2025秋高考物理一轮复习第五章机械能实验七验证机械能守恒定律课件（61页PPT）

(共61张PPT)
第五章　机械能
实验七　验证机械能守恒定律
素养目标　1.熟悉“验证机械能守恒定律”的基本实验原理及注意事项. 2.会验证创新实验的机械能守恒.
一、教材原型实验
一、教材原型实验
图1
图2
mgh5
（2）利用计算机软件对实验数据进行处理，得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分别与钩码上升高度h的关系，如图3所示.
图3
钩码和纸带
运动的速度逐渐增大，导致空气阻力逐渐增大，以至于空气阻力做的功也逐渐增大
解析：（2）钩码机械能的增加量，即钩码动能和重力势能增加量的总和，若无阻力做功则弹簧弹性势能的减少量等于钩码机械能的增加量.现在随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，而两条曲线在纵向的间隔即阻力做的功，则产生这个问题的主要原因是钩码和纸带运动的速度逐渐增大，导致空气阻力逐渐增大，以至于空气阻力做的功也逐渐增大.
重力势能减少量
刻度尺
接通电源
松开纸带
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2 mm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.
方案三：图像法
5. 注意事项
（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.
（5）此实验中不需要测量重物的质量.
摩擦阻力
例1　（2025·福建泉州质检）某同学用如图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验，所用计时器为电火花打点计时器，重锤质量为500 g，部分实验步骤如下：
A. 将打点计时器竖直固定在铁架台上如图甲所示的位置
B. 先接通电源，后释放重锤
C. 更换纸带，再重复几次，选择合适的纸带进行测量分析
A
解析：（1）将打点计时器固定在铁架台上后让纸带穿过限位孔，用夹子夹住纸带，为了在实验中获取更多的数据点同时节约纸带，重锤应靠近打点计时器，而图中重锤离打点计时器过远，故A错误；实验过程中应先接通电源后释放纸带，故B正确；实验中应更换纸带，再重复几次，选择点迹清晰的合适的纸带进行测量分析，故C正确.故选A.
1.00
1.07
不合理
训练1　某同学利用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，实验中打出如图乙所示的纸带，已知打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz.
甲
A. 纸带必须尽量保持沿竖直方向以减小摩擦阻力作用
B. 为了验证机械能守恒定律，必须选择纸带上打出的第一个点作为起点
C. 将电磁打点计时器改成电火花计时器可以减小纸带和打点计时器间的摩擦
D. 选择较轻的物体作为重物时实验效果更好
AC
解析：（1）实验中应尽量保持纸带沿竖直方向以减小与限位孔之间的摩擦阻力，故A正确；验证机械能守恒定律时，可以不选择纸带上打出的第一个点作为起点，但如果不选择第一个点作为起点，必须求出所选起点对应的速度，故B错误；电磁打点计时器利用振针打点，其打点时产生的摩擦力比利用电火花计时器打点时的大，故C正确；为了减小空气阻力的影响，选择较重的物体作为重物时实验效果更好，故D错误.
乙
2.26
丙
大于
二、实验的创新与改进
解析：（1）为了减小纸带运动过程中与打点计时器之间产生的摩擦，需要在纸带末端提起纸带，A正确.
A
（2）实验获得一条纸带，截取点迹清晰的一段并测得数据如图所示.
3.34
A. 在误差允许范围内
B. 没有用当地的重力加速度g
不能
B
考题3　（2022·湖北卷）某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验.一根轻绳一端连接固定的拉力传感器，另一端连接小钢球，如图甲所示.拉起小钢球至某一位置由静止释放，使小钢球在竖直平面内摆动，记录钢球摆动过程中拉力传感器示数的最大值Tmax和最小值Tmin.改变小钢球的初始释放位置，重复上述过程.根据测量数据在直角坐标系中绘制的Tmax－Tmin图像是一条直线，如图乙所示.
（1）若小钢球摆动过程中机械能守恒，则图乙中直线斜率的理论值为
－2
－2.1
0.59
A. 小钢球摆动角度偏大
B. 小钢球初始释放位置不同
C. 小钢球摆动过程中有空气阻力
C
解析：（3）小钢球摆动过程克服空气阻力做功，使一部分机械能转化为内能，C正确.
深化　　实验创新
创新角度 实验装置/原理图 创新解读
实验原理创新 （1）利用机械能守恒定律确定弹簧弹性势能.
（2）由平抛运动测量球的初速度.
（3）利用s－Δx图线处理数据
（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
创新角度 实验装置/原理图 创新解读
实验情
境创新
（1）利用系统机械能守恒代替单个物体的机械能守恒.
（2）利用光电门测定滑块的瞬时速度
例2　某同学用如图（a）所示的装置验证机械能守恒定律.用细线把钢制的圆柱挂在架子上，架子下部固定一个小电动机，电动机轴上装一支软笔.电动机转动时，软笔尖每转一周就在钢柱表面画上一条痕迹（时间间隔为T）.如图（b）所示，在钢柱上从痕迹O开始选取5条连续的痕迹A、B、C、D、E，测得它们到痕迹O的距离分别为hA、hB、hC、hD、hE. 已知当地重力加速度为g.
0.02
解析：（2）实验操作时，应该先打开电源使电动机转动，后烧断细线使钢柱自由下落，A正确.
A

g
训练2　（2025·石家庄辛集质检）为了消除空气阻力对实验结果的影响，某实验小组用如图甲所示实验装置做验证机械能守恒定律实验.牛顿管竖直固定在铁架台上，光电门固定在牛顿管的外侧，紧贴牛顿管外侧再固定刻度尺（0刻度线与管口齐平，图中未画出）.启动抽气泵，将牛顿管内的空气抽出，已知橡胶球的质量为m，当地重力加速度为g.
6.60
（2）从刻度尺上读取橡胶球球心和光电门中心对应的刻度值l1、l2，将橡胶球由静止释放，记录橡胶球第一次通过光电门的挡光时间Δt1.

g（l2－l1）
限时跟踪检测
A级·基础对点练
1. 用如图1所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验，将重锤固定在纸带一端，使重锤由静止自由下落，打出的纸带由于初始部分的点迹模糊不清，舍去这部分点迹后得到如图2所示纸带.
图1
图2
1
2
3
4
5
A. 弹簧测力计 B. 天平
C. 毫米刻度尺 D. 停表
C
1
2
3
4
5
A. 选用质量大、体积小的重锤可以减小实验的偶然误差
B. 图2中纸带的左侧是与重锤相连的一端
C. 若通过图像验证机械能守恒，必须多次重复实验，才能得到多个数据点
D. 利用数据作出v2－h图像，若图像是直线，则说明重物下落过程机械能守恒
B
图2
1
2
3
4
5
解析：（2）验证机械能守恒定律实验中，由于重锤要克服空气阻力做功，从而产生系统误差，选用质量大、体积小的重锤能减小空气阻力的影响，从而减小系统误差，A错误；由题图2可知，从A点到H点，相等时间内位移逐渐变大，可知题图2中纸带的左侧是与重锤相连的一端，B正确；若通过图像验证机械能守恒，需要从纸带上选择合适数目的点，不需要重复实验，C错误；根据v2＝2ah可知只要加速度大小恒定，v2－h图线均为直线，所以v2－h图线是直线，不能说明重物下落过程机械能守恒，D错误.
1
2
3
4
5
解析：（3）测出了AC段和FH段长度，根据匀变速直线运动中间时刻瞬时速度等于该过程的平均速度，可以求出B点和G点的速度，所以要验证机械能守恒，还需要测出BG段的长度.
BG
1
2
3
4
5
2. 如图甲所示为在气垫导轨上验证机械能守恒定律的实验装置，将导轨调至水平，滑块装有宽度为d的遮光条，滑块包括遮光条总质量为M. 细绳下端挂钩码，钩码的质量为m.滑块在钩码作用下先后通过两个光电门，用光电计时器记录遮光条通过光电门1和2各自的时间，可以计算出滑块通过光电门的速度v1和v2，用刻度尺测出两个光电门之间的距离x，重力加速度为g.
甲
乙
1
2
3
4
5
乙
解析：（1）由题图乙知，游标卡尺测量的遮光条的宽度为d＝6 mm＋12×0.05 mm＝6.60 mm＝0.660 cm.
0.660
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
丙

1
2
3
4
5
3. （2025·湖南衡阳期末）现要通过实验验证机械能守恒定律，实验装置如图（a）所示，实验过程如下：
图（a）
图（b）
解析：（1）螺旋测微器的分度值为0.01 mm，固定刻度为6.5 mm，可动刻度为38.3×0.01 mm＝0.383 mm，小球的直径为d＝6.5 mm＋0.383 mm＝6.883 mm.
（敲黑板：螺旋测微器又名千分尺，利用螺旋测微器测量时其读数以毫米为单位小数点后必须有3位数，所以读数时不要忘记估读）3
6.883
（6.882～6.884均可）
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
增大
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
B级·能力提升练
4. 某实验小组利用如图（a）所示的装置验证机械能守恒定律.轻绳两端分别系着质量为m的物块A（含挡光片）和质量为M的物块B，将挡光片的中心位置固定在物块A的中间位置.实验时，由静止释放物块B，B向下运动.为了减小实验误差，进行多次实验，改变物块A的初始位置，使物块B从不同的高度由静止释放，记录每次释放前挡光片的中心位置到光电门中心的高度差h以及挡光片穿过光电门的时间Δt，已知当地重力加速度大小为g.
图（a）
图（b）
1
2
3
4
5
2.06
图（b）
解析：（1）该游标卡尺游标尺为10分度，
其精度为0.1 mm，挡光片宽度为d＝2 cm＋6×0.1 mm＝2.06 cm.
1
2
3
4
5

1
2
3
4
5
A. 选用质量大、体积小的物块
B. 选用质量小、体积大的物块
C. 选用质量小的滑轮
D. 选用质量大的滑轮
AC
解析：（3）物块体积越大，在运动过程受到的空气阻力越大，选用质量大、体积小的物块可减小阻力的影响，从而减小实验误差，A正确，B错误.由于在实验过程中，滑轮会因与绳子的摩擦而发生转动，从而消耗一部分能量.因此为了减小实验误差应选择质量小的滑轮，C正确，D错误.
1
2
3
4
5
5. （2025·安徽皖江名校联盟联考）某同学利用图甲中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系，所用器材有：一端带滑轮的长木板、轻细绳、200 g的钩码若干、质量为2 kg的滑块、打点计时器、刻度尺，已知当地重力加速度为g＝9.8 m/s2.实验操作步骤如下：
（1）如图甲所示安装器材，保持桌面、长木板水平，轻细绳下端悬挂5个钩码，调整装置，使细绳水平.
甲
1
2
3
4
5
（2）接通打点计时器电源，交流电频率为50 Hz，再释放滑块，得到一条纸带，将纸带上打出的第一个点标记为0计数点，再依次取计数点1、2、3、4、5、6，每两个计数点之间有4个点未画出，测出各点到0点之间的距离如图乙所示，单位为cm.
乙
1
2
3
4
5
解析：（3）从0点到5点，系统中只有钩码的重力势能减小，系统重力势能的减少量为ΔEp＝mgh＝200×5×10－3×9.8×20.84×10－2 J≈2.04 J.
2.04
0.83
1
2
3
4
5
解析：（6）从0点到5点滑块克服摩擦力做的功为Wf＝μMgx5≈0.98 J.
1.03
1.01
0.98
1
2
3
4
5
解析：（7）分析实验结果可得出的实验结论是：在误差允许的范围内，系统机械能损失量等于滑块克服摩擦力做的功.
在误差允许范围内，系统机械能损失量等于
滑块克服摩擦力做的功
1
2
3
4
5