第24讲 实验：验证机械能守恒定律（课件）-2025年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考）

这是一份第24讲 实验：验证机械能守恒定律（课件）-2025年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考），共50页。PPT课件主要包含了考情分析目标导航，考情分析，知识导图思维引航，思维导航，考点探究考法突破，考点一教材原型实验，知识点1原理与操作，知识点4误差分析，考点二拓展创新实验，真题练习命题洞见等内容，欢迎下载使用。
实验：验证机械能守恒定律
拓展实验——含弹簧的机械能守恒
知识点2.数据处理方法
方法1　利用起始点和第n点计算 代入mghn和mvn2，如果在实验误差允许的范围内，mghn和mvn2相等，则验证了机械能守恒定律。
方法2　任取两点计算(1)任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB。(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。
方法3　图像法从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，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。
知识点3 注意实验细节
1．应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：(1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力。(2)应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小。2．实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直，接通电源，待打点计时器工作稳定后再松开纸带。3．测量下落高度时，为了减小测量值h的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不宜过长，有效长度可在60～80 cm之间。4．速度不能用 或 计算，否则犯了用机械能守恒定律验证机械能是否守恒的错误。
考向1　质量是否需要测量
1．某同学设计实验验证机械能守恒定律，装置如图(a)所示。一质量为m、直径为d的小球固定于释放装置上，在小球正下方固定四个光电门，调节各光电门的中心，使其与小球的球心均在同一竖直线上。由静止释放小球，记录小球通过每个光电门的挡光时间，重力加速度为g。
(1)若测得某光电门的中心与释放点的竖直距离为h，小球通过此光电门的挡光时间为Δt，则小球从释放点下落至此光电门中心时的动能增加量ΔEk＝________，重力势能减小量ΔEp＝________(用题中字母表示)；
(2)根据实验数据，作出ΔEk­ΔEp的图像，如图(b)所示。若图中虚线的斜率k≈________，则可验证机械能守恒定律；(3)经过多次重复实验，发现小球经过第三个光电门时，ΔEk总是大于ΔEp，下列原因中可能的是________。A．第三个光电门的中心与释放点的竖直距离测量值偏大B．第三个光电门的中心偏离小球下落时球心所在的竖直线C．小球下落过程中受到空气阻力的作用
(2)根据机械能守恒定律可得ΔEk＝ΔEp，则若作出ΔEk­ΔEp的图像中虚线的斜率k≈1，则可验证机械能守恒定律。(3)第三个光电门的中心与释放点的竖直距离测量值偏大，则ΔEp的测量值偏大，使得ΔEk小于ΔEp，故A错误；第三个光电门的中心偏离小球下落时球心所在的竖直线，使得挡光宽度小于小球的直径，则速度测量值偏大，ΔEk的测量值偏大，使得ΔEk大于ΔEp，故B正确；小球下落过程中受到空气阻力的作用，使得减少的重力势能有一部分转化为内能，则ΔEk小于ΔEp，故C错误。
2．某小组设计了如图所示的实验装置验证机械能守恒定律，物块P、Q用跨过光滑定滑轮的轻绳相连，P底端固定一宽度为d的轻质遮光条，托住P，使系统处于静止状态，用刻度尺测出遮光条所在位置A与固定在铁架台上的光电门B之间的高度差h，已知当地的重力加速度为g，P、Q的质量分别用mP和mQ表示。(1)现将物块P从图示位置由静止释放，记下遮光条通过光电门B的时间为t，则遮光条通过光电门B时的速度大小为________。
(2)下列实验步骤必要的是________。A．准确测量出两物块的质量mP和mQB．应选用质量和密度较大的物块进行实验C．两物块的质量应该相等D．需要测量出遮光条从A到达B所用的时间
2．某小组设计了如图所示的实验装置验证机械能守恒定律，物块P、Q用跨过光滑定滑轮的轻绳相连，P底端固定一宽度为d的轻质遮光条，托住P，使系统处于静止状态，用刻度尺测出遮光条所在位置A与固定在铁架台上的光电门B之间的高度差h，已知当地的重力加速度为g，P、Q的质量分别用mP和mQ表示。
(3)改变高度，重复实验，描绘出v2-h图像，该图像的斜率为k，在实验误差允许范围内，若k＝__________(用前面给出的字母表示)，则验证了机械能守恒定律。
【题后总结】1．探究单个物体机械能守恒时，物体的质量没有必要测量。2．探究物体系统机械能守恒时，系统内各物体的质量必须测出具体值，才可计算系统动能的变化量和势能的变化量。
考向2　图像斜率的物理意义分析
1．如图甲所示为验证机械能守恒定律的实验装置。现有器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重物、天平。
(1)为完成实验，还需要的器材有________。A．刻度尺　　　　　B．0～8 V直流电源C．秒表 D．0～8 V交流电源
(2)某同学用图甲所示装置打出的一条纸带如图乙所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02 s，根据纸带计算出打下D点时重物的速度大小为________m/s。(结果保留三位有效数字)
(1)通过打点计时器计算时间，不需要秒表，打点计时器应该与交流电源连接，需要刻度尺测量纸带上两点间的距离，故选A、D。(2)由题图乙可知CE间的距离为s＝19.41 cm－12.40 cm＝7.01 cm＝0.070 1 m，则由平均速度公式得D点的速度
(4)该同学根据纸带算出了相应点的速度，作出v2-h图像如图丙所示，则图线斜率的物理意义是____________________。
根据游标卡尺的读数规则，宽度为d＝10 mm＋13×0.05 mm＝10.65 mm＝1.065 cm
2．如图甲，是利用气垫导轨、数字计时器和拉力传感器来做“研究沿斜面下滑物体的机械能守恒”的实验装置图，在水平桌面上固定一带有刻度尺的倾斜气垫导轨，导轨上的A点处有一带遮光条的长方形滑块，用天平测得其总质量为m。定滑轮与拉力传感器之间的细绳是竖直的，定滑轮与滑块之间的细绳平行于气垫导轨。实验步骤如下：
A．用游标卡尺测量遮光条的宽度，如图乙所示，宽度为d＝________cm；
B．安装好实验器材，给气垫导轨接上气源，然后，读出拉力传感器的示数F，同时，从气垫导轨刻度尺上读出遮光条中心与光电门之间的距离L；
滑块通过光电门的速度为v＝ ，根据速度与位移的关系有v2＝2aL，释放滑块之前有F＝mgsin θ释放后，若不计阻力，则有mgsin θ＝ma解得L＝ 可知，如果不考虑空气阻力，为了验证滑块沿斜面下滑过程中机械能守恒，则图线的斜率为k＝ 。
C．烧断拉力传感器与滑块之间的细绳，让滑块滑向光电门并记录遮光条通过光电门的时间t；D．多次改变滑块与光电门之间的距离，每次实验测量相应的L与t值，填入相应的表格中。(1)某同学根据测得的L与t的值，用描点法作出了如图丙所示的L-t2(1)图像，不考虑空气阻力，若该图线的斜率为________，即可验证“滑块沿斜面下滑过程中机械能守恒”。
(2)实际上由于存在空气阻力，根据实际数据绘出L- 图像的斜率比不计空气阻力描绘出的图像斜率________(选填“偏大”“相等”或“偏小”)。
若考虑空气阻力，则有mgsin θ－f＝ma解得 ，图线的斜率为由于k