2026届高考物理一轮复习讲义：第三十九讲 实验：验证机械能守恒定律

该高中物理讲义聚焦“验证机械能守恒定律”实验，涵盖原理（ΔEk≈-ΔEp）、器材、步骤、数据处理（两点计算与图象法）、误差分析等核心考点，按实验逻辑层次展开。通过知识总结梳理考点，方法指导（速度计算、误差控制），分层训练（单选、多选、实验题），帮助学生构建实验认知体系，突破难点。 该讲义融合科学探究与科学思维，如数据处理用v²-h图线验证斜率是否为g，误差分析中强调选用密度大重物减小阻力影响，培养科学探究能力。设置基础到综合分层练习，配合实验题中速度、势能动能变化量计算训练，提升学生实验设计与数据处理能力，为教师把控复习节奏提供支撑。

第三十九讲 实验：验证机械能守恒定律 知识总结： 1、实验原理 ΔEk≈-ΔEp（允许存在误差），则验证守恒 2、实验器材 打点计时器，低压交流电源，带有铁夹的铁架台，纸带，复写纸，带夹子的重物，刻度尺，导线两根． 3、实验步骤 （1）安装置：按图2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：用mv－mv＝mgΔh验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，只要后面的点迹清晰就可选用． 4、数据处理 方法一：任取两点计算 （1）任取两点A、B测出hAB，算出mghAB. （2）算出mv－mv的值． （3）在实验误差允许的条件下，若mghAB＝mv－mv，则验证了机械能守恒定律． 方法二：图象法 从纸带上选取多个点，测量从第一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图线．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． 5、误差分析 （1）主要误差来源： a、空气阻力影响 b、打点计时器与纸带间摩擦 c、测量位移时的读数误差 （2）减小误差方法： a、选用密度大的重物（如金属球） b、保持打点计时器竖直 c、多次测量取平均值 6、注意事项 （1）打点计时器要稳定的固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，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． （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）测下落高度时，要从第一个打点测起，并且各点对应的下落高度要一次测量完． （5）速度不能用vn＝gtn或vn＝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，况且用vn＝gtn计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，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＝gt或hn＝计算得到． 一、单项选择题 1．做“验证机械能守恒定律”的实验，已有铁架台、铁夹、电源、纸带、打点计时器，还必须选取的器材是图中的（ ） A．a和c B．a和d C．b和c D．b和d 2．用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置如图所示。下列说法中正确的是（　　） A．重物应选用密度大的物体 B．开始时，应使重物远离打点计时器 C．必须用天平测出重物的质量 D．需要用秒表测出重物下落的时间 3．利用如图所示装置，验证小球竖直上抛运动过程中机械能守恒。将直径为的小球放入竖直固定的玻璃管内，发射装置将小球以一定的初速度向上弹起。数字计时器分别记录小球上升和下落过程中通过光电门时的遮光时间和，下列说法正确的是（　　） A．实验小球应选用泡沫球 B．小球向上经过光电门时的速度大小为 C．小球向下经过光电门时的速度大小为 D．若，可验证小球竖直上抛过程中机械能守恒 4．如图所示，用自由落体运动做“验证机械能守恒定律”的实验中，某小组多次记录下落高度h和相应的速度大小v，作出的v2-h图像如图所示，当地的重力加速度为g。关于此实验说法正确的是（　　） A．由于重锤质量可以不用测量，故对重锤质量大小不作要求 B．应先释放重物后接通电源 C．若图线斜率接近2g，则重锤机械能守恒 D．若图线斜率接近g，则重锤机械能守恒 二、多项选择题 5．某实验小组利用上述装置将打点计时器接到 50 Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有（ ）    A．OA、AD和EG的长度 B．OC、BC和CD的长度 C．BD、CF和EG的长度 D．AC、BD和CE的长度 6．在“用打点计时器验证重锤做自由落体运动的过程中机械能守恒”的实验中，以下说法正确的有（　　） A．必须用天平称出物体的质量 B．重锤应该选质量大，体积小的金属材质，有利于减小误差 C．利用电磁打点计时器操作时，应先接通电源然后放开纸带 D．普通情况下做该实验时，由于阻力的影响，每次都得到mgh会略大于的，但在误差范围内还是可以证明重锤自由下落过程中机械能守恒 三、实验题 7．某同学利用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。某次实验中，得到如图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为、、，相邻两点之间的时间间隔为T。已知重物的质量为m，重力加速度为g。从打下O点到打下B点的过程中，重物的重力势能减少量 ，重物动能的增加量 。（用题目所给已知量表达） 8．用如图1所示实验装置验证机械能守恒定律，连接小车与托盘的绳子与水平桌面平行，带遮光片的小车位于气垫导轨上（图1中未画出，视为无摩擦力），重力加速度为，先接通电源，后释放托盘与砝码，测得如下物理量：遮光片宽度，遮光片释放点到光电门的长度，遮光片通过光电门的挡光时间，托盘与砝码的总质量，小车和遮光片的总质量。 (1)如图2所示，用游标卡尺测得遮光片宽度 mm； (2)用该装置验证该系统遵循机械能守恒定律， （选填“需要”或“不需要”）满足； (3)若从释放到小车经过光电门这一过程中系统机械能守恒，则满足的关系式是 （用题干中的字母表示）。 9．如图所示为验证机械能守恒定律的实验装置示意图 （1）关于该实验，以下说法正确的是 （选填选项前的字母）。 A．精确测量出重锤的质量，有助于减小实验误差 B．纸带上打下的第1、2点间距大于2mm，则无论怎样处理数据，实验误差都会很大 C． 两限位孔应在同一竖直面内上下对正 D．实验中摩擦是不可避免得，因此纸带越短越好，因为纸带越短，克服摩擦做的功就越少，误差就小 （2）若正确规范完成实验，正确选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点O的距离如图所示（相邻计时点时间间隔为0.02s），当地重力加速度的值为9.8m/s2 ①打下计时点B时，重物的速度 m/s。（结果保留两位有效数字） ②在从起点O到打下计时点B的过程中，测得重物重力势能的减少量略大于动能的增加量，这是因为 。 10．用落体法验证机械能守恒定律的实验中： （1）运用公式时对实验条件的要求是所选择的纸带第1、2两点间的距离应接近 ； （2）若实验中所用重锤的质量为m=1kg，打点纸带如图所示，图中分别标出了点A、B、C、D到第一个点O点的距离，且打点间隔为0.02s，则记录B点时，重锤的速度vB= m/s ，重锤的动能Ek= J，从开始下落起至B点重锤的重力势能减小了 J ；（g=10m/s2，结果保留3位有效数字） （3）根据纸带给出的相关各点的速度v，量出下落距离h，则以为纵轴，以h为横轴作出图像应是下图中的( ) 11．某同学利用图1的装置做“验证机械能守恒定律”实验。 （1）请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误：________________________、_________________________； （2）该同学按正确操作得到了一条完整的纸带如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有 ； A．、和的长度 B．、和的长度 C．、和的长度 D．、和的长度 （3）该同学用一把刻度尺去测量（2）题中的纸带，如图所示。已知打点计时器每隔打一个点，则打下点E时纸带速度的大小为 （保留3位有效数字）。 12．物体在空中下落的过程中，重力做正功，物体的动能越来越大，为了“探究重力做功和物体动能变化的定量关系”，我们提供了如图的实验装置。 （1）某同学根据所学的知识结合如图设计一个本实验情景的命题： 如图所示，设质量为m（已测定）的小球在重力mg作用下从开始端自由下落至光电门发生的 ，小球上的挡光片宽度为d，通过光电门的 ，试探究外力做的功 与小球动能变化量 的定量关系。（请在①②空格处填写物理量的名称和对应符号；在③④空格处填写数学表达式。） （2）某同学根据上述命题进行如下操作并测出如下数字。 ①用天平测定小球的质量为0.50kg； ②用游标卡尺测出小球上的挡光片宽度d为10.0mm； ③用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为80.80cm； ④电磁铁先通电，让小球吸在开始端。 ⑤电磁铁断电，小球自由下落。 ⑥在小球经过光电门时间内，计时装置记下小球经过光电门所用时间为2.50×10-3s，由此可算得小球经过光电门的速度为 m/s。 ⑦计算得出重力做的功为 J，小球动能变化量为 J。 (g取10m/s2，结果保留三位有效数字) （3）试根据（2）下本实验的结论： 。 13．用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中： （1）运用公式对实验条件的要求是：在打第一个点时重锤恰好由静止开始下落，为此所选择的纸带第1、2两个打点间的距离应接近 ． （2） 某同学实验步骤如下： A．用天平准确测出重锤的质量； B．把打点定时器架在铁架台上，并接上直流电源； C．将纸带一端固定在重锤上，另一端穿过打点定时器的限位孔，使重锤靠近打点定时器； D．先释放重锤，后接通电源； E.取下纸带，再重复几次； F.选择纸带，测量纸带上某些点之间的距离 G.根据测量结果进行计算 你认为他实验步骤中多余的步骤是 ，错误的步骤是 （均填序号） （3）在本次验证机械能守恒定律的实验中，质量m=200g 的重锤拖着纸带由静止开始下落，在下落过程中，打点计时器在纸带上打出一系列的点．在纸带上选取三个相邻计数点A、B和C，相邻计数点时间间隔为0.100s，O为重锤开始下落时记录的点，各计数点到O点的距离如图所示，长度单位是cm，当地重力加速度g为9.80m/s2。 ①打点计时器打下计数点B时，重锤下落的速度 = m/s（保留三位有效数字）； ②从打下计数点O到打下计数点B的过程中，重锤重力势能减小量 = J，重锤动能增加量 = J（保留三位有效数字）； ③即使在实验操作规范，数据测量及数据处理均正确的前提下，该实验求得的通常略大于，这是由于实验存在系统误差，该系统误差产生的主要原因是： 。 （4）在该实验中实验者如果根据纸带算出相关各点的速度，量出下落的距离h，以为纵轴，以h为横轴画出的图线应是下图中的 就证明机械能是守恒的，图像的斜率代表的物理量是 。 答案 1．D 2．A 3．C 4．C 5．BCD 6．BCD 7． 8．(1)6.75 (2)不需要 (3) 9．C 0.98 下落过程中存在摩擦力和空气阻力的影响 10．2mm 3.69 6.81 7.02 C 11．计时器选用了直流电是错误的 纸带弯曲是错误的（手指抓住纸带的下端是错误的） BC/CB 1.37/1.34/1.35/1.36/1.38/1.39/1.40 12．位移x 时间t mgx m()2 4 4.04 4.00 在误差允许范围内，重力做的功与物体动能的变化量相等 13．2mm A BD 2.91 0.856 0.847 存在空气阻力 B g(重力加速度) 学科网（北京）股份有限公司 $