但质量不等的小球A、B，杆的正中央有一光滑的水平转轴，杆能在竖直平面内绕轴的中点O自由转动，O点正下方有一光电门，已知A、B的质量分别为M、m(M>m)，重力加速度为g。
(1)用游标卡尺测得小球的直径如图乙所示，则小球的直径d=　 　 cm。
(2)调节光电门位置，使A、B从水平位置静止释放，当小球A通过最低点时，球心恰好通过光电门，与光电门连接的数字计时器显示的挡光时间为Δt，则小球A经过最低点时的速度v=　　　。(用物理量符号表示) 
(3)测得两球球心间距离为L，则A、B系统重力势能的减少量ΔEp=　　　 　 ，动能的增加量ΔEk=　　　 　　。(用物理量符号表示) 
(4)若某次实验中测得重力势能的减少量小于动能的增加量，其可能原因是____________________________________________________________________________。 
小球A通过最低点时，球心与光电门不在同一水平高度(或释放时A球位置高于B球)
(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A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　　　　。 
(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　 　。