第6章 实验七 验证机械能守恒定律(word教师用书)-【金版新学案】2027年高考物理高三总复习大一轮复习讲义（广东专版）

该高中物理高考复习教案围绕“验证机械能守恒定律”实验专题，整合实验原理、步骤、数据处理（含速度计算、图像法）及误差分析等核心考点，按基础原型实验到拓展创新实验的逻辑层次展开，通过考点梳理、方法指导（如v_n计算、v²-h图像应用）、真题训练（2026年广东联考等题）帮助学生构建实验问题分析框架，突破难点。 教案突出实验探究与科学思维融合，如通过单摆、双物体系统等拓展实验设计，引导学生从能量观念出发建构物理模型，培养科学探究能力。设置分层练习（原型题到创新题），配合误差分析（如频率偏大对动能的影响）实例讲解，帮助学生在有限时间内掌握实验题解题策略，为教师精准把控复习节奏、提升学生应考能力提供有力支持。

实验七　验证机械能守恒定律 原理装置 实验步骤 注意事项 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 1.安装：打点计时器竖直安装，纸带沿竖直方向拉直。 2.重物：选密度大、体积小的金属块，且在靠近打点计时器处释放。 3.选带：点迹清晰，且第1个点、第2个点间距离接近2 mm。 4.速度：vn＝ 数据 处理 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 类型一　教材原型实验 (2026·广东省部分学校11月联考)“长度的测量及其测量工具的选用”和“验证机械能守恒定律”是《普通高中物理课程标准》中的两个必做实验。 (1)在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中，某同学用20分度的游标卡尺测量一个圆柱体的高度如图甲所示，则h＝__________cm，用螺旋测微器测量底面直径如图乙所示，则d＝__________mm。 (2)在“用落体法验证机械能守恒定律”的实验中，如图丙所示，重物由静止开始自由下落，在纸带上打出一系列的点，其中O为打出的第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取的连续三个计数点，如图丁所示，相邻计数点间隔的时间为T。 ①打点计时器打B点时重物的速度大小为vB＝______________，为验证机械能守恒定律，只需检验等式__________________在误差允许的范围内是否成立。(重力加速度为g) ②若实际操作中，由于电源频率不稳，造成打点计时器打点的实际频率偏大，则动能的增加量ΔEk的测量值与真实值相比__________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 答案：(1)2.145　0.360　(2)①　ghB＝　②偏小 解析：(1)圆柱体的高度h＝21 mm＋9×0.05 mm＝21.45 mm＝2.145 cm 底面直径d＝36.0×0.01 mm＝0.360 mm。 (2)①打点计时器打B点时重物的速度大小为vB＝ 为验证机械能守恒定律成立，只需验证等式mghB＝2 整理得ghB＝。 ②若打点计时器打点的实际频率偏大，则打B点时重物的速度测量值偏小，动能的增加量ΔEk的测量值与真实值相比偏小。 实验小组利用图1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2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3所示的v2-h关系图像。理论上，若机械能守恒，图中直线应　　　　(选填“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3得直线的斜率k＝　　　　 m/s2(保留3位有效数字)。 (4)定义单次测量的相对误差η＝×100％，其中Ep是重锤重力势能的减小量，Ek是其动能增加量，则实验相对误差为η＝　　　　(用字母k和g表示)×100％；当地重力加速度大小取g＝9.80 m/s2，则η＝　　　　％(保留2位有效数字)，若η＜5％，可认为在实验误差允许的范围内机械能守恒。 答案：(1)④①⑥⑤　(2)1.79　 (3)通过　2g 19.1　 (4)　2.6 解析：(1)实验步骤为：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；先接通电源，打点计时器开始打点，然后再释放纸带；关闭电源，取下纸带；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。根据原理mgh＝mv2可知质量可以约去，不需要用电子天平称量重锤的质量。故正确排序为④①⑥⑤。 (2)根据题意可知纸带上相邻计数点的时间间隔T＝＝0.02 s 根据匀变速直线运动中间时刻瞬时速度等于该过程平均速度可得vB＝＝ 代入数据可得vB≈1.79 m/s。 (3)根据mgh＝mv2，整理可得v2＝2g·h，可知理论上，若机械能守恒，题图3中直线应通过原点且斜率k＝2g 由题图3得直线的斜率k＝ m/s2≈19.1 m/s2。 (4)根据题意有η＝×100％，可得η＝×100％ 当地重力加速度大小取g＝9.80 m/s2，代入数据可得η≈2.6％。 类型二　拓展创新实验 (2026·广州荔湾区高三10月区统测)某同学通过实验来“验证机械能守恒定律”。如图所示，将拉力传感器固定在天花板上，长度为L的细绳(不可伸长)一端连在拉力传感器上的O点，另一端系住可视为质点的钢球。 (1)开始时，钢球静止于最低位置，此时拉力传感器示数为F0，重力加速度为g，则钢球质量为______。将钢球拉至细绳与竖直方向成θ角静止释放，记下拉力传感器最大示数F，则钢球从高处摆到最低点的过程重力势能的减少量为______________，钢球动能的增加量为______________。(用题中字母表示) (2)改变θ角，将钢球静止释放，记下拉力传感器最大示数F，并作出 -cos θ图像，如果钢球的机械能守恒，下列图像合理的是________。 答案：(1)　F0LL　(2)C 解析：(1)根据题意，由平衡条件有F0＝mg 解得m＝ 在最低点时，拉力传感器有最大示数F，拉力与重力的合力提供向心力，根据牛顿第二定律有 F－mg＝m 又F0＝mg 钢球动能的增加量为 ΔEk＝L 重力势能的减少量为 ΔEp＝mgL。 (2)如果钢球的机械能守恒，则钢球动能的增加量等于重力势能的减少量，故 解得＝3－2cos θ 故-cos θ图像为斜率为负的直线。故选C。 用如图甲所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带通过打点计时器，打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。实验中获取的一条纸带如图乙所示，0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离已标注，打点计时器所接电源频率为50 Hz。已知m1＝50 g、m2＝150 g，则(计算结果均保留2位有效数字) (1)在纸带上打下计数点5时的速度大小v5＝　　　　m/s。 (2)在打下计数点0到打下计数点5的过程中系统动能的增加量ΔEk＝　　　　J，系统势能的减少量ΔEp＝　　　　J。(取当地的重力加速度g＝10 m/s2) (3)若某同学作出 -h图像如图丙所示，图线斜率为4.85 m/s2，则当地的重力加速度g＝　　　　 m/s2。 答案：(1)2.4　(2)0.58　0.60　(3)9.7 解析：(1)在纸带上打下计数点5时的速度大小v5＝＝ m/s＝2.4 m/s。 (2)在打下计数点0到打下计数点5的过程中系统动能的增量ΔEk＝(m1＋m2)＝×0.2×2.42 J≈0.58 J，系统势能的减少量ΔEp＝(m2－m1)gh5＝0.1×10×(38.40＋21.60)×1 J＝0.60 J。 (3)由机械能守恒可得(m1＋m2)v2＝(m2－m1)gh，即＝h，则＝4.85 m/s2，解得g＝9.7 m/s2。 学科网（北京）股份有限公司 $