8.5 实验：验证机械能守恒定律 同步练习 -2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

**基本信息** 聚焦“验证机械能守恒定律”实验，通过基础理解、技能应用、综合探究三层设计，构建从实验原理到误差分析的完整知识巩固路径，培养科学探究与科学思维能力。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础理解层|实验原理与步骤（如第1题步骤正误判断、第5题操作错误识别）|以选择/填空形式考查核心原理，强化能量观念| |技能应用层|数据处理与计算（如第2题速度/能量变化量计算、第7题势能动能计算）|结合纸带数据，训练科学推理与数据处理能力| |综合探究层|误差分析与拓展应用（如第3题频率推算、第6题图像斜率验证、第4题气垫导轨装置）|设置非传统实验情境，提升质疑创新与科学论证能力|

实验：验证机械能守恒定律 1．为验证在自由落体过程中物体的机械能是守恒的，某同学利用实验系统设计了一个实验，实验装置如图所示，图中A、B两点分别固定了两个速度传感器，速度传感器可以测出运动物体的瞬时速度。在实验中测得一物体自由下落经过A点时的速度是v1，经过B点时的速度是v2，为了证明物体经过A、B两点时的机械能相等，这位同学又设计了以下几个步骤，你认为其中不必要或者错误的是(　　) A．用天平测出物体的质量 B．测出A、B两点间的竖直距离 C．利用mv－mv算出物体从A点运动到B点的过程中动能的变化量 D．验证v－v与2gh是否相等 2．在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器接在6V、50Hz的交流电源上，自由下落的重锤质量为0.5kg，选出一条理想的纸带如图所示，A、B、C为连续打出的点，取g=10m/s2，O为始起点，则： （1）在实验过程中需要用工具进行直接测量的是_____。 A．重锤的质量 B．重力加速度 C．重锤下降的高度 D．重锤的瞬时速度 （2）打点计时器打B点时，重锤下落的速度=_____m/s， （3）从起点O到打下点B点的过程中，重锤的重力势能减少量=_____J，动能的增加量=_____J。（、均保留三位有效数字）。 （4）数据处理的结果比较合理的应当是_____（填“大于”“等于”或“小于”），其原因是_____。 3．某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20Hz、30Hz和40Hz，打出纸带的一部分如图（b）所示。 该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他条件进行推算。 （1）若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图（b）中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为______，打出C点时重物下落的速度大小为______，从B→C只要满足公式______就验证了机械能守恒定律。（重力加速度为g） （2）已测得，，；当地重力加速度大小为，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%，由此推算出f为______Hz。 4．某实验小组利用如图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒。 (1)实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，利用现有器材如何判断导轨是否水平__________。 (2)如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d=____cm，实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间∆t=1.2×10-2s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为_____m/s（保留两位有效数字）。在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、______和______（文字说明并用相应的字母表示）。 (3)本实验通过比较______和____在实验误差允许的范围内相等（用测量的物理量符号表示），从而验证了系统的机械能守恒。 5．（1）在“验证机械能守恒定律”实验中，在下面所列举的该实验的几个操作步骤中，有两项是错误的或者是没有必要进行的，它们是______（填字母代号） A．按照图1示的装置安装器件 B．将打点计时器接到学生电源的直流输出端上 C．用天平测量出重物的质量 D．先接通电源开关，再放手让纸带和重物下落 E.在打出的纸带上，选取合适的两点，测量两点的速度和他们之间的距离 F.验证减少的重力势能是否等于增加的动能，即验证机械能是否守恒 （2）本次实验中，打点周期为0.02s，自由下落的重物质量为2kg，打出一条理想纸带的数据如图2所示，单位是cm，g取9.8m/s2。点 O、A之间还有多个点没画出，从起点O到打下B点的过程中，重力势能的减少量______J，此过程中物体动能的增量______J，（答案保留三位有效数字），实验结论是______。 6．小明同学用图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”的实验，让重物从静止开始下落，某次实验得到一条清晰的纸带，其中的一部分如图乙所示，其中O为打点计时器打下的第一个点，A、B、C、D、E、F为打点计时器连续打下的点，分别测出A、B、C、D、E、F到O点的距离为 ，已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度为g。 (1)以下实验操作正确的是 A．电磁打点计时器应使用低压直流电源 B．实验前应将纸带穿过打点计时器限位孔，并将重物固定在纸带下端 C．为了使重物下落时受到的阻力影响更小，应选用密度较小的重物 D．安装打点计时器时，应使两限位孔在同一竖直线上 (2)结合实验中所测得的数据，可得打E 点时重物的速度_____。 (3)若要验证从O点到E点的过程中，重物的机械能守恒，需验证的关系式为_____________（用题中所给字母表示）。 (4)某同学利用测得的数据分别计算了B、C、D、E点对应重物的速度v，描绘出 图像如图丙所示，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，斜率为k，在误差允许范围内，当满足k=____时，重物下落过程中机械能守恒。 7．利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”的实验。 (1)实验中除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是___________。 A．直流电源 B．刻度尺 C．天平（含砝码） D．秒表 (2)下图是实验中得到的一条纸带。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（速度为零）的距离分别为hA=70.18cm， hB=77.80cm， hC=85.78cm。已知当地重力加速度g=9.8m/s2，重锤的质量为500g，打点计时器打点的周期为T=0.02s。从打O点到打B点的过程中，重锤的重力势能减少量△Ep=______J，动能增加量 △Ek= ______J。（结果均保留3位有效数字） 0 (3)若某小组数据显示重力势能的减少量略小于动能的增加量，计算无误，则可能的原因是__________________。 (4)该同学根据纸带算出了其他各点对应的瞬时速度，测出与此相对应的重物下落高度h，以h为纵坐标，以为横坐标，建立坐标系，作出图像，从而验证机械能守恒定律。若所有操作均正确，得到的图像的斜率为k，可求得当地的重力加速度g=___________。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《实验：验证机械能守恒定律》参考答案 题号 1 答案 A 1．A 【详解】AD．若机械能守恒，则 即验证与2gh是否相等，不需要测量质量，故A错误，符合题意，D正确，不符合题意； B．实验中需要测量从A到B过程中重力势能的减小量，因此需要测量AB之间的距离h，故B正确，不符合题意； C．A点运动到B点的过程中利用算出物体从A点运动到B点的过程中动能增加量，故C正确，不符合题意。 故选A。 2． C 1.0 0.251 0.250 小于 存在摩擦阻力和空气阻力 【详解】（1）[1]实验要验证的关系式是 即 则在实验过程中需要用工具进行直接测量的是重锤下降的高度，故选C. （2）[2]B点的瞬时速度为 （3）[3]从起点O到打下点B点的过程中，重锤的重力势能减少量为 [4]动能的增加量为 （4）[5][6]数据处理的结果比较合理的应当是ΔEk小于，其原因是实验过程中存在摩擦阻力和空气阻力。 3． 40 【详解】（1）[1]打B点时，重物下落的速度等于AC段的平均速度，所以 [2]同理打出C点时，重物下落的速度 [3]由机械能守恒定律可得 化简得 （2）[4]由牛顿第二定律得 由加速度的定义式得 解得 4． 接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，若滑块基本保持静止，则说明导轨是水平的（或轻推滑块，滑块基本能做匀速直线运动） 0.52 0.43 滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s 滑块的质量M mgs （m+M） 【详解】(1)[1]接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，若滑块基本保持静止，则说明导轨是水平的（或轻推滑块，滑块能基本做匀速直线运动）。 (2)[2]10分度游标卡尺测得遮光条的宽度d=0.5cm+0.02cm=0.52cm。 [3]滑块经过光电门时的瞬时速度为 v==10-2m/s=0.43m/s [4][5]在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s和滑块的质量M。 (3)[6][7]本实验通过比较mgs和（m+M）在实验误差允许的范围内相等（用测量的物理量符号表示），从而验证了系统的机械能守恒。 5． BC 0.982 0.960 在误差允许的范围内，重物下落过程的机械能守恒 【详解】（1）[1]打点计时器正常工作时需要接低压交流电源，不能接直流；由于我们是比较重力势能mgh、的减小量与动能mv2的增加量大小是否相等，则重物的质量m可以约去，可知不需要用天平。 故选BC。 （2）[2]从开始下落至B点，重锤的重力势能减少量为 [3]利用匀变速直线运动的推论有 则动能的增量为 [4]根据上述数据可知，在误差允许范围内，减小的重力势能近似等于增加的动能，即在误差允许范围内，重物下落过程的机械能守恒。 6．(1)BD (2) (3) (4)2g 【详解】（1）A．电磁打点计时器应使用低压交流电源，故A错误； B．实验前将纸带穿过打点计时器限位孔，并将重物固定在纸带下端，这样能保证重物下落时带动纸带运动，故B正确； C．为使重物下落时受到的阻力影响更小，应选用密度较大的重物，因为密度大的重物在相同体积下质量大，重力远大于阻力，故C错误； D．安装打点计时器时，使两限位孔在同一竖直线上，可以减小纸带与限位孔之间的摩擦，故D正确。 故选BD。 （2）根据匀变速直线运动过程中一段时间内的中间时刻速度等于该段时间内的平均速度，可得打 E 点时重物的速度 （3）若要验证从O点到E点的过程中，重物减少的重力势能为 重物增加的动能为 若重物的机械能守恒，则有 解得 （4）若重物下落过程中机械能守恒，则有 化简得 可得图像的斜率 7．(1)B (2) 3.81 3.80 (3)先释放重锤后接通电源 (4) 【详解】（1）实验中需要测量计数点之间的距离，所以还需要使用刻度尺，故选B。 （2）[1]O点到B点过程中，重锤的重力势能减少量 [2]打下计数点B时，重锤的速度为 O点到B点过程中，重锤动能增加量 （3）若某小组数据显示重力势能的减少量略小于动能的增加量，计算无误，则可能的原因是先释放重锤后接通电源。 （4）若重物下落过程中机械能守恒，则 则 所以。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $