实验七　验证机械能守恒定律 专项训练-2027届高考物理（通用版）一轮复习

**基本信息** 聚焦验证机械能守恒定律实验，通过多样化装置与问题设计，系统覆盖实验操作、数据处理及误差分析，体现科学探究与科学思维素养。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础操作与数据计算|3题|实验操作规范、器材选择、基础数据计算|从实验原理（重力势能与动能转化）到打点计时器基本数据处理，构建“原理-操作-计算”逻辑链| |拓展应用与误差分析|3题|创新实验装置（光电门、气垫导轨）、图像分析、误差原因探究|从传统自由落体到非重力做功系统，延伸至误差分析与图像验证，体现知识迁移与科学论证|

实验七　验证机械能守恒定律 1．(2026·辽宁省普通高中模拟)某实验小组用自由落体运动验证机械能守恒定律。 (1)实验中，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落。该小组同学在实验操作过程中出现如图1所示的四种情况，其中操作规范正确的是________。 (2)实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图2所示的一条纸带。在纸带上选取连续打出的5个点A、B、C、D、E，测得C、D、E三个点到起始点O的距离分别为hC、hD、hE。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m，则从打下O点到打下D点的过程中，重物的重力势能减少量为________，动能增加量为________________。(用上述测量量和已知量的符号表示) 解析：(1)实验中要让纸带竖直，减小实验误差；实验开始时应让重物靠近打点计时器，故选B。 (2)从打下O点到打下D点的过程中，重物的重力势能减少量ΔEp＝mghD，打下D点时的速度vD＝，则从打下O点到打下D点的过程中，动能增加量ΔEk＝mv－0＝。 答案：(1)B　(2)mghD　 2．(2026·江西新余市模拟)如图甲所示，学生将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置做“验证机械能守恒定律”实验(已知当地的重力加速度为g)。 (1)实验室提供的器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、铁架台和带夹子的重物，此外还需要的器材是________。 A．天平及砝码 B．毫米刻度尺 C．直流电源 D．交流电源 (2)实验中得到图乙所示的一条纸带(部分)。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知打点计时器打点的周期为T，设重物的质量为m，从打O点到打B点的过程中，动能增加量ΔEk＝________。 (3)该同学在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，得到如图丙所示的v2－h图像，由图像可求得当地的重力加速度g＝________m/s2(保留2位小数)。 解析：(1)验证机械能守恒定律，根据mgh＝mv2可知不需要测出重物的质量，A错误；需要测出下落的高度和末速度，需要用毫米刻度尺测量纸带上的点的距离，B正确；打点计时器需要用交流电源，C错误，D正确。 (2)B点的速度v＝，动能增加量ΔEk＝mv2＝。 (3)根据mgh＝mv2可知v2＝2gh，v2－h图像的斜率k＝2g＝，解得g＝9.70 m/s2。 答案：(1)BD　(2)　(3)9.70 3．(2026·江西上饶市模拟)某实验小组设计了如图所示的装置，研究金属小球下落过程中机械能守恒及小球与某种橡胶材料碰撞导致的机械能损失。让质量为m、直径为d(很小)的小球从距离光电门中心高h处静止释放，与水平放置的橡胶材料碰撞后竖直反弹。调节光电门位置，使小球每次释放后，在下落和反弹过程中均可通过光电门。 (1)测量时，接通数字计时器后释放小球。记录下落高度h及小球第一次和第二次通过光电门的遮光时间t1和t2。 (2)改变小球下落高度h，进行多次重复实验。为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应作下列哪一个图像________。 A．h－t图像 B．h－图像 C．h－t图像 D．h－图像 (3)经正确的实验操作，实验小组发现小球下落到光电门过程中动能增加量总是稍小于重力势能减少量，你认为增加释放高度h后，两者的差值会________(选填“增大”“不变”或“减小”)，造成这种结果的原因可能是______________。 (4)小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失ΔE＝____________(用字母m、d、t1和t2表示)。 解析：(2)小球下落过程中机械能守恒，有mgh＝mv2＝m，整理得h＝·，则作h－图像，故选B。 (3)增加释放高度h后，小球下落过程中克服空气阻力做的功更多，则动能增加量与重力势能减少量的差值会增大。 (4)机械能损失ΔE＝mv2－mv′2，且v′＝，则ΔE＝m－m＝。 答案：(2)B　(3)增大　克服空气阻力做的功更多 (4) 4．(2026·河北张家口市模拟)某实验小组探究滑块在气垫导轨上运动规律的实验装置如图甲所示，实验步骤如下： a.将一端带有定滑轮的气垫导轨放置于水平桌面上，调节气垫导轨水平； b.在气垫导轨上安装光电门1和2，将光电门1固定； c.测出遮光条的宽度d如图乙所示，将遮光条安装在滑块上，测出滑块和遮光条的总质量M； d.用细线连接滑块，将滑块放置在光电门1右侧气垫导轨上的某一位置，细线绕过左侧的定滑轮，悬挂质量为m的钩码，调节细线与导轨平行； e.启动气源，气垫导轨正常工作后，由静止释放滑块，记录遮光条通过光电门1的时间t0和通过光电门2的时间t； f.改变光电门2的位置，保持滑块从同一位置释放，多次记录遮光条通过光电门2的时间t和光电门1、2的间距L，作出－图像如图丙所示。 (1)遮光条的宽度d＝________mm。 (2)请表示出滑块在导轨上滑动时的加速度大小a＝____________(用d、t、t0、L表示)。 (3)若图丙中的图像的斜率为k，截距为b，重力加速度为g，则遮光条通过光电门1的瞬时速度v1＝________，＝________(均从b、d、k、g中选用合适的字母表示)。 解析：(1)螺旋测微器的精确值为0.01 mm，由题图乙可知遮光条的宽度d＝1 mm＋10.2×0.01 mm＝1.102 mm。 (2)滑块经过光电门1的速度v1＝，滑块经过光电门2的速度v2＝，根据v－v＝2aL，联立解得滑块在导轨上滑动时的加速度大小a＝。 (3)根据钩码与滑块组成的系统机械能守恒，可得mgL＝(M＋m)－(M＋m)，整理可得＝×＋，则题图丙中截距b＝，解得遮光条通过光电门1的时间t0＝，遮光条通过光电门1的瞬时速度v1＝＝d，题图丙中斜率k＝，解得＝。 答案：(1)1.102(1.101～1.103均可) (2)　(3)d　 5．(2026·江西鹰潭市模拟)某研究小组利用DIS实验装置验证机械能守恒定律。如图甲所示，内置有光电门的重锤通过轻杆与转轴O相连，重锤通过遮光片时可记录遮光时间。实验时，重锤从M点由静止释放，依次记录其通过每个遮光片所对应的时间t。用刻度尺测出每个遮光片距最低点N的竖直高度为h，重锤质量为m，重力加速度为g。 (1)实验前，用螺旋测微器测量遮光片的宽度d，其示数如图乙所示，则d＝________mm。 (2)若以最低点N为零势能面，则经过某个遮光片时，重锤的重力势能Ep＝mgh，动能Ek＝________(选用字母m、h、d、t、g等物理量表示)；对比通过各遮光片处重锤的机械能E(E＝Ep＋Ek)是否相等，可判断机械能是否守恒。 解析：(1)遮光片的宽度d＝(8.5＋38.2×0.01) mm＝8.882 mm。 (2)经过遮光片时的动能 Ek＝mv2＝m＝。 答案：(1)8.882(8.882～8.883均可)　(2) 6．(2026·黑龙江齐齐哈尔市模拟)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，导轨上滑块与挡光片的总质量M为200 g，滑块左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳和一质量m为300 g的小球相连。 (1)导轨上的B点有一光电门，挡光片的宽度用游标卡尺测出结果如图乙所示，其读数为________mm。 (2)某次实验时导轨的倾角θ＝30°，当地重力加速度g为9.8 m/s2，滑块由静止从A点到通过B点的过程中，测量出挡光片经过光电门的时间为0.005 3 s，A、B两点间的距离为53.00 cm，则系统的动能增加量ΔEk＝________，系统的重力势能减少量ΔEp＝________，在误差允许的范围内，其ΔEk＝ΔEp，可以认为系统的机械能守恒(结果均保留3位有效数字)。 解析：(1)20分度的游标卡尺精度为0.05 mm，固定刻度读数为10 mm，游标尺读数为0.05×12 mm＝0.60 mm，所以最终读数为10 mm＋0.60 mm＝10.60 mm。 (2)滑块从A处到达B处的速度v＝＝ m/s＝2 m/s，则系统动能的增加量ΔEk＝(m＋M)v2＝×(0.3＋0.2)×22 J＝1.00 J，系统重力势能的减小量ΔEp＝mgl－Mgl sin 30°＝gl＝×9.8×0.53 J≈1.04 J。 答案：(1)10.60　(2)1.00 J　1.04 J 学科网（北京）股份有限公司 $ 实验七　验证机械能守恒定律 1．(2026·辽宁省普通高中模拟)某实验小组用自由落体运动验证机械能守恒定律。 (1)实验中，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落。该小组同学在实验操作过程中出现如图1所示的四种情况，其中操作规范正确的是________。 (2)实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图2所示的一条纸带。在纸带上选取连续打出的5个点A、B、C、D、E，测得C、D、E三个点到起始点O的距离分别为hC、hD、hE。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m，则从打下O点到打下D点的过程中，重物的重力势能减少量为________，动能增加量为________________。(用上述测量量和已知量的符号表示) 2．(2026·江西新余市模拟)如图甲所示，学生将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置做“验证机械能守恒定律”实验(已知当地的重力加速度为g)。 (1)实验室提供的器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、铁架台和带夹子的重物，此外还需要的器材是________。 A．天平及砝码 B．毫米刻度尺 C．直流电源 D．交流电源 (2)实验中得到图乙所示的一条纸带(部分)。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知打点计时器打点的周期为T，设重物的质量为m，从打O点到打B点的过程中，动能增加量ΔEk＝________。 (3)该同学在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，得到如图丙所示的v2－h图像，由图像可求得当地的重力加速度g＝________m/s2(保留2位小数)。 3．(2026·江西上饶市模拟)某实验小组设计了如图所示的装置，研究金属小球下落过程中机械能守恒及小球与某种橡胶材料碰撞导致的机械能损失。让质量为m、直径为d(很小)的小球从距离光电门中心高h处静止释放，与水平放置的橡胶材料碰撞后竖直反弹。调节光电门位置，使小球每次释放后，在下落和反弹过程中均可通过光电门。 (1)测量时，接通数字计时器后释放小球。记录下落高度h及小球第一次和第二次通过光电门的遮光时间t1和t2。 (2)改变小球下落高度h，进行多次重复实验。为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应作下列哪一个图像________。 A．h－t图像 B．h－图像 C．h－t图像 D．h－图像 (3)经正确的实验操作，实验小组发现小球下落到光电门过程中动能增加量总是稍小于重力势能减少量，你认为增加释放高度h后，两者的差值会________(选填“增大”“不变”或“减小”)，造成这种结果的原因可能是______________。 (4)小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失ΔE＝____________(用字母m、d、t1和t2表示)。 4．(2026·河北张家口市模拟)某实验小组探究滑块在气垫导轨上运动规律的实验装置如图甲所示，实验步骤如下： a.将一端带有定滑轮的气垫导轨放置于水平桌面上，调节气垫导轨水平； b.在气垫导轨上安装光电门1和2，将光电门1固定； c.测出遮光条的宽度d如图乙所示，将遮光条安装在滑块上，测出滑块和遮光条的总质量M； d.用细线连接滑块，将滑块放置在光电门1右侧气垫导轨上的某一位置，细线绕过左侧的定滑轮，悬挂质量为m的钩码，调节细线与导轨平行； e.启动气源，气垫导轨正常工作后，由静止释放滑块，记录遮光条通过光电门1的时间t0和通过光电门2的时间t； f.改变光电门2的位置，保持滑块从同一位置释放，多次记录遮光条通过光电门2的时间t和光电门1、2的间距L，作出－图像如图丙所示。 (1)遮光条的宽度d＝________mm。 (2)请表示出滑块在导轨上滑动时的加速度大小a＝____________(用d、t、t0、L表示)。 (3)若图丙中的图像的斜率为k，截距为b，重力加速度为g，则遮光条通过光电门1的瞬时速度v1＝________，＝________(均从b、d、k、g中选用合适的字母表示)。 5．(2026·江西鹰潭市模拟)某研究小组利用DIS实验装置验证机械能守恒定律。如图甲所示，内置有光电门的重锤通过轻杆与转轴O相连，重锤通过遮光片时可记录遮光时间。实验时，重锤从M点由静止释放，依次记录其通过每个遮光片所对应的时间t。用刻度尺测出每个遮光片距最低点N的竖直高度为h，重锤质量为m，重力加速度为g。 (1)实验前，用螺旋测微器测量遮光片的宽度d，其示数如图乙所示，则d＝________mm。 (2)若以最低点N为零势能面，则经过某个遮光片时，重锤的重力势能Ep＝mgh，动能Ek＝________(选用字母m、h、d、t、g等物理量表示)；对比通过各遮光片处重锤的机械能E(E＝Ep＋Ek)是否相等，可判断机械能是否守恒。 6．(2026·黑龙江齐齐哈尔市模拟)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，导轨上滑块与挡光片的总质量M为200 g，滑块左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳和一质量m为300 g的小球相连。 (1)导轨上的B点有一光电门，挡光片的宽度用游标卡尺测出结果如图乙所示，其读数为________mm。 (2)某次实验时导轨的倾角θ＝30°，当地重力加速度g为9.8 m/s2，滑块由静止从A点到通过B点的过程中，测量出挡光片经过光电门的时间为0.005 3 s，A、B两点间的距离为53.00 cm，则系统的动能增加量ΔEk＝________，系统的重力势能减少量ΔEp＝________，在误差允许的范围内，其ΔEk＝ΔEp，可以认为系统的机械能守恒(结果均保留3位有效数字)。 学科网（北京）股份有限公司 $