高考物理专题——力学实验
专题复习目标学科核心素养高考命题方向
1.复习力学实验的基本原理和方法，并借助基本实验分析拓展创新实验。
2．复习电学实验的基本原理和方法，并借助基本实验分析拓展创新实验。1.科学探究：基于观察和
实验提出物理问题、形成
猜想和假设、设计实验与
制定方案。
2．科学推理：通过实验
获取和处理信息、基于证
据得出结论并做出解释。
高考主要考查：对力的研究；
验证机械能守恒和动量守恒
定律；电表改装、多用电表原
理；“电阻测量类”实验；测
量电源的电动势和内阻；利用
传感器设计并制作简单的自
动控制装置；电学拓展创新实
验等。
第1讲力学实验
题型一力的测量
实验1探究弹力和弹簧伸长之间的关系
(2021·高考广东卷)某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数，缓冲装置如图所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°，弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下：先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺，再将单个质量为200 g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进，每滑进一个钢球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数L n，数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数。
n 12345 6
L n/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09
(1)i i＋3i1，ΔL2
＝6.08 cm，ΔL3＝________cm，压缩量的平均值ΔL＝ΔL1＋ΔL2＋ΔL3
3＝
________cm。
(2)上述ΔL是管中增加________个钢球时产生的弹簧平均压缩量。
(3)忽略摩擦，重力加速度g取9.80 m/s2，该弹簧的劲度系数为________N/m。(结果保留3位有效数字)
[解析](1)根据题意可得弹簧的压缩量ΔL3＝L6－L3＝(18.09－12.05)cm＝6.04 cm
压缩量的平均值为ΔL＝ΔL1＋ΔL2＋ΔL3
3＝
6.03＋6.08＋6.04
3cm＝6.05
cm。
(2)因三个ΔL是相差3个钢球的压缩量之差，则所求平均值为管中增加3个钢球时产生的弹簧平均压缩量。
(3)根据钢球的平衡条件有3mg sin θ＝k·ΔL
解得k＝3mg sin θ
ΔL
＝
3×0.2×9.8×sin 30°
6.05×10－2
N/m≈48.6 N/m。
[答案](1)6.04 6.05(2)3(3)48.6
实验2验证力的平行四边形定则
(2021·安徽安庆市二模)有同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则。在竖直木板上铺有白纸，并固定两个光滑的滑轮A和B，三根绳子打一个结点O，各绳另一端均连接钩码，各钩码质量均相等。当系统达到平衡时如图，根据钩码个数可读出三根绳子的拉力F1、F2和F3。回答下列问题：
(1)若某次实验中钩码个数N1＝2，N2＝5，则N3可能等于________(填正确答案标号)。
A．2B．4
C．8 D．9
(2)在实验过程中，关于实验操作和相关要求，下列说法正确的是________(填选项前字母)。
A．实验中三段绳子应与竖直木板平行
B．实验中需要用天平测出一个钩码的质量
C．在某两次实验中，O点位置可以不同
D．实验中需要用量角器量出三段绳子之间的夹角
(3)通过实验，该同学用作图法作出了两个图，如图甲、乙所示，你认为图示中________(选填“甲”或“乙”)是正确的。
[解析](1)N1、N2钩码的重力的合力大小应该等于N3钩码的重力，由三角形知识应有
N2－N1 即3 (2)实验中绳子与木板平行才能在木板平面内完成实验，A正确；实验中只要知道三根绳子的拉力关系就能作图验证力的平行四边形定则，因此不需要测出钩码的质量，B错误；由于每次实验都能进行一次验证，故两次实验中O点的位置可以不同，C正确；实验中以F1、F2为邻边作平行四边形验证，无须测夹角，D错误。 (3)实验中F3方向应沿OC竖直方向，所以甲图正确。 [答案](1)B(2)AC(3)甲 题型二研究平抛运动 (2021·高考全国卷乙)某同学利用图(a)所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔0.05 s发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图(b)所示(图中未包括小球刚离开轨道的影像)。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为5 cm。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图(b)中标出。 完成下列填空：(结果均保留2位有效数字) (1)小球运动到图(b)中位置A时，其速度的水平分量大小为________m/s，竖直分量大小为________m/s； (2)根据图(b)中数据可得，当地重力加速度的大小为________m/s2。 [解析](1)因小球水平方向做匀速直线运动，因此水平速度为v0＝x t＝ 0.05 0.05 m/s＝1.0 m/s，小球竖直方向做自由落体运动，因此A点的竖直速度可由平均速 度等于中间时刻的瞬时速度求得v y＝6.1＋8.6＋11.0＋13.4 0.05×4 m/s≈2.0 m/s。 (2)由竖直方向的自由落体运动可得g＝y3＋y4－y2－y1 4T2 代入数据可得g＝9.7 m/s2。 [答案](1)1.0 2.0(2)9.7 【针对训练1】(2021·湖北武汉市4月质量检测)用如图甲所示的装置研究平抛运动的轨迹。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的木板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出，落在竖直挡板MN上。由于竖直挡板与竖直木板的夹角略小于90°，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。每次将竖直挡板向右平移相同的距离L，从斜槽上同一位置由静止释放钢球，如 此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。 (1)实验前需要检查斜槽末端是否水平，正确的检查方法是____________。 (2)以平抛运动的起始点为坐标原点，水平向右为x 轴正方向，竖直向下为y 轴正方向建立坐标系。将钢球放在Q 点，钢球的________(选填“最右端”“球心”或“最下端”)对应白纸上的位置即为坐标原点。 (3)实验得到的部分点迹a 、b 、c 如图乙所示，相邻两点的水平间距均为L ，ab 和ac 的竖直间距分别是y 1和y 2，当地重力加速度为g ，则钢球平抛的初速度大小为________；钢球运动到b 点的速度大小为_________。 解析：(1)将钢球置于轨道平直段各处，都能静止，说明斜槽末端水平。 (2)钢球的球心对应白纸上的位置即为坐标原点。 (3)由于两段水平距离相等，故时间相等，根据(y 2－y 1)－y 1＝gt 2 解得t ＝y 2－2y 1g 则初速度为v 0＝L t ＝L g y 2－2y 1 b 点的竖直速度v by ＝y 22t b 点的速度v b ＝v 20＋v 2y ＝12 （y 22＋4L 2）g y 2－2y 1 。 答案：(1)将钢球置于轨道平直段各处，都能静止，说明斜槽末端水平 (2)球心 (3)L g y 2－2y 1 12 （y 22＋4L 2）g y 2－2y 1 题型三 纸带类实验 实验1 研究匀变速直线运动 (2021·河南六市第二次联合调研)在“用打点计时器研究匀变速直线运动”的实验中，某同学得到一条如图所示的纸带。纸带上所标记各点均为打点计时器在纸带上打下的一系列连续的点，请回答下列问题(计算结果保留2位有效数字，所用交流电源频率为50 Hz)： (1)本实验所采用的是电火花计时器，其所用电源电压为________V的交流电。 (2)打下标记点1时，纸带的速度v1＝________m/s。 (3)根据纸带上所标数据，可得纸带的加速度为a＝________m/s2。 [解析](1)电火花计时器，其所用电源电压为220 V的交流电。 (2)打下标记点1时，纸带的速度v1＝0.46 0.02×2 ×10－2 m/s≈0.12 m/s。 (3)纸带的加速度为a＝1.37－0.46× 3 4 6×0.022 ×10－2 m/s2≈4.3 m/s2。 [答案](1)220(2)0.12(3)4.3 实验2验证牛顿第二定律及测定动摩擦因数 (2021·高考全国卷甲)为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数，一同学将贴有标尺的瓷砖的一端放在水平桌面上，形成一倾角为α的斜面(已知sin α＝0.34，cos α＝0.94)，小铜块可在斜面上加速下滑，如图所示。该同学用手机拍摄小铜块的下滑过程，然后解析视频记录的图像，获得5个连续相等时间间隔(每个时间间隔ΔT＝0.20 s)内小铜块沿斜面下滑的距离s i(i＝1，2，3，4，5)，如下表所示。 s1s2s3s4s5 5.87 cm7.58 cm9.31 cm11.02 cm12.74 cm 2，小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数为________。(结果均保留2位有效数字，重力加速度大小取9.80 m/s2) [解析]根据逐差法有a＝（s5＋s4）－（s2＋s1） 6（ΔT）2 代入数据可得小铜块沿斜面下滑的加速度大小a≈0.43 m/s2 对小铜块受力分析，根据牛顿第二定律有mg sin α－μmg cos α＝ma 代入数据解得μ≈0.32。 [答案]0.430.32 【针对训练2】(2021·高考湖南卷)某实验小组利用图(a)所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下： (1)用游标卡尺测量垫块厚度h，示数如图(b)所示，h＝________cm。 (2)接通气泵，将滑块轻放在气垫导轨上，调节导轨至水平。 (3)在右支点下放一垫块，改变气垫导轨的倾斜角度。 (4)在气垫导轨合适位置释放滑块，记录垫块个数n和滑块对应的加速度a。 (5)右支点下增加垫块个数(垫块完全相同)，重复步骤(4)，记录数据如下表： n 12345 6 a/(m·s－2)0.0870.1800.2600.4250.519 根据表中数据在图(c)上描点，绘制图线。 如果表中缺少的第4组数据是正确的，其应该是________m/s2(保留3位有效数字)。 解析：(1)垫块的厚度为h＝1 cm＋2×0.1 mm＝1.02 cm。 (5)绘制图线如图，由图可知，第4组数据中的加速度a为0.345 m/s2。 答案：(1)1.02(5)见解析0.345(±0.02均正确) 实验3探究动能定理 (2021·四川德阳市三诊)某实验小组同学利用下列器材做“研究合外力做功与动能变化的关系”实验： A．标有刻度、一端带有滑轮的轨道 B．两个光电计时器 C．安装有挡光片的小车(质量为M) D．拴有细线的托盘(质量为m0) E．可以调节高度的平衡支架 F．一定数量的钩码 某小组选用上述器材安装的实验装置如图甲所示，轨道上安装了两个光电门A、B。实验步骤如下： ①调节两个光电门中心的距离，记为L； ②调节轨道的倾角，轻推小车后，使小车拉着钩码和托盘能沿轨道向下匀速经过光电门A、B，钩码的质量记为m； ③撤去托盘和钩码，让小车仍沿轨道向下加速经过光电门A、B，光电计时 器记录小车通过A、B的时间分别为Δt1和Δt2； ④利用测得的数据求得合外力做功与动能变化的关系。 根据实验过程，滑轮的摩擦力不计，已知重力加速度为g，回答以下问题。 (1)图乙是用游标卡尺测挡光片的宽度d，则d＝________cm。 (2)小车加速从A到B过程中合外力做的功W＝______________；小车动能的变化量的表达式ΔE k＝__________________(用已知和测得的物理量的字母符号表示)。通过实验可得出，在误差允许的范围内合外力所做的功等于小车动能的增量。 [解析](1)用游标卡尺测挡光片的宽度d＝0.9 cm＋0.05 mm×10＝0.950 cm； (2)小车匀速下滑时，合外力为零，此时小车受到的沿斜面向上的合力为(m0＋m)g，则撤去托盘和钩码后小车受到的合外力所做功为(m0＋m)gL；小车动能的 变化量ΔE k＝1 2m v 2 2 － 1 2m v 2 1 ＝ 1 2M⎣⎢ ⎡ ⎦ ⎥ ⎤ ⎝ ⎛ ⎭ ⎪ ⎫ d Δt2 2 － ⎝ ⎛ ⎭ ⎪ ⎫ d Δt1 2 。 [答案](1)0.950(2)(m0＋m)gL 1 2M⎣⎢ ⎡ ⎦ ⎥ ⎤⎝ ⎛ ⎭ ⎪ ⎫ d Δt2 2 － ⎝ ⎛ ⎭ ⎪ ⎫ d Δt1 2 【针对训练3】(2021·安徽马鞍山市第二次质量监测)小明利用图(a)装置研究外力对滑块做功与其动能变化关系。 (1)不挂小物体时，适当调整气垫导轨，直到轻推滑块，遮光片先后经过光电门A和光电门B的时间________，说明气垫导轨水平。 (2)用游标卡尺测量遮光片的宽度d，如图(b)所示，d＝________mm。 (3)某次测量的数据如下：小物体质量m，滑块和遮光片的总质量M (M≫m)，遮光片的宽度d，光电门A和B的中心距离s，滑块通过光电门A和B的遮光时间分别为t A、t B(滑块通过光电门B后，小物体才落地)。则外力对滑块做功与其 动能变化的关系式是__________________________。(用上述测量的物理量表示，重力加速度为g ) 解析：(1)轻推滑块，遮光片先后经过光电门A 和光电门B 的时间相等，说明气垫导轨水平。 (2)遮光片的宽度d ＝0.5×10 mm ＋10×120 mm ＝5.50 mm 。 (3)外力对滑块做功W ＝mgs ，滑块动能的变化ΔE k ＝12M v 2B －12M v 2A ＝12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d t B 2 －12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d t A 2，外力对滑块做功与其动能变化的关系式是W ＝ΔE k ， 即mgs ＝12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d t B 2－12M ⎝ ⎛⎭ ⎪⎫d t A 2 。 答案：(1)相等 (2)5.50 (3)mgs ＝12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d t B 2－12M ⎝ ⎛⎭ ⎪⎫d t A 2 实验4 验证机械能守恒定律 (2021·安徽芜湖市5月质量监控)用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置如图甲所示。实验中先通电，后让重物由静止释放，打出纸带的一部分如图乙所示。O 点为打点计时器打下的第一个点，A 、B 、C 为相邻的计时点，测得s 1＝5.40 cm ，s 2＝5.78 cm ；O 到B 点时的距离为41.20 cm 。已知重物的质量m ＝1.00 kg ，交流电的频率为50 Hz ，当地重力加速度取9.80 m/s 2。(以下分析结果均保留3位有效数字) (1)当打点计时器打到B 点时，重物的重力势能比开始下落时减少了________J ；此时重物的速度为________m/s 。 (2)通过分析发现实验中存在各种阻力的影响，重物通过OC 段的阻力可视为恒定，则重物通过此段的阻力系数δ＝________%(定义阻力系数δ＝阻力重力×100%)。 [解析](1)重力势能的减少量为ΔE p＝mgh OB＝4.037 6 J≈4.04 J 根据中间时刻的瞬时速度等于平均速度有v B＝s1＋s2 2T 代入数据解得重物速度v B＝2.795 m/s≈2.80 m/s。 (2)根据动能定理有(mg－F)h OB＝1 2m v 2 B 代入数据解得阻力F≈0.285 N 由δ＝阻力 重力 ×100% 代入数据得出δ＝0.285 N 9.8 N×100%≈2.91%。 [答案](1)4.04 2.80(2)2.91 题型四验证动量守恒定律 (2021·河南新乡市二模)某实验小组利用如图甲所示的实验装置验证动量守恒定律，已知小球A、B的直径相同，质量分别为m1、m2。 (1)用10分度的游标卡尺测量小球A的直径d，其示数如图乙所示，直径d ＝________cm。 (2)用两条细线分别将球A、B悬挂于同一水平高度，且自然下垂时两球恰好接触，球心位于同一水平线上。将球A向左拉起，使其悬线与竖直方向的夹角为α时由静止释放，与球B碰撞后，球A向左摆且测得摆到最高点时，其悬线与竖直方向的夹角为θ1，球B向右摆且测得摆到最高点时，其悬线与竖直方向的夹角为θ2，通过以上实验结果可知质量m1________(选填“大于”“小于”或“等于”)m2。 (3)若两球碰撞前后的动量守恒，则m11－cos α＝__________________。(用测量的物理量表示) [解析](1)直径d＝32 mm＋6×0.1 mm＝32.6 mm＝3.26 cm。 (2)因A小球碰撞后反弹，所以m1 (3)小球A下摆过程只有重力做功，机械能守恒，由机械能守恒定律得 1 2m1v 2 1 ＝m1gl(1－cos α) 碰撞后，对A、B两球分别根据机械能守恒定律得1 2m1v1′ 2＝m1gl(1－cos θ1) 1 2m2v2′ 2＝m2gl(1－cos θ2) 若两球碰撞前后的动量守恒，则满足m1v1＝－m1v1′＋m2v2′ 联立以上四式得m1（1－cos α）＝m2（1－cos θ2）－m1（1－cos θ1）。 [答案](1)3.26(2)小于(3)m2（1－cos θ2）－m1（1－cos θ1） (建议用时：60分钟) 1．(2021·新疆维吾尔自治区第二次联考)如图甲所示，用铁架台、刻度尺、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。 (1)测量时弹簧应保持静止且轴线________。 (2)如图乙所示，根据实验数据绘图，纵轴表示悬挂钩码的质量m，横轴表示弹簧的形变量x，重力加速度g取9.8 m/s2。由图可知弹簧的劲度系数k＝________N/m。 (3)小明从悬点到标记A作为弹簧的长度L，作出了弹簧受到的拉力F与长 度L间的关系如图丙中实线所示。如果从悬点到标记B作为弹簧长度L，作出的图线应是丙图中的________(从a、b、c、d、e、f中选取)。 解析：(1)测量时弹簧应保持静止且轴线竖直。 (2)由题图乙可知，m－x图象斜率k′＝70×10－3 14×10－3 kg/m＝5 kg/m，根据胡克定 律可得mg＝kx，故k＝m x g，k＝gk′＝9.8×5 N/m＝49 N/m。 (3)如果从悬点到标记B作为弹簧长度L，弹簧的原长变长了，但弹簧的劲度系数不变，应该与实线平行，故选e。 答案：(1)竖直(2)49(3)e 2．(2021·湖北七市教科研协作体3月联考)用如图(a)所示的装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q 点飞出，落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点，在如图(b)所示的白纸上建立以抛出点为坐标原点、水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系(已知g取10 m/s2)。 (1)下列说法正确的是________。 A．斜槽轨道必须光滑，且小球每次要从斜槽同一位置由静止释放 B．需调节斜槽，保证其末端水平 C．需调节硬板，保证硬板在竖直平面内 D．本实验必需的器材还有刻度尺和秒表 (2)在图(b)中实验记录到有一个位置明显发生偏差的点，其产生的原因可能是：该次实验时，小球在斜槽释放的位置与其他几次相比偏________(选填“高”或“低”)。 (3)根据图(b)记录的点可求得钢球平抛的初速度大小为________m/s(结果保留2位有效数字)。 解析：(1)为了保证小球平抛运动的初速度相等，每次让小球从斜槽的同一位置由静止释放，斜槽轨道不一定需要光滑，故A 错误；为保证小球做平抛运动，安装斜槽时其末端切线必须水平，且让小球出射方向与硬板平行，让其在竖直面运动，故B 、C 正确；小球平抛运动的时间可以根据竖直位移求出，不需要秒表，故D 错误。 (2)由题图(b)可知，第5个点明显不在线上，水平方向的位移小了很多，是由于水平方向的初速度太小，所以原因可能是小球从斜槽上滚下时的初始位置比其他几次的位置偏低。 (3)在竖直方向上，根据y ＝12gt 2 得t ＝2y g ＝2×20×10－2 10 s ＝0.2 s 小球做平抛运动的初速度v 0＝x t ＝20×10－2 0.2 m/s ＝1.0 m/s 。 答案：(1)BC (2)低 (3)1.0 3．(2021·新疆维吾尔自治区3月第一次检测)某实验小组在做“探究小车速度随时间的变化规律”的实验时，通过打点计时器得到一条记录小车运动情况的纸带，每隔四个点取一个计数点，测量数据如图所示。(结果均保留3位有效数字) (1)由图可得小车运动的加速度大小为________。 (2)D 点的瞬时速度大小为________m/s 。 (3)若实验时，交流电的实际频率为51 Hz ，则测出的加速度________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 解析：(1)由题意可知，计数点间的时间间隔T ＝0.1 s ，根据逐差法，可知加速度 a ＝Δx T 2＝x CE －x AC 4T 2＝1.0560－0.2760－0.27604×0.1 2 m/s 2＝12.6 m/s 2。 (2)D 点的瞬时速度v D ＝v －CE ＝x CE 2T ＝1.056－0.2760.2 m/s ＝3.90 m/s 。 (3)若交流电的实际频率是51 Hz ，会导致打点周期变小，而处理数据计算加速度时用的是原来的较大的周期，即测量出的加速度比实际值偏小。 答案：(1)12.6 m/s 2 (2)3.90 (3)偏小 4．(2021·四川遂宁市第三次诊断)用如图所示的装置可以测量滑块与滑板间的动摩擦因数。滑板水平固定，滑块左端固定一个弹簧，弹簧原长时右端为O 点，在O 点右侧标注A 点、B 点，在B 点处安装一光电门。滑块正中固定一遮光片后压缩弹簧到C 点，静止释放，记录AB 的距离L 、遮光片通过光电门的时间t 。已知遮光片宽为d ，重力加速为g 。 (1)滑块通过B 点处的速度大小为________。 (2)保持A 点不动，多次移动B 点和光电门，每次滑块都将弹簧压缩到C 点 后释放，测量各次AB 的距离L 、遮光片通过光电门的时间t 。则作出的1t 2－L 图 象是________。 (3)如果算出1t 2－L 图象的斜率大小为k ，则滑块与滑板之间的动摩擦因数为 ________。 解析：(1)滑块通过B 点处的速度大小v ＝d t 。 (2)由动能定理可得μmgL ＝12m v 2A －12m ⎝ ⎛⎭ ⎪⎫d t 2 从C 到A 由能量守恒定律可知，由于弹簧压缩量不变，则滑块到达A 点的 动能不变，则1t 2＝v 2A d 2－2μgL d 2 结合数学知识可知，选C 。 (3)由数学知识可得2μg d2＝k得μ＝ kd2 2g。 答案：(1)d t(2)C(3) kd2 2g 5．(2021·河北省学业水平选择性考试)图1是探究加速度与力关系的实验装置。提供器材如下：带有刻度尺的气垫导轨、气泵、光电门2个、数字计时器、带挡光片滑块(其上可放砝码)、砝码盘(质量5 g)、质量5 g的砝码5个。 实验步骤：固定光电门，测出光电门间的距离；调节导轨水平，将滑块用细线跨过轻质滑轮与砝码盘相连；将5个砝码放到滑块上，释放滑块，测出其经过光电门1和2的挡光时间；取滑块上一个砝码放入砝码盘，释放滑块，测出挡光时间；再次取滑块上一个砝码，依次重复上述操作，直至将5个砝码全部转移到砝码盘。描点作图分析加速度与力的关系。 (1)图2、图3分别为甲、乙同学用各自实验数据绘制的a－F图象。 上述图象中只有________(选填“图2”或“图3”)能正确反映加速度和力 的关系。错误图象形成的原因可能是________。 A．滑块释放时具有一定的初速度 B．绘制a－F图象时，将砝码盘中的砝码的重力作为合力F C．滑块上固定的挡光片发生倾斜 (2)依据上述正确图象计算出滑块的质量为________g。(结果保留3位有效数字) 解析：(1)根据牛顿第二定律a＝F m知，加速度和合外力成正比，a－F图象应 该是过原点的一条直线，所以题图中只有图2能正确反映加速度和力的关系；图3不是过原点的一条直线，形成的原因可能是绘制a－F图象时，将砝码盘中的砝码的重力作为合力F，没有考虑砝码盘(质量5 g)本身的重力，使得实际的合力比绘制a－F图象时的合力偏大，故选B。 (2)设滑块的质量为M，砝码盘及砝码的质量为m，细线上的拉力为F T，据牛顿第二定律，对砝码盘及砝码mg－F T＝ma 对滑块F T＝Ma 可得加速度a＝ mg m＋M ＝ F m＋M 题图2的斜率为 1 m＋M ，有 1 m＋M ＝ 1.36 0.30kg －1≈4.53 kg－1 变形为m＋M＝ 1 4.53kg≈0.221 kg＝221 g 由题知当F＝30×10－2 N时，即5个砝码全部转移到砝码盘，这时砝码盘及砝码的质量m＝30 g，所以滑块的质量M≈191 g。 答案：(1)图2B(2)191(±3均正确) 6．(2021·安徽宣城市4月第二次调研)某同学用如图甲所示的装置“探究系统动能的变化与其合外力做功关系”的实验。小车放在木板上，细线的一端与小车相连，另一端跨过定滑轮挂上钩码。打点计时器固定在木板右端，所用交流电频率为50 Hz，纸带穿过打点计时器连接在小车上。启动打点计时器，释放小车，小车在钩码的作用下拖着纸带运动，打点计时器打出的纸带如图乙所示(图中相邻两点间有4个点未画)。 (1)实验中需要平衡摩擦力，此项操作________(选填“要”或“不要”)挂上钩码。 (2)根据图乙计算纸带上B 点对应的小车速度大小为________。 (3)假设由图乙纸带算出B 点对应的小车速度为v B ，D 点对应的小车速度为v D ，测出BD 间距离为x ，小车质量为M ，钩码质量为m ，重力加速度为g ，请用上述字母写出该同学在本实验中要探究的表达式________________。 解析：(1)小车下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力作用，为了在实验中能够把钩码的重力视为系统所受的合外力，则应该用重力沿木板向下的分力来平衡摩擦力，在平衡摩擦力时，不挂钩码，但要连接纸带。 (2)由题意知，相邻两点的时间间隔T ＝1f ×5＝0.1 s ，由一段时间的平均速度 等于中间时刻的瞬时速度求打下B 点的瞬时速度v B ＝v －AC ＝x AC 2T ＝0.56 m/s 。 (3)若系统符合动能的变化等于合外力做的功，则有 mgx ＝12(m ＋M )v 2D －12 (m ＋M )v 2B 。 答案：(1)不要 (2)0.56 m/s (3)mgx ＝12(m ＋M )v 2D －12 (m ＋M )v 2B 7．(2021·湖南衡阳市毕业联考)某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，他将两物块A 和B 用轻质无弹性细绳连接并跨过轻质定滑轮，B 下端连接纸带，纸带穿过固定的打点计时器，用天平测出A 、B 两物块的质量m A ＝500 g ，m B ＝300 g ，A 从高处由静止开始下落，B 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(图中未标出)，计数点间的距离如图乙所示。已知打点计时器计时周期为T ＝0.02 s 。则： 在打0～5点过程中系统动能的增量ΔE k ＝________J ，系统势能的减小量ΔE p ＝________J ，由此得出的结论是__________________________。 (重力加速度g 取9.8 m/s 2，结果保留3位有效数字) 解析：相邻两计数点间的时间间隔为t ＝5×0.02 s ＝0.1 s 打计数点5时的瞬时速度v 5＝x 462T ＝1.22 m/s 则系统动能的增加量ΔE k ＝12(m A ＋m B )v 25≈0.595 J 系统势能的减小量ΔE p ＝(m A －m B )gx 05≈0.604 J 在误差允许范围内，A 与B 组成的系统机械能守恒。 答案：0.595 0.604 在误差允许范围内，A 与B 组成的系统机械能守恒 8．(2021·江西鹰潭市二模)某同学用如图甲所示的装置验证碰撞中动量守恒。一根长为L 的轻质不可伸缩细线一端拴住质量为m A 的小钢球A ，细线的另一端固定在悬点O ，在最低点的前后放置一光电门，光电门前的水平面上放一质量为m B 的金属物块B ，物块的上表面中央固定一轻质的遮光片。现将小球向右拉至细线水平后静止释放，小球在最低点与物块碰撞后反弹上升，测出小球反弹上升时细线的最大偏角为θ，光电门记录的挡光时间为t ，已知重力加速度为g 。则 (1)用20分度的游标卡尺测遮光片的宽度如图乙所示，则遮光片的宽度d ＝________mm 。 (2)小球与物块的质量大小关系为m A ________(选填“>”“＝”或“<”)m B 。 (3)验证小球与物块在碰撞过程中动量守恒的表达式为_______________。(用字母m A 、m B 、L 、d 、θ、t 、g 表示) 解析：(1)主尺读数为4 mm ，游标读数是7×0.05 mm ＝0.35 mm ，故最后读 数为4 mm＋0.35 mm＝4.35 mm。 (2)小钢球与金属物块碰后要求小球反弹，故m A (3)设小球在碰撞前、后的速度大小分别为v1、v2由机械能守恒定律有 m A gL＝1 2m A v 2 1 m A gL(1－cos θ)＝1 2m A v 2 2 碰后物块的速度v＝d t 由碰撞中动量守恒有m A v1＝m B v－m A v2 可得2gL(1＋1－cos θ)m A t＝m B d。 答案：(1)4.35(2)<(3)2gL(1＋1－cos θ)m A t＝m B d 9．(2021·安徽宿州市第三次模拟)某实验小组用光滑导轨验证滑块碰撞过程中动量守恒。实验装置如图甲所示，两滑块置于导轨上，其中滑块2左侧粘有橡皮泥。 (1)电火花计时器固定在紧靠导轨左端并连接在50 Hz交流电源上，将纸带穿过计时器并固定在滑块1的左端(图中未画出)，调节打点计时器的高度使纸带始终与导轨平行。 主要步骤： ①实验前应调节导轨底部的调节旋钮，使导轨________； ②把滑块2放在导轨的中间，使滑块1置于左端弹射架上； ③先____________，然后____________，让滑块1带动纸带一起运动；(选填“接通电源”“释放滑块1”或“释放滑块2”) ④取下纸带，重复步骤②③，选出理想的纸带； ⑤用天平测得滑块1的质量为300 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为346 g。 (2)某次实验打出的纸带如图乙所示(纸带上的点为自然点)。两滑块碰撞之前系统的总动量为________kg·m/s；两滑块碰撞之后系统的总动量为________kg·m/s(结果均保留3位有效数字)。 北京市2022届高考物理一轮实验专题复习练习：力学实验 力学实验——基础篇 一.探究匀变速直线运动的特点 1.某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动。 (1)实验中,必要的措施是 A.细线必须与长木板平行 B.先接通电源再释放小车 C.小车的质量远大于钩码的质量 D.平衡小车与长木板间的摩擦力 (2)他实验时将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上,得到一条纸带,打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点,图中末画出)。S1=3.59cm,S2=4.41cm,S j= 5.19cm,S i=5.97cm,S s=6.78cm,S i=7.64cm。则小车的加速度大小a=m/s2(要求充分 =m/s。(结果均保留两位有效数利用测量的数据),打点计时器在打B点时小车的速度大小V B 字) 2.某同学用如图所示的实验装置研究小车在斜面上的运动。实验步骤如下: a.安装好实验器材。 b.接通电源后,让拖着纸带的小车沿斜面向下运动,重复几次。选出一条点迹比较清晰的纸带,舍去开始密集的点迹,从便于测量的点开始,每两个打点间隔取一个计数点,如图中 0、1、2、⋯、6点所示。 c.测量1、2、3、⋯、6计数点到0计数点的距离,分别记作:X1、X2、x3,⋯,X6。 d.通过测量和计算,该同学判断出小车沿平板做匀加速直线运动。 e.分别计算出x1、x2、x3、⋯、x6与对应时间的比值x1 t1、x2 t2 、x3 t3 、⋯、x6 t6 。 f.以x t 为纵坐标、t为横坐标,标出x t 与对应时间t的坐标点,画出x t −t图线。 结合上述实验步骤,请你解答下列问题： ①实验中,除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、平板、铁架台、导线及开关外,在下面的器材中,必须使用的有和(填选项代号) A.电压合适的50Hz交流电源 B.电压可调的直流电源 高考物理实验专题复习：力学实验 —、基本仪器 1、请认真观察本题图示并读出螺旋测微器的测量结果为mm,游标卡尺的测量结果为 mm。 二、纸带 （一）匀加速直线运动 （用纸带计算瞬时速度和加速度） 1.（9分）某学生用打点计时器研究小车的匀变速直线运动。他将打点计时器接到频率为 50Hz 的交流电源上，实验时得到一条纸带。他在纸带上便于测量的地方选取第一个计时点，在这个点下标明A,第六个点下标明B,第十一个点下标明C,第十六个点下标明£>, 第二十一个点下标明E。测量时发现B点已模糊不清，于是他测得AC长为14.56cm、CD长为11.15cm,OE长为13.73cm,财丁C点时小车的瞬时速度大小为m/s, 小车运动的加速度大小为m/s2, AB的距离应为cm。（保留三 位有效数字） 参考答案1.（每）；旨 & B / 1—14. 56cm —13. 73cm （用纸带计算瞬时速度和加速度，分析由于电源频率引起的误差） 2、在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带如图所 示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G等7个计数点，每相邻两个计数点之间还有4个点，图中没有画出，打点计时器接周期为T=0.02S的交流电源.他经过测量并计算得到打点计时器在打3、C、。、E、F各点时物体的瞬时速度如下表： （1） __________________________________计算VF的公式V F = ; （2）以A点对应的时刻为t=0,根据表格中数据做出物体的v-t图象，利用图象求得其加速度a =m/s2； （3）如果当时电网中交变电流的频率是上51Hz,而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比（选填：偏大、偏小或不变）。 参考答案 4. （12 分）（1）* =<10? （2）=0.425±0.005m/s2；图略（3）偏小 （纸带的迁移） 3、（本题满分13分（1）（3分）图中给出的是用螺旋测微器测 量某一圆柱形工件的直径时的示数图，由图可知此工件的直径应 为mm o 2（10分）如图甲所示，是用包有白纸的质量为1.00kg的圆柱棒替代纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在电动机的飞轮上 专题分层突破练16力学实验 A组 1.(2021浙江衢州高三二模)(1)图甲中,探究求合力的方法、研究平抛运动两实验均需使用的器材是(填写器材名称)。 甲 (2)在探究求合力的方法实验中,通过对拉的方法来选择两个弹簧测力计。方案一为两弹簧测力计竖直悬挂在铁架台上对拉,方案二为两弹簧测力计置于水平桌面对拉,下列说法正确的是。 A.弹簧测力计使用前必须进行调零 B.实验时,两个弹簧测力计的量程需一致 C.若方案一的两弹簧测力计读数相等,则可正常使用 D.若方案二的两弹簧测力计读数相等,则可正常使用 (3)在探究求合力的方法的实验中,某实验小组使用的弹簧测力计量程为0~5.00 N,将橡皮条一端固定,先用两只弹簧测力计将橡皮条另一端拉到某一位置,标记为O点,紧靠细绳标记A、B两点,并记录弹簧测力计读数;然后用一只弹簧测力计将其拉至O点,标记紧靠细绳的C点,并记录弹簧测力计读数,该小组完成的部分实验数据记录在图乙中。 乙 ①按实验要求完成作图。 ②结合图乙,分析实验过程与结果,下列措施对减小实验误差有益的是。 A.适当增加橡皮条的原长 B.适当增大两细绳的夹角 C.增大A、B两点到O点的距离 D.增大弹簧测力计的拉力 2.(2021江西赣州高三一模)图甲为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下: 甲 乙 ①用天平测量物块和遮光片的总质量m'、重物的质量m,用游标卡尺测量遮光片的宽度d,用刻度尺测量两光电门之间的距离s; ②调整轻滑轮,使细线水平; ③让物块从光电门A的左侧由静止释放,用数字计时器分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间Δt A和Δt B,求出加速度a; ④多次重复步骤③,求a的平均值a; ⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ。 回答下列问题: (1)下列说法正确的是。 A.此实验需要平衡摩擦力 B.此实验需要遮光片的宽度d尽量小些 C.此实验需要满足m'远大于m D.此实验需要两光电门之间的距离s尽量小些 (2)测量d时,某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的读数如图乙所示,其读数为 cm。 (3)请用m'、m、d、s、Δt A、Δt B和重力加速度g表示动摩擦因数,μ=。 3.(2021天津高三模拟)用单摆测定重力加速度的实验装置如图甲所示。 甲 乙 (1)对测量原理的理解正确的是。 A.由g=4π2l T2 可知,T一定时,g与l成正比 B.由g=4π2l T2 可知,l一定时,g与T2成反比 C.单摆的振动周期T和摆长l可用实验测定,由g=4π2l T2 可算出当地的重力加速度 专题复习目标学科核心素养高考命题方向 1.复习力学实验的基本原理和方法，并借助基本实验分析拓展创新实验。 2．复习电学实验的基本原理和方法，并借助基本实验分析拓展创新实验。1.科学探究：基于观察和 实验提出物理问题、形成 猜想和假设、设计实验与 制定方案。 2．科学推理：通过实验 获取和处理信息、基于证 据得出结论并做出解释。 高考主要考查：对力的研究； 验证机械能守恒和动量守恒 定律；电表改装、多用电表原 理；“电阻测量类”实验；测 量电源的电动势和内阻；利用 传感器设计并制作简单的自 动控制装置；电学拓展创新实 验等。 第1讲力学实验 题型一力的测量 实验1探究弹力和弹簧伸长之间的关系 (2021·高考广东卷)某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数，缓冲装置如图所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°，弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下：先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺，再将单个质量为200 g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进，每滑进一个钢球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数L n，数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数。 n 12345 6 L n/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09 (1)i i＋3i1，ΔL2 ＝6.08 cm，ΔL3＝________cm，压缩量的平均值ΔL＝ΔL1＋ΔL2＋ΔL3 3＝ ________cm。 (2)上述ΔL是管中增加________个钢球时产生的弹簧平均压缩量。 (3)忽略摩擦，重力加速度g取9.80 m/s2，该弹簧的劲度系数为________N/m。(结果保留3位有效数字) [解析](1)根据题意可得弹簧的压缩量ΔL3＝L6－L3＝(18.09－12.05)cm＝6.04 cm 压缩量的平均值为ΔL＝ΔL1＋ΔL2＋ΔL3 3＝ 6.03＋6.08＋6.04 3cm＝6.05 cm。 (2)因三个ΔL是相差3个钢球的压缩量之差，则所求平均值为管中增加3个钢球时产生的弹簧平均压缩量。 (3)根据钢球的平衡条件有3mg sin θ＝k·ΔL 解得k＝3mg sin θ ΔL ＝ 3×0.2×9.8×sin 30° 6.05×10－2 N/m≈48.6 N/m。 [答案](1)6.04 6.05(2)3(3)48.6 实验2验证力的平行四边形定则 (2021·安徽安庆市二模)有同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则。在竖直木板上铺有白纸，并固定两个光滑的滑轮A和B，三根绳子打一个结点O，各绳另一端均连接钩码，各钩码质量均相等。当系统达到平衡时如图，根据钩码个数可读出三根绳子的拉力F1、F2和F3。回答下列问题： (1)若某次实验中钩码个数N1＝2，N2＝5，则N3可能等于________(填正确答案标号)。 A．2B．4 C．8 D．9 (2)在实验过程中，关于实验操作和相关要求，下列说法正确的是________(填选项前字母)。 A．实验中三段绳子应与竖直木板平行 B．实验中需要用天平测出一个钩码的质量 专题十六力学实验 高频考点·能力突破 考点一力学基本仪器的使用与读数 注意事项： 1．游标卡尺在读数时先确定各尺的分度，把数据读成以毫米为单位的，先读主尺数据，再读游标尺数据，最后两数相加． 2．游标卡尺读数时不需要估读． 3．螺旋测微器读数时，要准确到0.01 mm，估读到0.001 mm，结果若用mm作单位，则小数点后必须保留三位数字． 4．游标卡尺在读数时注意区分游标卡尺的精度． 5．螺旋测微器在读数时，注意区别整毫米刻度线与半毫米刻度线，注意判断半毫米刻度线是否露出． 例1 某同学用50分度的游标卡尺测量一圆柱体工件的长度，如图1所示，则工件的长度为________ mm；用螺旋测微器测量工件的直径如图2所示，则工件的直径为________ mm. [解题心得] 预测1 用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图所示，其读数为________ cm. 预测2 如图甲所示，某同学用弹簧OC和弹簧测力计a、b做“验证力的平行四边形定则”实验．在保持弹簧伸长量及方向不变的条件下： (1)若弹簧测力计a、b间夹角为90°，弹簧测力计a的读数是________ N；(如图乙所示) (2)若弹簧测力计a、b间夹角小于90°，保持弹簧测力计a与弹簧OC的夹角不变，增大弹簧测力计b与弹簧OC的夹角，则弹簧测力计a的读数________、弹簧测力计b的读数________．(选填“变大”“变小”或“不变”) 预测 3 (1)某同学用游标卡尺的________(选填“内测量爪”“外测量爪”或“深度尺”)测得一玻璃杯的内高，如图甲所示，则其内高为________ cm. (2)该同学随后又用螺旋测微器测得玻璃杯的玻璃厚度如图乙所示，则厚度为________ mm. (3)该同学用螺旋测微器测得一小球直径如图丙所示，正确读数后得小球直径为1.731 mm，则a＝________，b＝________． (4)该同学测定一金属杆的长度和直径，示数分别如图丁、戊所示，则该金属杆的长度和直径分别为________ cm和________ mm. 力学实验 1．物理老师带领同学们准备复习整理力学实验， (1)有图甲实验器材，他还另准备了一些实验仪器：带滑轮的轨道，小桶，细线若干。则根据这些器材可以进行哪些实验__________。 (2)甲同学利用上述器材做了实验，图乙是其中的一组数据，图中的数据记录的是从起始点到该计数点的位移（单位cm ），每个计数点间还有四个点，求出纸带加速度为__________m/s 2 （保留两位有效数字），则根据自己所学知识，判断此纸带可能属于下述四个选项中的哪个实验__________。 A ．探究加速度与力、质量的关系 B ．探究小车速度随时间变化的规律 C ．探究求合力的方法 D ．探究做功与物体速度变化的关系 【答案】(1)研究小车的匀变速直线运动，探究加速度与力、质量的关系，探究做功和速度变化的关系，验证机械能守恒定律 (2)0.50 ABD 【解析】(1)根据图甲实验器材以及带滑轮的轨道，小桶，细线等器材，我们可以进行“研究小车的匀变速直线运动”“探究加速度与力、质量的关系”“探究做功和速度变化的关系”“验证机械能守恒定律”等试验。 (2)由匀变速直线运动推论和逐差法2 x aT ∆=，4561232()()(3) x x x x x x a T ++-++= 其中x 1＝18.82－ 17.42cm ＝1.40cm ，x 2＝20.71－18.82cm ＝1.89cm ，x 3＝23.11－20.71cm ＝2.40cm ，x 4＝25.99－23.11cm ＝2.88cm ，x 5＝29.38－25.99cm ＝3.39cm ，x 6＝33.26－29.38cm ＝3.88cm ，带入可得2 0.50m /s a ≈，C 中试验不需要用纸带测速度的，ABD 三个试验中都要用打点计时器和纸带测速度，故C 错误，ABD 正确。 2．某同学用如图甲所示的装置研究匀变速直线运动，细线平行于水平桌面，遮光片的宽度为d ，用手（图中未画出）托住托盘，滑块静止，光电门竖直中线到遮光片竖直中线的距离为L 。现将手拿开， 解析高考物理必考的力学实验题高考物理中，力学实验题是必考的一部分，它是考查学生对力学实 验的理解、设计以及数据处理能力的重要手段。本文将对高考物理必 考的力学实验题进行解析，帮助考生更好地应对这一部分的考试。 一、背景介绍 力学实验题通常以背景故事的形式出现，通过描述一个具体的场景，引发学生对所涉及的物理现象的思考。在解答力学实验题之前，考生 首先需要仔细阅读题目，并理解题目中所描述的实验过程、设备和待 求解的问题。 二、实验设计 在高考物理中，力学实验题通常要求考生根据给定的材料，设计实 验步骤以验证某个物理规律或测量某个物理量。在设计实验时，考生 应根据所学的物理原理和实验方法，合理选择实验装置和步骤，以便 得到准确可靠的实验数据。 设计实验的时候，要注意以下几点： 1.明确实验目的：在开始实验之前，需要明确实验的目的和待解决 的问题，这样才能设计出合适的实验步骤和方法。 2.合理选择实验装置：根据题目所给的条件和要求，选择适当的实 验装置和器材。同时，要确保实验装置能够提供准确的测量结果，并 注意安全问题。 3.控制变量：在实验设计中，要尽可能地控制其他可能影响实验结 果的因素，只改变一个变量进行实验。这样可以保证实验的准确性和 可重复性。 4.注意测量方法：选择合适的测量方法和仪器，保证实验数据的准 确性。同时，还需要注意读数的精确度、测量范围和仪器的灵敏度。 三、数据处理 在完成实验后，考生需要对所得到的实验数据进行处理和分析，并 根据要求给出相应的结论和答案。数据处理过程中，考生需要注意以 下几点： 1.数据整理：将实验数据整理成表格或图形的形式，以便于观察和 分析。在整理数据时，要注意数据的单位、精度和准确性，确保数据 的可靠性。 2.图表分析：通过观察数据的图表，分析数据的规律和趋势。可以 使用线性回归、斜率等方法进行数据的处理和分析，并据此给出结论。 3.误差分析：在实验中，由于各种因素的影响，实验数据可能存在 误差。因此，对于实验数据的误差来源和大小，考生需要进行合理的 分析和估计，给出相应的误差范围和可靠性。 四、解答问题 在解答题目中的问题时，考生需要结合实验数据和理论知识，给出 相应的答案和解释。在解答问题时，要注意以下几点： 专题强化训练13 力学实验 1．[2022·全国乙卷]用雷达探测一高速飞行器的位置．从某时刻(t＝0)开始的一段时间内，该飞行器可视为沿直线运动，每隔1 s测量一次其位置，坐标为x，结果如下表所示： 回答下列问题： (1)根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动，判断的理由是： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； (2)当x＝507 m时，该飞行器速度的大小v＝________ m/s； (3)这段时间内该飞行器加速度的大小a＝________ m/s2(保留2位有效数字)． 2．[2022·北京押题卷]实验小组用如图所示的实验装置探究加速度与物体受力的关系，保持小车的质量M不变，通过改变槽码的个数来改变小车所受的拉力F，通过处理纸带上打出的点来测量小车的加速度a. (1)如图是某次实验时得到的一条纸带，纸带上相邻两计数点之间的时间间隔为T＝0.10 s，由图中数据可计算出小车的加速度大小为________ m/s2. (2)小明同学根据实验数据作出了a F图象，如图所示，该图线斜率的物理意义是________________________；该图线不通过原点的原因可能是_______________________． (3)小芳同学实验操作规范．作出了a F图象，随槽码个数的增加，图线上都发生了 专题16 力学试验 1．如图所示是“测定匀变速直线运动加速度”试验中得到的一条纸带，从O点起先每5个点取一个计数点(打点计时器的电源频率是50 Hz)，依照打点的先后依次编为1、2、3、4、5、6，量得s1＝1.22 cm，s2＝2.00 cm，s3＝2.78 cm，s4＝3.62 cm，s5＝4.40 cm，s6＝5.18 cm. (1)相邻两计数点间的时间间隔T＝________s. (2)打点计时器打计数点3时，小车的速度大小v3＝________m/s. (3)计算小车的加速度大小a＝________m/s2.(计算结果保留2位有效数字) 【答案】(1)0.1(2)0.32(3)0.80 2．如图所示为某中学物理课外学习小组设计的测定当地重力加速度的试验装置，他们的主要操作如下： ①安装试验器材，调整试管夹(小铁球)、光电门和纸杯在同一竖直线上； ②打开试管夹，由静止释放小铁球，用光电计时器记录小铁球在两个光电门间的运动时间t，并用刻度尺(图上未画出)测量出两个光电门之间的高度h，计算出小铁球通过两光电门间的平均速度v； ③固定光电门B的位置不变，变更光电门A的高度，重复②的操作．测出多组(h，t)，计算出对应的平均速度v； ④画出v—t图象． 请依据试验，回答如下问题： (1)设小铁球到达光电门B时的速度为v B，当地的重力加速度为g，则小铁球通过两光电门间平均速度v的表达式为__________________．(用v B、g和t表示) (2)试验测得的数据如下表： 试验次数h/cm t/s v/(m·s－1) 110.00.028 3.57 220.00.059 3.39 330.00.092 3.26 440.00.131 3.05 550.00.176 2.84 660.00.235 2.55 请在坐标纸上画出v—t图象． (3)依据v—t图象，可以求得当地重力加速度g＝________m/s2，试管夹到光电门B的距离约为________cm.(以上结果均保留3位有效数字) (2)描点连线，如图所示． 高考复习力学实验题 一.实验题〔共17小题〕 1. 〔2021?〕某同学利用图1示装置研究小车的匀变速直线运动. 摟电源 打点讣时器 ①实验中，必要的措施是__________ . A•细线必须与长木板平行 B •先接通电源再释放小车 C .小车的质量远大于钩码的质量 D .平衡小车与长木板间的摩擦力 ②他实验时将打点机器接到频率为50Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的局部计数点如图2所示〔每 相邻两个计数点间还有 4 个点，图中未画出〕S1=3.59cm , s2=4.41cm , s3=5.19cm, s4=5.97cm , s5=6.78cm , s6=7.64cm，那么小车的加速度a= ______ m/s2〔要求充分利用测量的数据〕，打点计时器在打B点时小车的 速度V B= _______ m/s.〔结果均保存两位有效数字〕 2. 〔2021?高港区校级学业考试〕利用图中所示的装置可以研究自由落体运动，实验中需要调整好仪器，接通打点计时器的电源，松开纸带，使重物下落，打点计时器会再纸带上打出一系列的小点， 〔1〕假设实验时用到的计时器为电磁打点计时器，打点计时器的安装要使两个限位孔在同一_________ 〔选填水 平〞或竖直〞线上，以减少摩擦阻力； 〔2〕__________________________________ 实验过程中，以下说确的是 A、接通电源的同时要立刻释放重物 B、选取纸带时要选取第1个点与第2个点之间的距离接近4mm且清晰的纸带 C、释放重物之前要让重物靠近打点计时器 D、为了使实验数据更加准确，可取屡次测量结果的平均值 〔3〕________________________________________________________ 为了测得重物下落的加速度，还需要的实验仪器是 A、天平 B、秒表 C、米尺. 3 速度计算表达式为a= ______________ ，代入数据，可得加速度a= ___________ m/s2(计算结果保存三位有效数字). 4. ( 2021春？校级期中)某同学进行验证力的平行四边形定那么实验，试完成主要步骤： (1)如图甲，用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，记下结点的位置 3 〔2021春?涞水县校级月考〕某学生利用研究匀变速直线运动〞的实验装置来测量一个质量为m=50g的重 锤下落时的加速度值，该学生将重锤固定在纸带下端，让纸带穿过打点计时器，实验装置如图1所示. 〔1〕以下是该同学正确的实验操作和计算过程，请填写其中的空白局部： ①实验操作：____________ ，释放纸带，让重锤自由落下，________________ ②取下纸带，取其中的一段标出计数点如图2所示，测出相邻计数点间的距离分别为x1=2.60cm , x2=4.14cm , x3=5.69cm , x4=7.22cm, x5=8.75 cm , x6=10.29cm，打点计时器的打点间隔T=0.02s，那么重锤运动的加 专题八物理实验 第16讲力学实验 考向一力学量的测量基础考向保分点 【练基础题组】 命题角度1长度的测量 1.成成同学用螺旋测微器测量一根金属丝的直径,测量结果如图,其读数为______mm。 【解析】固定刻度读数为2 mm,不足半毫米的从可动刻度上读,其读数为15.0×0.01 mm=0.150 mm,最后的读数为:2 mm+0.150 mm=2.150 mm。 答案:2.150 2.(游标卡尺的读数)某同学用硬币碰撞实验验证动量守恒定律,器材如下:玻璃台面,硬币(壹元1枚,伍角1枚,两枚硬币与玻璃台面的动摩擦因数视为相同),硬币发射架,天平,游标卡尺,直尺等。硬币发射架的结构如图甲所示,由底板、支架和打击杆组成。底板上开有一槽,槽宽略大于壹元硬币的直径。 用游标卡尺测量硬币的直径,其中壹元硬币的直径为25.00 mm,由图乙可读出伍角硬币的直径为__________cm。 【解析】由图乙可知,伍角硬币的直径为d=20 mm+10.0×0.05 mm= 20.50 mm=2.050 cm 答案:2.050 命题角度2弹簧测力计的使用 3.(2022·浙江6月选考节选)“探究求合力的方法”的实验装置如图所示,在该实验中, (1)下列说法正确的是__________; A.拉着细绳套的两只弹簧秤,稳定后读数应相同 B.在已记录结点位置的情况下,确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的两点 C.测量时弹簧秤外壳与木板之间不能存在摩擦 D.测量时,橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板 (2)若只有一只弹簧秤,为了完成该实验至少需要__________(选填“2”“3”或“4”)次把橡皮条结点拉到O点。 【解析】(1)在不超出弹簧秤的量程和橡皮条形变限度的条件下,使拉力适当大些,不必使两只 力学实验 1．纸带类实验 (1)判断物体是否做匀变速直线运动(2)逐差法求加速度 (3)利用平均速度求瞬时速度 如图所示，从O到A、A到B、B到C……之间的距离分别为x1、x2、x3……，打点计时器打点的 周期为T，则A、B、C、D……各点的瞬时速度分别为：v A＝x1＋x2 2T、v B＝ x2＋x3 2T、v C＝ x3＋x4 2T、v D ＝x4＋x5 2T…… (4)图像法求加速度 2．“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验的操作关键 (1)实验中不能挂过多的钩码，防止弹簧超过弹性限度。 (2)画图像时，不要连成折线，而应尽量让数据点落在直线上或均匀分布在直线两侧。 (3)F－x和F－l图线的特点 ①F－x图线为一条过原点的直线，而F－l图线为一条倾斜直线，但不过原点，在l轴上的截距表示弹簧(或橡皮筋)的原长。 ①F－x图线和F－l图线的斜率均表示弹簧(或橡皮筋)的劲度系数。 ①F－x图线和F－l图线发生弯曲的原因是弹簧(或橡皮筋)超出了弹性限度。 3．测定动摩擦因数的常见实验方案 例1．(2020全国卷①·22)某同学利用图(a)所示装置验证动能定理。调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上钩码，钩码下落，带动小车运动并打出纸带。某次实验得到的纸带及相关数据如图(b)所示。已知打出图(b)中相邻两点的时间间隔为0.02 s，从图(b)给出的数据中可以得到，打出B点时小车的速度大小v B＝________ m/s，打出P点时小车的速度大小v P＝________ m/s。(结果均保留2位小数) 若要验证动能定理，除了需测量钩码的质量和小车的质量外，还需要从图(b)给出的数据中求得的物理量为____________________。 【解析】打下B点的时刻为打下与B点相邻左、右两点的中间时刻，则打下B点时小车的速度应为这两点间小车的平均速度，即v B＝ 4.00－2.56 0.04×10－ 2m/s＝0.36 m/s；同理打下P点时小车的速度v P＝ 57.86－50.66 0.04×10－ 2 m/s＝1.80 m/s。在验证动能定理时，如果选取B到P的过程，则由mgx BP＝ 1 2(M＋m)v 2 P － 1 2(M＋m)v 2 B 可知，要验证动能定理还需要求得B、P两点间的距离。 0.36 1.80B、P之间的距离 例2. (2021山东卷·13)某乒乓球爱好者，利用手机研究乒乓球与球台碰撞过程中能量损失的情况。实验步骤如下： 高考物理复习专题解析—力学实验 命题规律 1.命题角度：(1)探究小车速度随时间变化的规律；(2)探究加速度与物体受力、物体质量的关系；(3)验证机械能守恒定律；(4)验证动量守恒定律；(5)探究弹簧弹力与形变量的关系；(6)探究两个互成角度的力的合成规律；(7)探究平抛运动的特点；(8)探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系；(9)用单摆测量重力加速度的大小.2.常用方法：控制变量法、等效替代法、图像法． 考点一纸带类和光电门类实验 实验装置图实验操作数据处理 探究小车速度随时间变化的规律1.细绳与长木板平行 2.释放前小车应靠近打 点计时器 3.先接通电源，再释放 小车，打点结束先切断 电源，再取下纸带 4.钩码质量适当 1.判断物体是否做 匀变速直线运动 2.利用平均速度求 瞬时速度 3.利用逐差法求平 均加速度 4.作速度—时间图 像，通过图像的斜率 求加速度 探究加速度与物体受力、物体质量的关系1.补偿阻力，垫高长木 板使小车能匀速下滑 2.在补偿阻力时，不要 把悬挂槽码的细绳系 在小车上，实验过程中 不用重复补偿阻力 3.实验必须保证的条 件：小车质量m≫槽码 1.利用逐差法或v－t 图像法求a 2.作出a－F图像和 a－ 1 m图像，确定a 与F、m的关系 质量m′ 4.释放前小车要靠近打点计时器，应先接通电源，后释放小车 验证机械能守恒定律1.竖直安装打点计时 器，以减少摩擦阻力 2.选用质量大、体积小、 密度大的材料 3.选取第1、2两点间距 离接近2 mm的纸带， 用mgh＝ 1 2m v 2进行 验证 1.应用v n＝ h n＋1－h n－1 2T计算某时 刻的瞬时速度 2.判断mgh AB与 1 2 m v B2－ 1 2m v A 2是否在 误差允许的范围内 相等 3.作出 1 2 v2－h图像， 求g的大小 验证动量守恒定律1.开始前调节导轨水平 2.用天平测出两滑块的 质量 3.用光电门测量碰前和 碰后的速度 1.滑块速度的测量： v＝ Δx Δt 2.验证的表达式： m1v1＋m2v2＝m1v1′ ＋m2v2′ 例1(2022·山东日照市一模)某实验小组用如图所示的装置验证动量守恒定律．实验开始前在水平放置的气垫导轨左端装一个弹射装置，打开控制开关，滑块可被弹射装置向右弹出．滑块A和滑块B上装有相同宽度的挡光片，在相碰的端面装有轻质弹性架(未画出)．实验开始前，滑块A被弹射装置锁定，滑块B静置于两个光电门之间． 专题0３力学实验（原卷版） —6年（2017-2022）上海市高考等级考物理试题分类解析 江苏省特级教师戴儒京解析 2022第18题 18. 在“用单摆测定当地的重力加速度”的实验中： （1）摆线质量和摆球质量分别为m线和m球，摆线长为l，摆球直径为d，则 A. m线>>m球，l< 图(b)所示。以D为零势能面，当偏角 =32°时摆的重力势能为_______J，若摆的质量为0.0075kg.则摆长为_________m. 2019年13 题. 在太空中测宇航员质量，测量仪器提供拉力、并测出宇航员的________，根据________得出宇航员的质量。 2019年18题. 在“用单摆测量重力加速度实验”中，使用下列实验器材。 （1）A. 1.2m的细线 B. 2m的弹性绳 C. 带孔的小铁球 D. 带孔的软木球 E.光电门传感器 应选用哪种绳________，应选用哪种球________，光电门的摆放位置为________（选填“最 2021届高考物理二轮优练：力学实验含答案 1、某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L，把L－L0作为弹簧的伸长量x，这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是下列选项中的() 2、某校研究性学习小组的同学用如图甲所示的滴水法测量小车在斜面上运动时的加速度．实验过程如下：在斜面上铺上白纸，用图钉固定；把滴水计时器固定在小车的末端，在小车上固定一平衡物；调节滴水计时器的滴水速度，使其每0.2 s滴一滴(以滴水计时器内盛满水为准)；在斜面顶端放置一浅盘，把小车放在斜面顶端，把调好的滴水计时器盛满水，使水滴能滴入浅盘内；然后撤去浅盘并同时放开小车，于是水滴在白纸上留下标志小车运动规律的点迹；小车到达斜面底端时立即将小车移开．图乙为实验得到的一条纸带，用刻度尺量出相邻点之间的距离是x01＝1.40 cm，x12＝2.15 cm，x23＝2.91 cm，x34＝3.65 cm，x45＝4.41 cm，x56＝5.15 cm.试问： (1)滴水计时器的原理与课本上介绍的______原理类似． (2)由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度v4＝________m/s，小车的加速度a＝________m/s2.(结果均保留两位有效数字) 3、某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系． (1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧．弹簧轴线和刻度尺都应在________方向(填“水平”或“竖直”)． (2)弹簧自然悬挂，待弹簧________时，长度记为L0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为L x；在砝码盘中每次增加10 g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6.数据 第一部分专题六第1讲 基础题——知识基础打牢 1．(2021·全国甲卷)为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数，一同学将贴有标尺的瓷砖的一端放在水平桌面上，形成一倾角为α的斜面(已知sin α＝0.34，cos α＝0.94)，小铜块可在斜面上加速下滑，如图所示．该同学用手机拍摄小铜块的下滑过程，然后解析视频记录的图象，获得5个连续相等时间间隔(每个时间间隔ΔT＝0.20 s)内小铜块沿斜面下滑的距离s i(i＝1,2,3,4,5)，如下表所示． s1s2s3s4s5 5.87 cm7.58 cm9.31 cm11.02 cm12.74 cm 由表中数据可得，小铜块沿斜面下滑的加速度大小为__0.43__m/s2，小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数为__0.32__．(结果均保留2位有效数字，重力加速度大小取9.80 m/s2) 【解析】根据逐差法有a＝s5＋s4－s2＋s3 2ΔT2 代入数据可得小铜块沿斜面下滑的 加速度大小a≈0.43 m/s2．对小铜块受力分析根据牛顿第二定律有mg sin α－μmg cos α＝ma代入数据解得μ≈0.32． 2．(2020·全国Ⅲ卷)某同学利用图(a)所示装置验证动能定理．调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上钩码，钩码下落，带动小车运动并打出纸带．某次实验得到的纸带及相关数据如图(b)所示． 已知打出图(b)中相邻两点的时间间隔为0.02 s，从图(b)给出的数据中可以得到，打出B点时小车的速度大小v B＝__0.36__m/s，打出P点时小车的速度大小v P＝__1.80__m/s(结果均保留2位小数)． 若要验证动能定理，除了需测量钩码的质量和小车的质量外，还需要从图(b)给出的数据中求得的物理量为__B 、P 之间的距离__． 【解析】 由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度v B ＝4.00－2.56×10－20.04 m/s ＝0.36 m/s ；v P ＝57.86－50.66×10－2 0.04 m/s ＝1.80 m/s ，验证动能定理需要求出小车运动的过程中拉力对小车做的功，所以还需要测量对应的B 、P 之间的距离． 3．(2020·全国Ⅱ卷)一细绳跨过悬挂的定滑轮，两端分别系有小球A 和B ，如图所示．一实验小组用此装置测量小球B 运动的加速度． 令两小球静止，细绳拉紧，然后释放小球，测得小球B 释放时的高度h 0＝0.590 m ，下降一段距离后的高度h ＝0.100 m ；由h 0下降至h 所用的时间T ＝0.730 s ．由此求得小球B 加速度的大小为a ＝__1.84__m/s 2 (保留3位有效数字)． 从实验室提供的数据得知，小球A 、B 的质量分别为100.0 g 和150.0 g ，当地重力加速度大小为g ＝9.80 m/s 2．根据牛顿第二定律计算可得小球B 加速度的大小为a ′＝__1.96__m/s 2(保留3位有效数字)． 可以看出，a ′与a 有明显差异，除实验中的偶然误差外，写出一条可能产生这一结果的原因：__滑轮的轴不光滑，绳和滑轮之间有摩擦(或滑轮有质量)__． 【解析】 由题意可知小球下降过程中做匀加速直线运动，故根据运动学公式有h 0－h ＝12 aT 2，代入数据解得a ＝1.84 m/s 2；根据牛顿第二定律可知对小球A 有F T －m A g ＝m A a ′，对小球B 有m B g －F T ＝m B a ′，带入已知数据解得a ′＝1.96 m/s 2；在实验中绳和滑轮之间有摩擦会造成实际计算值偏小． 4．(2022·湖北恩施二模)某实验小组想利用水流在重力作用下的粗细变化估测重力加速度大小．如图甲所示，水龙头出口竖直向下，流出的水在重力作用下速度越来越大，水流的横截面积越来越小．水龙头在任意时间t 内流出水的体积都为V ．某同学用数码相机从不同方向正对水柱拍下多组照片(照片与实物的尺寸比例为1∶1)，在照片上用游标卡尺在相距h 的两处测出水流的横截面直径分别为d 1和d 2． 第八部分 实验 专题18 力学实验及创新（测） ( 建议用时：60分钟) 1．(2020·河南省八市重点高中联盟第三次模拟)一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中： (1)甲同学在做该实验时，通过处理数据得到了图甲所示的F －x 图象，其中F 为弹簧弹力，x 为弹簧长度．请通过图甲，分析并计算，该弹簧的原长x 0＝________ cm ，弹簧的劲度系数k ＝________ N/m.该同学将该弹簧制成一把弹簧秤，当弹簧秤的示数如图乙所示时，该弹簧的长度x ＝________ cm. (2)乙同学使用两条不同的轻质弹簧a 和b ，得到弹力与弹簧长度的图象如图丙所示．下列表述正确的是________． A ．a 的原长比b 的长 B ．a 的劲度系数比b 的大 C ．a 的劲度系数比b 的小 D ．测得的弹力与弹簧的长度成正比 【答案】 (1)8 25 20 (2)B 【解析】 (1)当弹力为零时，弹簧处于原长状态，故原长为x 0＝8 cm ，在F －x 图象中斜率代表弹簧的劲度系数，则k ＝ΔF Δx ＝60.24 N/m ＝25 N/m ，在题图乙中弹簧秤的示数F ′＝3.0 N ，可知：x ′＝F ′k ＝3.025 m ＝0.12 m ＝12 cm ， 故此时弹簧的长度x ＝x ′＋x 0＝20 cm. (2)在题图丙中，当弹簧的弹力为零时，弹簧处于原长，故b 的原长大于a 的原长，故A 错误；斜率代表劲度系数，故a 的劲度系数大于b 的劲度系数，故B 正确，C 错误；弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，故D 错误． 2．(2020·四川南充市第二次适应性考试)“验证机械能守恒定律”的实验装置如图9甲所示，图乙为实验所得的一条纸带，在纸带上选取了点迹清晰的连续7个点，若只测出了点4与点0之间的距离为h 4以及点6与点0的距离h 6，已知打点周期为T ，当地重力加速度为g .(以下的三个结论均由题中所给符号表示) (1)打点5时重物的速度v ＝________； (2)由已知条件从理论上计算点5到点0的距离h 5＝________； (3)若打点0时重物的速度为零，则要验证从点0到点5间重物下落过程中机械能守恒的等式为____________________________． 【答案】 (1)h 6－h 42T (2)h 4＋h 6－gT 22 (3)g (h 4＋h 6－gT 2 )＝(h 6－h 4)2 4T 2 【解析】 (1)打点5时重物的速度v ＝h 6－h 4 2T ； (2)h 6－h 4＝h 45＋h 56而h 56－h 45＝gT 2， 则h 45＝1 2(h 6－h 4－gT 2)， 则h 5＝h 4＋h 45＝1 2 (h 4＋h 6－gT 2) 专题16 力学实验 1、（2022·湖南卷·T11）小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等，设计了如图（a）所示的实验装置，测量冰墩墩玩具的质量。主要实验步骤如下： （1）查找资料，得知每枚硬币的质量为6.05g； （2）将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋，测量每次稳定后橡皮筋的长度l，记录数据如下表：序号 1 2 3 4 5 硬币数量n/枚 5 10 15 20 25 l10.51 12.02 13.54 15.05 16.56 长度/cm （3）根据表中数据在图（b）上描点，绘制图线；______ （4）取出全部硬币，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，稳定后橡皮筋长度的示数如图（c）所示，此时橡皮筋的长度为______cm； （5）由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为______g（计算结果保留3位有效数字）。 【答案】①. 见解析②. 15.35 ③. 127 【解析】 （3）[1]根据表格标点连线如图 （4）[2]由图可知刻度尺的分度值为1mm ，故读数15.35cm l =； （5）[3]设橡皮筋的劲度系数为k ，原长为x 0，则 ()110n mg k l x =- ()250n mg k l x =- 设冰墩墩的质量为m 1，则有 ()10m g k l x =- 联立各式代入数据可得142.69g m ≈。 2、（2022·广东卷·T11）某实验小组为测量小球从某一高度释放，与某种橡胶材料碰撞导致的机械能损失，设计了如图（a ）所示的装置，实验过程如下： （1）让小球从某一高度由静止释放，与水平放置的橡胶材料碰撞后竖直反弹。调节光电门位置，使小球从光电门正上方释放后，在下落和反弹过程中均可通过光电门。 （2）用螺旋测微器测量小球的直径，示数如图（b ）所示，小球直径d =__________mm 。 （3）测量时，应__________（选填“A ”或“B ”，其中A 为“先释放小球，后接通数字计时器”，B 为“先接通数字计时器，后释放小球”）。记录小球第一次和第二次通过光电门的 遮光时间1t 和2t 。 （4）计算小球通过光电门的速度，已知小球的质量为m ，可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失E ∆=__________（用字母m 、d 、1t 和2t 表示） 。2022届北京市高考物理一轮实验专题复习练习：力学实验
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