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

该高中物理高考复习讲义聚焦“验证机械能守恒定律”实验专题，涵盖实验原理、装置搭建、操作步骤及数据处理（含起始点计算、任取两点分析、图像法验证）等核心考点，按教材原型实验到拓展创新实验的逻辑层次组织，通过考点梳理、方法指导（如瞬时速度计算、误差分析）、真题训练（典型例题解析）等环节，帮助学生构建实验思维框架，突破重难点。 讲义突出科学探究与科学思维培养，如引导学生通过图像法分析v²-h关系验证机械能守恒，培养科学论证能力，设置基础原型实验（重锤下落）与创新拓展实验（气垫导轨系统）分层练习，配合误差分析与数据处理技巧指导，能在有限时间内提升学生实验设计与问题解决能力，为教师把控复习节奏、落实核心素养提供实用教学支撑。

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＝ 学生用书⬇第106页 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·吉林长春二模)用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，已知当地重力加速度为g。 (1)关于该实验的操作和数据分析，以下说法正确的是　　　　。 A.必须用天平测出重锤的质量方可实验 B.先接通电源，后释放纸带 C.将打点计时器接到8 V直流电源上 D.可以用v＝计算重锤从静止下落h时的瞬时速度大小 (2)如图乙所示，选取纸带上连续五个计时点A、B、C、D、E，测量出点B距运动起始点O的距离x0，点B、C间的距离为x1，点C、D间的距离为x2，若相邻两点的时间间隔为T，假设重锤质量为m，根据这些条件计算从打点计时器打下O点到打下C点过程中重锤的重力势能减少量ΔEp＝　　　　　　　，动能增加量ΔEk＝　　　　　　　；在实际计算中发现，重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能，其原因主要是　　　　　　　。 答案：(1)B　(2)mg(x0＋x1)　 　 重锤下落过程中受到阻力作用 解析：(1)由于验证机械能守恒定律的公式中质量可以约去，所以不必用天平测出重锤的质量，A错误；先接通电源，后释放纸带，B正确；打点计时器使用的是交流电源，C错误；不可以用v＝计算重锤从静止下落h时的瞬时速度大小，只能用纸带计算速度，D错误。 (2)重锤的重力势能减少量为ΔEp＝mg 动能增加量为ΔEk＝m ，又因为vC＝ ，解得ΔEk＝，在实际计算中发现，重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能，其原因主要是重锤下落过程中受到阻力作用。 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 学生用书⬇第107页 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·河北沧州二模)某物理兴趣小组利用倾斜的气垫导轨装置探究系统机械能守恒，如图甲所示。质量为m1的带遮光条的滑块放在气垫导轨上，由跨过轻质定滑轮的细绳与质量为m2的钩码相连，间距为x的光电门1和2固定在气垫导轨上。气垫导轨与水平面的夹角可调，当地的重力加速度为g。 (1)用螺旋测微器测得遮光条的宽度如图乙所示，则宽度d＝　　　　 mm。 (2)气垫导轨正常工作后，调整气垫导轨与水平面的夹角，使得滑块通过两个光电门的时间相等。 (3)在满足(2)的情况下，将一质量为m的重物挂到钩码上，将系统由静止释放，测出滑块依次经过光电门1、2的时间分别为t1、t2，若表达式　　　　　　　　　　　　　　　(用题中所给的物理量符号表示)成立，则系统机械能守恒得到验证。 [破题 “三步曲”] 答案：(1)6.723(或6.724)　(3)mgx＝ 解析：(1)螺旋测微器读数为d＝6.5 mm＋22.3×0.01 mm＝6.723 mm。 (3)设气垫导轨与水平面的夹角为θ，滑块通过两个光电门的时间相等，说明滑块做匀速直线运动，满足m1gsin θ＝m2g。将一质量为m的重物挂到钩码上，将系统由静止释放，则滑块依次经过光电门1、2的过程中系统减少的重力势能为x－m1gsin θ·x＝mgx，系统增加的动能为，则若表达式mgx＝成立，则系统机械能守恒得到验证。 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) 学生用书⬇第108页 (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。 [破题 “三步曲”] 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 $