第32课时 实验七_验证机械能守恒定律-（Word试题版）【创新大课堂】2027年高三物理一轮总复习

**基本信息** 聚焦“验证机械能守恒定律”实验，涵盖基础技能与创新应用，适配高中物理一轮复习，包含传统打点计时器实验及光电门、气垫导轨等创新设计。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |实验基础题|2题|实验原理、器材选择、数据处理、误差分析|结合2026湖南邵阳期中题，注重操作规范与数据计算| |创新应用题|3题|系统机械能守恒、光电门测速、气垫导轨减阻、圆弧/斜面运动|含2023天津卷真题及2026山东济宁模拟题，从单一物体拓展到连接体，融合现代实验技术|

第32课时 实验七：验证机械能守恒定律 考点一 实验技能储备 1. 验证机械能守恒定律 【实验原理】 通过实验，求出做自由落体运动物体的______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。 【实验器材】打点计时器、交流电源、纸带、复写纸（墨粉）、夹子、重物、______、铁架台（带铁夹）、导线。 【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______，再______，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：点迹清晰，且所选用的点在同一条直线上。 【数据处理】 （1）求瞬时速度 由公式可以计算出重物下落、、的高度时对应的瞬时速度、、。 （2）验证守恒 方案一：利用起始点和第点计算： 代入和，如果在实验误差允许的范围内，和相等，则验证了机械能守恒定律。 注意：应选取最初第1、2两点距离接近的纸带（电源频率为）。 方案二：任取两点计算 ①任取两点，测出，算出。 ②算出的值。 ③在实验误差允许的范围内，若，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，并计算对应速度，然后以为纵轴，以为横轴，根据实验数据作出图像。若在实验误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为的直线，则验证了机械能守恒定律。 【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______。 （2）重物应选用质量大、体积小、密度大的材料。 （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：某时刻瞬时速度的计算应用______，不能用或来计算。 （5）此实验中不需要测量重物的质量。 （2026・湖南邵阳高三期中） 2. 在验证机械能守恒定律的实验中，所用电源的频率为50Hz。某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测得各计数点到O点的距离，如图乙所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C分别是每打两个点取出的计数点。重力加速度g取。 （1）从下列选项中选出实验所必须的器材，其对应的字母为______。 A. 电火花计时器（包括纸带） B. 重锤 C. 天平 D. 秒表（或停表） （2）若重锤的质量为1.00kg，当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了______J；此时重锤的动能比开始下落时增加了______J。（结果均保留三位有效数字） （3）一同学分析得出的实验结果是重锤重力势能的减少量小于动能的增加量。下列对造成该实验结果的原因分析正确的是______。 A. 空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力 B. 选用重锤的质量过大 C. 交流电源的频率大于50Hz D. 交流电源的频率小于50Hz （4）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，然后以为纵轴，以为横轴，根据实验数据作出图，如图像丙所示。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为______的直线，则验证了机械能守恒定律。 A. 19.6 B. 9.80 C. 4.90 考点二 探索创新实验 1．实验器材的创新 （1）利用光电门测出遮光条通过光电门时间，从而利用计算滑块通过光电门的速度。 （2）利用气垫导轨代替长木板，减小阻力对实验结果的影响。 2．物体运动形式创新 物体从自由落体改为沿圆弧面下滑，在斜面上运动。 3．研究对象创新 研究对象从单个物体变为研究连接体这个系统的机械能守恒。 [例2] （2023・天津卷・9） 3. 如图放置实验器材，连接小车与托盘的绳子与桌面平行，遮光片与小车位于气垫导轨上，气垫导轨没有画出（视为无摩擦力），重力加速度为。接通电源，释放托盘与砝码，并测得： a、遮光片长度 b、遮光片到光电门长度 c、遮光片通过光电门时间 d、托盘与砝码质量，小车与遮光片质量 （1）小车通过光电门时的速度为________； （2）从释放到小车经过光电门，这一过程中，系统重力势能减少量为________，动能增加量为________； （3）改变，做多组实验，作出以为横坐标，以为纵坐标的图像。若机械能守恒成立，则图像斜率为________。 （2026・山东济宁模拟） 4. 某同学设计了如图甲所示的装置来验证机械能守恒定律。左侧铁架台的横杆上固定一拉力传感器，将小球（可视为质点）用不可伸长的细线悬挂在传感器上。右侧有两个竖直杆固定在底座上，杆上分别装有刻度尺和激光笔，激光笔保持水平。实验步骤如下： ①使小球自由静止在最低点，记录此时拉力传感器的示数； ②借助激光束调节刻度尺的零刻线与小球相平； ③借助激光笔测出悬点O与之间的高度差L； ④将激光笔向下移动到某位置，读出此时激光束与高度差h，并记为。把小球拉至该高度处（并使细线处于伸直状态），由静止释放小球，读出小球下摆过程中拉力传感器最大示数F，并记为； ⑤改变激光笔的高度重复步骤④，实验过程中h均小于L； ⑥测出多组F和h的数据，在坐标纸上做出图像如图乙所示。 （1）由题中信息可知，小球从高处摆到最低点的过程中重力势能的减少量为_____________，小球动能的增加量为_____________。（用题中所给物理量符号表示） （2）测得图像的斜率为k，如果该过程满足机械能守恒定律，则_____________。（用题中所给物理量符号表示） 5. 利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”，实验装置如图甲所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直，导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度v，实验时滑块在A处由静止开始运动． （1）某次实验测得倾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时，m和M组成的系统动能增加量可表示为ΔEk＝________________，系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝________，在误差允许的范围内，若ΔEk＝ΔEp，则可认为系统的机械能守恒．（用题中所给字母表示） （2）按上述实验方法，某同学改变A、B间的距离，得到滑块到B点时对应的速度，作出v2­d图像如图乙所示，并测得M＝m，则重力加速度g＝________m/s2. 第32课时 实验七：验证机械能守恒定律 考点一 实验技能储备 【1题答案】 【答案】 ①. 重力势能的减少量 ②. 刻度尺 ③. 接通电源 ④. 松开纸带 ⑤. 摩擦阻力 ⑥. 【解析】 【详解】[1]解析略 [2]还需要的实验器材为测量纸带两点间距的毫米刻度尺。 [3][4]在使用打点计时器时，都是先接通电源，后松开纸带。 [5]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。 [6]由知，当时，就近似等于瞬时速度。所以有 （2026・湖南邵阳高三期中） 【2题答案】 【答案】（1）AB （2） ①. ②. （3）D （4）A 【解析】 【小问1详解】 AB．需要使用打点计时器（包括纸带）打出纸带计算速度，需要使用重锤拖动纸带，故AB正确； C．实验要验证 因重锤质量被约去，可以直接验证 重锤质量可以不用测量，天平不是必须的器材，故C错误； D．打点计时器就是计时仪器，不需要秒表（或停表），故D错误。 故选AB。 【小问2详解】 [1]重锤从开始下落到打B点时，减少的重力势能 [2]打B点时速度 计数点间时间间隔 从重锤下落到打B点时增加的动能 联立解得 【小问3详解】 A．空气对重锤阻力和打点计时器对纸带的阻力，会导致重力势能部分转化为内能，则重力势能的减小量会略大于动能的增加量，故A错误； B．验证机械能守恒，即验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，质量可以约去，选择质量较大的重锤，不会使得重力势能的减小量小于动能的增加量，故B错误； CD．若交流电的频率小于50Hz，由于速度值仍按频率为50Hz计算，频率的计算值比实际值偏大，周期值偏小，算得的速度值偏大，动能值也就偏大，则可能出现重锤重力势能的减少量小于动能的增加量，同理，交流电源的频率大于，则频率的计算值比实际值偏小，周期值偏大，算得的速度值偏小，动能值也就偏小，则可能出现重力势能的减小量会略大于动能的增加量，故C错误，D正确。 故选D。 【小问4详解】 实验要验证 整理可得 则的斜率为 故选A。 考点二 探索创新实验 1．实验器材的创新 （1）利用光电门测出遮光条通过光电门的时间，从而利用计算滑块通过光电门的速度。 （2）利用气垫导轨代替长木板，减小阻力对实验结果的影响。 2．物体运动形式创新 物体从自由落体改为沿圆弧面下滑，在斜面上运动。 3．研究对象创新 研究对象从单个物体变为研究连接体这个系统的机械能守恒。 [例2] （2023・天津卷・9） 【3题答案】 【答案】（1） （2） ①. ②. （3） 【解析】 【小问1详解】 小车通过光电门时的速度为 【小问2详解】 [1]从释放到小车经过光电门，这一过程中，系统重力势能减少量为 [2]从释放到小车经过光电门，这一过程中，系统动能增加量为 【小问3详解】 若机械能守恒成立，有 整理有 改变，做多组实验，作出以为横坐标，以为纵坐标的图像。则图像斜率为。 （2026・山东济宁模拟） 【4题答案】 【答案】（1） ①. ②. （2） 【解析】 【小问1详解】 [1]对小球，根据平衡条件可得 小球从高处摆到最低点的过程中重力势能的减少量 [2]小球在最低点时，根据牛顿第二定律 又 联立可得小球动能的增加量 【小问2详解】 根据牛顿第二定律可得 若满足机械能守恒定律，则 联立可得 整理可得 若测得图像的斜率为 则该过程满足机械能守恒定律。 【5题答案】 【答案】（1） ①. ②. （2）9.6 【解析】 【小问1详解】 滑块到达B处时的速度，则系统动能的增加量. 系统重力势能的减小量 【小问2详解】 根据系统机械能守恒得 则 题图乙图线的斜率大小 又M＝m，解得g＝9.6 m/s2 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $