2026届高考物理一轮复习实验专题课件：验证机械能守恒定律

高中物理高考复习课件聚焦“验证机械能守恒定律”实验，覆盖实验原理、操作规范、数据处理、误差分析及创新拓展等高考核心考点，对接高考评价体系，分析基础性实验与创新题型权重，归纳选择、填空、计算等常考题型，体现备考针对性与实用性。 该课件亮点在于融合高考真题模拟与核心素养培养，通过例2数据处理（速度、势能动能计算）突破误差分析难点，例3创新装置（光电门）强化科学探究能力，培养学生科学思维与能量观念，助力掌握应试技巧，教师可据此精准教学，提升复习效率。

实验:验证机械能守恒定律 一、装置与器材 打点计时器、交流电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线。 二、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(3～5条)。 3.选纸带:从打出的几条纸带中选出一条点迹清晰的纸带。 三、数据处理 四、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。 五、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阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功,故重物动能的增加量ΔEk稍小于其重力势能的减少量ΔEp,即ΔEk<ΔEp,这属于系统误差,改进的方法是调整器材的安装,尽可能地减小摩擦阻力,选用质量大,体积小的物体作重物,以减小空气阻力的影响。 2.偶然误差 本实验的另一个误差来源于长度的测量,属于偶然误差。减小误差的方法是测下落距离时都从O点测量,一次将各打点对应的下落高度测量完,或者多次测量取平均值。 考点一 基础性实验 [例1]【实验原理与实验操作】(2024·贵州贵阳模拟)(1)如图甲所示为探究机械能守恒定律的实验原理图。下列说法正确的是　　　　。  A.所选重物质量越大越好 B.重物必须由静止释放 C.释放前应让纸带自由下垂 D.若电火花计时器的频率变为51Hz,则测出的速度大小偏小 D 【解析】(1)所选重物质量太大的话,纸带无法承受重物的质量,故A错误;因为可以通过纸带上的点测算出在每个点处重物的速度,所以重物不需要由静止释放,故B错误;为减小阻力,释放前应让纸带竖直拉直,故C错误;若电火花打点计时器的频率变为51 Hz,则周期变小,两点间距离变小,但计算时仍用原频率数值,则测出的速度大小偏小,故D正确。 (2)实验中,得到一条如图乙所示的纸带,已知打点计时器打出O点时重物的速度为0。已知打点计时器的周期为T,重力加速度为g,若下落过程中机械能守恒,则满足等式  (用图乙中所给字母表示)。 (hD-hB)2=8T2ghC (3)某同学画出了v2-h图像,h是计数点到起始点O的距离,v是该计数点的速度,下列判断正确的是　　　　。  A.若图像是一条过原点的直线,则重物下落过程中机械能一定守恒 B.若图像是一条过原点的直线,则重物下落过程中机械能可能不守恒 C.若图像是一条不过原点的直线,则重物下落过程中机械能一定不守恒 B [例2]【实验数据处理与误差分析】(2025·安徽合肥阶段检测)某同学用如图甲所示的实验装置“验证机械能守恒定律”。实验所用的电源为学生电源,交变电流的频率为50Hz。重物从高处由静止开始下落,打点计时器在纸带上打出一系列的点,该同学在纸带上每5个点取一个计数点,依打点先后顺序编号为0、1、2、3、4、…… (1)由于不小心,几条纸带都被撕断了,则在B、C、D三段纸带中,与纸带A属于同一条的应该是　　　　。  B 【解析】 (1)根据匀变速直线运动规律的推论可知x2-x1=aT2=9.7 cm, x5-x2=3aT2,解得x5=69 cm,故与纸带A属于同一条的应该是B。 (2)这名同学又重做该实验并挑选出一条点迹清晰的完好纸带进行测量分析,如图乙所示,其中零点为起始点。根据纸带上的测量数据,可得打点3时重物的速度为　　　m/s;已知重物质量为200g,当地重力加速度g取9.8m/s2,则从点0到点3,重物的重力势能减少量|ΔEp|=　　　J,动能增加量|ΔEk|= 　　　J(结果均保留3位有效数字)。  4.09 1.72 1.67 (3)第(2)小问中|ΔEk|与|ΔEp|的大小不相等,出现这一结果的原因可能是　　　　。  A.重物质量的测量值偏大 B.接通电源前释放了纸带 C.存在空气阻力和摩擦力 C 【解析】 (3)势能减少量与动能增加量的表达式中均有质量,所以重物质量的测量不影响实验结果,故A错误;接通电源前释放了纸带会使第(2)小问中|ΔEk|略大于|ΔEp|,故B错误;空气阻力与纸带和限位孔之间的摩擦力做负功可导致|ΔEk|略小于|ΔEp|,故C正确。 考点二 创新性实验 [例3]【实验原理的创新】(2025·广西南宁开学考试)某同学用如图所示装置研究机械能守恒定律。装置中的标尺盘可测定摆锤做圆周运动下落的高度h,利用光电门可测得摆锤通过光电门的速度v。已知重力加速度为g。该同学某次实验时让摆锤从A点由静止开始释放。 (1)若该次实验中机械能守恒,应验证的表达式为　　　　　　　(用题中字母表示)。  (2)该次实验中测得摆锤通过C点的机械能偏大的原因可能是　　(填标号)。  A.光电门在C的下方 B.摆锤在摆动的过程中有空气阻力 【解析】(2)光电门在C的下方,导致C点的测量速度偏大,则机械能偏大,故A正确;摆锤在摆动的过程中有空气阻力,因空气阻力做负功,导致机械能减小,故B错误。 A (3)若该次实验机械能守恒,取A点所在高度重力势能为0,则摆锤摆到左侧最高点时,重力势能　　　　(选填“>”“<”或“=”)0。  【解析】 (3)若该次实验机械能守恒,取A点所在高度重力势能为0,则摆锤摆到左侧最高点时,此位置与A点等高,故重力势能等于0。 = (1)若A上的挡光条宽为d,经过光电门时的挡光时间为Δt,则A通过光电门处的速度v=　　　　。  (3)上述图像的纵截距表示了当滑轮的质量M=0时,A物体通过光电门的速度平方的倒数,由此可求得sin θ=　 　　　。  (4)利用表中的第1组数据,可以推出质量m的滑轮以角速度ω转动时其转动的动能Ek=　　　　。(用m、R、ω表示)  [例5]【实验器材的创新】(2025·重庆沙坪坝开学考试)李华利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”,实验装置如图所示。将气垫导轨水平放置,滑块放在最右侧,并通过轻绳连接托盘和砝码。测得遮光条的宽度为d,托盘和砝码总质量为m,滑块与遮光条的总质量为M。实验开始时,将滑块移至图示位置,测得遮光条到光电门距离为l(d≪l),由静止释放滑块,读出遮光条通过光电门的遮光时间为t。已知当地重力加速度为g,不计一切摩擦和空气阻力。 (1)请选择合适的研究对象,写出验证机械能守恒定律所需要满足的表达式 　　　　　　　　　。  (2)某次实验中李华测量得滑块和遮光条的质量M=400.0g、托盘和砝码的质量m=100.0g、遮光条宽度d=0.45cm,滑块静止释放时遮光条中点与光电门光源之间距离l=60.00cm,遮光条遮光时间t=3.05ms,当地重力加速度g取9.8m/s2。则遮光条通过光电门时v=　　　　m/s,测量过程中系统重力势能的减少量ΔEp=　　　　J,系统增加的动能总和为ΔEk=　　　　J。(结果均保留3位有效数字)  1.48 0.588 0.548 不成功,气垫导轨未调水平,滑轮有摩擦或者托盘受到空气阻力等 [例6]【数据处理的创新】(2024·广西贵港模拟)用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。轻杆两端固定两个完全相同的小球P、Q,杆可以绕固定于O点且垂直于纸面的水平轴在竖直面内自由转动。O点正下方有一光电门,当小球P经过最低点时,激光恰好照在球心所在位置。已知重力加速度为g,用游标卡尺测得小球的直径为d。 (1)P、Q从水平位置由静止释放,当小球P通过最低点时,与光电门连接的数字计时器显示的挡光时间为Δt,计算得到小球P经过最低点时的速度vP= 　　　　。  (3)若实验中发现系统的动能增加量总是比重力势能减少量小,以下可能的影响因素有　　　　(填字母)。  A.小球运动过程受到空气阻力的影响 B.球心间距离L的测量值偏小 C.小球P运动到最低点时,球心位置比光电门略高 A 【解析】 (3)由于空气阻力做负功的影响,导致系统的动能增加量总是比重力势能减少量小,故A正确;球心间距离L的测量值偏小,会导致重力势能的变化量偏小,故B错误;小球P运动到最低点时,球心位置比光电门略高,导致实际挡光时间Δt偏小,会导致速度偏大,故动能的增加量偏大,故C错误。 感谢观看 方案一:利用起始点和第n点计算 代入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。 方案二: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。 方案三: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。 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 5.此实验中不需要测量重物的质量。 【解析】 (2)根据匀加速直线运动中中间时刻速度等于平均速度可知,vC=,若下落过程中机械能守恒,则满足等式mghC=m-0,化简得(hD-hB)2=8T2ghC。 【解析】 (3)若下落过程中机械能守恒,则满足等式mgh=mv2-0,化简得v2=2ghC,在v2-h图像中,若图像是一条过原点的直线,且斜率等于2g,则重物下落过程中机械能守恒。若图像是一条不过原点的直线,可能是所研究的过程初速度不为零,机械能不一定不守恒,故B正确,A、C错误。 　 A B 　 C D 【解析】 (2)对于匀变速直线运动,中间时刻的速度等于平均速度,打点3时重物的速度为v3= m/s≈4.09 m/s,重物的重力势能变化量的绝对值|ΔEp|=mgh= 0.2×9.8×0.880 J≈1.72 J,动能增加量|ΔEk|=m=×0.2×4.092 J≈1.67 J。 【解析】(1)设摆锤的质量为m,由机械能守恒定律有mgh=mv2,则应验证的表达式为gh=v2。 gh=v2 [例4]【实验目的的创新】(2025·重庆沙坪坝开学考试)利用图甲所示的装置研究均匀规则定滑轮的转动动能。一根足够长的轻细绳一端缠绕在滑轮边缘,另一端与质量为2m、带有挡光条的小物体A连接,A放在动摩擦因数为0.5的斜面上,A与滑轮之间的绳与斜面平行,距顶端L处有一光电门。将A从斜面顶端由静止释放,测得A通过光电门处的速度v。采用半径均为R但质量M不同的定滑轮进行多次实验,测得多组-M数据如下表所示。L、g、m、R为已知量,不计滑轮转轴处摩擦,绳与滑轮不打滑。 与M数据记录表 滑轮质量M m 0.8m 0.6m 0.4m 0.2m 解析】(1)A通过光电门的时间极短,则通过光电门的速度v=。 (2)根据表格中数据,在图乙坐标系中作出-M图像。 【答案及解析】 (2)作出-M图像如图所示。 【解析】(3)上述图像的纵截距表示了当滑轮的质量M=0时,A物体通过光电门的速度平方的倒数,即=,由能量关系可知×2mv2=2mgLsin θ,由此可求得sin θ=。 mR2ω2 【解析】(4)当滑轮的质量为m时,根据第1组数据可知, =,即v2=,由能量关系可得2mgLsin θ=Ek+×2mv2,其中v=Rω, 解得Ek=mR2ω2。 【解析】 (1)若托盘和砝码及滑块(包括遮光条)组成的系统机械能守恒,则系统减少的势能等于系统增加的动能,得mgl=(M+m)()2。 mgl=(M+m)()2 【解析】(2)遮光条通过光电门时v== m/s≈1.48 m/s。测量过程中系统重力势能的减少量ΔEp=mgl=0.1×9.8×0.6 J=0.588 J,系统增加的动能总和为ΔEk= Mv2+mv2≈0.548 J。 (3)若测量相对误差η=×100%<5%可判定验证成功,则李华同学的实验是否成功?若成功请回答“成功”,若不成功,请写出一条实验失败可能的原因 　 。  【解析】(3)根据η=×100%=×100%≈7%,李华实验不成功,原因可能是气垫导轨未调水平,滑轮有摩擦或者托盘受到空气阻力等。 【解析】(1)由题可知,小球P经过最低点的速度vP=。 (2)两小球P、Q球心间的距离为L,P、Q两球球心到转轴O点的距离之比为2∶1,当满足gL=　　　　(用d、Δt表示)时,即验证了机械能守恒定律。  ()2 【解析】(2)由于P、Q两球的角速度相等,圆周运动的半径之比为2∶1,故二者的线速度之比为2∶1,即vQ=,当系统重力势能的减少量ΔEp=mgL时,系统动能的增加量ΔEk=m+m=m()2,整理可得mgL=m()2,即gL=()2成立即可。 $