实验7 验证机械能守恒定律(课时跟踪检测)-【优学精研】2027年高考物理一轮总复习学用Word（提升版）

**基本信息** 4道实验题聚焦验证机械能守恒定律，整合2025年各地模拟及高考真题，覆盖实验原理、操作、数据处理全流程，注重科学探究与误差分析能力。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |实验题|4道|机械能守恒定律实验原理、器材选择、操作规范、数据处理、误差分析|经典装置（重物下落、单摆、斜槽、阿特伍德机）与现代测量（光电门、游标卡尺）结合，分层设问，关联高考命题趋势|

实验7　验证机械能守恒定律 1.（1）FG　（2）打点计时器接直流电源　（3）A　（4） （5）9.67　（6）C 解析：（1）在“验证机械能守恒定律”的实验中，需要判断动能增加量与重力势能的减小量是否相等，所以要测量重物下降的高度和瞬时速度，测量下降高度和瞬时速度均需要刻度尺，不需要秒表，不必测量重物的质量，也不需要天平。故选F、G。 （2）电磁打点计时器需要用8 V的低压交流学生电源；电火花打点计时器需要220 V的交流电源，所以图中的打点计时器接直流电是错误的。 （3）使用打点计时器，必须先接通电源，后释放纸带，故选A。 （4）重力减少量为ΔEp＝mgh3，对应的动能增加量表达式ΔEk＝mv2＝m＝，二者相等说明机械能守恒，即mgh3＝，化简得gh3＝。 （5）根据机械能守恒表达式mgh＝mv2，解得v2＝2gh，斜率为k＝2g＝ m/s2，解得g＝9.67 m/s2。 （6）在验证机械能守恒定律实验中，由于重锤下落需要克服空气阻力以及纸带和限位孔的摩擦阻力做功，所以重力势能减少量稍大于动能增加量。故选C。 2.（1）　　（2）①50　②12 解析：（1）小球经过光电门的挡光时间Δt，可得小球到达平衡位置的速度v＝ 若机械能守恒，小球从最高点运动至平衡位置的过程，应满足mgh＝mv2 联立解得＝h，可得纵坐标为，图像的斜率为k＝。 （2）①10分度、20分度、50分度的游标卡尺的精确度分别为0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm，此游标卡尺测得小球直径d＝20.48 mm，可以判断所用的是50分度的游标卡尺。②若为25分度的游标卡尺，其精确度为0.04 mm，用此游标卡尺测量该小球直径，可得n＝＝12，则游标尺上第12条刻度线与主尺上的刻度线对齐。 3.（1）B　（2）甲　（3）15.7　（4）mgH　（5）不同意　钢球减小的重力势能有一部分转化为钢球的转动动能，相差很大的原因是钢球的转动动能没有计入 解析：（1）正确步骤为将斜槽安置于底座，调节斜槽在竖直平面内，调节斜槽末端水平，安装光电门，序号为④②③①。故选B。 （2）测量钢球的直径，应该使用外测量爪，故选甲。 （3）根据ΔEp＝mgh，下降高度为8.0×10－2 m时减少的重力势能为下降高度为4.0×10－2 m的二倍，代入数据可得ΔEp≈15.7×10－3 J。 （4）根据动能定理可得mgH－W理＝0，可得W理＝mgH。 （5）不同意，原因是钢球减小的重力势能有一部分转化为钢球的转动动能，相差很大的原因是钢球的转动动能没有计入。 4.（1）3.20　 （2）Mgh－mgh＝（M＋m）·－（M＋m）　F1h＝mgh＋m－m 解析：（1）主尺读数为3毫米，游标尺读数为10×0.02 mm＝0.20 mm，遮光条的宽度是3 mm＋0.20 mm＝3.20 mm。 （2）如果验证系统机械能守恒，需验证的表达式为Mgh－mgh＝（M＋m）－（M＋m）·，如果验证绳拉力对小物块A（含遮光条）做的功等于小物块A（含遮光条）机械能的增加量，还需要验证的表达式为F1h＝mgh＋m－m。 学科网（北京）股份有限公司 $ 实验7　验证机械能守恒定律 1.（2025·广东深圳一模）某同学利用重物自由下落来做“验证机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示。 （1）在“验证机械能守恒定律”的实验中，有下列器材可供选择： A.带夹子的铁架台 B.电磁式打点计时器 C.低压交流电源 D.纸带 E.带夹子的重物 F.秒表 G.天平 H.刻度尺 其中不必要的器材有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（填器材前面的字母）。 （2）请指出实验装置甲中存在的明显错误：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （3）进行实验时，为保证测量的重物下落时初速度为零，应选　　　　（选填“A”或“B”）。 A.先接通电源，再释放纸带 B.先释放纸带，再接通电源 （4）根据打出的纸带，选取纸带上连续打出的1、2、3、4四个点如图乙所示。已测出点1、2、3、4到打出的第一点0的距离分别为h1、h2、h3、h4，打点计时器的打点周期为T。若代入所测数据能满足表达式gh3＝　　　，则可验证重物下落过程机械能守恒（用题目中已测出的物理量表示）。 （5）某同学作出了v2-h图像（图丙），则由图线得到的重力加速度g＝　　　　m/s2（结果保留三位有效数字）。 （6）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，原因是　　　　（填正确选项前的字母）。 A.利用公式v＝gt计算重物速度 B.利用公式v＝计算重物速度 C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D.没有采用多次实验取平均值的方法 2.（2025·甘肃高考11题）某学习小组使用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。 把一个直径为d的小球用不可伸长的细线悬挂，光电门置于小球平衡位置处，其光线恰好通过小球球心，计时器与光电门相连。 将小球拉离平衡位置并记录其高度h，然后由静止释放（运动平面与光电门光线垂直），记录小球经过光电门的挡光时间Δt。改变h，测量多组数据。已知重力加速度为g，忽略阻力。 （1）以h为横坐标、　　　　（选填“Δt”“（Δt）2”“”或“”）为纵坐标作直线图。若所得图像过原点，且斜率为　　　　（用d和g表示），即可证明小球在运动过程中机械能守恒。 （2）实验中，用游标卡尺测得小球直径d＝20.48 mm。 ①由结果可知，所用的是　　　　分度的游标卡尺（填“10”“20”或“50）； ②小组设计了一把25分度的游标卡尺，未测量时的状态如图乙所示。如果用此游标卡尺测量该小球直径，则游标尺上第　　　　条刻度线与主尺上的刻度线对齐。 3.（2025·江苏高考11题）小明同学探究机械能守恒定律，实验装置如图。实验时，将小钢球在斜槽上某位置A由静止释放，钢球沿斜槽通过末端O处的光电门，光电门记录下钢球的遮光时间t。用游标卡尺测出钢球的直径d，由v＝得出其通过光电门的速度v，再计算出动能增加量ΔEk＝mv2。用刻度尺测得钢球下降的高度h，计算出重力势能减少量ΔEp。 （1）安装实验装置的操作有： ①在斜槽末端安装光电门 ②调节斜槽在竖直平面内 ③调节斜槽末端水平 ④将斜槽安装到底座上 其合理的顺序是　　　　（选填“A”“B”或“C”）。 A.①②③④　　 B.④②③①　 　C.④①②③ （2）测量钢球直径的正确操作是图中　　　　（选填“甲”或“乙”）所示的方式。 （3）在斜槽上5个不同的位置由静止释放钢球。测量得出的实验数据见表1。已知钢球的质量m＝0.02 kg，重力加速度g＝9.80 m/s2。请将下表的数据补充完整。 表1 h/ 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 ΔEk/ 4.90 6.25 7.45 8.78 10.0 ΔEp/ 7.84 9.80 11.8 13.7 （4）实验数据表明，ΔEk明显小于ΔEp，钢球在下降过程中发生机械能的损失。小明认为，机械能的损失主要是由于钢球受到的摩擦力做功造成的。 为验证此猜想，小明另取一个完全相同的斜槽按下图平滑对接。若钢球从左侧斜槽上A点由静止释放，运动到右侧斜槽上，最高能到达B点，A、B两点高度差为H，则该过程中，摩擦力做功大小的理论值W理＝　　　　　　（用m、g、H表示）。 （5）用上图的装置，按表1中所列部分高度h进行实验，测得摩擦力做功大小W测。由于观察到H值较小，小明认为，AO过程摩擦力做功近似等于AB过程的一半，即Wf＝。然后通过表1的实验数据，计算出AO过程损失的机械能ΔE＝ΔEp－ΔEk。整理相关数据，见表2。 表2 h/ 4.00 5.00 6.00 7.00 ΔE/ 2.94 3.55 4.35 4.92 Wf/ 0.98 1.08 1.18 1.27 上表中ΔE与Wf相差明显。小明认为这是由于用近似计算Wf不合理。你是否同意他的观点？　　　　请根据表2数据简要说明理由。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。 4.（2025·山西吕梁三模）阿特伍德机是英国数学家和物理学家阿特伍德制作的一种著名力学实验装置。受此原理启发，某实验小组设计了如图甲所示装置来验证系统机械能守恒。主要实验步骤如下：（当地重力加速度为g） ①用天平测出物块A（含遮光条）的质量m，用刻度尺测出两光电门间的竖直距离h，用50分度的游标卡尺测出遮光条的宽度d，如图乙所示。 ②用天平测出拉力传感器与小桶及桶内砂的总质量M。 ③按图甲所示连接物块A与拉力传感器及小桶，将小桶从图示位置由静止释放，记录物块A上的遮光条通过光电门1的时间t1、通过光电门2的时间t2和此过程中拉力传感器的示数为F1。 ④往小桶里加适量的砂，多次重复步骤②③。 请回答下列问题。 （1）遮光条的宽度d＝　　　mm。 （2）如果验证系统机械能守恒，需验证的表达式为　　　　　　　　　；如果进一步验证绳拉力对物块A（含遮光条）做的功等于物块A（含遮光条）机械能的增加量，还需要验证的表达式为　　　　　　　　。（均用题中的字母表示） 4 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $