第四章 实验七 验证机械能守恒定律 2027年高考物理一轮专题复习（人教版）

该高中物理高考复习课件聚焦“验证机械能守恒定律”实验专题，依据高考评价体系明确实验原理、步骤规范及数据处理（如瞬时速度计算、图像法验证）等核心考查要求，通过分析近五年高考真题，归纳出打点计时器纸带分析、气垫导轨创新装置等高频题型，构建针对性备考体系。 课件亮点在于“实验原型+创新拓展+误差分析”的分层训练，如以气垫导轨实验为典型案例，推导机械能守恒关系式（\(g\Delta h=\frac{d^2}{2}(\frac{1}{t_2^2}-\frac{1}{t_1^2})\)），培养学生科学思维中的模型建构与科学推理能力。特设易错点警示（如误用\(v=gt\)计算速度），通过真题变式训练帮助学生掌握实验设计与数据处理技巧，教师可据此高效开展专题复习，提升学生实验题得分率。

实验七:验证机械能守恒定律 实验基础·必备 装置原理图 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:安装打点计时器时要竖直架稳,使其两限位孔在同一 上,以减小摩擦阻力。 竖直线 2.重物:选密度 、质量 的金属块,且在靠近打点计时器处释放。 3.顺序:应先接通 ,让打点计时器正常工作,后松开纸带让重物下落。 大 大 电源 不需要 数据 处理 考点一 教材原型实验 实验技能·提升 【典例1】 (中等)(人教版必修第二册P98练习与应用T2变式)如图为一种利用气垫导轨 “验证机械能守恒定律”的实验装置,主要实验步骤如下: a.将气垫导轨放在水平桌面上,将导轨调至水平。 b.在导轨上间隔一定距离设置两个光电门1和2。 c.用天平测出滑块和遮光条的总质量m。 d.在导轨的单脚螺丝下垫上一定厚度的垫片,让滑块从最高处由静止开始下滑,用数字计时器测出滑块经过光电门1和2时遮光条的遮光时间t1和t2。 e.取下垫片,用游标卡尺测量所用垫片的厚度h和遮光条的宽度d。 f.用钢卷尺测量单脚螺丝到双脚螺丝连线的距离L及两光电门之间的距离x。 g.…… 请回答下列问题: (1)关于该实验,以下说法不正确的是　　　　(多选)。  A.遮光条宽度适当小些 B.滑块和遮光条的总质量m可以不测量 C.滑块和遮光条的总质量m轻一点可以减小误差 D.实验时需要倾斜导轨以平衡摩擦力 CD 解析:(1)遮光条的宽度越小,其通过光电门的平均速度越接近其瞬时速度,A正确;验证机械能守恒时质量可以约去,故不需要测量滑块和遮光条的总质量m,B正确,C错误;气垫导轨可以使滑块无摩擦地在其表面滑动,故不需要平衡摩擦力,D错误。 (2)该同学用游标卡尺测量垫片的厚度如图所示,则垫片的厚度h=　　　mm。 21.5 解析:(2)根据游标卡尺的读法,可得垫片的厚度h=21 mm+5×0.1 mm= 21.5 mm。 (3)若要得出机械能守恒定律的结论,以上测得的物理量应该满足的关系式 为　　 　　　　。  (4)多次实验发现动能的增加量总是略小于重力势能的减少量,其原因可能是 　　　　(多选)。 A.遮光条宽度d的测量值偏小 B.导轨没有调水平,导轨左端略低于右端 C.空气阻力的影响 D.两光电门之间的距离x的测量值偏小 ABC 考点二 实验创新与拓展 【典例2】 (中等)某实验小组利用光电门遮光时可测速度的特性来做“验证机械能守恒定律”实验。实验装置主体如图甲所示。 (1)将宽度d=0.5 cm的黑色胶带等间隔贴在　　 　　(选填“透明塑料”或“铁质”)直尺上,相邻胶带中心线之间的距离Δh=2.5 cm。  透明塑料 解析:(1)根据实验原理可知,因铁质直尺不透光,应将黑色胶带等间隔贴在透明塑料直尺上。 (2)图乙为某条胶带在刻度尺上的位置,该胶带右侧边缘所对应的读数为 　　　 cm。  3.00 解析:(2)由题图乙可知,刻度尺的最小刻度为1 mm,则该胶带右侧边缘所对应的读数为3.00 cm。 (3)将光电门固定在铁架台上,由静止竖直释放直尺,测得第1个和第4个胶带通过光电门的时间间隔分别为t1和t4。已知直尺质量m=0.4 kg,t1=0.010 s,则第1个胶带经过光电门时直尺的动能为　 　　 J(结果保留两位有效数字)。  0.050 (4)在误差允许范围内,若关系式　　　　　　　　　　(用Δh、d、t1、t4、g表示)成立,说明直尺下落过程中机械能守恒。  (5)有同学认为,直尺上黑色胶带的宽度d不足够小,导致胶带通过光电门时直尺的动能计算值比真实值偏小。你是否同意该同学的观点?请简要说明理由   　。  感谢观看 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 测量重物的质量 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v2h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 g=(-) 解析:(3)设导轨垫高后与水平面的夹角为θ,则有sin θ=,滑块下落的高度Δh=xsin θ=,滑块通过光电门1的速度v1=,滑块通过光电门2的速度v2=,若机械能守恒,则有mg·Δh=m-m,整理可得g=(-)。 解析:(4)遮光条宽度d的测量值偏小,会导致滑块速度测量值偏小,动能测量值偏小,A正确;根据上述分析可知,重力势能的变化量为ΔEp=,由于导轨左端略低于右端,导致h偏小,实际转化的动能偏小,B正确;空气阻力的影响会使重力势能有一部分克服空气阻力做功,转化为其他形式的能,C正确; x 测量值偏小,则重力势能的变化量ΔEp=mg偏小,不会导致动能的增加量总是略小于重力势能的减少量,D错误。 解析:(3)根据题意可知,第1个胶带经过光电门时的速度为v1=, 则第1个胶带经过光电门时直尺的动能为 Ek1=m=×0.4×()2 J=0.050 J。 6gΔh=()2-()2 解析:(4)第4个胶带经过光电门时的速度为v4=,从第1个到第4个胶带通过光电门时,直尺下落过程中重力势能的减少量为ΔEp=mg×3Δh,若直尺机械能守恒,则mg×3Δh=m-m, 联立可得关系式6gΔh=()2-()2。 答案及解析:(5)同意该同学的观点,由于v=测量的是胶带通过光电门的平均速度,由匀变速直线运动的规律可知此速度等于胶带通过光电门的中间时刻的速度,实验原理中测量的是胶带中间位置的速度,由于d不足够小,胶带通过光电门中间时刻的速度小于中间位置的速度,故胶带通过光电门时直尺的速度测量值偏小,动能的计算值比真实值偏小。 $