（13）力學實驗——2023屆高考物理一輪復習揭秘高考原題【新高考】

1.【2022年湖南卷】小圓同學用橡皮筋、同種一元硬幣、刻度尺、塑料袋、支架等，設計了如

圖（a）所示的實驗裝置，測量冰墩墩玩具的質(zhì)量。主要實驗步驟如下：

圖⑸

（1）查找資料，得知每枚硬幣的質(zhì)量為6.05g；

（2）將硬幣以5枚為一組逐次加入塑料袋，測量每次穩(wěn)定后橡皮筋的長度/,記錄數(shù)據(jù)如下表:

（4）取出全部硬幣，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，穩(wěn)定后橡皮筋長度的示數(shù)如圖（c）所示，此時

像皮筋的長度為cm;

（5）由上述數(shù)據(jù)計算得冰墩墩玩具的質(zhì)量為g（計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。

2.[2022年山東卷】在天宮課堂中、我國航天員演示了利用牛頓第二定律測量物體質(zhì)量的實驗。

受此啟發(fā)。某同學利用氣墊導軌、力傳感器、無線加速度傳感器、輕彈簧和待測物體等器材設計

了測量物體質(zhì)量的實驗，如圖甲所示。主要步驟如下：

①將力傳感器固定在氣墊導軌左端支架上，加速度傳感器固定在滑塊上;

②接通氣源，放上滑塊，調(diào)平氣墊導軌；

力傳感器加速度傳感器

A000000000000000000f1-----1滑塊氣墊導軌

」-LI：iI1IIIIIII蝠口

甘

圖甲

③將彈簧左端連接力傳感器，右端連接滑塊。彈簧處于原長時滑塊左端位于。點。A點到。點的

距離為5.00cm,拉動滑塊使其左端處于4點，由靜止釋放并開始計時；

④計算機采集獲取數(shù)據(jù)，得到滑塊所受彈力尸、加速度。隨時間，變化的圖像，部分圖像如圖乙所

回答以下問題（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）：

（1）彈簧的勁度系數(shù)為N/mo

（2）該同學從圖乙中提取某些時刻尸與。的數(shù)據(jù)，畫出4一斤圖像如圖丙中I所示，由此可得滑

塊與加速度傳感器的總質(zhì)量為kg。

（3）該同學在滑塊上增加待測物體，重復上述實驗步驟，在圖丙中畫出新的尸圖像II,則待

測物體的質(zhì)量為kg。

3.【2022年廣東卷】某實驗小組為測量小球從某一高度釋放，與某種橡膠材料碰撞導致的機械

能損失，設計了如圖（a）所示的裝置，實驗過程如下：

釋放裝置

（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通過光電門。

（2）用螺旋測微器測量小球的直徑，示數(shù)如圖（b）所示，小球直徑d=mm。

（3）測量時，應（選填"A”或"B"，其中A為“先釋放小球，后接通數(shù)字計時器”,

2為“先接通數(shù)字計時器，后釋放小球”）。記錄小球第一次和第二次通過光電門的遮光時間乙和

t2。

（4）計算小球通過光電門的速度，己知小球的質(zhì)量為，力可得小球與橡膠材料碰撞導致的機械能

損失△￡t=（用字母相、“、乙和表示）。

（5）若適當調(diào)高光電門的高度，將會（選填“增大”或“減小”）因空氣阻力引起的

測量誤差。

4.【2022年河北卷】某實驗小組利用鐵架臺、彈簧、鉤碼、打點計時器、刻度尺等器材驗證系

統(tǒng)機械能守恒定律，實驗裝置如圖1所示。彈簧的勁度系數(shù)為2,原長為金，鉤碼的質(zhì)量為，入已

知彈簧的彈性勢能表達式為E丘，其中左為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量，當?shù)氐闹亓?/p>

加速度大小為g。

圖1

（1）在彈性限度內(nèi)將鉤碼緩慢下拉至某一位置，測得此時彈簧的長度為L,接通打點計時器電源。

從靜止釋放鉤碼，彈簧收縮，得到了一條點跡清晰的紙帶。鉤碼加速上升階段的部分紙帶如圖2所

示，紙帶上相鄰兩點之間的時間間隔均為T（在誤差允許范圍內(nèi)，認為釋放鉤碼的同時打出A點）。

從打出A點到打出尸點時間內(nèi)，彈簧的彈性勢能減少量為,鉤碼的動能增加量為

鉤碼的重力勢能增加量為o

（2）利用計算機軟件對實驗數(shù)據(jù)進行處理，得到彈簧彈性勢能減少量、鉤碼的機械能增加量分別

與鉤碼上升高度力的關系，如圖3所示。由圖3可知，隨著〃增加，兩條曲線在縱向的間隔逐漸變

大，主要原因是。

5.【2022年遼寧卷】某同學利用如圖所示的裝置測量重力加速度，其中光柵板上交替排列著等

寬度的遮光帶和透光帶（寬度用）表示。實驗時將光柵板置于光電傳感器上方某高度，令其自由

下落穿過光電傳感器。光電傳感器所連接的計算機可連續(xù)記錄遮光帶、透光帶通過光電傳感器的

時間間隔加。

（1）除圖中所用的實驗器材外，該實驗還需要（填“天平”或“刻度尺”）

（2）該同學測得遮光帶（透光帶）的寬度為4.50cm,記錄時間間隔的數(shù)據(jù)如表所示，

編號1遮光帶2遮光帶3遮光帶???

Ar/(xio-3s)73.0438.6730.00???

根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)，可得編號為3的遮光帶通過光電傳感器的平均速度大小為為=m/s

（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）；

（3）某相鄰遮光帶和透光帶先后通過光電傳感器的時間間隔為加rA/,,則重力加速度g=

（用"、逝、表示）

（4）該同學發(fā)現(xiàn)所得實驗結(jié)果小于當?shù)氐闹亓铀俣龋垖懗鲆粭l可能的原因:

（二）考情分析

利用打點計時器做實驗器材有以下五個常考實驗：（1）研究勻變速直線運動；（2）

驗證牛頓第二定律；（3）驗證動量守恒定律（一物體拖動紙帶，與靜止物體碰撞粘在

一起運動）；（4）驗證機械能守恒定律；（5）測定動摩擦因數(shù)。這類實驗統(tǒng)稱為紙帶

類實驗。

“彈簧、橡皮條”類實驗包括“探究彈力和彈簧伸長量的關系”和“驗證力的平行四邊形定

則”，在高考中常以小實驗題的形式出現(xiàn)。主要考查實驗基本原理和實驗注意事項等。

高考對“驗證動量守恒定律”和“探究平拋運動的規(guī)律”兩個實驗，既單獨設題考查，也

時常綜合出題考查，多考查實驗原理和誤差分析，常涉及數(shù)據(jù)的計算。求解此類實驗

題的關鍵是弄清實驗情景，掌握實驗的原理和方法，并根據(jù)碰撞規(guī)律分析和計算實驗

數(shù)據(jù)，同時注意誤差的分析。

（三）變式訓練

6.某同學做“探究彈力和彈簧伸長量的關系”的實驗。

（1）圖甲是不掛鉤碼時彈簧下端指針所指的標尺刻度，其示數(shù)為7.73cm；圖乙是在

彈簧下端懸掛鉤碼后指針所指的標尺刻度，此時彈簧的伸長量△/為cm；

（2）本實驗通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方式來改變彈簧的彈力，關于此操作，下列選

項中規(guī)范的做法是；（填選項前的字母）

A.逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應的鉤碼總重

B.隨意增減鉤碼，記下增減鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應的鉤碼總重

（3）圖丙是該同學描繪的彈簧的伸長量A/與彈力尸的關系圖線，圖線的段明顯

偏離直線。4,造成這種現(xiàn)象的主要原因是

7.（1）①“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗裝置如圖1所示，長木板水平放置，細繩與長

木板平行。圖2是打出紙帶的一部分，以計數(shù)點。為位移測量起點和計時起點，則打計數(shù)點B時

小車位移大小為cm。由圖3中小車運動的數(shù)據(jù)點，求得加速度為m/s2（保留兩

2...4....?

他師響和暇啊血和響

01cm23456

S2

②利用圖1裝置”探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗，需調(diào)整的是（多選）。

A.換成質(zhì)量更小的車B.調(diào)整長木板的傾斜程度

C.把鉤碼更換成祛碼盤和祛碼D.改變連接小車的細繩與長木板的夾角

（2）“探究求合力的方法”的實驗裝置如圖4所示，在該實驗中：

玳m-s1)

00.100.200.300.400.500.60t/s

圖3

①下列說法正確的是（單選）;

A.拉著細繩套的兩只彈簧秤，穩(wěn)定后讀數(shù)應相同

B.在已記錄結(jié)點位置的情況下，確定一個拉力的方向需要再選擇相距較遠的兩點

C.測量時彈簧秤外殼與木板之間不能存在摩擦

D.測量時，橡皮條、細繩和彈簧秤應貼近并平行于木板

②若只有一只彈簧秤，為了完成該實驗至少需要（選填“2”、“3”或“4”）次把橡皮條

結(jié)點拉到0。

8.某校同學利用如圖所示的裝置驗證動量守恒定律。水平氣墊導軌上裝有光電門C和光電門D,滑

塊A3放在導軌上，位置如圖所示。滑塊4的右側(cè)裝有彈簧片，滑塊B的左側(cè)也裝有彈簧片，兩

滑塊上方都固定有寬度相同的遮光片，光電門C、〃分別連接著光電計時器（未畫出），可以記錄

遮光片通過光電門的時間。

遮）/光電門C速呼光電門D

氣墊導軌

實驗步驟：

A.測量滑塊A（含彈簧片）的質(zhì)量啊和滑塊8（含彈簧片）的質(zhì)量，??；

B.測量滑塊A的遮光片寬度4和滑塊B的遮光片寬度d2.

C.給滑塊A一個向右的瞬時沖量，觀察A的運動情況和A與B相碰后A、3各自的運動情況；

D.記下與光電門C相連的光電計時器記錄的時間：第一次時間為△?小，第二次時間為"C2；

E.記下與光電門。相連的光電計時器記錄的時間為A.。

實驗記錄如表：

md

A42△，c\△‘C2△5

100g300g1.00cm1.00cm2.500ms4.900ms5.100ms

（1）碰撞前A的速度大小％=_________m/s,碰撞后A的速度大小v,=________m/s,國時童前后

A的動量變化量大小△〃=kg?m/So

（2）碰撞后B的速度大小彩=m/s,碰撞前后B的動量變化量大小即'=kg-m/s。

（3）本實驗的相對誤差的絕對值可表示為6=4^包~x100%,計算可知5=。

9.某實驗小組用落體法驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖甲所示。實驗中測出重物自由下落的高

度人及對應的瞬時速度丫，計算出重物減少的重力勢能力g人和增加的動能!機一，然后進行比較，

2

如果兩者相等或近似相等，即可驗證重物自由下落過程中機械能守恒。請根據(jù)實驗原理和步驟完

成下列問題：

紙帶

鐵架臺Uj］打點計時器

圖乙

(I)關于上述實驗，下列說法正確的是o

A.重物最好選擇密度較小的木塊B.重物的質(zhì)量可以不測

C.實驗中應先接通電源，后釋放紙帶D.可以利用公式口=再求解瞬時速度

(2)如圖乙是該實驗小組打出的一條點跡清晰的紙帶，紙帶上的0點是起始點，選取紙帶上連續(xù)

的計時點分別標為AB、C、D、E、F,并測出各計時點到。點的距離依次為27.94cm、32.78cm、

38.02cm>43.65cm、49.66cm、56.07cmo已知打點計時器所用的電源是頻率為50Hz的交流電源,

重物的質(zhì)量為0.5kg,則從打點計時器打下點。到打下點D的過程中，重物減少的重力勢能△￡「=

________J;重物增加的動能A"=________J,兩者不完全相等的原因可能是(重力

加速度g取9.8m/s2,計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

(3)實驗小組的同學又正確計算出圖乙中打下計時點8、C、D、E各點的瞬時速度也以各計時

點到A點的距離”為橫軸，p2為縱軸作出圖象，如圖丙所示，根據(jù)作出的圖線，能粗略驗證自由

下落的物體機械能守恒，依據(jù)是__________o

答案以及解析

1.答案：(3)見解析

(4)15.35

(5)127

解析：(3)根據(jù)表格標點連線如圖

m

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51015202530〃/枚

(4)由圖可知刻度尺的分度值為1mm,故讀數(shù)/=15.35cm；

(5)設橡皮筋的勁度系數(shù)為鼠原長為七,則〃mg=M4-%)

n1mg=k{l,-xa')

設冰墩墩的質(zhì)量為町，則有見g=A(/-x。)

聯(lián)立各式代入數(shù)據(jù)可得，"產(chǎn)42.69g。

2,(1)答案：12

解析：由題意知，開始時彈簧的伸長量為5.。。皿彈力F=0.6K)N,根據(jù)胡克定律”=￡計

算出Zxl2N/m。

(2)答案：0.20

解析：根據(jù)牛頓第二定律尸=〃"得。=^xF,故。一/圖像的斜率為滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)

m

1

量的倒數(shù)，根據(jù)題圖丙I,求得斜率％=L=/kgT=5kgT,則滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量

m0.6

為jm=0.20kg。

(3)答案：0.13

解析：同理，滑塊上增加待測物體后，。一尸圖像的斜率為滑塊、待測物體與加速度傳感器的總質(zhì)

〃=_!_=,5-°kg-1=3k°」

量，根據(jù)題圖丙H,求得斜率60?50°,解得加°。33kg,則待測物體的質(zhì)量

為Am=加一加=0.13kg

3.答案：(2)7.885

(3)B

tnd2

(4)~2~

(5)增大

解析：本題考查螺旋測微器的使用、用打點計時器測速度、能量的轉(zhuǎn)化與守恒以及誤差分析等。

（2）螺旋測微器的讀數(shù)為7.5mm+38.5x0.01mm=7.885mm。

（3）由于小球自由落體運動時間很短，所以測量時，應先接通數(shù)字計時器，后釋放小球。

（4）小球叢某一高度釋放，與某種橡膠材料碰撞導致的機械能損失等于前后通過光電門的動能的

減小量，根據(jù)光電門測速的原理丫=邑可知，A￡=-mM--mM

t2⑺2⑷2卜；t2j

（5）若適當調(diào)高光電的高度，則小球叢光電門向下運動以及彈起后向上運動的過程中空氣阻力做

功增大，將會增大因空氣阻力引起的測量誤差（碰撞時機械能的損失的測量值中包含有克服空氣

阻力做功的量）。

4.答案：見解析

解析：（1）從打出A點到打出F點時間內(nèi)，彈簧的彈性勢能減少量為

1919

"P彈=5敘乙一，）廠一5%（乙一乙）一色）~

整理有AE'泮=他-4）4-3成

打F點時鉤碼的速度為以=與2

由于在誤差允許的范圍內(nèi)，認為釋放鉤碼的同時打出A點，則鉤碼動能的增加量為

"叫一0=但里

k2F8尸

鉤碼的重力勢能增加量為叫重=，咫〃5

（2）鉤碼機械能的增加量，即鉤碼動能和重力勢能增加量的總和，若無阻力做功則彈簧彈性勢能

的減少量等于鉤碼機械能的增加量?，F(xiàn)在隨著〃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)生這個問題的主要原因是鉤碼和紙帶運動的速度逐漸增大，

導致空氣阻力逐漸增大，以至于空氣阻力做的功也逐漸增大。

5.答案：（1）刻度尺

（2）1.5

（3）2」（加|一%）

A/iAzjAr,+Ar2）

（4）光柵板受到空氣阻力的作用

解析：

6、（1）答案：6.93

解析：題圖乙中示數(shù)為14.66cm,則伸長量△/=14.66cm-7.73cm=6.93cm。

（2）答案:A

解析：為了更好地找出彈力與伸長量之間的規(guī)律，應逐一增掛鉤碼，記下每增加一只

鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應的鉤碼總重，故選A。

(3)答案：超過彈簧的彈性限度

解析：若超過彈簧的彈性限度，胡克定律將不再適用，則題圖丙中出現(xiàn)偏折的原因是

超過了彈簧的彈性限度。

7.答案：(1)①6.20±0.051.9±0.2

②BC

(2)①D

②3

解析：本題考查探究小車速度隨時間變化的規(guī)律。

(1)①以計數(shù)點。為位移測量起點和計時起點，則打計數(shù)點B時小車位移大小可以從刻度尺讀出,

OB=6.20cm;由題圖3求出圖線的斜率，該斜率為加速度的大小，則

a=m/s2=1.9m/s?；②利用題圖1裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關系的實驗，不需要

更換質(zhì)量更小的車，因為要保證小車的質(zhì)量遠大于祛碼和祛碼盤的總質(zhì)量，A項錯誤；需要平衡摩

擦力，即需要調(diào)整長木板的傾斜程度，B項正確；為了改變細線中的拉力，需要將鉤碼更換成祛碼

盤和祛碼，C項正確；兩個實驗中都需要使連接小車的細繩與長木板平行，D項錯誤。

(2)①“探究求合力的方法”實驗中兩分力的大小不一定相等，A項錯誤；在已記錄結(jié)點位置的情

況下，確定一個拉力的方向只需要再選擇一個與結(jié)點相距較遠的點就可以確定該力的方向，B項錯

誤；測量時彈簧秤外殼與木板之間存在摩擦，對實驗沒有影響，因為彈簧秤貼近并平行于木板，C

項錯誤；測量時，為了減小誤差應保證橡皮條、細繩和彈簧秤貼近并平行于木板，D項正確；②若

只有一只彈簧秤，為了完成該實驗至少3