实验七：验证机械能守恒定律 课件-2026届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“验证机械能守恒定律”实验核心考点，覆盖实验原理、数据处理（三种方案）、误差分析等高考考查要求。对接高考评价体系，通过2024浙江选考、2023天津卷等真题分析考点权重，归纳实验操作、创新装置数据处理、图像验证等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于高考真题深度训练与应试技巧指导，如2024浙江题分析操作规范，2023天津卷解析气垫导轨系统机械能守恒的斜率计算，培养科学思维与科学探究素养。通过易错点（如用逐差法求g代替当地g）指导得分方法，助力学生掌握数据处理技巧，为教师提供高效复习教学参考。

实验七 验证机械能守恒定律 1 一、实验目的 验证机械能守恒定律. 2 二、实验原理 通过实验，求出做自由落体运动的物体重力势能的减少 量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能 守恒，从而验证机械能守恒定律. 3 三、实验器材 打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物(带夹子)、刻度尺、铁架台 (带铁夹)、导线. 4 四、实验步骤 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( 条)纸带． 3.选纸带：从打出的几条纸带中选出一条点迹清晰的纸带． 4.进行数据处理并验证. 5 五、数据处理 1.求瞬时速度 由公式<m></m>可以计算出重物下落<m></m>、<m></m>、<m></m>、…的高度时对应 的瞬时速度<m></m>、<m></m>、<m></m>、…. 6 2.验证守恒 方案一：利用起始点和第<m></m>点计算 代入<m></m>和<m></m>，如果在实验误差允许的范围内，<m></m>和<m></m>相等， 则验证了机械能守恒定律． 注意：应选取最初第1、2两点间距离不大于<m></m>的纸带(电源频率为 <m></m>)． 7 方案二：任取两点计算 ①任取两点、，测出，算出 . ②算出 的值． ③在实验误差允许的范围内，若 ，则验证了机械 能守恒定律． 8 方案三：图像法 测量从第一点到其余各点的下落高度，并计算对应速度，然后以 为 纵轴，以为横轴，根据实验数据作出 图像．若在误差允许的范围 内图像是一条过原点且斜率为 的直线，则验证了机械能守恒定律. 9 六、注意事项 1.打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同 一竖直线上，以减小摩擦阻力. 2.重物应选用质量大、体积小、密度大的. 3.应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落. 4.测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用 ，不能用 或 来计算. 5.此实验中不需要测量重物的质量. 10 例1 [2024·浙江6月选考] 在“验证机械能守恒定律”的实验中： (1) 下列操作正确的是___. A. B. C. [解析] 为了减小阻力对实验的影响，且获得最多的数据，应手捏纸带上 端将纸带拉直处于竖直方向，重物从靠近打点计时器处释放，A正确，B、 C错误. √ 11 (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，则打点“13”时，重物下落的速度大小为_____ (保留三位有效数字). 3.34 [解析] 由知， ，则打点“13”时重锤的速度 . 12 (3) 某同学用纸带的数据求出重力加速度，并用此 值计算 得出打点“1”到“13”过程重物的重力势能减小值为 ，另计算得动能增 加值为为重锤质量 ，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 不能 √ 13 [解析] 计算重力势能时应用当地的重力加速度计算，用纸带的数据求出 的重力加速度实际上是用逐差法求出的纸带运动的加速度 ，说明已将纸 带的运动视为匀变速直线运动，则肯定满足 ，由 此得出的变形式 无需验证，即不能验证机 械能守恒定律，A错误，B正确. 14 变式 [2024·河北唐山模拟] 某同学采用重物自由下落的方法验证机械能守恒定律，装置如图甲所示. (1) 为了完成实验，下列器材中必备的是_____； A.交流电源 B.直流电源 C.停表 D.刻度尺 [解析] 打点计时器使用交流电源，不使用直流电源，A是必备的，B是不 需要的；打点计时器就是计时的，不使用停表计时，所以不需要停表；使 用刻度尺测量计数点之间的距离，所以需要刻度尺，C是不需要的，D是 必备的. √ √ 15 (2) 重物由静止释放， 是打下的第一个点.按实验要求正确地选出纸带， 用刻度尺测量连续三点、、到点的距离分别为，， ，如图乙 所示.已知重物的质量为，打点频率为，当地重力加速度为 点的速 度________，从打下点到点的过程中重力势能的减少量 ______，动能的增加量 _ __________(用题中已知量和测量量表达). 16 [解析] 点的速度为、，解得；从打下 点 到点的过程中重力势能的减少量为 ，动能的增加量为 . 17 (3) 用代表重物下落的距离，重物的动能随着 变化的图线如图丙所示， 如果重物所受阻力恒定，已知图线的斜率为 ，那么重物受到的阻力大小 为________(用题中给出的字母表示). [解析] 根据动能定理得，解得 ，则 ，解得 . 18 创新角度 实验装置图 创新解读 实验器材 的创新 _______________________________________________________________________ (1)利用气垫导轨减小摩擦力， 光电门测速度 (2)以 图像间接验证机械 能守恒 19 创新角度 实验装置图 创新解读 实验原理 的创新 ______________________________________________________________ (1)利用光电门进行测速 (2)利用“目字形”的金属框架和光 电门验证机械能守恒定律 (3)利用 图像间接验证机械 能守恒 续表 20 创新角度 实验装置图 创新解读 实验过程 的创新 _____________________________________________ (1)用摆球验证机械能守恒定律 (2)光电门测各点时的速度 (3)过程中可观察机械能守恒 续表 21 考向一 实验器材的创新 例2 [2023·天津卷] 某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒，接通气 垫导轨气源，释放托盘与砝码，已知重力加速度为 ，并测得： .遮光片的宽度 ； .遮光片到光电门的距离 ； .遮光片通过光电门的时间 ； .托盘与砝码质量 ，小车与遮光片质量 . (1) 小车通过光电门时的速度 _ __； [解析] 小车通过光电门时的速度为 ; 22 (2) 小车从释放到经过光电门的过程，系统重力势能减少量为______，动 能的增加量为________________； [解析] 小车从释放到经过光电门这一过程中，系统重力势能的减少量为 ；系统动能的增加量为 ; 23 乙 (3) 改变，做多组实验，作出如图乙以 为横轴、 以 为纵轴的图像，若系统机械能守恒，则图 像斜率 _ ______. [解析] 改变，做多组实验，作出如题图乙以 为横轴、以 为纵轴的图 像，若系统机械能守恒，则有 ,整理得 ，则图像斜率 . 24 考向二 实验原理的创新 例3 [2024·河南安阳模拟] 物理实验小组同学利用“目字形”的金属框架和 光电门验证机械能守恒定律.已知“目字形”的金属框架各横杆完全相同、间 距均匀且与边框垂直，光电门具有多组计时功能， 当地重力加速度为 ，横杆宽度为，相邻横杆 中心的距离为，远大于 ，实验装置如图： 25 (1) 将光电门固定在铁架台上并伸出桌面，将金属框架竖直放在光电门正 上方，横杆保持水平；由静止释放金属框架，下落过程中横杆始终保持水 平，依次记录 号横杆经过光电门时的挡光时间.若1号横杆经过光电 门的挡光时间为 ，则1号横杆经过光电门时的速度为_ __. [解析] 根据光电门的测速原理，1号横杆经过光电门时的速度为 . 26 (2) 若图乙中图像的斜率____(用，， 表示)，则说明金属框 架下落过程中机械能守恒. 27 [解析] 结合上述可知，第号横杆距离光电门的高度 ， 第号横杆到达光电门的速度 ，根据速度与位移的关系式有 ，解得，结合图像可知，图像的斜率 . 28 考向三 实验过程的创新 例4 [2024·四川成都模拟] 一兴趣小组用 研究机械能守恒定律的实验装 置如图所示.实验时，将一光电门先后分别固定在竖直板上的、、、 四点，最低点 作为零势能点.现将摆球从某固定位置释放，就可以计算出 摆球经过、、、各点时的速度.再用刻度尺分别测 出、、 各点相对点的高度 .运用所得数据，可以 验证摆球的机械能是否守恒.测出部分数据如下表： 29 位置 高度 0.06 0.04 0.02 0 势能 ① 动能 机械能 ② 30 (1) 当摆球经过光电门时，光电门自动记录遮光时间.若摆 球的直径为，挡光时间为 ，则摆球经过光电门时的速 度大小为___； [解析] 利用光电门测速，实际是用平均速度代替瞬时速度， 则可知摆球的速度为 . 31 (2) 操作时，从右(左)侧某一高度由静止释放摆球，可以 观察到摆球摆到左(右)侧的最高位置与释放点基本在 _______________________； 同一水平面(或同一高度) [解析] 机械能损失很小，摆球摆到左(右)侧的最高位置 与释放点基本在同一水平面(或同一高度). 32 (3) 表中①处数据应为________，表中②处数据应为 ________； [解析] 根据 点数据可知，高度为零时势能为零，结合 、点数据可知，则高度为 时 ，则机械能为 . 33 (4) 另一小组记录了每次光电门所在的高度 及其相应 的挡光时间后，绘制了和 四幅图像.若 机械能守恒，则下列图像中正确的是___. A. B. C. D. [解析] 若在下降过程中机械能守恒，则应满足， 整理得 ，故选D. √ 34 (5) 实验测得摆球在点的机械能明显比在、和 的 机械能大，其原因可能是________________________ _________________________(写出一条即可). 测量点的高度偏大或在点固定光电门时比点偏低 [解析] 此明显是偶然误差导致，可能是测量 点的高 度偏大或在点固定光电门时比 点偏低. 35 1.在“验证机械能守恒定律”的实验中，现有的器材为：带铁夹的铁架台、 电磁打点计时器、纸带、重锤(带夹子)、天平、毫米刻度尺、 交流电 源.回答下列问题： (1) 用打点计时器打出一条纸带，前后要连续进行一系列的操作，下列各 步骤的先后顺序合理的是_______. A.释放纸带 B.接通电源 C.取下纸带 D.切断电源 BADC [解析] 为尽可能地多打点，应先接通电源，待打点稳定后，再释放纸带， 结束后，为不产生无用的点，应先关闭电源，再取出纸带，故正确顺序为 . 36 (2) 如图所示，释放纸带前的瞬间，重锤和手的位置合理的是____ (填“甲”“乙”“丙”或“丁”). 丙 [解析] 释放纸带前，应使重锤尽量靠近打点计时器，且纸带沿竖直方向， 故丙图中操作合理. 37 (3) 某同学用正确的方法获得了一条纸带，并以起点为计数点 ，隔一段 距离，取连续点为计数点、、、、、 ，如图戊所示.已知重锤的 质量为，则打点计时器打下点时，重锤减少的重力势能 _______，重锤增加的动能_____，重锤增加的动能 与减少的重 力势能的大小关系为______(选填“大于”“小于”或“等于”) . (重力加速度取 ，计算结果保均留2位有效数字) 0.33 小于 38 [解析] 读图可知下落位移 ，有 ，读图可知 ，打点周期 ，有 ，重锤下落过程中，重力势能转化为动能和克服阻力做功，所以重锤增加的动能小于减小的重力势能. 39 (4) 若测出纸带上各点到点之间的距离，根据纸带算出各点的速度 及重 锤下落的高度，则以为纵轴、 为横轴画出的图像是图中的___. A. B. C. D. [解析] 由机械能守恒定律可知，解得，可知与 成正比，图像为过原点的倾斜直线，故A、B、D错误，C正确. √ 40 2.[2022·河北卷] 某实验小组利用铁架台、弹簧、钩码、打点计时器、刻度尺等器材验证系统机械能守恒定律，实验装置如图甲所示.弹簧的劲度系数为，原长为，钩码的质量为 .已知弹簧的弹性势能表达式为,其中为弹簧的劲度系数， 为弹簧的形变量，当地的重力加速度大小为 . 41 (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 . 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(在误差允许范围内，认为释放钩码的同时打出 点).从 打出点到打出 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______. 42 [解析] 从打出点到打出 点时间内，弹簧的弹性势能减少量为 ,整理有 ;打点时钩码的速度为 ,由于在误 差允许的范围内，认为释放钩码的同时打出 点，则钩码动能的增加量为 ;钩码的重力势能增加量为 . 43 (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 的关系，如图丙所示.由图丙可知， 随着 增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，主要原因是_____________ __________________________________. 纸带和打点计时器之间的阻力和空气阻力在做负功 [解析] 由图像可以看出，对应同一个 值，弹簧弹性势能减少量大于钩码的机械能增加量，这是纸带和打点计时器之间的阻力及空气阻力做功导致的，随着 增加，阻力一直做负功，所以两条曲线在纵向的间隔逐渐变大. 44 $