实验7 验证机械能守恒定律（复习讲义）（全国通用）2027年高考物理一轮复习讲练测

该高中物理高考复习讲义聚焦“验证机械能守恒定律”实验专题，涵盖教材原型（自由下落物体）与拓展创新（气垫导轨、光电门等）核心考点，按“原理-操作-数据处理-误差分析”逻辑架构知识体系，通过考点梳理、方法指导、真题训练环节，帮助学生构建实验问题分析框架。 资料以高考命题趋势为导向，突出创新实验情境教学，如通过气垫导轨测速、图像法验证等活动培养科学思维与科学探究能力，设置分层练习与易错辨析，助力学生高效突破数据处理、误差分析难点，为教师把控复习节奏、提升学生应考能力提供系统支撑。

实验7 验证机械能守恒定律（原卷版） 内容导航 对标素养，研判高考命题趋势 201 命题透视·考情前瞻 搭建知识框架，构建系统思维 302 思维建模·脉络梳理 拆解核心考点，归纳解题范式 403 考点精讲·靶向突破脉络梳理 考点一 教材原型实验：研究自由下落物体的机械能守恒 4 核心知识·解构 4 一、实验原理及器材 4 二、实验过程 4 三、数据处理 4 四、误差分析 5 五、注意事项 5 易错辨析·AI原创命题 5 热点考向·破译 6 考向1 实验原理、操作及注意事项 6 考向2 数据处理及误差分析 8 考点二 拓展创新实验 9 核心知识·解构 9 一、研究沿斜面下滑（光电门及气垫导轨）物体的机械能守恒 9 二、其他创新方案 9 热点考向·破译 10 考向1 研究沿斜面下滑（光电门及气垫导轨）物体的机械能守恒 10 考向2 其他创新方案 11 溯源真题逻辑，感知高考考向 1404 思维建模·脉络梳理 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 核心考点 2026年 2025年 2024年 教材原型实验：研究自由下落物体的机械能守恒 —— 2025•河南 2024•浙江 拓展创新实验 —— 2025•江西、2025•甘肃、2025•河北、2025•江苏、2025•湖北 —— 考情分析 题型与考向：本讲内容几乎每年、每卷必考，且常以实验题形式出现，。它不仅是独立的考点，更是理解功能关系、能量守恒定律的实践基础。命题者通过该实验，考查学生对实验原理的理解、实验操作的规范性、数据处理能力以及误差分析能力。早期的题目多聚焦于传统的打点计时器+纸带装置，考查纸带的数据处理和误差分析。近年来的命题趋势已全面转向 “创新实验装置” ，如利用气垫导轨+光电门、频闪相机、传感器（如力传感器、位移传感器）、手机视频分析软件等，考查学生将传统实验原理迁移到新情境中的能力。实验装置虽变，但验证的核心思想不变：即比较系统重力势能的减少量与动能的增加量是否相等。 情境与立意： 1. 传统打点计时器+纸带：重物自由下落，利用纸带记录运动，计算ΔEp和ΔEk比较 2. 气垫导轨+光电门：滑块在气垫导轨上运动，通过光电门测速，比较系统势能减少和动能增加 3. 传感器与数字化实验：利用力传感器、位移传感器、拉力传感器等测量数据，通过计算机或手机分析 复习目标 1.熟悉验证机械能守恒定律的实验原理、实验步骤及数据处理。 2.学会在创新实验中探究机械能守恒定律。 思维建模·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 教材原型实验：研究自由下落物体的机械能守恒 核心知识·解构 一、实验原理及器材 1.实验原理：利用打点计时器记录重物自由下落的运动过程。物体的质量可以用天平测出。纸带上某两点的距离等于物体下落的高度差 Δh，这样就能得到物体下落过程中重力势能的变化。物体的瞬时速度可以用大家熟悉的方法从纸带测出，从而得到它在各点的动能。比较重物在某两点间___________与_____________，就能验证机械能是否守恒。 2.实验器材：打点计时器、交变电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线． 二、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：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在______________________的地方。先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落，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． 三、数据处理 1. 求瞬时速度：由公式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___________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． ⚠易错提醒：应选取最初第1、2两点间距离接近2mm的纸带 (电源频率为50Hz) 方案二 任取两点计算：Ⅰ、任取两点A、B，测出hAB，算出___________. Ⅱ、算出___________的值． Ⅲ、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． 四、误差分析 1. 系统误差：因重物和纸带在下落过程中要克服阻力（空气阻力、打点计时器阻力）做功，故重物动能的增加量ΔEk稍___________其重力势能的减少量ΔEp，即___________，这属于___________，改进的方法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力。 2. 偶然误差：长度的测量，属于偶然误差。减小误差的方法是测下落距离时都从O点测量，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值 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_________________________________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，不能用或来计算． 5. 本实验___________在打下的点中取计数点。___________测重物的质量． 6. 由于摩擦和空气阻力的影响，本实验的系统误差总是使 易错辨析·AI原创命题 1. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，必须测量重物的质量。 ( ) 2. 实验中，应该先释放纸带，再接通电源。 ( ) 3. 为了减小实验误差，应选用质量大、体积小的重物。 ( ) 4. 纸带上的第一个点必须是清晰的，且应该是重物自由下落时打下的第一个点。 ( ) 5. 实验中，可以用公式 v = gt 或 v = 来计算重物的瞬时速度。 ( ) 6. 实验结果显示，重力势能的减少量总是略大于动能的增加量。 ( ) 7. 该实验中，可以不用天平测量重物的质量，因为质量可以在等式两边约去。 ( ) 8. 实验中，选取的计数点必须是从起始点开始每隔4个点选取一个。 ( ) 【易错点总结表】 易混易错概念 对应题目 关键辨析点 是否需要测量质量 1, 7 验证机械能守恒时，等式 mgh = 两边质量 m 可以约去，因此不需要测量质量。但若验证动能定理等，则需测量。 实验操作顺序 2 正确的操作顺序是：先接通电源，打点计时器稳定工作后，再释放纸带。顺序反了会导致纸带利用率低，点迹不清晰。 重物的选择 3 应选用质量大、体积小的重物，以减小空气阻力的影响，因为重力远大于阻力，从而保证重物下落过程近似为自由落体运动。 纸带的选择 4 应选择第一个点迹清晰，且第一、二两点间的距离接近2mm的纸带，这样可以认为重物是在打第一个点时开始下落的，初速度为零。 速度的计算方法 5 不能使用 v = gt 或 v = 计算速度，因为这些公式本身就默认了机械能守恒，用它来验证会陷入逻辑循环。正确方法是用纸带上的数据通过 v中时 = x/t 计算。 实验误差分析 6, 由于存在空气阻力和纸带与打点计时器间的摩擦阻力，重物下落时重力势能的减少量会略大于动能的增加量。在 v²/2 - gh 图像中，斜率应略小于1。 计数点的选取 8 计数点可以取连续的几个点，也可以每隔几个点取一个，并非必须每隔4个点。选取原则是便于测量，点迹清晰。 热点考向·破译 考向1 实验原理、操作及注意事项 例1（2026·山东济宁·三模）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，可提供输出电压为的交流电，交流电的频率为。重锤从高处由静止开始下落，电磁打点计时器在纸带上打出一系列的点，对纸带上的点测量并分析，即可验证机械能守恒定律，已知重力加速度大小为。 该同学进行了下面几个操作步骤： A．按照图甲所示的装置安装器材； B．将打点计时器接到学生电源上； C．用天平测出重锤的质量； D．先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带； E．测量纸带上选定点与点间的距离； F．根据测量的结果处理数据。 (1)其中没有必要进行或操作不当的步骤是________。（填步骤前的选项字母） (2)该同学对纸带进行测量，如图乙所示，其中点为起始点，、、、、、为六个连续打出的点，根据纸带上的测量数据，可得出打点时重锤的速度大小为________。（计算结果保留3位有效数字） (3)若测得多组重锤下落距离和对应速度大小的数据，绘制出图像。在实验误差允许范围内，若图线是一条倾斜直线，且斜率近似等于________，则可认为重锤下落过程中机械能守恒。 【变式训练1】（2026·天津·三模）某实验小组通过实验验证机械能守恒定律。 (1)该小组用如图所示的器材进行实验，下列图中实验操作正确的是________； A． B． C． D． (2)该小组进行实验后得到如图甲所示的纸带，把第一个点（初速度为零）记作O点，测出点A、C间的距离，点C、E间的距离，打点计时器所用电源的频率为50Hz。由图甲可计算出打点计时器打下C点时重物下落的瞬时速度________；（结果保留两位有效数字） (3)该小组测量从第一点O到其余各点间的距离为重物下落的高度h，并计算出各点对应的速度v，然后以为纵轴，以h为横轴，作出如图乙所示的图像。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率约为________（填选项字母）的直线，则验证了机械能守恒定律。（重力加速度大小取） A．4.9 B．9.8 C．14.7 D．19.6 考向2 数据处理及误差分析 例2（2026·安徽合肥·二模）某同学采用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。图乙为实验得到的一条点迹清晰的纸带，将第一个点标记为0，之后的点依次标记为1、2、3……，测得部分数据如图乙所示。已知当地重力加速度为，交流电频率为，图中数据、、、、、均为已知量。 (1)该实验________（选填“需要”或“不需要”）测量重物的质量。 (2)打下点“8”至点“18”过程中，若重物机械能守恒，则应满足的关系式为_______（用题中字母表示）。 (3)某次实验，重物重力势能的减少量为，动能的增加量为，由于存在阻力（设阻力大小恒定），会略大于，若相对误差小于，则可认为验证成功。该同学实验操作正确，利用纸带求得重物下落的加速度为，若_____，则可认为验证成功。 考点二 拓展创新实验 核心知识·解构 一、研究沿斜面下滑（光电门及气垫导轨）物体的机械能守恒 实验思路物体沿光滑斜面下滑时，虽然受到重力和斜面的支持力，但支持力与物体位移方向垂直（如图），对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件。 我们利用气垫导轨和数字计时器记录物体沿光滑斜面下滑的运动过程。气垫导轨上有很多小孔，气泵送来的压缩空气从小孔喷出，使得滑块与导轨之间有一层薄薄的空气层，两者不会直接接触。这样，滑块运动时受到的阻力很小，实验的精确度能大大提高。 计时系统的工作要借助于光源和光敏管（统称光电门）。光源与光敏管相对，它射出的光使光敏管感光。当滑块经过时，其上的遮光条把光遮住，与光敏管相连的电子电路自动记录遮光时间，通过数码屏显示出来。根据遮光条的宽度和遮光时间，可以算出滑块经过时的速度。因为这样的计时系统可以测出 0.001 s 的时间，并且能直接以数字显示，所以又叫数字毫秒计。 实验操作中，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，重力势能减小，动能增大。测量滑块和挡光片的质量，用光电门测量滑块的瞬时速度。测量滑块下降的高度Δh和初、末速度v1、v2，就可以验证机械能是否守恒。 二、其他创新方案 1.速度测量方法的创新 从测量纸带上求各点速度→ 2.运动形式创新 ①从自由落体运动改为沿圆弧面或斜面运动。 ②用细线悬挂的小球摆动时，细线的拉力与小球的运动方向垂直，对物体不做功。如果忽略空气阻力，这个过程中只有重力做功，也满足机械能守恒的条件。 3.研究对象创新 从单个物体创新为两个物体组成的系统，比如引入弹簧，来验证系统在某一过程机械能守恒。 热点考向·破译 考向1 研究沿斜面下滑（光电门及气垫导轨）物体的机械能守恒 例3（2026·江苏常州·二模）某探究小组利用如图甲所示的实验装置验证系统的机械能守恒定律，已知当地的重力加速度为。 (1)该小组准备了个质量为的槽码，用天平测出滑块含遮光条的质量为，用游标卡尺测出滑块上遮光条的宽度示数如图乙所示，则__________。 (2)固定在气垫导轨右侧的水平仪中的气泡如图丙所示，为了将其调成水平，操作合理的是 。（多选） A．适当调高调节旋钮 B．适当调高调节旋钮 C．适当调低调节旋钮 D．适当增大光电门、间距 (3)气垫导轨调节水平后，用细线连接滑块和槽码，细线跨过定滑轮，调节定滑轮的高度，使牵引滑块的细线与气垫导轨平行。在光电门右侧适当位置由静止释放滑块，滑块经过光电门时槽码未着地，数字毫秒计记录下滑块先后通过光电门、时的遮光时间为和。测出光电门、间距为。滑块经过光电门2时的速度_______，若表达式 ________________（用，，，表示）成立，则系统机械能守恒。 (4)若细线与导轨不平行且不计所有阻力，小明认为动能增加量的测量值等于真实值，你是否同意他的观点，并说明理由。___________________________________________________ 例4（2026·山东滨州·一模）某探究小组利用如图甲所示的气垫导轨和数字计时器记录物体沿光滑斜面下滑的运动过程，从而验证机械能守恒定律。气垫导轨上有很多小孔，气泵送来的压缩空气从小孔喷出，使滑块与导轨之间有一层薄薄的空气层，两者不会直接接触，这样可认为导轨光滑。计时系统的工作要借助于光电门，当滑块经过时，其上的遮光条把光遮住，与光电门相连的电子电路自动记录遮光时间，已知重力加速度为g。 (1)用螺旋测微器测出遮光条的宽度，测量结果如图乙所示，则遮光条的宽度d=__________mm。 (2)调节气垫导轨水平，测量出两光电门之间的距离x和左右调平旋钮沿导轨方向的距离L。将左调平旋钮用高为h的垫片垫高，使轨道倾斜，则两光电门之间的竖直高度差=___________。 (3)保持气垫导轨倾斜状态不变，滑块沿气垫导轨下滑时依次通过两光电门1、2，为了验证滑块和遮光条系统的机械能守恒，除了d和，还需要测量下列哪些物理量 。 A．滑块和遮光条的总质量m B．滑块从开始运动分别到两光电门1、2的距离x1、x2 C．滑块经过两光电门1、2之间的时间t D．滑块通过两光电门1、2的遮光时间t1、t2 (4)要验证滑块和遮光条系统的机械能守恒，应满足的关系式为_________（用d、和第3问中测量的物理量的字母表示）。 考向2 其他创新方案 例5（2026·安徽六安·模拟预测）图甲为某兴趣小组设计的实验装置，在单摆悬点处安装力传感器，可采集摆线的拉力；在小球的平衡位置正下方安装光电门，可采集小球底部的轻质遮光片遮住光的时间。利用本装置可以完成测量当地重力加速度大小g、验证机械能守恒定律等实验。实验操作如下： (1)测量所需长度：用刻度尺测得摆线长度为L，用游标卡尺测得小球直径为D；用螺旋测微器测量遮光片的宽度为d，如图乙所示，则d=__________mm。 (2)测量当地重力加速度的大小：将小球拉至与竖直方向成较小角度并由静止释放。利用力传感器，获得摆线所受拉力F的大小与时间t的关系图像，如图丙所示，则单摆的周期T=_________（用“t1”“t2”表示），从而测量重力加速度。 (3)验证机械能守恒定律： ①将小球拉至与竖直方向成较大角度θ，并由静止释放。 ②记录小球经过平衡位置时遮光片的遮光时间为t。则此时遮光片的速度大小为v=________（用“d”“t”表示），并将此速度视为小球经过平衡位置时的速度。 ③改变θ，重复①和②。 ④根据所测数据，小球由静止运动到平衡位置的过程中，在误差允许的范围内，若满足_________的关系式（用“g”“θ”“L”“D”表示），则小球在上述过程中机械能守恒。 ▶新情境◀【变式训练2·信息技术与学科知识结合】（2026·湖南衡阳·模拟预测）小明利用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，所用器材包括：智能手机、铁球、刻度尺、钢尺等。 (1)下列实验操作步骤，正确的顺序是________。 ①将质量为的铁球放在钢尺末端 ②迅速敲击钢尺侧面，铁球自由下落 ③传感器记录下声音振幅随时间变化的曲线 ④将钢尺伸出水平桌面少许，用刻度尺测出钢尺上表面与地板间的高度差h ⑤将手机置于桌面上方，运行手机中的声音“振幅”（声音传感器）项目 (2)声音振幅随时间变化曲线如图乙所示，第一、第二个尖峰的横坐标分别对应铁球开始下落和落地时刻，对应的时间间隔t=________s。 (3)若铁球下落过程中机械能守恒，则应满足等式：______（用、、表示）。 (4)若敲击钢尺侧面时铁球获得一个较小的水平速度，对实验测量结果_____（填“有”或“没有”）影响。 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（2025·河南·高考真题）实验小组利用图1所示装置验证机械能守恒定律。可选用的器材有：交流电源（频率）、铁架台、电子天平、重锤、打点计时器、纸带、刻度尺等。 (1)下列所给实验步骤中，有4个是完成实验必需且正确的，把它们选择出来并按实验顺序排列：________（填步骤前面的序号） ①先接通电源，打点计时器开始打点，然后再释放纸带 ②先释放纸带，然后再接通电源，打点计时器开始打点 ③用电子天平称量重锤的质量 ④将纸带下端固定在重锤上，穿过打点计时器的限位孔，用手捏住纸带上端 ⑤在纸带上选取一段，用刻度尺测量该段内各点到起点的距离，记录分析数据 ⑥关闭电源，取下纸带 (2)图2所示是纸带上连续打出的五个点A、B、C、D、E到起点的距离。则打出B点时重锤下落的速度大小为________ （保留3位有效数字）。 (3)纸带上各点与起点间的距离即为重锤下落高度h，计算相应的重锤下落速度v，并绘制图3所示的关系图像。理论上，若机械能守恒，图中直线应________（填“通过”或“不通过”）原点且斜率为________（用重力加速度大小g表示）。由图3得直线的斜率________（保留3位有效数字）。 (4)定义单次测量的相对误差，其中是重锤重力势能的减小量，是其动能增加量，则实验相对误差为________（用字母k和g表示）；当地重力加速度大小取，则________（保留2位有效数字），若，可认为在实验误差允许的范围内机械能守恒。 2．（2025·江西·高考真题）某小组利用气垫导轨、两个光电门、滑块、遮光片等，组成具有一定倾角的导轨装置，研究机械能守恒定律。重力加速度g取。 (1)实验前，应合理安装实验器材。图（a）中光电门____的位置安装不合理，应如何调整_____： (2)实验时，导轨倾斜角的正弦值，光电门1、2相距L。将宽度的遮光片固定于滑块上，从导轨最左端静止释放滑块，分别记录遮光片通过光电门1、2的时间和。移动光电门2的位置改变L，重复实验，所测数据见下表。 … 滑块经过光电门1、2的速度分别为和。当时，_____，滑块通过两光电门下降的高度_____。（结果保留2位小数） (3)处理上表数据，并绘制关系曲线（其中），如图（b）所示。根据图（b）中的信息，分析滑块在下滑过程中机械能是否守恒：_____，并给出理由：________。 3．（2025·甘肃·高考真题）某学习小组使用如图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。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、________（填“”、“”、“”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。 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。 1 / 17 学科网（北京）股份有限公司 $null 实验7 验证机械能守恒定律（解析版） 内容导航 对标素养，研判高考命题趋势 201 命题透视·考情前瞻 搭建知识框架，构建系统思维 302 思维建模·脉络梳理 拆解核心考点，归纳解题范式 403 考点精讲·靶向突破脉络梳理 考点一 教材原型实验：研究自由下落物体的机械能守恒 4 核心知识·解构 4 一、实验原理及器材 4 二、实验过程 4 三、数据处理 4 四、误差分析 5 五、注意事项 5 易错辨析·AI原创命题 5 热点考向·破译 6 考向1 实验原理、操作及注意事项 6 考向2 数据处理及误差分析 9 考点二 拓展创新实验 10 核心知识·解构 10 一、研究沿斜面下滑（光电门及气垫导轨）物体的机械能守恒 10 二、其他创新方案 11 热点考向·破译 11 考向1 研究沿斜面下滑（光电门及气垫导轨）物体的机械能守恒 11 考向2 其他创新方案 14 溯源真题逻辑，感知高考考向 1804 思维建模·脉络梳理 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 核心考点 2026年 2025年 2024年 教材原型实验：研究自由下落物体的机械能守恒 —— 2025•河南 2024•浙江 拓展创新实验 —— 2025•江西、2025•甘肃、2025•河北、2025•江苏、2025•湖北 —— 考情分析 题型与考向：本讲内容几乎每年、每卷必考，且常以实验题形式出现，。它不仅是独立的考点，更是理解功能关系、能量守恒定律的实践基础。命题者通过该实验，考查学生对实验原理的理解、实验操作的规范性、数据处理能力以及误差分析能力。早期的题目多聚焦于传统的打点计时器+纸带装置，考查纸带的数据处理和误差分析。近年来的命题趋势已全面转向 “创新实验装置” ，如利用气垫导轨+光电门、频闪相机、传感器（如力传感器、位移传感器）、手机视频分析软件等，考查学生将传统实验原理迁移到新情境中的能力。实验装置虽变，但验证的核心思想不变：即比较系统重力势能的减少量与动能的增加量是否相等。 情境与立意： 1. 传统打点计时器+纸带：重物自由下落，利用纸带记录运动，计算ΔEp和ΔEk比较 2. 气垫导轨+光电门：滑块在气垫导轨上运动，通过光电门测速，比较系统势能减少和动能增加 3. 传感器与数字化实验：利用力传感器、位移传感器、拉力传感器等测量数据，通过计算机或手机分析 复习目标 1.熟悉验证机械能守恒定律的实验原理、实验步骤及数据处理。 2.学会在创新实验中探究机械能守恒定律。 思维建模·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 教材原型实验：研究自由下落物体的机械能守恒 核心知识·解构 一、实验原理及器材 1.实验原理：利用打点计时器记录重物自由下落的运动过程。物体的质量可以用天平测出。纸带上某两点的距离等于物体下落的高度差 Δh，这样就能得到物体下落过程中重力势能的变化。物体的瞬时速度可以用大家熟悉的方法从纸带测出，从而得到它在各点的动能。比较重物在某两点间动能的变化与重力势能的变化，就能验证机械能是否守恒。 2.实验器材：打点计时器、交变电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线． 二、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：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落，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． 三、数据处理 1. 求瞬时速度：由公式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． ⚠易错提醒：应选取最初第1、2两点间距离接近2mm的纸带 (电源频率为50Hz) 方案二 任取两点计算：Ⅰ、任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB. Ⅱ、算出的值． Ⅲ、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． 四、误差分析 1. 系统误差：因重物和纸带在下落过程中要克服阻力（空气阻力、打点计时器阻力）做功，故重物动能的增加量ΔEk稍小于其重力势能的减少量ΔEp，即ΔEk＜ΔEp，这属于系统误差，改进的方法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力。 2. 偶然误差：长度的测量，属于偶然误差。减小误差的方法是测下落距离时都从O点测量，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值 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，不能用或来计算． 5. 本实验不需要在打下的点中取计数点。也不需要测重物的质量． 6. 由于摩擦和空气阻力的影响，本实验的系统误差总是使 易错辨析·AI原创命题 1. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，必须测量重物的质量。 ( × ) 2. 实验中，应该先释放纸带，再接通电源。 ( × ) 3. 为了减小实验误差，应选用质量大、体积小的重物。 ( √ ) 4. 纸带上的第一个点必须是清晰的，且应该是重物自由下落时打下的第一个点。 ( √ ) 5. 实验中，可以用公式 v = gt 或 v = 来计算重物的瞬时速度。 ( × ) 6. 实验结果显示，重力势能的减少量总是略大于动能的增加量。 ( √ ) 7. 该实验中，可以不用天平测量重物的质量，因为质量可以在等式两边约去。 ( √ ) 8. 实验中，选取的计数点必须是从起始点开始每隔4个点选取一个。 ( × ) 【易错点总结表】 易混易错概念 对应题目 关键辨析点 是否需要测量质量 1, 7 验证机械能守恒时，等式 mgh = 两边质量 m 可以约去，因此不需要测量质量。但若验证动能定理等，则需测量。 实验操作顺序 2 正确的操作顺序是：先接通电源，打点计时器稳定工作后，再释放纸带。顺序反了会导致纸带利用率低，点迹不清晰。 重物的选择 3 应选用质量大、体积小的重物，以减小空气阻力的影响，因为重力远大于阻力，从而保证重物下落过程近似为自由落体运动。 纸带的选择 4 应选择第一个点迹清晰，且第一、二两点间的距离接近2mm的纸带，这样可以认为重物是在打第一个点时开始下落的，初速度为零。 速度的计算方法 5 不能使用 v = gt 或 v = 计算速度，因为这些公式本身就默认了机械能守恒，用它来验证会陷入逻辑循环。正确方法是用纸带上的数据通过 v中时 = x/t 计算。 实验误差分析 6, 由于存在空气阻力和纸带与打点计时器间的摩擦阻力，重物下落时重力势能的减少量会略大于动能的增加量。在 v²/2 - gh 图像中，斜率应略小于1。 计数点的选取 8 计数点可以取连续的几个点，也可以每隔几个点取一个，并非必须每隔4个点。选取原则是便于测量，点迹清晰。 热点考向·破译 考向1 实验原理、操作及注意事项 例1（2026·山东济宁·三模）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，可提供输出电压为的交流电，交流电的频率为。重锤从高处由静止开始下落，电磁打点计时器在纸带上打出一系列的点，对纸带上的点测量并分析，即可验证机械能守恒定律，已知重力加速度大小为。 该同学进行了下面几个操作步骤： A．按照图甲所示的装置安装器材； B．将打点计时器接到学生电源上； C．用天平测出重锤的质量； D．先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带； E．测量纸带上选定点与点间的距离； F．根据测量的结果处理数据。 (1)其中没有必要进行或操作不当的步骤是________。（填步骤前的选项字母） (2)该同学对纸带进行测量，如图乙所示，其中点为起始点，、、、、、为六个连续打出的点，根据纸带上的测量数据，可得出打点时重锤的速度大小为________。（计算结果保留3位有效数字） (3)若测得多组重锤下落距离和对应速度大小的数据，绘制出图像。在实验误差允许范围内，若图线是一条倾斜直线，且斜率近似等于________，则可认为重锤下落过程中机械能守恒。 【答案】(1)C (2) (3) 【详解】（1）验证机械能守恒定律时，需要验证的关系为 等式两边质量可约去，不需要测量重锤的质量，因此步骤C没有必要，其余步骤操作均正确。 故选C。 （2）交流电频率为，相邻打点的时间间隔 打B点的速度等于A到C段的平均速度，则 （3）若机械能守恒，则有 可得 因此图像为过原点的倾斜直线，斜率大小等于重力加速度，若图线是一条倾斜直线，且斜率近似等于，即可验证机械能守恒。 【变式训练1】（2026·天津·三模）某实验小组通过实验验证机械能守恒定律。 (1)该小组用如图所示的器材进行实验，下列图中实验操作正确的是________； A． B． C． D． (2)该小组进行实验后得到如图甲所示的纸带，把第一个点（初速度为零）记作O点，测出点A、C间的距离，点C、E间的距离，打点计时器所用电源的频率为50Hz。由图甲可计算出打点计时器打下C点时重物下落的瞬时速度________；（结果保留两位有效数字） (3)该小组测量从第一点O到其余各点间的距离为重物下落的高度h，并计算出各点对应的速度v，然后以为纵轴，以h为横轴，作出如图乙所示的图像。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率约为________（填选项字母）的直线，则验证了机械能守恒定律。（重力加速度大小取） A．4.9 B．9.8 C．14.7 D．19.6 【答案】(1)B (2) (3)D 【详解】（1）打点计时器需接交流电源，用手捏住或用夹子夹住纸带上端把重物吊起，纸带处于绷直状态。 故选B。 （2）相邻两个计数点间的时间间隔 打到C点时速度 （3）实验需要验证 整理得 则 故选D。 考向2 数据处理及误差分析 例2（2026·安徽合肥·二模）某同学采用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。图乙为实验得到的一条点迹清晰的纸带，将第一个点标记为0，之后的点依次标记为1、2、3……，测得部分数据如图乙所示。已知当地重力加速度为，交流电频率为，图中数据、、、、、均为已知量。 (1)该实验________（选填“需要”或“不需要”）测量重物的质量。 (2)打下点“8”至点“18”过程中，若重物机械能守恒，则应满足的关系式为_______（用题中字母表示）。 (3)某次实验，重物重力势能的减少量为，动能的增加量为，由于存在阻力（设阻力大小恒定），会略大于，若相对误差小于，则可认为验证成功。该同学实验操作正确，利用纸带求得重物下落的加速度为，若_____，则可认为验证成功。 【答案】(1)不需要 (2) (3)0.95 【详解】（1）验证机械能守恒时，我们验证的是，等式两边的质量可以约去，因此不需要测量重物的质量。 （2）交流电频率为，则打点周期​。根据匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于平均速度 可得：点8的速度 ，点18的速度 点8到点18，重物下落高度为​，机械能守恒满足重力势能减少量等于动能增加量 ​整理得 ​ （3）设重物下落高度为h，重力势能减少量，根据牛顿第二定律 根据动能定理。代入相对误差公式 ​ 整理得 考点二 拓展创新实验 核心知识·解构 一、研究沿斜面下滑（光电门及气垫导轨）物体的机械能守恒 实验思路物体沿光滑斜面下滑时，虽然受到重力和斜面的支持力，但支持力与物体位移方向垂直（如图），对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件。 我们利用气垫导轨和数字计时器记录物体沿光滑斜面下滑的运动过程。气垫导轨上有很多小孔，气泵送来的压缩空气从小孔喷出，使得滑块与导轨之间有一层薄薄的空气层，两者不会直接接触。这样，滑块运动时受到的阻力很小，实验的精确度能大大提高。 计时系统的工作要借助于光源和光敏管（统称光电门）。光源与光敏管相对，它射出的光使光敏管感光。当滑块经过时，其上的遮光条把光遮住，与光敏管相连的电子电路自动记录遮光时间，通过数码屏显示出来。根据遮光条的宽度和遮光时间，可以算出滑块经过时的速度。因为这样的计时系统可以测出 0.001 s 的时间，并且能直接以数字显示，所以又叫数字毫秒计。 实验操作中，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，重力势能减小，动能增大。测量滑块和挡光片的质量，用光电门测量滑块的瞬时速度。测量滑块下降的高度Δh和初、末速度v1、v2，就可以验证机械能是否守恒。 二、其他创新方案 1.速度测量方法的创新 从测量纸带上求各点速度→ 2.运动形式创新 ①从自由落体运动改为沿圆弧面或斜面运动。 ②用细线悬挂的小球摆动时，细线的拉力与小球的运动方向垂直，对物体不做功。如果忽略空气阻力，这个过程中只有重力做功，也满足机械能守恒的条件。 3.研究对象创新 从单个物体创新为两个物体组成的系统，比如引入弹簧，来验证系统在某一过程机械能守恒。 热点考向·破译 考向1 研究沿斜面下滑（光电门及气垫导轨）物体的机械能守恒 例3（2026·江苏常州·二模）某探究小组利用如图甲所示的实验装置验证系统的机械能守恒定律，已知当地的重力加速度为。 (1)该小组准备了个质量为的槽码，用天平测出滑块含遮光条的质量为，用游标卡尺测出滑块上遮光条的宽度示数如图乙所示，则__________。 (2)固定在气垫导轨右侧的水平仪中的气泡如图丙所示，为了将其调成水平，操作合理的是 。（多选） A．适当调高调节旋钮 B．适当调高调节旋钮 C．适当调低调节旋钮 D．适当增大光电门、间距 (3)气垫导轨调节水平后，用细线连接滑块和槽码，细线跨过定滑轮，调节定滑轮的高度，使牵引滑块的细线与气垫导轨平行。在光电门右侧适当位置由静止释放滑块，滑块经过光电门时槽码未着地，数字毫秒计记录下滑块先后通过光电门、时的遮光时间为和。测出光电门、间距为。滑块经过光电门2时的速度_______，若表达式 ________________（用，，，表示）成立，则系统机械能守恒。 (4)若细线与导轨不平行且不计所有阻力，小明认为动能增加量的测量值等于真实值，你是否同意他的观点，并说明理由。___________________________________________________ 【答案】(1) (2)BC (3) (4)不同意，若细线与导轨不平行，即细线与导轨之间存在有夹角 ，光电门测量的是滑块的速度，根据绳的牵连速度规律可知，槽码的速度等于滑块的速度沿绳方向的分速度，即槽码的速度小于滑块的速度，由于实验过程中，认为槽码的速度等于滑块的速度，导致槽码的测量速度偏大，则动能增加量的测量值大于真实值 【详解】（1）根据游标卡尺的读数规律可知，该读数为 （2）ABC．根据图丙可知，水平仪中的气泡偏向左侧，表明气垫导轨左侧偏高，为了将其调成水平，应适当调低左侧调节旋钮P，或者适当调高右侧调节旋钮Q，故A错误，B正确，C正确； D．气垫导轨是否水平与调节光电门1、2间距无关，故D错误。 故选BC。 （3）[1]滑块先后通过光电门、时的遮光时间为和，滑块经过光电门时的速度 [2]根据机械能守恒定律有 （4）不同意，若细线与导轨不平行，即细线与导轨之间存在有夹角 ，光电门测量的是滑块的速度，根据绳的牵连速度规律可知，槽码的速度等于滑块的速度沿绳方向的分速度，即槽码的速度小于滑块的速度，由于实验过程中，认为槽码的速度等于滑块的速度，导致槽码的测量速度偏大，则动能增加量的测量值大于真实值。 例4（2026·山东滨州·一模）某探究小组利用如图甲所示的气垫导轨和数字计时器记录物体沿光滑斜面下滑的运动过程，从而验证机械能守恒定律。气垫导轨上有很多小孔，气泵送来的压缩空气从小孔喷出，使滑块与导轨之间有一层薄薄的空气层，两者不会直接接触，这样可认为导轨光滑。计时系统的工作要借助于光电门，当滑块经过时，其上的遮光条把光遮住，与光电门相连的电子电路自动记录遮光时间，已知重力加速度为g。 (1)用螺旋测微器测出遮光条的宽度，测量结果如图乙所示，则遮光条的宽度d=__________mm。 (2)调节气垫导轨水平，测量出两光电门之间的距离x和左右调平旋钮沿导轨方向的距离L。将左调平旋钮用高为h的垫片垫高，使轨道倾斜，则两光电门之间的竖直高度差=___________。 (3)保持气垫导轨倾斜状态不变，滑块沿气垫导轨下滑时依次通过两光电门1、2，为了验证滑块和遮光条系统的机械能守恒，除了d和，还需要测量下列哪些物理量 。 A．滑块和遮光条的总质量m B．滑块从开始运动分别到两光电门1、2的距离x1、x2 C．滑块经过两光电门1、2之间的时间t D．滑块通过两光电门1、2的遮光时间t1、t2 (4)要验证滑块和遮光条系统的机械能守恒，应满足的关系式为_________（用d、和第3问中测量的物理量的字母表示）。 【答案】(1)7.884（7.882~7.885） (2) (3)D (4) 【详解】（1）由图乙可知，遮光条的宽度 （2）设气垫导轨与桌面的夹角为，根据几何关系可得 解得 （3）由题知，要验证滑块和遮光条系统的机械能守恒，即验证系统动能的增加量和系统重力势能的减小量是否相等，滑块通过两个光电门的瞬时速度分别为， 系统动能的增加量为 系统重力势能的减小量为 若系统机械能守恒，则有 联立解得 可知除了需要知道d和，还需要测量滑块通过两光电门1、2的遮光时间t1、t2。 故选D。 （4）由上一问，可知要验证滑块和遮光条系统的机械能守恒，应满足的关系式为 考向2 其他创新方案 例5（2026·安徽六安·模拟预测）图甲为某兴趣小组设计的实验装置，在单摆悬点处安装力传感器，可采集摆线的拉力；在小球的平衡位置正下方安装光电门，可采集小球底部的轻质遮光片遮住光的时间。利用本装置可以完成测量当地重力加速度大小g、验证机械能守恒定律等实验。实验操作如下： (1)测量所需长度：用刻度尺测得摆线长度为L，用游标卡尺测得小球直径为D；用螺旋测微器测量遮光片的宽度为d，如图乙所示，则d=__________mm。 (2)测量当地重力加速度的大小：将小球拉至与竖直方向成较小角度并由静止释放。利用力传感器，获得摆线所受拉力F的大小与时间t的关系图像，如图丙所示，则单摆的周期T=_________（用“t1”“t2”表示），从而测量重力加速度。 (3)验证机械能守恒定律： ①将小球拉至与竖直方向成较大角度θ，并由静止释放。 ②记录小球经过平衡位置时遮光片的遮光时间为t。则此时遮光片的速度大小为v=________（用“d”“t”表示），并将此速度视为小球经过平衡位置时的速度。 ③改变θ，重复①和②。 ④根据所测数据，小球由静止运动到平衡位置的过程中，在误差允许的范围内，若满足_________的关系式（用“g”“θ”“L”“D”表示），则小球在上述过程中机械能守恒。 【答案】(1)1.200/1.199/1.201 (2) (3) 【详解】（1）根据螺旋测微器的测量原理，遮光片的宽度为 （2）根据单摆的特点可知，在最低点时的拉力是最大的，所以周期的大小应为 （3）[1]由于遮光片很窄，可以近似利用遮光片通过光电门的平均速度来表示瞬时速度，即 [2]若忽略阻力，应有 整理后即为 ▶新情境◀【变式训练2·信息技术与学科知识结合】（2026·湖南衡阳·模拟预测）小明利用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，所用器材包括：智能手机、铁球、刻度尺、钢尺等。 (1)下列实验操作步骤，正确的顺序是________。 ①将质量为的铁球放在钢尺末端 ②迅速敲击钢尺侧面，铁球自由下落 ③传感器记录下声音振幅随时间变化的曲线 ④将钢尺伸出水平桌面少许，用刻度尺测出钢尺上表面与地板间的高度差h ⑤将手机置于桌面上方，运行手机中的声音“振幅”（声音传感器）项目 (2)声音振幅随时间变化曲线如图乙所示，第一、第二个尖峰的横坐标分别对应铁球开始下落和落地时刻，对应的时间间隔t=________s。 (3)若铁球下落过程中机械能守恒，则应满足等式：______（用、、表示）。 (4)若敲击钢尺侧面时铁球获得一个较小的水平速度，对实验测量结果_____（填“有”或“没有”）影响。 【答案】(1)④①⑤②③ (2)0.40 (3) (4)没有 【详解】（1）该实验先安装器材并测量高度，再放置铁球、释放并记录声音振幅曲线。正确顺序为： ④将钢尺伸出水平桌面少许，用刻度尺测出钢尺上表面与地板间的高度差； ①将质量为的铁球放在钢尺末端； ⑤将手机置于桌面上方，运行手机中的声音“振幅”（声音传感器）项目； ②迅速敲击钢尺侧面，铁球自由下落； ③传感器记录下声音振幅随时间变化的曲线。 （2）由图乙可知，第一、第二个尖峰的时间间隔为 （3）铁球从静止开始下落，若为自由落体，下落高度与时间满足，落地时竖直方向的速度 联立有 根据机械能守恒，重力势能减少量等于动能增加量 （4）若铁球获得较小的水平速度，其运动变为平抛。竖直方向仍为自由落体，下落时间仅由高度决定，与水平速度无关。重力势能转化为竖直方向动能的关系仍为，与自由落体情形完全相同。因此水平速度不影响机械能守恒的验证。 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（2025·河南·高考真题）实验小组利用图1所示装置验证机械能守恒定律。可选用的器材有：交流电源（频率）、铁架台、电子天平、重锤、打点计时器、纸带、刻度尺等。 (1)下列所给实验步骤中，有4个是完成实验必需且正确的，把它们选择出来并按实验顺序排列：________（填步骤前面的序号） ①先接通电源，打点计时器开始打点，然后再释放纸带 ②先释放纸带，然后再接通电源，打点计时器开始打点 ③用电子天平称量重锤的质量 ④将纸带下端固定在重锤上，穿过打点计时器的限位孔，用手捏住纸带上端 ⑤在纸带上选取一段，用刻度尺测量该段内各点到起点的距离，记录分析数据 ⑥关闭电源，取下纸带 (2)图2所示是纸带上连续打出的五个点A、B、C、D、E到起点的距离。则打出B点时重锤下落的速度大小为________ （保留3位有效数字）。 (3)纸带上各点与起点间的距离即为重锤下落高度h，计算相应的重锤下落速度v，并绘制图3所示的关系图像。理论上，若机械能守恒，图中直线应________（填“通过”或“不通过”）原点且斜率为________（用重力加速度大小g表示）。由图3得直线的斜率________（保留3位有效数字）。 (4)定义单次测量的相对误差，其中是重锤重力势能的减小量，是其动能增加量，则实验相对误差为________（用字母k和g表示）；当地重力加速度大小取，则________（保留2位有效数字），若，可认为在实验误差允许的范围内机械能守恒。 【答案】(1)④①⑥⑤ (2)1.79 (3) 通过 18.6 (4) 5.1 【详解】（1）实验步骤为：将纸带下端固定在重锤上，穿过打点计时器的限位孔，用手捏住纸带上端，先接通电源，打点计时器开始打点，然后再释放纸带，关闭电源，取下纸带，在纸带上选取一段，用刻度尺测量该段内各点到起点的距离，记录分析数据，根据原理可知质量可以约掉，不需要用电子天平称量重锤的质量。 故选择正确且正确排序为④①⑥⑤。 （2）根据题意可知纸带上相邻计数点时间间隔 根据匀变速直线运动中间时刻瞬时速度等于该过程平均速度可得 代入数据可得 （3）[1][2]根据 整理可得 可知理论上，若机械能守恒，图中直线应通过原点，且斜率 [3]由图3得直线的斜率 （4）[1]根据题意有 可得 [2]当地重力加速度大小取，代入数据可得。 2．（2025·江西·高考真题）某小组利用气垫导轨、两个光电门、滑块、遮光片等，组成具有一定倾角的导轨装置，研究机械能守恒定律。重力加速度g取。 (1)实验前，应合理安装实验器材。图（a）中光电门____的位置安装不合理，应如何调整_____： (2)实验时，导轨倾斜角的正弦值，光电门1、2相距L。将宽度的遮光片固定于滑块上，从导轨最左端静止释放滑块，分别记录遮光片通过光电门1、2的时间和。移动光电门2的位置改变L，重复实验，所测数据见下表。 … 滑块经过光电门1、2的速度分别为和。当时，_____，滑块通过两光电门下降的高度_____。（结果保留2位小数） (3)处理上表数据，并绘制关系曲线（其中），如图（b）所示。根据图（b）中的信息，分析滑块在下滑过程中机械能是否守恒：_____，并给出理由：________。 【答案】(1) 1 适当向右移动光电门1 (2) 1.01 3.98 (3) 守恒 图像的斜率为，即可证明滑块在下滑过程中机械能守恒。 【详解】（1）[1]光电门1安装不合理； [2]由图可知，光电门1靠近释放点，滑块到光电门1的距离较短，速度较小，导致滑块通过光电门1的速度测量误差较大。 （2）[1]当时，由表格可知通过光电门2的时间为 故通过光电门2的速度 [2]根据几何关系可得滑块通过两光电门下降的高度 （3）[1]守恒； [2]根据图（b）可知其斜率约为 故在误差范围内成立，说明下滑过程中滑块的动能增加量等于重力势能的减少量，即机械能守恒。 3．（2025·甘肃·高考真题）某学习小组使用如图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。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、________（填“”、“”、“”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。 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。 【答案】(1) (2) 50 12 【详解】（1）[1][2]小球经过光电门的挡光时间，可得小球到达平衡位置 为验证机械能守恒定律，此过程中重力势能转化为动能有 联立解得 可得纵坐标为 图像的斜率为。 （2）[1]10分度、20分度、50分度的游标卡尺的精确度分别为 此游标卡尺测得小球直径 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0.04mm，用此游标卡尺测量该小球直径，可得 则游标尺上第12条刻度线与主尺上的刻度线对齐。 1 / 23 学科网（北京）股份有限公司 $ 实验7 验证机械能守恒定律（答案版） 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 教材原型实验：研究自由下落物体的机械能守恒 易错辨析·AI原创命题 1. × 2. × 3. √ 4. √ 5. × 6. √ 7. √ 8. × 热点考向·破译 考向1 实验原理、操作及注意事项 例1【答案】(1)C(2)(3) 【变式训练1】【答案】(1)B(2)(3)D 考向2 数据处理及误差分析 例2【答案】(1)不需要(2)(3)0.95 考点二 拓展创新实验 热点考向·破译 考向1 研究沿斜面下滑（光电门及气垫导轨）物体的机械能守恒 例3【答案】(1)(2)BC(3) (4)不同意，若细线与导轨不平行，即细线与导轨之间存在有夹角 ，光电门测量的是滑块的速度，根据绳的牵连速度规律可知，槽码的速度等于滑块的速度沿绳方向的分速度，即槽码的速度小于滑块的速度，由于实验过程中，认为槽码的速度等于滑块的速度，导致槽码的测量速度偏大，则动能增加量的测量值大于真实值 例4【答案】(1)7.884（7.882~7.885）(2)(3)D(4) 考向2 其他创新方案 例5【答案】(1)1.200/1.199/1.201 (2) (3) ▶新情境◀【变式训练2·信息技术与学科知识结合】【答案】(1)④①⑤②③ (2)0.40 (3) (4)没有 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．【答案】(1)④①⑥⑤ (2)1.79 (3) 通过 18.6 (4) 5.1 2．【答案】(1) 1 适当向右移动光电门1 (2) 1.01 3.98 (3) 守恒 图像的斜率为，即可证明滑块在下滑过程中机械能守恒。 3．【答案】(1) (2) 50 12 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $