第六章 实验7：验证机械能守恒定律——2027届高中物理一轮复习课件

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，依据高考评价体系梳理了实验原理、数据处理、误差分析及创新改进等核心考点，通过近五年高考真题分析明确数据处理（图像法、速度计算）和误差分析占比达60%的高频考查方向，归纳出教材原型与创新拓展两类常考题型，构建系统备考框架。 课件亮点在于“真题解析+素养培养+应试策略”的融合，如以典题2中v²-h图像斜率求重力加速度为例，渗透科学思维中的模型建构与科学推理，结合典题4气垫导轨实验创新培养科学探究能力。特设易错点警示（如避免用v=gt计算速度），助力学生掌握实验题答题技巧，教师可依托此课件精准突破考点，提升复习效率。

实验7:验证机械能守恒定律 强基础•固本增分 一、实验原理 通过实验,求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和对应过程动能的增加量,在实验误差允许范围内,若二者相等,说明机械能守恒,从而验证机械能守恒定律。 二、实验器材 打点计时器、交流电源、纸带、重物、 刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线。 三、实验过程 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)纸带。 3.选纸带:从打出的几条纸带中选出一条点迹清晰的纸带。 4.进行数据处理并验证。 四、数据处理 1.求瞬时速度 由公式vn=可以计算出重物下落h1、h2、h3、…的高度时对应的瞬时速度v1、v2、v3、…。   2.验证守恒 方案一:利用起始点和第n点计算 代入mghn和,如果在实验误差允许的范围内,mghn和相等,则验证了机械能守恒定律。 注意:应选取最初第1、2两点间距离接近2 mm的纸带(电源频率为50 Hz)。 方案二:任取两点计算 (1)任取两点A、B,测出hAB,算出mghAB。 (2)算出的值。 (3)在实验误差允许的范围内,若mghAB=,则验证了机械能守恒定律。 方案三:图像法 测量从第一点到其余各点的下落高度h,并计算对应速度v,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。 五、注意事项 1.打点计时器要竖直:安装打点计时器时要竖直架稳,使其两限位孔在同一竖直线上,以减小摩擦阻力。 2.重物应选用质量大、体积小、密度大的。 3.应先接通电源,让打点计时器正常工作,后松开纸带让重物下落。 4.测长度,算速度: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.此实验中不需要测量重物的质量。 研考点•精准突破 考点一 教材原型实验 考向一实验原理与操作 典题1 某实验小组验证机械能守恒定律的装置如图所示。 (1)下列实验步骤中必要的且操作顺序正确的排列是　　　　。  A.松手让重锤自由下落 B.启动打点计时器 C.用天平测出重锤的质量 D.用刻度尺测量计时器在纸带上留下的小点间的距离   BAD 考点一 考点二 (2)利用该装置还可以测量当地的重力加速度,某同学的做法是以各点到起始点的距离h为横坐标,以各点速度的二次方v2为纵坐标,建立直角坐标系,用实验测得的数据绘制出v2-h图像,如图所示。请画出v2-h图线,并求得当地重力加速度g=　　　　 m/s2(计算结果保留3位有效数字)。 9.66 考点一 考点二 解析 (1)在验证机械能守恒定律的实验中,先把打点计时器固定在铁架台上,并用导线将打点计时器接在低压交流电源上;将连接重锤的纸带穿过限位孔,用手提着纸带,让重锤尽量靠近打点计时器;启动打点计时器,松手让重锤自由下落;断开电源,更换纸带,重复几次实验操作,选用点迹较为清晰的纸带,用刻度尺测量计时器在纸带上留下的小点间的距离,进行分析。由于在该实验中,验证的表达式为mgh=mv2,重锤的质量公式等号两边都有,所以重锤的质量可以不用测量,结合题意,故有必要进行的实验操作且正确的顺序为BAD。 考点一 考点二 (2)根据mgh=mv2,可得v2=2g·h 以各点到起始点的距离h为横坐标,以各点速度的二次方v2为纵坐标,建立直角坐标系,由数学知识知,实验测得的数据绘制出v2-h图像应为一条过坐标原点倾斜向上的直线,连线如图所示,根据v2-h图像的斜率k=2g 结合所作图线,可得当地重力加速度g= m/s2=9.66 m/s2。 考点一 考点二 考向二数据处理与误差分析 典题2 在验证机械能守恒定律的实验中: (1)实验获得一条纸带,截取点迹清晰的一段并测得数据如图所示,已知打点的频率为50 Hz,则打点“13”时,重锤下落的速度大小为　　　　 m/s。(保留3位有效数字)  3.34 考点一 考点二 (2)某同学用纸带的数据求出重力加速度g=9.77 m/s2,并用此g值计算得出打点“1”到“13”过程重锤的重力势能减小值为5.09m,另计算得动能增加值为5.08m(m为重锤的质量),则该结果　　　　(选填“能”或“不能”)验证机械能守恒定律,理由是　　　　。  A.在误差允许范围内 B.没有用当地的重力加速度g 不能 B 考点一 考点二 解析 (1)根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程平均速度可得打点“13”时,重锤下落的速度大小v13= m/s=3.34 m/s。 (2)某同学用纸带的数据求出重力加速度g=9.77 m/s2,并用此g值计算得出打点“1”到“13”过程重锤的重力势能减小值为5.09m,另计算得动能增加值为5.08m(m为重锤质量),则该结果不能验证机械能守恒定律,理由是:该同学求出的9.77 m/s2是重锤受到空气阻力时做匀加速运动的加速度a=9.77 m/s2,不是当地的重力加速度,5.09m也不是重力势能的减少量。没有当地的重力加速度的数值,无法求出重力势能的减少量,所以无法验证机械能守恒定律。故选B。 考点一 考点二 考点二 实验的改进与创新 考向一实验原理的改进 典题3 某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。用细线把钢制的圆柱挂在架子上,架子下部固定一个小电动机,电动机轴上装一支软笔。电动机转动时,软笔尖每转一周就在钢柱表面画上一条痕迹(时间间隔为T)。如图乙所示,在钢柱上从痕迹O开始 选取5条连续的痕迹A、B、C、D、 E,测得它们到痕迹O的距离分别为 hA、hB、hC、hD、hE。已知当地重 力加速度为g。 考点一 考点二 (1)若电动机的转速为3 000 r/min,则T=　　　　 s。  (2)为验证机械能是否守恒,需要比较钢柱下落过程中任意两点间的　　　　。  A.动能变化量与势能变化量 B.速度变化量和势能变化量 C.速度变化量和高度变化量 (3)设各条痕迹到O的距离为h,对应钢柱的下落速度为v,画出v2-h图像,发现图线接近一条倾斜的直线,若该直线的斜率近似等于　　　　　　,则可认为钢柱下落过程中机械能守恒。  0.02 A 2g 考点一 考点二 (4)该同学用两个质量分别为m1、m2的钢柱P、Q分别进行实验,多次记录下落高度h和相应的速度大小v,作出的v2-h图像如图丙所示。P、Q下落过程中所受阻力大小始终相等,对比图像可得m1　　　　(选填“>”“<”或“=”)m2。 > 考点一 考点二 解析 (1)若电动机的转速为3 000 r/min,则电动机转动一周所需时间T= s=0.02 s。 (2)钢柱下落过程中,若重力势能减少量等于动能的增加量,则机械能守恒。故选A。 (3)设钢柱质量为m,钢柱下落过程中,若重力势能减少量等于动能的增加量,则有mv2=mgh,整理得v2=2gh,故若该直线的斜率近似等于2g,则可认为钢柱下落过程中机械能守恒。 (4)设P、Q下落过程中所受阻力大小为Ff,则由动能定理得mgh-Ffh=mv2,整理得v2=2h,故v2-h图像斜率k=2,所以斜率越大,质量越大,结合图像可知P的质量比Q的质量大,即m1>m2。 考点一 考点二 考向二实验器材的创新 典题4 (2025山东泰安一模)在探究系统机械能守恒的实验中,某实验小组设计了如图甲所示的装置,在水平气垫导轨上安装了两个光电门M、N,带有小槽的滑块上固定一遮光条,细线绕过定滑轮与一沙桶相连,沙桶内装有一定量的沙子。已知光电门M、N之间的距离为L,沙桶及沙子的总质量为m1,遮光条的宽度为d,滑块与遮光条的总质量为m2,重力加速度为g。 甲 乙 考点一 考点二 (1)接通气源,滑块从某位置由静止释放,滑块在细线拉动下运动,记录遮光条通过光电门M、N的遮光时间分别为t1、t2,则滑块经过两光电门的过程中,滑块、遮光条、沙桶及沙子组成的系统动能的变化量 ΔEk=　　　　　　　　　　　,该过程中沙桶及沙子的重力势能的减少量 为　　　　　。(结果用m1、m2、d、t1、t2、g和L表示)  (2)现从沙桶中取出部分沙子,放入滑块的小槽中,测出沙桶和沙子的总质量m,重复(1)中的操作。 (3)用(2)中的方法,不断改变沙桶和沙子的总质量,多次实验,测得多组数据。作出沙桶和沙子的总质量m与滑块通过两光电门时速度的平方差Δv2的关 系图像,如图乙所示。则该图线的斜率为　　　　　(结果用m1、m2、g和 L表示)。  (m1+m2) m1gL 考点一 考点二 解析 (1)根据题意可知滑块经过光电门M、N的速度分别为v1=、v2= 则系统动能的变化量ΔEk=(m1+m2)(m1+m2) 整理得ΔEk=(m1+m2) 该过程中沙桶及沙子重力势能的减少量为m1gL。 (3)根据动能定理有mgL=(m1+m2)(m1+m2)(m1+m2)Δv2 整理得m=Δv2 可得图像斜率为k=。 考点一 考点二 $