第6章 第6讲 验证机械能守恒定律(重点实验)（学案）-【新高考方案】2026年高考物理一轮总复习（福建专版）

第6讲　验证机械能守恒定律(重点实验) 一、实验知能/系统归纳　　 一、理清原理与操作 (1)安装:打点计时器竖直安装;纸带沿竖直方向拉直。 (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:点迹清晰,第1个点、第2个点间距离接近2 mm,所选用的点在同一条直线上。 二、掌握数据处理方法 方法1　利用起始点和第n点计算 　　算出mghn和m,如果在实验误差允许的范围内,mghn和m相等,则验证了机械能守恒定律。 方法2　任取两点计算 (1)任取两点A、B,测出hAB,算出mghAB。 (2)算出m-m的值。 (3)在实验误差允许的范围内,若mghAB=m-m,则验证了机械能守恒定律。 方法3　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v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据作出v2⁃h图像。若在误差允许的范围内图像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。 三、注意实验细节 1.应尽可能控制实验条件,即应满足机械能守恒的条件,这就要求尽量减小各种阻力的影响,采取的措施有: (1)安装打点计时器时,必须使两个限位孔的中线严格竖直,以减小摩擦阻力。 (2)应选用质量和密度较大的重物,增大重力可使阻力的影响相对减小,增大密度可以减小体积,可使空气阻力减小。 2.实验中,提纸带的手要保持不动,且保证纸带竖直,接通电源,待打点计时器工作稳定后再松开纸带。 3.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。 4.某时刻的瞬时速度的计算应用vn=,不能用vn=或vn=gt来计算,否则犯了用机械能守恒定律验证机械能是否守恒的错误。 四、做好误差分析 误差 产生原因 减小误差的方法 偶然 误差 测量距离带来的误差 (1)测量距离时应从计数点0量起,且选取的计数点离0点远些。 (2)多次测量取平均值。 系统 误差 重物和纸带下落过程中存在阻力 (1)打点计时器安装稳固,并使两限位孔在同一竖直线上,以减小摩擦阻力。 (2)选用质量大、体积小的物体作重物,以减小空气阻力的影响。 二、实验关键/重点解读 　　本实验是高考命题的常考实验,实验命题除考查计数点速度的计算外,还考查小球的质量是否需要测量、利用图像处理实验数据等,试题难度中等。 关键点(一) 　 质量是否需要测量   [题点训练] 1.(2025·三明高三检测)为了探究“重力势能转化为动能过程机械能守恒”,可使用的实验器材有:光滑带凹槽导轨(两段)、钢球、电子秤、毫米刻度尺、停表、木块等。 实验步骤如下: ①将两段导轨连接在一起,放在水平桌面上,抬起一段导轨的一端并在它下面垫一木块,如图甲所示。确保装置的稳固性,使钢球得以平滑地滚过两段导轨的连接处。 ②用毫米刻度尺测量导轨水平部分的长度为L。把一个钢球放在木块支撑点的正上方的导轨上,测得钢球离水平面的高度为h,然后静止释放这个钢球。当钢球到达导轨的水平段时,启动停表,当钢球到达导轨水平段的终点时,停下停表,测得运动时间为t1。 ③将支撑木块移动到倾斜导轨的中部下方,如图乙所示。把钢球放在木块支撑点的正上方的导轨上。释放钢球并测量钢球滚过导轨水平部分所用的时间t2。 ④将支撑木块移动到倾斜导轨长度约三分之一处的下方,如图丙所示。把钢球放在木块支撑点的正上方的导轨上。释放钢球并测量钢球滚过导轨水平部分所用的时间t3。 回答下列问题: (1)该实验　　　　　　　测量钢球的质量。(填“需要”或“不需要”)  (2)实验过程中,在实验误差允许范围内,若h=　　　　(用g、L、t1表示),则说明钢球重力势能转化为动能的过程机械能守恒。  (3)多次重复实验,发现始终是t1>t2>t3,分析其主要原因可能是　　　　。  2.(2025·岳阳一模)某小组为了验证机械能守恒定律,设计了如图甲所示的实验装置,物块P、Q用跨过定滑轮的轻绳相连,P底端固定一宽度为d的轻质遮光条,托住P,用刻度尺测出遮光条所在位置A与固定在铁架台上的光电门B之间的高度差h(d≪h)。已知当地的重力加速度为g。 (1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d如图丙所示,则图丙中游标卡尺的读数为　　　　cm。  (2)下列实验步骤正确的是　　　　。  A.选择两个质量相等的物块进行实验 B.实验时,要确保物块P由静止释放 C.需要测量出两物块的质量mP和mQ D.需要测量出遮光条从A到达B所用的时间T (3)改变高度h,重复实验,测得各次遮光条的挡光时间t,以h为横轴、为纵轴建立平面直角坐标系,在坐标系中作出⁃h图像,如图乙所示,该图像的斜率为k,在实验误差允许范围内,若k=　　　　　　　　　(用题中字母表示),则验证了机械能守恒定律。  [归纳建模] 1.探究单个物体的机械能是否守恒时,物体的质量没有必要测量。如第1题第(1)问。 2.探究多个物体组成的系统机械能是否守恒时,系统内各物体的质量必须测出具体值,才可计算系统动能的变化量和势能的变化量。如第2题第(2)问。 关键点(二) 　 图像斜率的物理意义分析   [题点训练] 1.(2024年1月·河南高考适应性演练)某同学用如图(a)所示的装置验证机械能守恒定律。用细线把钢制的圆柱挂在架子上,架子下部固定一个小电动机,电动机轴上装一支软笔。电动机转动时,软笔尖每转一周就在钢柱表面画上一条痕迹(时间间隔为T)。如图(b),在钢柱上从痕迹O开始选取5条连续的痕迹A、B、C、D、E,测得它们到痕迹O的距离分别为hA、hB、hC、hD、hE。已知当地重力加速度为g。 (1)若电动机的转速为3 000 r/min,则T=　　　s。  (2)实验操作时,应该　　　。(填正确答案标号)  A.先打开电源使电动机转动,后烧断细线使钢柱自由下落 B.先烧断细线使钢柱自由下落,后打开电源使电动机转动 (3)画出痕迹D时,钢柱下落的速度vD=　　　　。(用题中所给物理量的字母表示)  (4)设各条痕迹到O的距离为h,对应钢柱的下落速度为v,画出v2⁃h图像,发现图线接近一条倾斜的直线,若该直线的斜率近似等于　　　　,则可认为钢柱下落过程中机械能守恒。  2.某同学利用如图甲所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d C.将滑块移至图示位置,测出遮光条到光电门的距离l D.由静止释放滑块,读出遮光条通过光电门的遮光时间Dt E.称出托盘和砝码的总质量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)。 (1)遮光条通过光电门时滑块的速度大小为　　　　;  (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　　　　;  (3)通过改变滑块的释放位置,测出多组l、Δt数据,利用实验数据绘制⁃l图像如图乙。若图中直线的斜率近似等于　　　　,可认为该系统机械能守恒。  [归纳建模] 1.通过图像验证机械能是否守恒,要根据机械能守恒定律写出图像对应的函数表达式,再结合图像解答相关问题。 2.不同图像的斜率的物理意义不同,如第1题第(4)问中v2⁃h图像的斜率为2g,第2题第(3)问中⁃l图像的斜率为。 课下请完成课时跟踪检测(三十五) 6 / 6 学科网（北京）股份有限公司 $$