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

**基本信息** 聚焦机械能守恒定律验证实验，通过多装置（纸带/气垫导轨）、多维度（数据处理/误差分析）训练，构建"原理-操作-论证"科学探究体系。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础验证|2题|纸带固定技巧、中间时刻速度计算、v²-h图像斜率分析|从重力势能与动能转化关系，推导守恒条件（k=2g）| |系统拓展|2题|遮光条速度测量、(1/Δt)²-l图像斜率推导|拓展至系统机械能守恒，建立m₁gl与总动能关系| |误差分析|2题|阻力影响分析、电源频率误差修正|通过动能增量与势能减量比较，深化科学论证思维|

实验七:验证机械能守恒定律 课时作业 1.某同学用图1所示的实验装置完成“验证机械能守恒定律”。 (1)在固定纸带时,有图2所示的两种方式,其中更合理的是　　　　(选填“甲”或“乙”)。  (2)实验中所用交流电源的周期为T,在纸带上确定计数点时,选取起始点为第1个计数点O,各计数点到O点的距离分别为h1、h2、h3、h4,纸带如图3所示。重物质量为m,当地重力加速度为g,重物在C点时的动能为　　　　,重物由O点运动到C点时重力势能的减小量为　　　　。(均用题中所给物理量符号表示)  (3)记录各计数点到O点的距离h,各计数点的速度为v,以v2为纵坐标,h为横坐标,以所测数据描绘v2-h图像,求得图线斜率为k,若k近似等于　　　　,则可认为验证了机械能守恒定律。  2.某同学利用图甲所示的气垫导轨实验装置验证机械能守恒定律,主要实验步骤如下: 甲 A.将桌面上的气垫导轨调至水平 B.测出遮光条的宽度d C.将滑块移至图示位置,测出遮光条到光电门的距离l D.由静止释放滑块,读出遮光条通过光电门的遮光时间Δt E.测出托盘和砝码的总质量m1,滑块(含遮光条)的质量m2 已知当地重力加速度为g,回答以下问题(用题中所给的字母表示): (1)遮光条通过光电门时的速度大小为　　　　。  (2)遮光条由静止运动至光电门的过程,系统重力势能减少了　　　　,遮光条经过光电门时,滑块、托盘和砝码的总动能为　 。  乙 (3)通过改变滑块的释放位置,测出多组l、Δt数据,利用实验数据绘制()2l图像如图乙所示。若图中直线的斜率近似等于　　　　,可认为该系统机械能守恒。  3.(2025·强基联盟联考)某同学用如图甲所示的实验装置“验证机械能守恒定律”。实验所用的电源为学生电源,交变电流的频率为50 Hz。重物从高处由静止开始下落,打点计时器在纸带上打出一系列的点,该同学在纸带上每5个点取一个计数点,依打点先后顺序编为0、1、2、3、4、…。 (1)由于不小心,几条纸带都被撕断了,如下图所示,则在B、C、D三段纸带中,与纸带A属于同一条的应该是　　　　。  A B C D (2)这位同学又重做该实验并挑选出一条点迹清晰的完好纸带进行测量分析,如图乙所示,其中O点为起始点。根据纸带上的测量数据,可得打点3时重物的速度为　　　 m/s;已知重物质量为200 g,当地重力加速度g取9.8 m/s2,则从点0到点3,重物的重力势能减小量|ΔEp|= 　　　　J、动能增加量|ΔEk|=　　　　J(计算结果均保留三位有效数字)。  (3)第(2)小问中|ΔEk|与|ΔEp|的大小不相等,出现这一结果的原因可能是　　　　。  A.重物质量的测量值偏大 B.接通电源前释放了纸带 C.存在空气阻力和摩擦力 4.用如图甲所示的实验装置来验证机械能守恒定律。重锤从高处由静止开始落下,重锤上拖着的纸带通过打点计时器打下一系列的点。挑出点迹清晰的一条纸带,从点迹清晰处依次标出计时点0,1,2,…,7,纸带如图乙所示。 甲 乙 (1)观察纸带,连接重锤的夹子夹在纸带的　　　(选填“左端”或“右端”)。  (2)为验证机械能是否守恒,需要比较重物下落过程中任意两点间的　　　　。  A.速度变化量和高度变化量 B.速度变化量和势能变化量 C.动能变化量与势能变化量 (3)打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上,打下5点时重锤的瞬时速度大小是 　　　　 m/s(结果保留两位有效数字)。  丙 (4)某同学用两个形状相同、质量不同的重锤a和b进行实验,记录几组数据,画出h图像,并求出图线的斜率k,如图丙所示,由图像知,a的质量　　　　(选填“大于”或“小于”)b的质量。 (5)实验中,大多数学生的实验结果显示,重力势能的减少量大于动能的增加量,但某同学提交的结论显示,重锤的动能增加量大于重锤的重力势能减少量,出现这一问题的原因可能是 　　　　(多选)。  A.该同学修改了实验数据 B.重锤的质量测量错误 C.交流电源的频率不等于50 Hz D.重锤下落受到的阻力较小 学科网（北京）股份有限公司 $ 实验七:验证机械能守恒定律 课时作业 1.某同学用图1所示的实验装置完成“验证机械能守恒定律”。 (1)在固定纸带时,有图2所示的两种方式,其中更合理的是　　　　(选填“甲”或“乙”)。  (2)实验中所用交流电源的周期为T,在纸带上确定计数点时,选取起始点为第1个计数点O,各计数点到O点的距离分别为h1、h2、h3、h4,纸带如图3所示。重物质量为m,当地重力加速度为g,重物在C点时的动能为　　　　,重物由O点运动到C点时重力势能的减小量为　　　　。(均用题中所给物理量符号表示)  (3)记录各计数点到O点的距离h,各计数点的速度为v,以v2为纵坐标,h为横坐标,以所测数据描绘v2-h图像,求得图线斜率为k,若k近似等于　　　　,则可认为验证了机械能守恒定律。  解析:(1)把纸带的一端剪成一个较窄的小纸条,然后固定在重物上,可以避免纸带松动带来的误差,简单易于操作,故甲更合理。 (2)根据匀变速直线运动规律可知,重物运动到C点的速度为vC=,重物在C点时具有的动能Ek=m=;重物由O点到C点的过程中,重力势能的减少量ΔEp=mgh3。 (3)若机械能守恒,则有mv2=mgh,解得v2=2gh,故在v2h图像中,其斜率k=2g。 答案:(1)甲　(2) 　mgh3　(3)2g 2.某同学利用图甲所示的气垫导轨实验装置验证机械能守恒定律,主要实验步骤如下: 甲 A.将桌面上的气垫导轨调至水平 B.测出遮光条的宽度d C.将滑块移至图示位置,测出遮光条到光电门的距离l D.由静止释放滑块,读出遮光条通过光电门的遮光时间Δt E.测出托盘和砝码的总质量m1,滑块(含遮光条)的质量m2 已知当地重力加速度为g,回答以下问题(用题中所给的字母表示): (1)遮光条通过光电门时的速度大小为　　　　。  (2)遮光条由静止运动至光电门的过程,系统重力势能减少了　　　　,遮光条经过光电门时,滑块、托盘和砝码的总动能为　 。  乙 (3)通过改变滑块的释放位置,测出多组l、Δt数据,利用实验数据绘制()2l图像如图乙所示。若图中直线的斜率近似等于　　　　,可认为该系统机械能守恒。  解析: (1)遮光条通过光电门时的速度为v=。 (2)从释放到遮光条经过光电门,这一过程中,系统重力势能减少量为ΔEp=m1gl,从释放到遮光条经过光电门,这一过程中,系统动能增加量为ΔEk=(m1+m2)()2。 (3)若系统机械能守恒,则有m1gl=(m1+m2)()2,整理有()2=·l,可知,若题图中直线的斜率近似等于,可认为该系统机械能守恒。 答案:(1)　(2)m1gl　(m1+m2)()2　(3) 3.(2025·强基联盟联考)某同学用如图甲所示的实验装置“验证机械能守恒定律”。实验所用的电源为学生电源,交变电流的频率为50 Hz。重物从高处由静止开始下落,打点计时器在纸带上打出一系列的点,该同学在纸带上每5个点取一个计数点,依打点先后顺序编为0、1、2、3、4、…。 (1)由于不小心,几条纸带都被撕断了,如下图所示,则在B、C、D三段纸带中,与纸带A属于同一条的应该是　　　　。  A B C D (2)这位同学又重做该实验并挑选出一条点迹清晰的完好纸带进行测量分析,如图乙所示,其中O点为起始点。根据纸带上的测量数据,可得打点3时重物的速度为　　　 m/s;已知重物质量为200 g,当地重力加速度g取9.8 m/s2,则从点0到点3,重物的重力势能减小量|ΔEp|= 　　　　J、动能增加量|ΔEk|=　　　　J(计算结果均保留三位有效数字)。  (3)第(2)小问中|ΔEk|与|ΔEp|的大小不相等,出现这一结果的原因可能是　　　　。  A.重物质量的测量值偏大 B.接通电源前释放了纸带 C.存在空气阻力和摩擦力 解析:(1)根据匀变速直线运动规律的推论可知x2-x1=aT2=9.7 cm,x5-x2=3aT2,解得x5=69 cm,故与纸带A属于同一条的应该是B。故选B。 (2)对于匀变速直线运动,中间时刻的速度等于平均速度,打点3时重物的速度为v3= m/s=4.09 m/s,重物的重力势能变化量的绝对值|ΔEp|=mgh=0.2×9.8×0.880 J=1.72 J,动能增加量|ΔEk|=mv32=×0.2×4.092 J=1.67 J。 (3)势能减少量与动能增加量的表达式中均有质量,所以不是重物质量的测量值偏大对结果有影响,A错误;接通电源前释放了纸带会使第(2)问中|ΔEk|略大于|ΔEp|,B错误;第(2)小问中|ΔEk|略小于|ΔEp|,出现这一结果的原因最可能是空气阻力和纸带与限位孔之间摩擦引起的,C正确。 答案:(1)B　(2)4.09　1.72　1.67　(3)C 4.用如图甲所示的实验装置来验证机械能守恒定律。重锤从高处由静止开始落下,重锤上拖着的纸带通过打点计时器打下一系列的点。挑出点迹清晰的一条纸带,从点迹清晰处依次标出计时点0,1,2,…,7,纸带如图乙所示。 甲 乙 (1)观察纸带,连接重锤的夹子夹在纸带的　　　(选填“左端”或“右端”)。  (2)为验证机械能是否守恒,需要比较重物下落过程中任意两点间的　　　　。  A.速度变化量和高度变化量 B.速度变化量和势能变化量 C.动能变化量与势能变化量 (3)打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上,打下5点时重锤的瞬时速度大小是 　　　　 m/s(结果保留两位有效数字)。  丙 (4)某同学用两个形状相同、质量不同的重锤a和b进行实验,记录几组数据,画出h图像,并求出图线的斜率k,如图丙所示,由图像知,a的质量　　　　(选填“大于”或“小于”)b的质量。 (5)实验中,大多数学生的实验结果显示,重力势能的减少量大于动能的增加量,但某同学提交的结论显示,重锤的动能增加量大于重锤的重力势能减少量,出现这一问题的原因可能是 　　　　(多选)。  A.该同学修改了实验数据 B.重锤的质量测量错误 C.交流电源的频率不等于50 Hz D.重锤下落受到的阻力较小 解析:(1)因为重物的速度逐渐增大,故与重物连接的夹子夹在纸带的左端。 (2)根据机械能守恒定律有mgΔh=ΔEk ,可知,为验证机械能是否守恒,需要比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量,故选C。 (3)根据匀变速直线运动的推论有:打下5点时重锤的瞬时速度大小 v5 == m/s=0.86 m/s(在0.85 m/s~0.90 m/s都可以)。 (4)根据动能定理得mgh-F阻h=mv2 ,故=(g-)h,可知质量大的重锤的图像斜率大,结合图像可知,a的质量大于b的质量。 (5)若该同学修改了实验数据,则有可能导致重锤的动能增加量大于重锤的重力势能减少量,A正确;由于重力势能的减少量和动能的增加量都与重锤的质量成正比,所以重锤的质量测量错误不会导致重锤的动能增加量大于重锤的重力势能减少量,B错误;由(3)的分析可知,若交流电源的频率小于50 Hz,则速度的测量值会大于真实值,动能的测量值大于真实值,则有可能导致重锤的动能增加量大于重锤的重力势能减少量,C正确;由于阻力做负功会导致机械能减少,即重力势能的减少量大于动能的增加量,与阻力大小无关,D错误。 答案:(1)左端　(2)C　(3)0.86　(4)大于　(5)AC 学科网（北京）股份有限公司 $