第24講 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（課件）-2025年高考物理一輪復(fù)習(xí)講練測（新教材新高考）

教師：XXX2025年高考一輪復(fù)習(xí)講練測新教材新高考新教材新高考第24講實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

01考情分析目標(biāo)導(dǎo)航02知識(shí)導(dǎo)圖思維引航03考點(diǎn)探究考法突破04真題練習(xí)命題洞見目錄contents01考情分析目標(biāo)導(dǎo)航復(fù)習(xí)目標(biāo)目標(biāo)1.熟悉驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理。目標(biāo)2.學(xué)會(huì)在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中探究機(jī)械能守恒定律。2024·浙江·高考真題物理試題2023·天津·高考真題物理試題2022·湖北·高考真題物理試題2022·河北·高考真題物理試題2022·廣東·高考真題物理試題考情分析考情分析02知識(shí)導(dǎo)圖思維引航思維導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律教材原型實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)器材創(chuàng)新原理與操作數(shù)據(jù)處理方法誤差分析偶然誤差系統(tǒng)誤差研究對(duì)象創(chuàng)新物體運(yùn)動(dòng)形式創(chuàng)新偶然誤差?EP=?EK03考點(diǎn)探究考法突破教材原型實(shí)驗(yàn)考點(diǎn)1拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)考點(diǎn)2拓展實(shí)驗(yàn)——含彈簧的機(jī)械能守恒考點(diǎn)3考航導(dǎo)點(diǎn)考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)1

原理與操作原理裝置圖_操作要領(lǐng)(1)安裝：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直安裝；紙帶沿豎直方向拉直。(2)重物：選密度大、質(zhì)量大的金屬塊，且靠近計(jì)時(shí)器處釋放。(3)打紙帶：讓重物自由下落，紙帶上打下一系列小點(diǎn)。(4)選紙帶：點(diǎn)跡清晰，且所選用的點(diǎn)在同一條直線上。(5)求速度：應(yīng)用，不能用

或

計(jì)算。知識(shí)點(diǎn)2.數(shù)據(jù)處理方法考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)方法1利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算

代入mghn和mvn2，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，mghn和mvn2相等，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。方法2任取兩點(diǎn)計(jì)算(1)任取兩點(diǎn)A、B，測出hAB，算出mghAB。(2)算出的值。(3)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，若，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。方法3圖像法從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h，并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方v2，然后以v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出v2-h圖像。若在誤差允許的范圍內(nèi)圖像是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律?？键c(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)3

注意實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)1．應(yīng)盡可能控制實(shí)驗(yàn)條件，即應(yīng)滿足機(jī)械能守恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有：(1)安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩個(gè)限位孔的中線嚴(yán)格豎直，以減小摩擦阻力。(2)應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對(duì)減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小。2．實(shí)驗(yàn)中，提紙帶的手要保持不動(dòng)，且保證紙帶豎直，接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后再松開紙帶。3．測量下落高度時(shí)，為了減小測量值h的相對(duì)誤差，選取的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)一些，紙帶也不宜過長，有效長度可在60～80cm之間。4．速度不能用或計(jì)算，否則犯了用機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒的錯(cuò)誤?？键c(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)4

誤差分析誤差產(chǎn)生原因減小誤差的方法偶然誤差測量長度帶來的誤差(1)測量距離時(shí)應(yīng)從計(jì)數(shù)點(diǎn)0量起，且選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)離0點(diǎn)遠(yuǎn)些。(2)多次測量取平均值。系統(tǒng)誤差重物和紙帶下落過程中存在阻力(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝穩(wěn)固，并使兩限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力。(2)選用質(zhì)量大、體積小的物體作重物，以減小空氣阻力的影響?？枷?質(zhì)量是否需要測量1．某同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，裝置如圖(a)所示。一質(zhì)量為m、直徑為d的小球固定于釋放裝置上，在小球正下方固定四個(gè)光電門，調(diào)節(jié)各光電門的中心，使其與小球的球心均在同一豎直線上。由靜止釋放小球，記錄小球通過每個(gè)光電門的擋光時(shí)間，重力加速度為g。(1)若測得某光電門的中心與釋放點(diǎn)的豎直距離為h，小球通過此光電門的擋光時(shí)間為Δt，則小球從釋放點(diǎn)下落至此光電門中心時(shí)的動(dòng)能增加量ΔEk＝________，重力勢能減小量ΔEp＝________(用題中字母表示)；

mgh考向1質(zhì)量是否需要測量(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作出ΔEk-ΔEp的圖像，如圖(b)所示。若圖中虛線的斜率k≈________，則可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律；(3)經(jīng)過多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)小球經(jīng)過第三個(gè)光電門時(shí)，ΔEk總是大于ΔEp，下列原因中可能的是________。A．第三個(gè)光電門的中心與釋放點(diǎn)的豎直距離測量值偏大B．第三個(gè)光電門的中心偏離小球下落時(shí)球心所在的豎直線C．小球下落過程中受到空氣阻力的作用(2)根據(jù)機(jī)械能守恒定律可得ΔEk＝ΔEp，則若作出ΔEk-ΔEp的圖像中虛線的斜率k≈1，則可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(3)第三個(gè)光電門的中心與釋放點(diǎn)的豎直距離測量值偏大，則ΔEp的測量值偏大，使得ΔEk小于ΔEp，故A錯(cuò)誤；第三個(gè)光電門的中心偏離小球下落時(shí)球心所在的豎直線，使得擋光寬度小于小球的直徑，則速度測量值偏大，ΔEk的測量值偏大，使得ΔEk大于ΔEp，故B正確；小球下落過程中受到空氣阻力的作用，使得減少的重力勢能有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，則ΔEk小于ΔEp，故C錯(cuò)誤。1B考向1質(zhì)量是否需要測量2．某小組設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，物塊P、Q用跨過光滑定滑輪的輕繩相連，P底端固定一寬度為d的輕質(zhì)遮光條，托住P，使系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，用刻度尺測出遮光條所在位置A與固定在鐵架臺(tái)上的光電門B之間的高度差h，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，P、Q的質(zhì)量分別用mP和mQ表示。(1)現(xiàn)將物塊P從圖示位置由靜止釋放，記下遮光條通過光電門B的時(shí)間為t，則遮光條通過光電門B時(shí)的速度大小為________。(2)下列實(shí)驗(yàn)步驟必要的是________。A．準(zhǔn)確測量出兩物塊的質(zhì)量mP和mQB．應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的物塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)C．兩物塊的質(zhì)量應(yīng)該相等D．需要測量出遮光條從A到達(dá)B所用的時(shí)間

AB考向1質(zhì)量是否需要測量2．某小組設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，物塊P、Q用跨過光滑定滑輪的輕繩相連，P底端固定一寬度為d的輕質(zhì)遮光條，托住P，使系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，用刻度尺測出遮光條所在位置A與固定在鐵架臺(tái)上的光電門B之間的高度差h，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，P、Q的質(zhì)量分別用mP和mQ表示。(3)改變高度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，描繪出v2-h圖像，該圖像的斜率為k，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，若k＝__________(用前面給出的字母表示)，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。

質(zhì)量是否需要測量【題后總結(jié)】1．探究單個(gè)物體機(jī)械能守恒時(shí)，物體的質(zhì)量沒有必要測量。2．探究物體系統(tǒng)機(jī)械能守恒時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)各物體的質(zhì)量必須測出具體值，才可計(jì)算系統(tǒng)動(dòng)能的變化量和勢能的變化量?？枷?

圖像斜率的物理意義分析1．如圖甲所示為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置?，F(xiàn)有器材為：帶鐵夾的鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重物、天平。(1)為完成實(shí)驗(yàn)，還需要的器材有________。A．刻度尺

B．0～8V直流電源C．秒表

D．0～8V交流電源(2)某同學(xué)用圖甲所示裝置打出的一條紙帶如圖乙所示，相鄰兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.02s，根據(jù)紙帶計(jì)算出打下D點(diǎn)時(shí)重物的速度大小為________m/s。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)AD1.75(1)通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器計(jì)算時(shí)間，不需要秒表，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)該與交流電源連接，需要刻度尺測量紙帶上兩點(diǎn)間的距離，故選A、D。(2)由題圖乙可知CE間的距離為s＝19.41cm－12.40cm＝7.01cm＝0.0701m，則由平均速度公式得D點(diǎn)的速度考向2

圖像斜率的物理意義分析1．如圖甲所示為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置?，F(xiàn)有器材為：帶鐵夾的鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重物、天平。重物的初速度為零當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊?倍

2mm

(4)該同學(xué)根據(jù)紙帶算出了相應(yīng)點(diǎn)的速度，作出v2-h圖像如圖丙所示，則圖線斜率的物理意義是____________________?？枷?

圖像斜率的物理意義分析根據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則，寬度為d＝10mm＋13×0.05mm＝10.65mm＝1.065cm1.0652．如圖甲，是利用氣墊導(dǎo)軌、數(shù)字計(jì)時(shí)器和拉力傳感器來做“研究沿斜面下滑物體的機(jī)械能守恒”的實(shí)驗(yàn)裝置圖，在水平桌面上固定一帶有刻度尺的傾斜氣墊導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上的A點(diǎn)處有一帶遮光條的長方形滑塊，用天平測得其總質(zhì)量為m。定滑輪與拉力傳感器之間的細(xì)繩是豎直的，定滑輪與滑塊之間的細(xì)繩平行于氣墊導(dǎo)軌。實(shí)驗(yàn)步驟如下：A．用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度，如圖乙所示，寬度為d＝________cm；B．安裝好實(shí)驗(yàn)器材，給氣墊導(dǎo)軌接上氣源，然后，讀出拉力傳感器的示數(shù)F，同時(shí)，從氣墊導(dǎo)軌刻度尺上讀出遮光條中心與光電門之間的距離L；考向2

圖像斜率的物理意義分析滑塊通過光電門的速度為v＝

，根據(jù)速度與位移的關(guān)系有v2＝2aL，釋放滑塊之前有F＝mgsinθ釋放后，若不計(jì)阻力，則有mgsinθ＝ma解得L＝

可知，如果不考慮空氣阻力，為了驗(yàn)證滑塊沿斜面下滑過程中機(jī)械能守恒，則圖線的斜率為k＝

。C．燒斷拉力傳感器與滑塊之間的細(xì)繩，讓滑塊滑向光電門并記錄遮光條通過光電門的時(shí)間t；D．多次改變滑塊與光電門之間的距離，每次實(shí)驗(yàn)測量相應(yīng)的L與t值，填入相應(yīng)的表格中。(1)某同學(xué)根據(jù)測得的L與t的值，用描點(diǎn)法作出了如圖丙所示的L-t2(1)圖像，不考慮空氣阻力，若該圖線的斜率為________，即可驗(yàn)證“滑塊沿斜面下滑過程中機(jī)械能守恒”?？枷?

圖像斜率的物理意義分析(2)實(shí)際上由于存在空氣阻力，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)繪出L-

圖像的斜率比不計(jì)空氣阻力描繪出的圖像斜率________(選填“偏大”“相等”或“偏小”)。偏大若考慮空氣阻力，則有mgsinθ－f＝ma解得

，圖線的斜率為由于k<k′則根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)繪出L-

圖像的斜率比不計(jì)空氣阻力描繪出的圖像斜率偏大。

圖像斜率的物理意義分析【題后總結(jié)】1．通過圖像驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，要根據(jù)機(jī)械能守恒定律寫出圖像對(duì)應(yīng)的函數(shù)表達(dá)式，再結(jié)合圖像解答相關(guān)問題。2．不同圖像中的圖線斜率的物理意義不同：

考點(diǎn)二拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新角度實(shí)驗(yàn)舉例實(shí)驗(yàn)器材創(chuàng)新_______________________物體運(yùn)動(dòng)形式創(chuàng)新物體從自由落體改為沿圓弧面下滑，在斜面上運(yùn)動(dòng)。研究對(duì)象創(chuàng)新研究對(duì)象從單個(gè)物體變?yōu)檠芯窟B接體這個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。速度測量方法的創(chuàng)新用紙帶求個(gè)點(diǎn)速度→用光電門，用頻閃照片，用平拋運(yùn)動(dòng)測速度(1)利用光電門測出遮光條通過光電門的時(shí)間Δt，從而利用v＝Δt(l)計(jì)算滑塊通過光電門的速度。(2)利用氣墊導(dǎo)軌代替長木板，減小阻力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。1∶2

實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)該同學(xué)將桿抬至水平位置后由靜止釋放，當(dāng)P轉(zhuǎn)到最低點(diǎn)時(shí)，固定在鋼球P、Q球心處的擋光片剛好同時(shí)通過光電門1、光電門2(兩個(gè)光電門規(guī)格相同，均安裝在過O點(diǎn)的豎直軸上)。(2)若擋光片通過光電門1、光電門2的時(shí)間為tP和tQ，根據(jù)該同學(xué)的設(shè)計(jì)，tP∶tQ應(yīng)為________。

不需要(3)若要驗(yàn)證“機(jī)械能守恒定律”，該同學(xué)________(選填“需要”或“不需要”)測量鋼球的質(zhì)量m。(4)用游標(biāo)卡尺測量擋光片的寬度，示數(shù)如圖所示，則擋光片寬度d＝________mm。

(5)在誤差允許范圍內(nèi)，關(guān)系式________________成立，則可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(關(guān)系式用g、L、d、tP、tQ表示)。(6)通過多次測量和計(jì)算，發(fā)現(xiàn)第(2)問的關(guān)系式均存在誤差，其中一組典型數(shù)據(jù)為tQ＝6.27ms，tP＝3.26ms，造成誤差的主要原因可能是________。A.空氣阻力對(duì)鋼球的影響

B.轉(zhuǎn)軸處阻力的影響C.鋼球半徑對(duì)線速度計(jì)算的影響

D.紙桿質(zhì)量的影響4.00C(3)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，由于鋼球P、Q的質(zhì)量相等，則驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式中質(zhì)量可以約掉，所以不需要測量鋼球的質(zhì)量。(5)若系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中滿足機(jī)械能守恒，則有:20分度游標(biāo)卡尺的分度值為0.05mm，由題圖可知擋光片寬度為d＝4mm＋0×0.05mm＝4.00mm。3.60升高2.某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律?；瑝K和遮光條的總質(zhì)量為M，槽碼共有6個(gè)，每個(gè)槽碼的質(zhì)量均為m。

(1)先用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d，如圖乙所示，則d＝________mm。(2)實(shí)驗(yàn)開始前要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平，不掛槽碼和細(xì)線，接通氣源，輕推滑塊使其從軌道右端向左端運(yùn)動(dòng)，如果發(fā)現(xiàn)遮光條通過光電門2的時(shí)間小于通過光電門1的時(shí)間，則可調(diào)節(jié)旋鈕P使軌道左端________(選填“升高”或“降低”)一些，直到再次輕推滑塊使其從軌道右端向左端運(yùn)動(dòng)，遮光條通過光電門2的時(shí)間等于通過光電門1的時(shí)間。該游標(biāo)卡尺游標(biāo)尺為20分度，則其精度為0.05mm，主尺讀數(shù)為3mm，游標(biāo)尺讀數(shù)為12×0.05mm＝0.60mm，則可得遮光條的寬度為d＝3mm＋12×0.05mm＝3.60mm。遮光條通過光電門2的時(shí)間小于通過光電門1的時(shí)間，說明滑塊做加速運(yùn)動(dòng)，說明左端偏低，因此需要通過調(diào)節(jié)旋鈕P使軌道左端升高一些。2.某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律?；瑝K和遮光條的總質(zhì)量為M，槽碼共有6個(gè)，每個(gè)槽碼的質(zhì)量均為m。(3)取走光電門1，細(xì)線上懸掛6個(gè)槽碼，讓滑塊從氣墊導(dǎo)軌上A點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)由靜止釋放，記錄滑塊通過光電門2時(shí)，遮光條擋光時(shí)間t，測出A點(diǎn)到光電門2的距離為x，若式子________________(用給出的物理量符號(hào)表示)成立，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證。根據(jù)題意，如果成立，機(jī)械能守恒定律可得到驗(yàn)證。3.某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。調(diào)節(jié)木板的傾角，使小車在未懸掛砝碼盤時(shí)能拖著紙帶沿木板向下勻速運(yùn)動(dòng)，之后將小車固定在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，在動(dòng)滑輪上懸掛砝碼盤和砝碼，接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源并釋放小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶如圖乙所示，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源的頻率f＝50Hz，釋放小車的瞬間打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)記為“0”，之后的點(diǎn)依次記為“1”“2”“3”…，“0”與“120”兩點(diǎn)間的距離記為L，“119”與“121”兩點(diǎn)間的距離記為Δx，兩滑輪、細(xì)繩及紙帶的質(zhì)量均不計(jì)，回答下列問題：(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打記為“120”的點(diǎn)時(shí)小車的速度大小v120＝____________。中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于此過程中的平均速度，所以v120＝

9.87(2)砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量為m，小車的質(zhì)量為M，當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮間，若mgL＝_________________成立，則驗(yàn)證了系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。(均用題中所給字母表示)

若此過程機(jī)械能守恒，則有(3)測得Δx＝5.12cm，L＝153.55cm，m＝0.10kg，M＝0.90kg，若此過程機(jī)械能守恒，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮＝__________m/s2。(結(jié)果保留兩位小數(shù))

考點(diǎn)三拓展實(shí)驗(yàn)——含彈簧的機(jī)械能守恒

考點(diǎn)三拓展實(shí)驗(yàn)——含彈簧的機(jī)械能守恒(1)在彈性限度內(nèi)將鉤碼緩慢下拉至某一位置，測得此時(shí)彈簧的長度為L。接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源。從靜止釋放鉤碼，彈簧收縮，得到了一條點(diǎn)跡清晰的紙帶。鉤碼加速上升階段的部分紙帶如圖10所示，紙帶上相鄰兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔均為T(在誤差允許范圍內(nèi)，認(rèn)為釋放鉤碼的同時(shí)打出A點(diǎn))。從打出A點(diǎn)到打出F點(diǎn)時(shí)間內(nèi)，彈簧的彈性勢能減少量為________________，鉤碼的動(dòng)能增加量為__________，鉤碼的重力勢能增加量為________。

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考點(diǎn)三拓展實(shí)驗(yàn)——含彈簧的機(jī)械能守恒

(2)利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到彈簧彈性勢能減少量、鉤碼的機(jī)械能增加量分別與鉤碼上升高度h的關(guān)系，如圖所示。由圖可知，隨著h增加，兩條曲線在縱向的間隔逐漸變大，主要原因是________________________________________________。若無阻力做功則彈簧彈性勢能的減少量等于鉤碼機(jī)械能的增加量?，F(xiàn)在隨著h增加，兩條曲線在縱向的間隔逐漸變大，而兩條曲線在縱向的間隔即阻力做的功，則產(chǎn)生這個(gè)問題的主要原因是鉤碼和紙帶運(yùn)動(dòng)的速度逐漸增大，導(dǎo)致空氣阻力逐漸增大，以至于空氣阻力做的功也逐漸增大。見解析考點(diǎn)三拓展實(shí)驗(yàn)——含彈簧的機(jī)械能守恒2.某同學(xué)利用如圖所示的裝置來研究機(jī)械能守恒問題，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)。A、B是質(zhì)量均為m的小物塊，C是質(zhì)量為M的重物，A、B間由輕彈簧相連，A、C間由輕繩相連，在物塊B下放置一壓力傳感器，重物C下放置一速度傳感器，壓力傳感器與速度傳感器相連。當(dāng)壓力傳感器示數(shù)為零時(shí)，就觸發(fā)速度傳感器測定此時(shí)重物C的速度。整個(gè)實(shí)驗(yàn)中彈簧均處于彈性限度內(nèi)，重力加速度為g，實(shí)驗(yàn)操作如下：①開始時(shí)，系統(tǒng)在外力作用下保持靜止，細(xì)繩拉直但張力為零，現(xiàn)釋放C，使其向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)壓力傳感器示數(shù)為零時(shí)，觸發(fā)速度傳感器測出C的速度為v。②在實(shí)驗(yàn)中保持A、B質(zhì)量不變，改變C的質(zhì)量M，多次重復(fù)第(1)步。(1)該實(shí)驗(yàn)中，M和m大小關(guān)系必需滿足M________m(選填“小于”“等于”或“大于”)。大于要使壓力傳感器的示數(shù)為零，彈簧需從壓縮狀態(tài)變成伸長狀態(tài)，因此重物C要能拉動(dòng)物塊A，所以M要大于m?？键c(diǎn)三拓展實(shí)驗(yàn)——含彈簧的機(jī)械能守恒(2)每次測重物C的速度時(shí)，其已下降的高度應(yīng)____________(選填“相同”或“不同”)。

相同

(4)根據(jù)(3)問的圖線知，圖線在縱軸上截距為b，斜率絕對(duì)值為a，則彈簧的勁度系數(shù)為________，A的質(zhì)量為________(用題給的a、b、g表示)。

考點(diǎn)三拓展實(shí)驗(yàn)——含彈簧的機(jī)械能守恒

主要操作步驟如下：(1)用游標(biāo)卡尺測出擋光片的寬度d，用天平測出物塊a、b(含擋光片)的質(zhì)量均為m。(2)將彈簧左端固定在氣墊導(dǎo)軌的左側(cè)，右端與a拴接，把氣墊導(dǎo)軌調(diào)整至水平，并使氣泵正常工作，彈簧處于自然狀態(tài)時(shí)將a右側(cè)所處的位置記為O點(diǎn)。考點(diǎn)三拓展實(shí)驗(yàn)——含彈簧的機(jī)械能守恒

B04真題練習(xí)命題洞見1．（2024·浙江·高考真題）在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中(1)下列操作正確的是

。B應(yīng)手提紙帶上端使紙帶豎直，同時(shí)使重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，由靜止釋放。(2)實(shí)驗(yàn)獲得一條紙帶，截取點(diǎn)跡清晰的一段并測得數(shù)據(jù)如圖所示已知打點(diǎn)的頻率為50Hz，則打點(diǎn)“13”時(shí)，重錘下落的速度大小為

m/s（保留三位有效數(shù)字）。3.34根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于該過程平均速度可得打點(diǎn)“13”時(shí)，重錘下落的速度大小：(3)某同學(xué)用紙帶的數(shù)據(jù)求出重力加速度g=9.77m/s2，并用此g值計(jì)算得出打點(diǎn)“1”到“13”過程重錘的重力勢能減小值為5.09m，另計(jì)算得動(dòng)能增加值為5.08m（m為重錘質(zhì)量）則該結(jié)果

（選填“能”或“不能”驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，理由是(

)A．在誤差允許范圍內(nèi)B．沒有用當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭理由是：該同學(xué)求出的9.77m/s2是重錘受到空氣阻力時(shí)做勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度a=9.77m/s2，不是當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋?.09m也不是重力勢能的減少量。沒有當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊臄?shù)值，無法求出重力勢能的減少量，所以無法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。故選B。不能B2．（2023·天津·高考真題）某同學(xué)利用圖示的氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：A．將桌面上的氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平；B．測出遮光條的寬度dC．將滑塊移至圖示位置，測出遮光條到光電門的距離lD．由靜止釋放滑塊，讀出遮光條通過光電門的遮光時(shí)間DtE．秤出托盤和砝碼總質(zhì)量m1，滑塊（含遮光條）的質(zhì)量m2已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，回答以下問題（用題中所給的字母表示）（1）遮光條通過光電門時(shí)的速度大小為

；小車通過光電門時(shí)的速度為（2）遮光條由靜止運(yùn)動(dòng)至光電門的過程，系統(tǒng)重力勢能減少了

，遮光條經(jīng)過光電門時(shí)，滑塊、托盤和砝碼的總動(dòng)能為

；（3）通過改變滑塊的釋放位置，測出多組l，

?t數(shù)據(jù)﹐利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制

圖像如圖。若圖中直線的斜率近似等于

，可認(rèn)為該系統(tǒng)機(jī)械能守恒。從釋放到小車經(jīng)過光電門，這一過程中，系統(tǒng)重力勢能減少量為從釋放到小車經(jīng)過光電門，這一過程中，系統(tǒng)動(dòng)能增加量為改變l，做多組實(shí)驗(yàn)，做出如圖以l為橫坐標(biāo)。以

為縱坐標(biāo)的圖像，若機(jī)械能守恒成立有整理有可知，若圖中直線的斜率近似等于，可認(rèn)為該系統(tǒng)機(jī)械能守恒。3．（2022·湖北·高考真題）某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用拉力傳感器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)。一根輕繩一端連接固定的拉力傳感器，另一端連接小鋼球，如圖甲所示。拉起小鋼球至某一位置由靜止釋放，使小鋼球在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)，記錄鋼球擺動(dòng)過程中拉力傳感器示數(shù)的最大值Tmax和最小值Tmin。改變小鋼球的初始釋放位置，重復(fù)上述過程。根據(jù)測量數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中繪制的Tmax--Tmin圖像是一條直線，如圖乙所示。（1）若小鋼球擺動(dòng)過程中機(jī)械能守恒。則圖乙中直線斜率的理論值為

。（2）由圖乙得:直線的斜率為

，小鋼球的重力為

N。（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）（3）該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要來源是

（單選，填正確答案標(biāo)號(hào)）。A．小鋼球擺動(dòng)角度偏大B．小鋼球初始釋放位置不同C．小鋼球擺動(dòng)過程中有空氣阻力

聯(lián)立可得即若小鋼球擺動(dòng)過程中機(jī)械能守恒。則圖乙中直線斜率的理論值為-2-2由圖乙得直線的斜率為則小鋼球的重力為0.59-2.1C該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要來源是小鋼球擺動(dòng)過程中有空氣阻力，使得機(jī)械能減小，故選C。4．（2022·廣東·高考真題）某實(shí)驗(yàn)小組為測量小球從某一高度釋放，與某種橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機(jī)械能損失，設(shè)計(jì)了如圖（a）所示的裝置，實(shí)驗(yàn)過程如下：（1）讓小球從某一高度由靜止釋放，與水平放置的橡膠材料碰撞后豎直反彈。調(diào)節(jié)光電門位置，使小球從光電門正上方釋放后，在下落和反彈過程中均可