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(共30张PPT)
高考物理总复习课件
第五章 　机械能
实验五 验证机械能守恒定律
一、基本原理与操作
二、误差分析
1.减小测量误差：一是测下落距离时都从 0 点量起，一次将各
打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值.
2.误差来源：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故
mghn，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力.
三、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
限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力.
2.重物密度要大：重物应选用质量大、体积小、密度大的材料.
3.一先一后：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.
考点 1 基本实验原理与实验操作的考查
【典题 1】(2022 年广东惠州二模)在“验证机械能守恒定律”
实验中，两实验小组同学分别采用了如图甲和乙所示的装置，采
用两种不同的实验方案进行实验，设重力加速度为 g.
甲
乙
图 S5-1
(1)在图甲中，下落物体应选择密度______(填“大”或“小”)
的重物. 在图乙中，两个重物的质量关系是 m1_________(填“＞”
“＝”或“＜”)m2.
(2)采用图乙的方案进行实验，除图中的器材外，还需要的实
验器材有交流电源、刻度尺和__________.
(3)某次实验所打纸带如图 S5-2 所示，O 为第一个点，A、B、
C、D 点到 O 点的距离已标出，打点时间间隔为 0.02 s，则记录 C
点时，重物的速度 vC＝__________m/s(结果保留 3 位有效数字).
图 S5-2
(4)从减少实验误差的角度看，比较两种实验方案，你认为
______(填“甲”或“乙”)更合理.
统重力势能的减小量是否相等，动能的增加量为ΔEk＝ (m1＋
解析：(1)为了减小实验的误差，下落物体应选择密度大的物
体，图乙是验证系统机械能是否守恒，m1 向下运动，m2 向上运动，
所以 m1＞m2.
(2)验证系统机械能是否守恒，即验证系统动能的增加量和系
m2)v2，重力势能的减小量为ΔEp＝(m1－m2)gh，可知需要测量两
个重物的质量，所以实验器材还需要天平.
(3)根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平
均速度，可以求出所打纸带上 C 点时小车的瞬时速度大小，vC＝
(4)甲方案更合理，因为在图乙中还受到细线与滑轮之间的阻
力影响.
答案：(1)大 ＞ (2)天平 (3)0.780 (4)甲
考点 2 数据处理与误差分析
【典题 2】如图 S5-3 甲所示，在固定在天花板上的定滑轮两
边分别挂上用轻绳连接的质量为 m、M 的 A、B 两物体，用该实
验装置来验证机械能守恒定律.在物体 B 从高处由静止开始下落时
物体 A 下方拖着纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，
即可验证机械能守恒定律.如图乙给出的是实验中获取的一条纸
带，0 是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有 4 个点未标出，
计数点间的距离已在图中标出.已知 m＝40 g，M＝100 g，打点频
率为 50 Hz，重力加速度 g 取 10 m/s2.(结果保留 2 位有效数字)
甲
乙
图 S5-3
(1)两个物体运动的加速度为 a＝______m/s2.
(2)在纸带上打下计数点 5 时的速度 v5＝________m/s.
(3)在打点 0～5 过程中系统动能的增量ΔEk＝________J，系统
势能的减少量ΔEp＝________J，由此得出的结论是_____________
_______________________________________________________.
答案：(1)4.0 (2)2.4 (3)0.40 0.42 在误差允许的范围内，
A、B 两物体组成的系统机械能守恒
易错提醒
本实验可从多个角度进行创新：
实验原理的创新
1.利用钢球摆动来验证机械能守恒定律.
2.利用光电门测定摆球的瞬时速度
(续表)
实验原理的创新
1.利用机械能守恒定律求解弹簧弹性势能.
2.由平抛运动测量球的初速度.
3.利用平抛位移s－弹簧压缩量Δx图线处理数据
(续表)
实验过程的创新 　　
1.用光电门测定小球下落到B点的速度.
2.结合 H图线判断小球下落过程中机械能守恒.
3.分析实验误差ΔEp－ΔEk随H变化的规律
考向 1 实验方案的创新
【典题 3】(2023 年广东广州开学考)某研究性学习小组同学设
计了“验证机械能守恒定律”的实验装置，质量分别为 m1 和 m2
的物块 A、B，与动滑轮及定滑轮(两滑轮均为轻质滑轮)用不可伸
长的轻质绳按如图 S5-4 甲所示方式连接(绳竖直).物块 B 从高处由
静止开始下落，物块 A 上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上
的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律.图乙所示是实验中获
取的一条纸带，0 点是打下的第一个点，每相邻两个计数点之间还
有 3 个点(图中未标出)，计数点间的距离如图乙所示.(已知当地的
重力加速度大小为 g，打点计时器使用电源的频率为 f)
甲
乙
图 S5-4
(1)在纸带上打下记数点 5 时物块 A 的速度大小 v＝________
(用 x1、x2 和 f 表示).
(2)若将 A、B 两物块看作一个系统，则打下 0 点到打下 5 点
的过程中，系统减少的重力势能为_________________________，
系统增加的动能为_______________________.(以上两空均用题目
给出的物理量的字母表示)
(3)经过多次实验发现 A、B 两物块组成的系统减少的重力势
能ΔEp 与系统增加的动能ΔEk 并不相等，请从系统误差的角度分析
二者不相等的可能原因是___________________________________
(写出一条即可).
(3)因为系统机械能部分转化为其他物体的动能或其他形式的
能量而损失掉.
考向 2 实验器材的创新
【典题 4】(2023 年广东汕头二模)某研究小组利用 DIS 实验装
置验证机械能守恒定律.如图 S5-5 所示，内置有光电门的摆锤通过
轻杆与转轴 O 相连，摆锤通过遮光片时可记录遮光时间.实验时，
摆锤从 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，摆锤质
量为 m，重力加速度为 g.
图 S5-5
(1)实验前，用游标卡尺测量遮光片的宽度 d，其示数如图S5-6，
则 d＝______mm.
图 S5-6
(2)若以最低点 N 为零势能面，选用字母 m、h、d、t、g 表示
物理量，则经过某个遮光片时，摆锤的重力势能 Ep＝_________，
动能 Ek＝____________ ；对比通过各遮光片处摆锤的机械能 E
(E＝Ep＋Ek)是否相等，可判断机械能守恒与否.
(3)为了更直观地处理数据，研究小组绘制了摆锤摆下过程中
动能、重力势能和机械能随高度变化的图像如图 S5-7 所示，仔细
比对数据发现，摆锤摆下过程中，重力势能减少量__________(填
“大于”或“小于”)动能增加量.
图 S5-7
解析：(1)由题(1)图知，遮光片的宽度为 d＝8 mm＋0.1 mm×
7＝8.7 mm.
2t2
(3)由 Ep＝mgh 知，Ep-h 图像是一条过原点的直线，可见重力
势能的图线应为 B，摆球摆下过程中，速度逐渐增大，其动能逐
渐增大，可见动能的图线应为 C，则机械能的图线应为 A.由图知，
摆球摆下过程中，摆球的机械能逐渐减少，动能逐渐增加，重力
势能逐渐减少，则摆球的重力势能减少量大于动能增加量.
答案：(1)8.7 (2)mgh
md2
(3)大于
谢谢
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