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验证机械能
守恒定律
2026届高三物理一轮复习
第六章 机械能守恒定律
专题29
展望未来
怀揣梦想
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教材原型实验
01
创新实验方案
02
教材原型实验
01
PART
新梦想 新征程 新希望
2026
1．实验目的：验证机械能守恒定律。
2．实验原理：通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量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。
知识点　实验的基础知识
夯基·必备基础知识
3．实验器材
打点计时器、交流电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线。
4．实验步骤
(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，先接通电源，再松开纸带，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)。
夯基·必备基础知识
知识点　实验的基础知识
夯基·必备基础知识
知识点　实验的基础知识
夯基·必备基础知识
知识点　实验的基础知识
夯基·必备基础知识
知识点　实验的基础知识
考向1 实验原理与操作
提升·必备题型归纳
1．某同学利用如图甲所示装置来验证机械能守恒定律。
(1)下列操作正确的是__________（填正确答案标号）。
A．为了减小实验误差，重物应选择密度较小的物体
B．先释放纸带，后接通电源
C．在纸带上选取计数点，并测量计数点到第一个点间的距离
考向1 实验原理与操作
提升·必备题型归纳
(2)该同学正确操作后得到一条如图乙所示的纸带，为第一个点，、、、为从合适位置开始选取的四个连续点。已知打点计时器所接电源的频率为，则打点计时器打点时重物的速度大小为 。（结果保留三位有效数字）
考向1 实验原理与操作
提升·必备题型归纳
(3)已知重物的质量为，当地的重力加速度，取图中段来验证机械能守恒定律：从点到点，重物重力势能的减少量 J，动能的增加量 J。（结果均保留三位有效数字）
考向1 实验原理与操作
提升·必备题型归纳
【答案】(1)C(2)1.92(3) 0.188 0.184
【详解】（1）A．在验证机械能守恒定律实验中阻力的影响越小越好，因为密度大的物体的阻力与重力之比更小，所以对于体积和形状相同的重物，实验时应选择密度大的，故A项错误；
B．应该先接通电源，然后释放纸带，故B项错误；
C．在纸带上选取计数点，并测量计数点到第一个点间的距离。C项正确。故选C。
（2）因为点为段的中间时刻，打点时重物的速度为
（3）[1]从点到点，重物重力势能的减少量
[2]动能的增加量
2．如图1所示是“验证机械能守恒定律”的实验装置。
(1)除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是________（多选）
A．低压交流电源 B．刻度尺 C．天平（含砝码）
(2)该实验过程中，下列说法正确的是________
A．先释放纸带再接通电源
B．用手托住重物由静止释放
C．重物下落的初始位置应靠近打点计时器
考向2 数据处理与误差分析
提升·必备题型归纳
考向2 数据处理与误差分析
提升·必备题型归纳
(3)重物下落过程中除了重力外会受到空气阻力和摩擦阻力的影响，故动能的增加量 （选填“略小于”或“略大于”）重力势能的减少量，这属于 （选填“系统误差”或“偶然误差”），此实验另一类误差来源于高度的测量，减小误差的办法是多次测量取 （选填“最大值”或“平均值”）。
(4)按照正确的操作得到图2所示的一条纸带，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、、，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。从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能的减少量 ，动能的增加量 。
考向2 数据处理与误差分析
提升·必备题型归纳
【答案】(1)AB(2)C(3) 略小于 系统误差 平均值(4)
【详解】（1）A．电磁打点计时器需要低压交流电源，A正确；
B．打出的纸带计数点间的距离需要刻度尺测量，B正确；
C．验证机械能守恒定律，则有因此只需要验证即可，因此不需要用天平（含砝码）测量重物的质量，C错误。故选AB。
（2）A．为了充分利用纸带，并记录更多的数据，应先接通电源，待打点稳定后再释放纸带，A错误；
B．为减小纸带与限位孔间的摩擦力，以减小实验误差，用手拉住纸带的上端，并使纸带与重物在同一竖直线上，由静止释放，B错误；
C．重物下落的初始位置应靠近打点计时器，这样纸带得到充分利用，并记录更多的数据，C正确。
故选C。
考向2 数据处理与误差分析
提升·必备题型归纳
（3）[1]重物下落过程中除了重力外会受到空气阻力和摩擦阻力的影响，故动能的增加量略小于重力势能的减少量。
[2]这属于系统误差。
[3]除受到空气阻力和摩擦阻力的影响外，还有误差来源于高度的测量，减小误差的办法是多次测量取平均值。
（4）[1]从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能的减少量
[2]由匀变速直线运动在某段时间内中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可得，打B点时的速度为则有动能的增加量
创新实验方案
02
PART
新梦想 新征程 新希望
3．为验证“机械能守恒定律”，某同学组装了如图所示实验装置：量角器中心O点安装力传感器并与细线的一个端点固定；细线另一端系一个小球，当小球静止不动时，量角器的零刻度线与细线重合。实验步骤如下：
①测量小球自由静止时力传感器的示数 F0；
②把小球拉离平衡位置一个角度θ，由静止释放小球。记录下θ及运动过程中力传感器的最大示数F；
③改变θ，重复②，获得多组数据。
回答下列问题：
(1)现有半径相等的钢球和木球，为减小实验误差，小球应选______（填字母序号）；
A．质量均匀的钢球 B．质量均匀的木球
(2)若小球运动过程中机械能守恒，下列哪一个关系满足一次函数变化______（填字母序号）
A．F—θ B． C．F—cosθ D．
(3)若忽略空气阻力的影响，理论上细线长度对实验结果 影响（选填“有”或“无”）。
提升·必备题型归纳
考向1 实验原理的改进
提升·必备题型归纳
考向1 实验原理的改进
【答案】(1)A(2)C(3)无
【详解】（1）为减小空气阻力的影响，小球应选质量大，体积小的钢球。故选A。
（2）小球从静止运动到最低点，根据机械能守恒定律，有最低点时绳上有最大拉力，根据牛顿第二定律，有联立可得 满足一次函数关系。故选C。
（3）若忽略空气阻力的影响，理论上有，联立可得可知细线长度对结果无影响。
提升·必备题型归纳
考向2 实验器材的创新
4．某同学设计了如图（a）所示的装置验证机械能守恒定律。轻质动滑轮下方悬挂重物A，轻质定滑轮下方悬挂重物，悬挂滑轮的轻质细线竖直。开始时，用手托住重物B，使重物A、B处于静止状态。在重物A、B上分别固定相同的遮光片，测得重物A及遮光片、重物B及遮光片的质量均为，重力加速度为。用题中已知或测得的物理量字母回答下列问题：
提升·必备题型归纳
考向2 实验器材的创新
(1)用游标卡尺测量遮光片的宽度如图（b）所示，则遮光片宽度 cm；
(2)要使两遮光片分别同时到达两光电门1和2，则A上遮光片到光电门1的距离和B上遮光片到光电门2的距离的关系是 ；
(3)释放B后，A的加速度大小为 ；
提升·必备题型归纳
考向2 实验器材的创新
(4)已知两遮光片分别同时到达两光电门1和2，A上遮光片通过光电门1的时间为，则A通过光电门1时的速度为 ，B上遮光片通过光电门2的时间为 ；
(5)已知A上遮光片到光电门1的距离为，若满足关系式 ，则A、B组成的系统机械能守恒。
提升·必备题型归纳
考向2 实验器材的创新
【答案】(1)0.32 (2) (3) (4) (5)
【详解】（1）根据游标卡尺读数规则，图（b）中遮光片宽度
（2）由动滑轮的特点和题图可知，在相同时间内，B下降的高度是A上升高度的两倍，所以要使两遮光片分别同时到达两光电门1和2，则A上遮光片到光电门1的距离和B上遮光片到光电门2的距离的关系是
（3）由公式可知，B的加速度是A加速度的2倍，即对B受力分析，设细绳中拉力为，由牛顿第二定律有对A受力分析，由牛顿第二定律有联立解得所以释放B后，A的加速度大小为。
提升·必备题型归纳
考向2 实验器材的创新
（4）[1][2]已知两遮光片分别同时到达两光电门1和2，A上遮光片通过光电门1的时间是，则A通过光电门1时的速度为由速度公式可知，由于B的加速度是A的加速度的两倍，所以同一时刻，B的速度是A的速度的2倍，即又所以上遮光片通过光电门2的时间为
（5）已知A上遮光片到光电门1的距离为，当A上升时，B下降，由机械能守恒得将，，代入化简即得到
提升·必备题型归纳
考向3 实验思路的创新
5．某实验小组的同学利用了如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，实验时，该小组的同学完成了如下操作
a.测量滑块和遮光条的总质量M以及所挂钩码的质量m；
b.用游标卡尺测量遮光条的宽度d；
c.调整气垫导轨水平，将光电门固定在气垫导轨的左端，并组装实验装置；
d.在细绳的左端挂上一个钩码，将滑块从气垫导轨的右端合适的位置由静止释放，测量释放点到光电门的距离L；
e.记录滑块经过光电门时遮光条的挡光时间；
f.改变释放点到光电门的距离L，重复步骤d，e，f，记录多组实验数据L和。
提升·必备题型归纳
考向3 实验思路的创新
(1)实验时，应选用 （选填“较宽”或“较窄”）的遮光条，操作b中，游标卡尺的读数如图乙所示，则遮光条的宽度 ；
(2)滑块经过光电门瞬间的速度 （用以上的测量量表示）。
(3)利用记录的多组实验数据，描绘了的图像，图像的斜率为k，若重力加速度 。则系统的机械能守恒。
提升·必备题型归纳
考向3 实验思路的创新
【答案】(1) 较窄 1.30 (2) (3)
【详解】（1）[1]为了减小实验误差，要求滑块经过光电门时挡光时间越短越好，因此实验时应选择较窄的遮光条；
[2]由游标卡尺的读数规则可知遮光条的宽度为
（2）滑块经过光电门时挡光时间极短，滑块经过光电门的瞬时速度近似等于挡光时间内的平均速度，即为
（3）若钩码和滑块组成的系统机械能守恒，滑块从释放到经过光电门的过程中，有整理得则有若系统的机械能守恒，重力加速度为。

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