第六章　第七课时　实验七：验证机械能守恒定律2025版高考物理一轮复习课件+测试（教师版）+测试（学生版）

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实验七：验证机械能守恒定律
考点一　　实验技能储备
考点二　　探索创新实验
1.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。2.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。
3.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。
4.数据处理(1)求瞬时速度
(2)验证守恒方案一：利用起始点和第n点计算：
注意：应选取最初第1、2两点距离接近 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。
5.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，以减少 。(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。
例1　某实验小组利用重物自由下落来“验证机械能守恒定律”，实验装置如图甲所示。已知重物质量为m，当地重力加速度为g。(1)按图示组装好器材后，下列步骤合理的顺序是___________。①在纸带下端挂上重物，穿过打点计时器，将重物拉至靠近打点计时器处；②释放纸带；③启动开关，使打点计时器打点；④从重物上取下纸带；⑤关闭打点计时器电源。
(2)某同学多次实验后，挑选一条点迹清晰的纸带，测量出纸带上连续四个点A、B、C、D到起始点O的距离如图乙所示。已知打点计时器的打点频率为f，则从O点到B点的这段时间内，重物动能的增加量为___________。
(3)该同学利用纸带上各点到O点的距离h，计算出各点的速度v，以h为横轴、v2为纵轴作出了如图丙所示的图线，若满足______________，则可以证明在误差允许的范围内，重物的机械能守恒。
(4)在实验中，某同学根据测得的数据，通过计算发现，重物动能的增加量略大于重物重力势能的减少量，若测量与计算均无错误，则出现这一问题的原因可能是_______。A.重物的质量偏大B.交流电源的频率偏大C.交流电源的频率偏小D.重物下落时受到的阻力过大
例2　(2021·浙江6月选考·17(1))在“验证机械能守恒定律”实验中，小王用如图甲所示的装置，让重物从静止开始下落，打出一条清晰的纸带，其中的一部分如图乙所示。O点是打下的第一个点，A、B、C和D为另外4个连续打下的点。
(1)为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的理由是____________________________________。
阻力与重力之比更小(或其
(2)已知交流电频率为50 Hz，重物质量为200 g，当地重力加速度g＝9.80 m/s2，则从O点到C点，重物的重力势能变化量的绝对值|ΔEp|＝______ J、C点的动能EkC＝______ J(计算结果均保留3位有效数字)。比较EkC与|ΔEp|的大小，出现这一结果的原因可能是______。A.工作电压偏高B.存在空气阻力和摩擦力C.接通电源前释放了纸带
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Δt，从而利用v＝ 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3　(2023·江苏扬州市检测)某同学设计出如图甲所示的实验装置来验证机械能守恒定律。让小球自由下落，下落过程中小球的球心经过光电门1和光电门2，光电计时器记录下小球通过光电门1、2的时间分别为Δt1、Δt2，已知当地的重力加速度为g。(1)该同学先用螺旋测微器测出小球的直径如图乙所示，则其直径d＝_______mm。
(2)为了验证机械能守恒定律，该实验还需要测量下列哪些物理量____(填选项序号)。A.小球的质量mB.光电门1和光电门2之间的距离hC.小球从光电门1到光电门2下落的时间t
(3)小球通过光电门1时的瞬时速度v1＝_____(用题中所给的物理量符号表示)。
(4)保持光电门1位置不变，上下调节光电门2，多次实验记录多组数据，作出 随h变化的图像如图丙所示，如果不考虑空气阻力，若该图线的斜率k1＝______，就可以验证小球下落过程中机械能守恒。
(5)考虑到实际存在空气阻力，设小球在下落过程中平均阻力大小为Ff，根据实际数据绘出的 随h变化的图像的斜率为k(k