2026屆高考物理沖刺復(fù)習(xí)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律一、裝置與器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、交流電源、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺(tái)(帶鐵夾)、導(dǎo)線。二、實(shí)驗(yàn)步驟1.安裝器材:將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上,用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電源相連。2.打紙帶:用手豎直提起紙帶,使重物?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器下方附近,先接通電源,再松開紙帶,讓重物自由下落,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打出一系列的點(diǎn),取下紙帶,換上新的紙帶重打幾條(3～5條)。3.選紙帶:從打出的幾條紙帶中選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶。三、數(shù)據(jù)處理四、注意事項(xiàng)1.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要豎直:安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)要豎直架穩(wěn),使其兩限位孔在同一豎直線上,以減小摩擦阻力。2.重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的。3.應(yīng)先接通電源,讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作,后松開紙帶讓重物下落。五、誤差分析1.系統(tǒng)誤差本實(shí)驗(yàn)中因重物和紙帶在下落過程中要克服阻力(空氣阻力、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器阻力)做功,故重物動(dòng)能的增加量ΔEk稍小于其重力勢能的減少量ΔEp,即ΔEk<ΔEp,這屬于系統(tǒng)誤差,改進(jìn)的方法是調(diào)整器材的安裝,盡可能地減小摩擦阻力,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。2.偶然誤差本實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)誤差來源于長度的測量,屬于偶然誤差。減小誤差的方法是測下落距離時(shí)都從O點(diǎn)測量,一次將各打點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度測量完,或者多次測量取平均值?？键c(diǎn)一基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)[例1]【實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作】(2024·貴州貴陽模擬)(1)如圖甲所示為探究機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理圖。下列說法正確的是

。

A.所選重物質(zhì)量越大越好B.重物必須由靜止釋放C.釋放前應(yīng)讓紙帶自由下垂D.若電火花計(jì)時(shí)器的頻率變?yōu)?1Hz,則測出的速度大小偏小D【解析】(1)所選重物質(zhì)量太大的話,紙帶無法承受重物的質(zhì)量,故A錯(cuò)誤;因?yàn)榭梢酝ㄟ^紙帶上的點(diǎn)測算出在每個(gè)點(diǎn)處重物的速度,所以重物不需要由靜止釋放,故B錯(cuò)誤;為減小阻力,釋放前應(yīng)讓紙帶豎直拉直,故C錯(cuò)誤;若電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率變?yōu)?1Hz,則周期變小,兩點(diǎn)間距離變小,但計(jì)算時(shí)仍用原頻率數(shù)值,則測出的速度大小偏小,故D正確。(2)實(shí)驗(yàn)中,得到一條如圖乙所示的紙帶,已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出O點(diǎn)時(shí)重物的速度為0。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的周期為T,重力加速度為g,若下落過程中機(jī)械能守恒,則滿足等式

(用圖乙中所給字母表示)。(hD-hB)2=8T2ghC(3)某同學(xué)畫出了v2-h圖像,h是計(jì)數(shù)點(diǎn)到起始點(diǎn)O的距離,v是該計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度,下列判斷正確的是

。

A.若圖像是一條過原點(diǎn)的直線,則重物下落過程中機(jī)械能一定守恒B.若圖像是一條過原點(diǎn)的直線,則重物下落過程中機(jī)械能可能不守恒C.若圖像是一條不過原點(diǎn)的直線,則重物下落過程中機(jī)械能一定不守恒B[例2]【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與誤差分析】(2025·安徽合肥階段檢測)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”。實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)生電源,交變電流的頻率為50Hz。重物從高處由靜止開始下落,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列的點(diǎn),該同學(xué)在紙帶上每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),依打點(diǎn)先后順序編號(hào)為0、1、2、3、4、……(1)由于不小心,幾條紙帶都被撕斷了,則在B、C、D三段紙帶中,與紙帶A屬于同一條的應(yīng)該是

。

B【解析】(1)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的推論可知x2-x1=aT2=9.7cm,x5-x2=3aT2,解得x5=69cm,故與紙帶A屬于同一條的應(yīng)該是B。(2)這名同學(xué)又重做該實(shí)驗(yàn)并挑選出一條點(diǎn)跡清晰的完好紙帶進(jìn)行測量分析,如圖乙所示,其中零點(diǎn)為起始點(diǎn)。根據(jù)紙帶上的測量數(shù)據(jù),可得打點(diǎn)3時(shí)重物的速度為

m/s;已知重物質(zhì)量為200g,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取9.8m/s2,則從點(diǎn)0到點(diǎn)3,重物的重力勢能減少量|ΔEp|=

J,動(dòng)能增加量|ΔEk|=

J(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)。

4.091.721.67(3)第(2)小問中|ΔEk|與|ΔEp|的大小不相等,出現(xiàn)這一結(jié)果的原因可能是

。

A.重物質(zhì)量的測量值偏大B.接通電源前釋放了紙帶C.存在空氣阻力和摩擦力C【解析】(3)勢能減少量與動(dòng)能增加量的表達(dá)式中均有質(zhì)量,所以重物質(zhì)量的測量不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果,故A錯(cuò)誤;接通電源前釋放了紙帶會(huì)使第(2)小問中|ΔEk|略大于|ΔEp|,故B錯(cuò)誤;空氣阻力與紙帶和限位孔之間的摩擦力做負(fù)功可導(dǎo)致|ΔEk|略小于|ΔEp|,故C正確?？键c(diǎn)二

創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)[例3]【實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新】(2025·廣西南寧開學(xué)考試)某同學(xué)用如圖所示裝置研究機(jī)械能守恒定律。裝置中的標(biāo)尺盤可測定擺錘做圓周運(yùn)動(dòng)下落的高度h,利用光電門可測得擺錘通過光電門的速度v。已知重力加速度為g。該同學(xué)某次實(shí)驗(yàn)時(shí)讓擺錘從A點(diǎn)由靜止開始釋放。(1)若該次實(shí)驗(yàn)中機(jī)械能守恒,應(yīng)驗(yàn)證的表達(dá)式為

(用題中字母表示)。

(2)該次實(shí)驗(yàn)中測得擺錘通過C點(diǎn)的機(jī)械能偏大的原因可能是

(填標(biāo)號(hào))。

A.光電門在C的下方B.擺錘在擺動(dòng)的過程中有空氣阻力【解析】(2)光電門在C的下方,導(dǎo)致C點(diǎn)的測量速度偏大,則機(jī)械能偏大,故A正確;擺錘在擺動(dòng)的過程中有空氣阻力,因空氣阻力做負(fù)功,導(dǎo)致機(jī)械能減小,故B錯(cuò)誤。A(3)若該次實(shí)驗(yàn)機(jī)械能守恒,取A點(diǎn)所在高度重力勢能為0,則擺錘擺到左側(cè)最高點(diǎn)時(shí),重力勢能

(選填“>”“<”或“=”)0。

【解析】(3)若該次實(shí)驗(yàn)機(jī)械能守恒,取A點(diǎn)所在高度重力勢能為0,則擺錘擺到左側(cè)最高點(diǎn)時(shí),此位置與A點(diǎn)等高,故重力勢能等于0。=(1)若A上的擋光條寬為d,經(jīng)過光電門時(shí)的擋光時(shí)間為Δt,則A通過光電門處的速度v=

。

(3)上述圖像的縱截距表示了當(dāng)滑輪的質(zhì)量M=0時(shí),A物體通過光電門的速度平方的倒數(shù),由此可求得sinθ=

。

(4)利用表中的第1組數(shù)據(jù),可以推出質(zhì)量m的滑輪以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能Ek=

。(用m、R、ω表示)

[例5]【實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新】(2025·重慶沙坪壩開學(xué)考試)李華利用氣墊導(dǎo)軌“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。將氣墊導(dǎo)軌水平放置,滑塊放在最右側(cè),并通過輕繩連接托盤和砝碼。測得遮光條的寬度為d,托盤和砝碼總質(zhì)量為m,滑塊與遮光條的總質(zhì)量為M。實(shí)驗(yàn)開始時(shí),將滑塊移至圖示位置,測得遮光條到光電門距離為l(d?l),由靜止釋放滑塊,讀出遮光條通過光電門的遮光時(shí)間為t。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,不計(jì)一切摩擦和空氣阻力。(1)請(qǐng)選擇合適的研究對(duì)象,寫出驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律所需要滿足的表達(dá)式

。

(2)某次實(shí)驗(yàn)中李華測量得滑塊和遮光條的質(zhì)量M=400.0g、托盤和砝碼的質(zhì)量m=100.0g、遮光條寬度d=0.45cm,滑塊靜止釋放時(shí)遮光條中點(diǎn)與光電門光源之間距離l=60.00cm,遮光條遮光時(shí)間t=3.05ms,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取9.8m/s2。則遮光條通過光電門時(shí)v=

m/s,測量過程中系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp=

J,系統(tǒng)增加的動(dòng)能總和為ΔEk=

J。(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)

1.480.5880.548不成功,氣墊導(dǎo)軌未調(diào)水平,滑輪有摩擦或者托盤受到空氣阻力等[例6]【數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新】(2024·廣西貴港模擬)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。輕桿兩端固定兩個(gè)完全相同的小球P、Q,桿可以繞固定于O點(diǎn)且垂直于紙面的水平軸在豎直面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。O點(diǎn)正下方有一光電門,當(dāng)小球P經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí),激光恰好照在球心所在位置。已知重力加速度為g,用游標(biāo)卡尺測得小球的直徑為d。(1)P、Q從水平位置由靜止釋放,當(dāng)小球P通過最低點(diǎn)時(shí),與光電門連接的數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間為Δt,計(jì)算得到小球P經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)的速度vP=

。

(3)若實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)能增加量總是比重力勢能減少量小,以下可能的影響因素有

(填字母)。

A.小球運(yùn)動(dòng)過程受到空氣阻力的影響B(tài).球心間距離L的測量值偏小