目 錄
01 新高考命題熱點(diǎn)
02 核心考點(diǎn)綜述
1）斜面實(shí)驗(yàn)
2）單擺實(shí)驗(yàn)
3）彈簧振子實(shí)驗(yàn)
4）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
03 典型真題精練
04 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)新考法
1）利用單擺驗(yàn)證機(jī)械能守恒
2）利用彈簧振子驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒
3）利用輕桿驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒
4）利用斜面驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律
5）利用DIS實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒
05 分層強(qiáng)化訓(xùn)練
新高考中該實(shí)驗(yàn)的命題熱點(diǎn)有：一是通過斜面實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，要求學(xué)生掌握單擺周期公式及機(jī)械能守恒的條件，會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算重力勢(shì)能和動(dòng)能的變化。一是通過單擺實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，要求學(xué)生掌握單擺周期公式及機(jī)械能守恒的條件，會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算重力勢(shì)能和動(dòng)能的變化。二是利用彈簧振子驗(yàn)證，涉及彈簧彈性勢(shì)能與動(dòng)能、重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化，?？紡椥詣?shì)能公式的應(yīng)用及能量守恒的判斷。三是創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，如采用新的測(cè)量?jī)x器或改變實(shí)驗(yàn)條件，考查學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)驗(yàn)探究能力。
一、斜面實(shí)驗(yàn)
1.實(shí)驗(yàn)原理：將物體置于光滑斜面之上，在物體下滑的進(jìn)程中，僅有重力做功，機(jī)械能守恒定律得以成立。此時(shí)，物體的重力勢(shì)能逐步轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，滿足關(guān)系式，這里的特指物體沿斜面下滑的垂直高度。實(shí)驗(yàn)旨在通過精準(zhǔn)測(cè)量下滑高度以及物體到達(dá)底端時(shí)的瞬時(shí)速度，對(duì)機(jī)械能守恒予以驗(yàn)證。
2.實(shí)驗(yàn)器材：斜面（需盡可能光滑，必要時(shí)可鋪設(shè)氣墊導(dǎo)軌來模擬無摩擦環(huán)境）、滑塊、光電門（用于精確測(cè)量速度）、刻度尺（用以測(cè)定高度與長度）、秒表（起輔助計(jì)時(shí)作用，例如通過測(cè)量滑塊下滑時(shí)間，可粗略估算速度）。
3.實(shí)驗(yàn)步驟：首先，妥善安裝斜面并將其調(diào)整至適宜角度，確保滑塊能夠順滑下滑；接著，運(yùn)用刻度尺仔細(xì)測(cè)量斜面的總高度，以及滑塊初始位置距離底端的垂直高度；隨后，讓滑塊從斜面頂端靜止釋放，借助光電門記錄滑塊抵達(dá)底端瞬間的速度。為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，需多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，每次改變滑塊的初始位置高度。
4.數(shù)據(jù)處理與分析：依據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)，精確計(jì)算重力勢(shì)能的減少量與動(dòng)能的增加量，將二者進(jìn)行對(duì)比，倘若在允許的誤差范圍之內(nèi)二者相等，便意味著機(jī)械能守恒得到成功驗(yàn)證。還可采用圖像法輔助分析，以為橫坐標(biāo)，分別以、為縱坐標(biāo)繪制圖像，理想狀態(tài)下兩條曲線應(yīng)完美重合。此實(shí)驗(yàn)的誤差主要源自斜面的摩擦、光電門的測(cè)量精度以及人為的測(cè)量誤差。
二、單擺實(shí)驗(yàn)
1.實(shí)驗(yàn)原理：?jiǎn)螖[擺動(dòng)期間，若忽略空氣阻力影響，僅重力做功，機(jī)械能守恒定律同樣適用。擺球在往復(fù)擺動(dòng)過程中，重力勢(shì)能與動(dòng)能持續(xù)相互轉(zhuǎn)化，依據(jù)單擺周期公式以及機(jī)械能守恒表達(dá)式，通過精準(zhǔn)測(cè)定擺長、周期以及擺球在不同位置的高度，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械能守恒的驗(yàn)證。
2.實(shí)驗(yàn)器材：?jiǎn)螖[（擺線長度適中，擺球質(zhì)量均勻）、鐵架臺(tái)、秒表、米尺。鐵架臺(tái)用于穩(wěn)固支撐單擺，秒表負(fù)責(zé)測(cè)量單擺的周期，米尺則用來測(cè)量擺長以及擺球在擺動(dòng)過程中的不同位置高度。
3.實(shí)驗(yàn)步驟：先將單擺妥善安裝于鐵架臺(tái)上，并仔細(xì)調(diào)節(jié)擺長，使單擺能夠自由順暢擺動(dòng)；接著，將擺球拉離平衡位置一個(gè)微小角度（務(wù)必小于）后釋放，隨即使用秒表測(cè)量單擺擺動(dòng)多個(gè)周期的總時(shí)間，取平均值從而得到精確的周期；在擺球擺動(dòng)之時(shí)，運(yùn)用米尺測(cè)量諸如起始高度、某中間位置高度等不同位置距離最低點(diǎn)的高度。
4.數(shù)據(jù)處理與分析：由單擺周期公式精準(zhǔn)算出重力加速度，再結(jié)合機(jī)械能守恒定律，仔細(xì)計(jì)算擺球在不同位置的動(dòng)能與重力勢(shì)能，對(duì)比二者的變化情況。此實(shí)驗(yàn)誤差多由擺角過大、空氣阻力以及計(jì)時(shí)誤差所引發(fā)。采用圖像法時(shí)，可繪制以擺角或高度為橫坐標(biāo)，以重力勢(shì)能、動(dòng)能為縱坐標(biāo)的圖像，借此清晰洞察能量的變化趨勢(shì)。
三、彈簧振子實(shí)驗(yàn)
1.實(shí)驗(yàn)原理：在彈性限度之內(nèi)，彈簧振子振動(dòng)過程中，僅有彈簧彈力做功，機(jī)械能守恒定律成立，此時(shí)彈性勢(shì)能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，其涉及公式為（其中為彈簧勁度系數(shù)，為彈簧形變），。實(shí)驗(yàn)通過嚴(yán)密監(jiān)測(cè)彈簧形變與振子速度，對(duì)機(jī)械能守恒進(jìn)行驗(yàn)證。
2.實(shí)驗(yàn)器材：彈簧（勁度系數(shù)已知或可通過特定方法測(cè)定）、振子、支架、位移傳感器、力傳感器（或者采用光電門測(cè)量速度）。位移傳感器與力傳感器協(xié)同運(yùn)作，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)彈簧與振子的狀態(tài)，光電門則可輔助測(cè)量振子的速度。
3.實(shí)驗(yàn)步驟：把彈簧穩(wěn)穩(wěn)固定于支架之上，掛上振子，并將各類傳感器妥善連接并調(diào)試至最佳狀態(tài)；接著，拉伸或壓縮彈簧，促使振子開始振動(dòng)，此時(shí)傳感器會(huì)記錄下彈簧的形變、振子所受之力以及位移等信息，倘若使用光電門，則需在振子的振動(dòng)路徑上合理設(shè)置測(cè)量點(diǎn)，以測(cè)定速度。為確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，需多次改變彈簧的初始形變并重復(fù)實(shí)驗(yàn)。
4.數(shù)據(jù)處理與分析：依據(jù)傳感器或光電門所采集的數(shù)據(jù)，精確計(jì)算彈性勢(shì)能與動(dòng)能的變化情況，對(duì)比二者之和，若其接近常數(shù)，便有力證明了機(jī)械能守恒。該實(shí)驗(yàn)誤差主要源于彈簧質(zhì)量、非彈性形變以及傳感器的精度問題。借助圖像展示彈簧形變與能量變化的關(guān)系，能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)分析提供有力輔助。
四、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
1.實(shí)驗(yàn)原理：以傳統(tǒng)機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)原理為基石，向外拓展延伸，充分利用新穎的器材與前沿的技術(shù)，達(dá)成更為精準(zhǔn)的驗(yàn)證目標(biāo)。例如巧妙運(yùn)用電磁感應(yīng)原理，當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)并切割磁感線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，依據(jù)能量守恒定律，機(jī)械能將轉(zhuǎn)化為電能，通過精確測(cè)量電能，反向推算機(jī)械能的變化情況。
2.實(shí)驗(yàn)器材：通常涵蓋高科技裝備或自制的特殊器材，諸如磁場(chǎng)發(fā)生器、導(dǎo)體棒、電流傳感器、電壓傳感器、高速攝像機(jī)（其能夠詳實(shí)記錄運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)，為后續(xù)分析提供有力支撐）等。
3.實(shí)驗(yàn)步驟：精心搭建包含磁場(chǎng)、導(dǎo)體棒的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，將各類傳感器妥善連接；隨后，讓導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中按照預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)，傳感器會(huì)實(shí)時(shí)記錄電流、電壓等電學(xué)參數(shù)，高速攝像機(jī)同步記錄運(yùn)動(dòng)軌跡；為深入探究實(shí)驗(yàn)規(guī)律，需改變運(yùn)動(dòng)條件，如調(diào)整磁場(chǎng)強(qiáng)度、改變導(dǎo)體棒的速度與質(zhì)量等，重復(fù)開展實(shí)驗(yàn)。
4.數(shù)據(jù)處理與分析：依據(jù)電磁學(xué)相關(guān)公式，將所采集到的電學(xué)參數(shù)巧妙轉(zhuǎn)化為與機(jī)械能緊密關(guān)聯(lián)的物理量，再與初始機(jī)械能進(jìn)行細(xì)致對(duì)比，以此驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律是否成立。誤差分析涉及傳感器的校準(zhǔn)精度、磁場(chǎng)的均勻程度、運(yùn)動(dòng)控制的精準(zhǔn)度等諸多方面。借助圖像展示運(yùn)動(dòng)參數(shù)與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系，將極大助力實(shí)驗(yàn)探究的深入推進(jìn)。
【例1】（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)的最大值和最小值。改變小鋼球的初始釋放位置，重復(fù)上述過程。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中繪制的圖像是一條直線，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
【例2】（2021·海南·高考真題）為了驗(yàn)證物體沿光滑斜面下滑的過程中機(jī)械能守恒，某學(xué)習(xí)小組用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置（包括導(dǎo)軌、氣源、光電門、滑塊、遮光條、數(shù)字毫秒計(jì)）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。此外可使用的實(shí)驗(yàn)器材還有：天平、游標(biāo)卡尺、刻度尺。
（1）某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn)步驟，其中不必要的步驟是 ；
①在導(dǎo)軌上選擇兩個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢肁、B安裝光電門Ⅰ、Ⅱ，并連接數(shù)字毫秒計(jì)；
②用天平測(cè)量滑塊和遮光條的總質(zhì)量m；
③用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d；
④通過導(dǎo)軌上的標(biāo)尺測(cè)出A、B之間的距離l；
⑤調(diào)整好氣墊導(dǎo)軌的傾斜狀態(tài)；
⑥將滑塊從光電門Ⅰ左側(cè)某處，由靜止開始釋放，從數(shù)字毫秒計(jì)讀出滑塊通過光電門Ⅰ、Ⅱ的時(shí)間、；
⑦用刻度尺分別測(cè)量A、B點(diǎn)到水平桌面的高度、；
⑧改變氣墊導(dǎo)軌傾斜程度，重復(fù)步驟⑤⑥⑦，完成多次測(cè)量。
（2）用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d時(shí)，游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖所示，則 ；某次實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得，則滑塊通過光電門Ⅰ的瞬時(shí)速度 （保留3位有效數(shù)字）；
（3）在誤差允許范圍內(nèi)，若 （用上述必要的實(shí)驗(yàn)步驟直接測(cè)量的物理量符號(hào)表示，已知重力加速度為g），則認(rèn)為滑塊下滑過程中機(jī)械能守恒；
（4）寫出兩點(diǎn)產(chǎn)生誤差的主要原因： 。
【變式1】利用單擺驗(yàn)證機(jī)械能守恒
1．（2025·全國·模擬預(yù)測(cè)）實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)用如圖所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，細(xì)繩一端固定在O點(diǎn)處的拉力傳感器上，另一端拴接一小球，O點(diǎn)與球心間的距離為L?？潭瘸哓Q直放置，當(dāng)輕繩沿豎直方向時(shí)小球球心與刻度尺的“0”刻線平齊。實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：
①讓小球靜止在最低點(diǎn)，從與拉力傳感器相連的顯示器讀出拉力大小為；
②將小球拉到某位置，保持細(xì)繩伸直，讀出小球球心所對(duì)的刻線h，由靜止釋放小球，從與拉力傳感器相連的顯示器讀出最大拉力；
③重復(fù)步驟②，測(cè)得多組和h，作出圖像。
請(qǐng)回答下列問題：
(1)用天平測(cè)得小球的質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮? （用題給物理量的字母表示）。
(2)若所作圖像的縱截距為 、斜率為 （均用已知量符號(hào)表示），即可驗(yàn)證在誤差允許范圍內(nèi)小球運(yùn)動(dòng)過程機(jī)械能守恒。
(3)不改變細(xì)繩長度的情況下，換用半徑相同、質(zhì)量不同的小球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，作出的圖線 （填“相同”或“不同”）。
【變式2】利用彈簧振子驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒
2．（2024·貴州六盤水·模擬預(yù)測(cè)）某實(shí)驗(yàn)小組驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，將小球向下拉到某一位置釋放后，小球上下來回運(yùn)動(dòng)，利用手機(jī)錄制一段視頻，利用Tracker軟件對(duì)視頻進(jìn)行逐幀分析，得出每一幀對(duì)應(yīng)時(shí)間及小球所在位置。已知小球質(zhì)量，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取，彈簧勁度系數(shù)，視頻幀率30fps（每秒30幀）。取豎直向上為正方向，豎直方向位移用y表示，利用重力勢(shì)能、動(dòng)能、彈性勢(shì)能計(jì)算總機(jī)械能。
(1)下表是本次測(cè)量的部分?jǐn)?shù)據(jù)，當(dāng)小球下落位移為時(shí)，請(qǐng)計(jì)算：①彈簧的彈性勢(shì)能 J；②系統(tǒng)的機(jī)械能 J。（結(jié)果均保留4位小數(shù)）
(2)測(cè)量多組數(shù)據(jù)并繪制動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、機(jī)械能隨時(shí)間變化情況如圖乙所示（圖中各物理量單位均為國際單位，縱軸表示能量，橫軸表示時(shí)間），由圖乙可得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是______。
A．小球在重力作用下機(jī)械能守恒
B．小球在重力和彈簧彈力作用下機(jī)械能守恒
C．小球與彈簧組成的系統(tǒng)在重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力作用下機(jī)械能守恒
【變式3】利用輕桿驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒
3．（2024·遼寧沈陽·三模）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，桿可以繞固定于點(diǎn)且垂直于紙面的水平軸在豎直面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。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，與光電門連接的數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間為。已知重力加速度為。
(1)實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)用螺旋測(cè)微器測(cè)量小鋼球的直徑，如上圖所示，該小鋼球的直徑 cm。
(2)兩小球P、Q球心間的距離為L，P、Q兩球球心到轉(zhuǎn)軸點(diǎn)的距離之比為，當(dāng)滿足 （用表示）時(shí)，即驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。
(3)若實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)能增量總是比重力勢(shì)能減少量大，以下可能的影響因素有______（填選項(xiàng)序號(hào)）。
A．小球運(yùn)動(dòng)過程受到空氣阻力的影響B(tài)．球心間距離的測(cè)量值偏小
C．小球P運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，球心位置比光電門略高D．釋放時(shí)具有初速度
【變式4】利用斜面驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律
4．（24-25高三上·廣西貴港·階段練習(xí)）利用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置驗(yàn)證物體沿光滑斜面下滑的過程中機(jī)械能守恒。氣墊導(dǎo)軌裝置包括導(dǎo)軌、氣源、光電門、滑塊、遮光條、數(shù)字毫秒計(jì)，已知重力加速度為g。實(shí)驗(yàn)步驟如下：
①在導(dǎo)軌上選擇兩個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢肁、B安裝光電門Ⅰ、Ⅱ，并連接數(shù)字毫秒計(jì)；
②用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d；
③調(diào)整好氣墊導(dǎo)軌的傾斜狀態(tài)；
④用刻度尺分別測(cè)量A、B點(diǎn)到水平桌面的高度；
⑤將滑塊從光電門Ⅰ左側(cè)某處，由靜止開始釋放，讀出滑塊通過光電門Ⅰ、Ⅱ的時(shí)間分別為、；
⑥改變氣墊導(dǎo)軌傾斜程度，進(jìn)行多次測(cè)量。
(1)本實(shí)驗(yàn) （選填“需要”或“不需要”）測(cè)量滑塊與遮光條的總質(zhì)量m；
(2)通過光電門Ⅰ的瞬時(shí)速度 （用上述步驟中的物理量符號(hào)表示）；
(3)在誤差允許范圍內(nèi)，若關(guān)系式 成立，則認(rèn)為滑塊下滑過程中機(jī)械能守恒（關(guān)系式用g、d、、、、表示）。
【變式5】利用DIS實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒
5．（24-25高三上·黑龍江大慶·階段練習(xí)）某研究小組利用DIS實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。如圖1，內(nèi)置有光電門的重錘通過輕桿與轉(zhuǎn)軸O相連，重錘通過遮光片時(shí)可記錄遮光時(shí)間。實(shí)驗(yàn)時(shí)，重錘從M點(diǎn)由靜止釋放，依次記錄其通過每個(gè)速光片所對(duì)應(yīng)的時(shí)間t。用刻度尺測(cè)出每個(gè)遮光片距最低點(diǎn)N的豎直高度為h，重錘質(zhì)量為m，重力加速度為g。
(1)實(shí)驗(yàn)前，用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片的寬度d，其示數(shù)如圖2，則d= mm。
(2)若以最低點(diǎn)N為零勢(shì)能面，選用字母m、h、d、t、g表示物理量，則經(jīng)過某個(gè)遮光片時(shí)，重錘的重力勢(shì)能，動(dòng)能 ；對(duì)比通過各遮光片處重錘的機(jī)械能（）是否相等，可判斷機(jī)械能守恒與否。
(3)為了更直觀的處理數(shù)據(jù)，研究小組繪制了重錘擺下過程中動(dòng)能、重力勢(shì)能及機(jī)械能隨高度變化的圖像如圖3所示，其中重力勢(shì)能的圖線應(yīng)為 （選填“A”，“B”或“C”）；仔細(xì)比對(duì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，重錘擺下過程中，重力勢(shì)能減少量 動(dòng)能增加量（選填“大于”或“小于”）。
1．（2021·山東·高考真題）某乒乓球愛好者，利用手機(jī)研究乒乓球與球臺(tái)碰撞過程中能量損失的情況。實(shí)驗(yàn)步驟如下：
①固定好手機(jī)，打開錄音功能；
②從一定高度由靜止釋放乒乓球；
③手機(jī)記錄下乒乓球與臺(tái)面碰撞的聲音，其隨時(shí)間（單位：s）的變化圖像如圖所示。
根據(jù)聲音圖像記錄的碰撞次序及相應(yīng)碰撞時(shí)刻，如下表所示。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，回答下列問題：
（1）利用碰撞時(shí)間間隔，計(jì)算出第3次碰撞后乒乓球的彈起高度為 m（保留2位有效數(shù)字，當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋?br>（2）設(shè)碰撞后彈起瞬間與該次碰撞前瞬間速度大小的比值為k，則每次碰撞損失的動(dòng)能為碰撞前動(dòng)能的 倍（用k表示），第3次碰撞過程中 （保留2位有效數(shù)字）。
（3）由于存在空氣阻力，第（1）問中計(jì)算的彈起高度 （填“高于”或“低于”）實(shí)際彈起高度。
2．（2020·上?！じ呖颊骖}）圖是用DIS研究機(jī)械能守恒的裝置。
(1)圖定位擋片的作用是 。
(2)試驗(yàn)中測(cè)得C點(diǎn)的機(jī)械能偏大的原因是( )
A．光電門在C的下方B．?dāng)[錘釋放時(shí)繩子松弛
C．?dāng)[錘在擺動(dòng)的過程中由空氣阻力D．?dāng)[錘釋放時(shí)在A的上方
(3)為了驗(yàn)證單擺的機(jī)械能守恒，某同學(xué)測(cè)量了擺下擺時(shí)動(dòng)能Ek與偏角θ的函數(shù)關(guān)系，如圖所示。當(dāng)偏角θ=32°時(shí)，擺的重力勢(shì)能為 J，若擺的質(zhì)量為0.0075kg，則擺長為 m。（g取9.8m/s2）
3．（24-25高三上·四川成都·階段練習(xí)）某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖（a）所示的裝置驗(yàn)證小球擺動(dòng)過程中的機(jī)械能守恒，實(shí)驗(yàn)中小球到達(dá)點(diǎn)時(shí)恰好與桌面接觸但沒有彈力，處的箭頭處放一鋒利的刀片，細(xì)線到達(dá)豎直位置時(shí)被割斷，小球做平拋運(yùn)動(dòng)落到地面，是一刻度尺，該同學(xué)方案的優(yōu)點(diǎn)是只需利用刻度尺測(cè)量位置到桌面的高度、桌面到地面的高度及平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移即可。

(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)出小球的直徑如圖（b）所示， ；
(2)實(shí)驗(yàn)中改變，多測(cè)幾次和的數(shù)值，作出如圖（c）所示的圖像1，則該圖線的斜率 時(shí)即可證明小球下擺過程中機(jī)械能守恒；
(3)已知圖像1與準(zhǔn)確圖像近似重合，若該同學(xué)另一次實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)量的值偏小，則他作出的圖像可能為圖（c）中的 （選填“1、2或3”）。
4．（2024·四川成都·模擬預(yù)測(cè)）某同學(xué)用如圖1所示的裝置驗(yàn)證輕彈簧和物塊（帶有遮光條）組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。圖中光電門安裝在鐵架臺(tái)上且位置可調(diào)。物塊釋放前，細(xì)線與彈簧和物塊的拴接點(diǎn)在同一水平線上，且彈簧處于原長?；嗁|(zhì)量和一切摩擦均不計(jì)，細(xì)線始終伸直。物塊連同遮光條的總質(zhì)量為，彈簧的勁度系數(shù)為，彈性勢(shì)能（為彈簧形變量），重力加速度為，遮光條的寬度為，物塊釋放點(diǎn)與光電門之間的距離為（遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于?，F(xiàn)將物塊由靜止釋放，記錄物塊通過光電門的時(shí)間
(1)改變光電門的位置，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，每次物塊均從點(diǎn)靜止釋放，記錄多組和對(duì)應(yīng)的時(shí)間，作出圖像如圖2所示，若要驗(yàn)證輕彈簧和物塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，則在誤差允許的范圍內(nèi)，需要驗(yàn)證正確的關(guān)系式是______。
A．B．
(2)在（1）中的條件下，和時(shí)，物塊通過光電門時(shí)彈簧具有的彈性勢(shì)能分別為和，則 （用表示）。
(3)在（1）中的條件下，取某個(gè)值時(shí)，可以使物塊通過光電門時(shí)的速度最大，速度最大值為 （表示）。
5．（24-25高三上·廣東東莞·階段練習(xí)） 某實(shí)驗(yàn)小組利用鐵架臺(tái)、彈簧、鉤碼、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、刻度尺等器材驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。彈簧的勁度系數(shù)為k，原長為，鉤碼的質(zhì)量為m。已知彈簧的彈性勢(shì)能表達(dá)式為其中k為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間。
(1)在彈性限度內(nèi)將鉤碼緩慢下拉至某一位置，測(cè)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乙所示，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)，鉤碼的重力勢(shì)能增加量為 ，鉤碼的動(dòng)能增加量為 ，彈簧的彈性勢(shì)能減少量為 。
(2)實(shí)驗(yàn)小組發(fā)現(xiàn)彈簧彈性勢(shì)能減少量總要大于鉤碼的機(jī)械能增加量，除了各種阻力原因外，還可能的原因是 。
6．（24-25高三上·廣東潮州·期中）某同學(xué)查閱資料得知：若彈簧勁度系數(shù)為，彈性形變?yōu)?，則其彈性勢(shì)能。據(jù)此設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證系統(tǒng)的機(jī)械能守恒：鐵架臺(tái)上豎直懸掛一個(gè)輕彈簧，彈簧下端連接一質(zhì)量為的小鋼球，小鋼球平衡時(shí)的位置記為，在處安裝一光電計(jì)時(shí)器，正下方桌面設(shè)置位移傳感器?，F(xiàn)把小鋼球豎直托高到彈簧剛好處于原長的位置A點(diǎn)，由靜止釋放，光電計(jì)時(shí)器測(cè)出第一次下落過程中小鋼球擋光時(shí)間，同時(shí)由位移傳感器在計(jì)算機(jī)上得到小鋼球相對(duì)點(diǎn)的位移一時(shí)間圖像如圖乙所示，從圖像中可讀出的數(shù)值。用刻度尺測(cè)得小鋼球的直徑為，遠(yuǎn)小于之間的距離，重力加速度為，彈簧始終處于彈性限度內(nèi)且不能對(duì)光電門造成有效擋光。問：
(1)彈簧的勁度系數(shù)為 。
(2)小鋼球第一次通過點(diǎn)的速度為 。
(3)小鋼球第一次由A到的過程中，系統(tǒng)勢(shì)能（包括重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能）的減小量 ，動(dòng)能的增加量 ，如果在誤差許可范圍內(nèi)，有成立，就可以認(rèn)為系統(tǒng)機(jī)械能守恒。（用前文中的字母符號(hào)表達(dá)）
7．（24-25高三上·江蘇揚(yáng)州·期中）小明利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，斜槽軌道末端離水平地面的高度為。將小球從軌道上高為h處由靜止釋放，測(cè)量小球的落點(diǎn)距軌道末端的水平距離為x。
(1)現(xiàn)有以下材質(zhì)的小球，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)選用__________。
A．乒乓球B．鋼球C．泡沫球
(2)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的有__________。
A．軌道需盡可能光滑B．軌道末端必須水平
C．必須測(cè)量小球的質(zhì)量D．必須測(cè)量小球的直徑
(3)將小球從同一高度多次釋放，小球的落點(diǎn)如圖1所示，把毫米刻度尺的0刻度線跟記錄紙上的點(diǎn)O對(duì)齊，由圖可得x應(yīng)為 cm。

(4)改變小球的釋放高度h，測(cè)得多組數(shù)據(jù)，作出了的實(shí)驗(yàn)圖線，如圖2所示。為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，請(qǐng)?jiān)趫D2中畫出的理論圖線。
(5)小明認(rèn)為，小球從軌道拋出后雖然受到空氣阻力，但對(duì)驗(yàn)證小球在沿斜槽軌道下滑過程中機(jī)械能是否守恒，不產(chǎn)生影響．請(qǐng)判斷該觀點(diǎn)是否正確，簡(jiǎn)要說明理由 。
8．（23-24高二上·四川廣安·階段練習(xí)）某同學(xué)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。一傾斜導(dǎo)軌與水平桌面的夾角為，導(dǎo)軌底端P點(diǎn)有一帶擋光片的滑塊，滑塊和擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片的寬度為d，滑塊與沙桶由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩相連，滑塊與導(dǎo)軌間的摩擦可忽略，導(dǎo)軌上的Q點(diǎn)處固定一個(gè)光電門。擋光片到光電門的距離為s，重力加速度為g。
（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)進(jìn)行了如下操作：
①調(diào)節(jié)細(xì)沙的質(zhì)量，使滑塊和沙桶恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)，則沙桶和細(xì)沙的總質(zhì)量為 。（用已知物理量和字母表示）
②在沙桶中再加入質(zhì)量為的細(xì)沙，讓滑塊從P點(diǎn)由靜止開始運(yùn)動(dòng)，已知光電門記錄擋光片擋光的時(shí)間為，則滑塊通過Q點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度為 。（用已知物理量和字母表示）
（2）在滑塊從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)的過程中，滑塊與沙桶組成的系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量 ，動(dòng)能的增加量 。（均用已知物理量和字母表示）
（3）若在誤差允許的范圍內(nèi)，，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證。
9．（24-25高三上·河南·階段練習(xí)）某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。將一量角器固定在支架的豎直桿上，量角器的0°刻度線與豎直桿對(duì)齊，量角器在豎直面內(nèi)，在量角器的圓心上方位置固定一個(gè)力傳感器，將不可伸長的細(xì)線一端固定在力傳感器上，懸點(diǎn)剛好與量角器的圓心重合，另一端與小鐵球相連。當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。
(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)將小球向左拉到某一高度，懸線伸直，懸線與量角器平面 （填“平行”或“垂直”），記錄這時(shí)懸線與豎直方向的夾角，由靜止釋放小球，小球擺動(dòng)過程中力傳感器的最大示數(shù)為F，若小球的質(zhì)量為m、細(xì)線的長為L，小球的直徑為D，則小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能大小為 （用已知和測(cè)量的物理量符號(hào)表示）。
(2)若表達(dá)式 （用m、g、F、表示）成立，則小球下擺過程中機(jī)械能守恒。
(3)多次改變懸線與豎直方向的初始夾角，得到多組及對(duì)應(yīng)的力傳感器的最大示數(shù)F，作F-圖像，如果圖像是一條傾斜直線，且圖像的縱軸截距等于 ，圖像的斜率等于 （均用子母m、g表示），則小球下擺過程中機(jī)械能守恒。
10．（24-25高三上·山東青島·階段練習(xí)）在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，一實(shí)驗(yàn)小組給小球一個(gè)初速度，讓小球從傾角為的斜面低端A點(diǎn)沿斜面向上運(yùn)動(dòng)，用頻閃相機(jī)記錄了小球沿斜面上滑的過程，如圖所示，測(cè)得B、C、D、E到A的距離分別為，，，，已知相機(jī)的頻閃頻率為，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取?br>(1)小球經(jīng)過位置D時(shí)的速度 。
(2)小球上滑的過程中動(dòng)能的減少量與重力勢(shì)能的增加量進(jìn)行比較，有 （填“”“”“”）。
(3)選取A為位移起點(diǎn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作出圖線，若圖線斜率 ，則小球上滑過程中機(jī)械能守恒。
(4)若改變斜面傾角進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)寫出斜面傾角大小對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的影響 ：
11．（24-25高三上·山東菏澤·期中）某同學(xué)利用如圖所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：
①將氣墊導(dǎo)軌平放在桌面上，把光電門裝在氣墊導(dǎo)軌的A點(diǎn)上，然后將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平；
②用螺旋測(cè)微器測(cè)出遮光條的寬度d，將遮光條裝在滑塊上；
③在氣墊導(dǎo)軌的右端支腳下墊上一個(gè)厚度為h的墊片，左右支腳間的距離為x，如圖甲所示
④接通氣源，讓滑塊從導(dǎo)軌的B點(diǎn)（遮光條的中心線通過該點(diǎn)）由靜止下滑，讀出數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄的遮光條經(jīng)過光電門的遮光時(shí)間t；
⑤測(cè)得AB兩點(diǎn)間的距離為L；
⑥改變氣墊導(dǎo)軌的支腳下墊片（厚度均為h）的數(shù)目n，重復(fù)步驟④，每次都從B點(diǎn)由靜止下滑，讀出數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄的遮光條經(jīng)過光電門的遮光時(shí)間t。
已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮間，根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)步驟請(qǐng)回答：
(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量遮光條的寬度時(shí)的結(jié)果如圖乙所示，則遮光條的寬度d= mm。
(2)遮光條經(jīng)過光電門時(shí)的速度v= （用d、t表示）。
(3)根據(jù)多組n、t數(shù)據(jù)，可繪制圖像，如圖丙所示，當(dāng)其斜率k= （用實(shí)驗(yàn)中所測(cè)物理量符號(hào)表示）時(shí)，可證明滑塊與遮光條機(jī)械能守恒。
12．（24-25高三上·河北衡水·階段練習(xí)）如圖，某實(shí)驗(yàn)小組利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，已知遮光條寬度為，兩光電門之間的距離為，重力加速度為，接通氣源之后，釋放滑塊與金屬槽碼，測(cè)得遮光條通過兩光電門的時(shí)間分別為和。
(1)為完成實(shí)驗(yàn)，還需測(cè)量的量有：_________。
A．槽碼質(zhì)量和滑塊質(zhì)量 B．導(dǎo)軌傾角 C．導(dǎo)軌長度
(2)遮光條通過光電門1時(shí)的速度 。（用題中字母表示）
(3)若等式 成立，則可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。（用題干及第1問中的所選物理量的字母表示）
(4)為了提高實(shí)驗(yàn)精度，以下操作可取的是________。
A．換用更寬的遮光條
B．從更高的位置釋放滑塊
C．把金屬槽碼換成橡膠槽碼
13．（24-25高二上·安徽蕪湖·開學(xué)考試）某實(shí)驗(yàn)小組用如圖（a）所示的裝置測(cè)量重力加速度g。細(xì)線上端固定在鐵架臺(tái)上的O點(diǎn)，下端懸掛一小球（不可視為質(zhì)點(diǎn)），在鐵架臺(tái)的O點(diǎn)正下方固定了一個(gè)光電門。小球靜止時(shí)，光電門發(fā)出的激光剛好射到小球的中心。首先測(cè)得O點(diǎn)到小球間懸線的長度為L和小球的直徑為d，再將小球拉到不同位置由靜止釋放，測(cè)得不同釋放點(diǎn)細(xì)線與豎直方向夾角為和光電門記錄的對(duì)應(yīng)遮光時(shí)間為t。
(1)本實(shí)驗(yàn) （選填“需要”或“不需要”）測(cè)量小球質(zhì)量；
(2)小球通過光電門時(shí)的速度為 （用測(cè)得的物理量符號(hào)表示）；
(3)“圖像思想”是處理物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)常用的思想方法之一，它在處理物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中具有獨(dú)特的作用。將測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為以為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)的圖像，如圖（b）所示，已知圖像斜率的絕對(duì)值為k，則圖像的縱截距為 ，重力加速度為 （用已知量和測(cè)得的物理量符號(hào)表示）。
14．（24-25高三上·江蘇南京·期中）實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”方案：用粗細(xì)均勻的細(xì)桿拼組成矩形框，從某一高處豎直下落。在矩形框正下方放置光電門，測(cè)得矩形框先后兩次擋光時(shí)間分別為和。
(1)制作矩形框時(shí)，甲同學(xué)選擇空心塑料細(xì)桿，乙同學(xué)選擇實(shí)心金屬細(xì)桿。 （選填“甲”或“乙”）的選擇實(shí)驗(yàn)效果更好；
(2)測(cè)量細(xì)桿直徑，如圖乙所示，其值為 mm；
(3)用、，表示下、上邊框的經(jīng)過光電門時(shí)的速度，測(cè)出上下邊框兩桿軸心之間距離，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，若 ，可判斷矩形框下落過程機(jī)械能守恒。
(4)下列操作，你認(rèn)為正確的是______。
A．釋放時(shí)，矩形框下框的下沿必須與光電門在同一高度
B．釋放時(shí)，矩形框可以在光電門上方一定距離處
C．矩形框下落時(shí)，水平邊框不水平、框面不豎直，對(duì)測(cè)量結(jié)果都沒有影響
(5)有同學(xué)提出細(xì)桿直徑較大時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。僅考慮直徑較大的影響，忽略其他因素，本實(shí)驗(yàn)得出的重力勢(shì)能的減小量和動(dòng)能的增加量的關(guān)系為 （選填“＜”“＞”或者“＝”）。時(shí)間（s）
位移（m）
速度（m/s）
動(dòng)能（J）
重力勢(shì)能（J）
彈性勢(shì)能（J）
機(jī)械能（J）
0.066667
0.0094
①
②
0.100000
0.0213
0.0015
0.0000
0.133333
0.0360
0.0046
0.0007
碰撞次序
1
2
3
4
5
6
7
碰撞時(shí)刻（s）
1.12
1.58
2.00
2.40
2.78
3.14
3.47

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實(shí)驗(yàn)2 探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系-2025年高考物理必考實(shí)驗(yàn)重難點(diǎn)突破講練（全國通用）

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實(shí)驗(yàn)01 勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究-2025年高考物理必考實(shí)驗(yàn)重難點(diǎn)突破講練（全國通用）

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