專題12力學(xué)實驗

【考向解讀】

高考對物理實驗的考查，是在《考試說明》規(guī)定的實驗基礎(chǔ)上進行重組與創(chuàng)新，旨在考查考生是否熟

悉這些常規(guī)實驗器材，是否真正動手做過這些實驗，是否能靈活的運用學(xué)過的實驗理論、實驗方法、實驗

儀器，去處理、分析、研究某些未做過的實驗，包括設(shè)計某些比較簡單的實驗等.所給的物理情景和要求

跟教材內(nèi)容多有明顯區(qū)別，是以教材中實驗為背景或素材，通過改變實驗條件或增加條件限制，加強對考

生遷移能力、創(chuàng)新能力和實驗?zāi)芰Φ目疾?

【命題熱點突破一】驗證力的平行四邊形定則

實驗的條件是“力的作用效果相同”，因此，在兩個分力和一個力分別作用下，同一彈性繩的同一端

點必須到達同一位置才能滿足實驗的驗證條件.

例1、（2015?安徽）在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，某同學(xué)用圖釘把白紙固定在水平放置的木

板上，將橡皮條的一端固定在板上一點，兩個細繩套系在橡皮條的另一端.用兩個彈簧測力計分別拉住兩

個細繩套，互成角度地施加拉力，使橡皮條伸長，結(jié)點到達紙面上某一位置，如圖所示.請將以下的實驗

①用鉛筆描下結(jié)點位置，記為。；

②記錄兩個彈簧測力計的示數(shù)E和4,沿每條細繩（套）的方向用鉛筆分別描出幾個點，用刻度尺把相

應(yīng)的點連成線；

③只用一個彈簧測力計，通過細繩套把橡皮條的結(jié)點仍拉到位置0,記錄測力計的示數(shù)

④按照力的圖示要求，作出拉力公、B、A；

⑤根據(jù)力的平行四邊形定則作出￡和K的合力F；

⑥比較的一致程度，若有較大差異，對其原因進行分析，并作出相應(yīng)的改進后再次進行實

驗.

教育精品學(xué)習(xí)資源

教育精品學(xué)習(xí)資源

【答案】③沿此時細繩（套）的方向用鉛筆描出幾個點，用刻度尺把這些點連成直線；⑥廠和用

【解析】③此步驟中應(yīng)記錄此時拉力的大小和方向，結(jié)合②的操作，③中橫線應(yīng)填寫:沿此時細繩（套）

的方向用鉛筆描出幾個點，用刻度尺把這些點連成直線.⑥要驗證平行四邊形定則,需要比較F與E的大

小，方向是否一致，故⑥中橫線應(yīng)填寫產(chǎn)和K

【變式探究】

（2015?山東）某同學(xué)通過下述實驗驗證力的平行四邊形定則.實驗步驟：

①將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向.

②如圖甲所示，將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤的秤鉤上，另一端用圓珠筆尖豎直向下拉，直到彈簧秤

示數(shù)為某一設(shè)定值時，將橡皮筋兩端的位置記為a,記錄彈簧秤的示數(shù)尸，測量并記錄a、a間的距離（即

橡皮筋的長度/）.每次將彈簧秤示數(shù)改變0.50N,測出所對應(yīng)的部分數(shù)據(jù)如下表所示：

尸(M00.501.001.502.002.50

7(cm)7o10.9712.0213.0013.9815.05

完成下列作圖和填空：

（1）利用表中數(shù)據(jù)在給出的坐標(biāo)紙上畫出F-1圖線，根據(jù)圖線求得/。=cm.

（2）測得力=6.00cm,OB=1.60cm,則為，的大小為N.

（3）根據(jù)給出的標(biāo)度，在圖中作出描和兒的合力X的圖示.

教育精品學(xué)習(xí)資源

(4)通過比較U與的大小和方向，即可得出實驗結(jié)論.

【解析】(1)作出廠一/圖像，求得直線的截距即為/。，可得/。=10.00cm；

00cm,OB=1.60，則彈苗的彈力F

=kM=50(6.00+7.60-10.0)xiO-:N=1.8Nj則此時后=產(chǎn)=1.8N;

(3)如圖;

教育精品學(xué)習(xí)資源

（4）通過比較U和戶的的大小和方向，可得出實驗結(jié)論.

【答案】（1）10.00（2）1.80（3）如圖（4）尸昭

【命題熱點突破二】驗證牛頓第二定律

實驗中用祛碼（包括祛碼盤）的重力6的大小作為小車所受拉力廠的大小，這樣做會引起系統(tǒng)誤差.

例2、（2016?全國1H,23,10分）某物理課外小組利用圖甲中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間

的關(guān)系.圖中，置于實驗臺上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板

上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼.本實驗中可用的鉤碼共有A-5個，每個質(zhì)量均為0.010kg.實驗步

驟如下：

（1）將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊，使小車（和鉤碼）可以在木板上勻

速下滑.

（2）將〃（依次取〃=1,2,3,4,5）個鉤碼掛在輕繩右端，其余小一〃個鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車

并使輕繩與木板平行.釋放小車，同時用傳感器記錄小車在時刻￡相對于其起始位置的位移s,繪制Lt

圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a

（3）對應(yīng)于不同的"的a值見下表.〃=2時的kt圖象如圖乙所示；由圖乙求出此時小車的加速度（保留2

教育精品學(xué)習(xí)資源

0.40

mu

00,400.801.201.602.00//s345n

乙丙

(5)利用圖象求得小車(空載)的質(zhì)量為.kg(保留2位有效數(shù)字，重力加速度取『9.8m?

(6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1),下列說法正確的是(填入正確選項前的標(biāo)號).

A.a—〃圖線不再是直線

B.a—"圖線仍是直線，但該直線不過原點

C.a—〃圖線仍是直線，但該直線的斜率變大

【解析】(3)由5=p,結(jié)合圖乙可得滑塊運動的加速度等ms*=0.40ms-

(4)根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點作圖，如圖所示.

(5)由nwg=(,加+M)a可得，a=”箋F心得圖象的斜率為普77=9解得-U=0.44kg.

AW-rMAM十〉

(6)若保持木板水平，則nmg-/4(,V-")?ng+M?=(MM+M)a,求得a=一咫,因此圖象仍是一

，u及vzrl.V2：.

條直線，但圖象不再過原點，圖象的斜率?：?；筆比原來的斜率聲大,B、C正確.

八?W+A/Nm-rM

6f/(m-s-2)

1.00

0.80

0.60

0.40

0.20

012345n

教育精品學(xué)習(xí)資源

【答案】（3）0.40（0.37?0.49均給分）（4）圖見解析

(5)044(0.43?0.47均給分)(6)BC

【變式探究】如圖甲所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實驗裝置.他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個光電門員

滑塊上固定一遮光條，滑塊用細線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼，每

次滑塊都從/處由靜止釋放.

光電門

遮光條

③下列不必要的一項實驗要求是.

A.應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量

B.應(yīng)使力位置與光電門間的距離適當(dāng)大些

C.應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平

I）.應(yīng)使細線與氣墊導(dǎo)軌平行

④改變鉤碼的質(zhì)量，記錄對應(yīng)的力傳感器的示數(shù)廠和遮光條通過光電門的時間t,通過描點作出線性圖像，

研究滑塊的加速度與力的關(guān)系，處理數(shù)據(jù)時應(yīng)作出圖像.（選填”/一尸”卜尸或"十一尸）.

【解析】①由流標(biāo)卡尺的圖示可知，d=2m+5xO.O5mm=2.25mm;②由遮光條的寬度與時間t,可計

算出滑塊經(jīng)過光電門的速度，欲求滑塊加速度，則還應(yīng)該知道工位置到光電門3之間的距離6③由于繩上

連接有力傳感器，它可以直接測出繩上拉力的大小，故沒有必要使滑塊質(zhì)蚩必須遠大于鉤碼和力傳感器的

總質(zhì)量，所以A是不必要的；而B中使/位置與光電門間的距離適當(dāng)大些、C中應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平、D

中使細線與氣墊導(dǎo)軌平行等都是有必要的；④根據(jù)上=5#可知，加速度a與產(chǎn)是成反比的，故欲研究滑塊

的加速度與力的關(guān)系，處理數(shù)據(jù)時應(yīng)作出*-F的圖像，如果該圖像是一條直線，則說明加速度與力是成正

比的.

【答案】①2.25②1位置到光電門8之間的距離/③A@^-F

【變式探究】

教育精品學(xué)習(xí)資源

某興趣小組設(shè)計出如圖甲所示的實驗裝置，探究小車的加速度跟合外力的關(guān)系，途中與小車左端相連的是

測力傳感器，小車放置在表面各處粗糙程度相同的水平長木板上.按甲圖裝配好實驗器材，先測出小車運

動時所受摩擦阻力，逐漸向砂桶中添加細砂粒，當(dāng)觀察到小車剛開始運動時，記下傳感器的最大示數(shù)為樂

可認為摩擦阻力為幾

甲

(1)將小車放回初位置并用手按住，繼續(xù)向砂桶中添加一定量的砂粒，記下傳感器的示數(shù)E,接通頻率為50

Hz的交流電源使打點計時器工作，然后釋放小車，打出一條紙帶.再繼續(xù)向砂桶中添加砂粒，多次重復(fù)實

驗，打出多條紙帶，圖乙為某次實驗打出的一條紙帶，紙帶上每相鄰的兩計數(shù)點間都有四個計時點未畫出，

按時間順序，取0、1、2、3、4、5、6六個計數(shù)點，用刻度尺量出1、2、3、4、5、6點到0點的距離(單

位：cm),分別標(biāo)注在相應(yīng)的計數(shù)點的下方，則小車的加速度&=m/s“結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

????????

01.403.556.4510.1514.5519.70)

乙

(2)算出各次小車的加速度和合力氏/:=￡—先)，獲得多組數(shù)據(jù)，描繪小車加速度a與尸的關(guān)系圖像，紙帶

與打點計時器間的摩擦可忽略，下列圖像可能正確的是

(3)寫出一條提高實驗結(jié)果準(zhǔn)確程度有益的建議.

【思路點撥】根據(jù)勻變速直線運動的推論公式Ax=a7可以求出加速度的大小.根據(jù)牛頓第二定律得出a

教育精品學(xué)習(xí)資源

與尸的關(guān)系式，結(jié)合關(guān)系式得出正確的圖線.本題借助實驗考查了勻變速直線的規(guī)律以及推論的應(yīng)用，在

平時練習(xí)中要加強基礎(chǔ)知識的理解與應(yīng)用，提高解決問題的能力.解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，

了解實驗的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項，其中平衡摩擦力的原因以及做法在實驗中應(yīng)當(dāng)清楚.

【解析】(1)由于每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點沒有畫出，所以相鄰的計數(shù)點間的時間間隔1s,

設(shè)第一個計數(shù)點到第二個計數(shù)點之間的距離為以后各段分別為X：、,、M、用、斯，根據(jù)勻變速直線運

動的推論公式Ax=a才可以求出加速度的大小，得

距一死=3比7s

斯―乃二3337s

為了更加準(zhǔn)確的求解加速度，我們對三個加速度取平均值，得

后鼻(或+&+ft)-0.756jn/s:

V

(2)改變小桶中砂的重力，多次重復(fù)實驗，獲得多組數(shù)據(jù)，描繪小車加速度a與合力網(wǎng)尸=￡一石)的關(guān)系圖

像.由于已經(jīng)平衡摩擦力，所以圖像應(yīng)該過原點.故D項正確，ABC項錯誤.

(3)提高實驗結(jié)果準(zhǔn)確程度有益的建議：多測量幾次，取平均值.

【答案】(1)0.756(2)AD(3)多測量幾次，取平均值

【命題熱點突破三】驗證機械能守恒定律

1.驗證機械能守恒定律一般有阻力存在，例如紙帶與限位孔之間的，一般重力勢能減少量大于動能增加量.

2.需要不需要測研究對象的質(zhì)量要具體問題具體分析.

例3、(2016?江蘇物理，11,10分)某同學(xué)用如題圖甲所示的裝置驗證機械能守恒定律.一根細線系住鋼

球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于/點，光電門固定在4的正下方.在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d

的遮光條.將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間力由計時器測出，取，=鄉(xiāng)乍為

鋼球經(jīng)過/點時的速度.記錄鋼球每次下落的高度力和計時器示數(shù)t,計算并比較鋼球在釋放點和/點之間

的勢.能變化大小△瓦與動能變化大小△笈，就能驗證機械能是否守恒.

教育精品學(xué)習(xí)資源

甲

(D用△￡,="的計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度方應(yīng)測量釋放時的鋼球球心到一

之間的豎直距離.

A.鋼球在1點時的頂端B.鋼球在4點時的球心

C.鋼球在小點時的底端

(2)用△氏計算鋼球動能變化的大小，用刻度尺測量遮光條寬度，示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為

cm.某次測量中，計時器的示數(shù)為0.0100s,則鋼球的速度為r=m/s.

(3)下表為該同學(xué)的實驗結(jié)果：

△瓦(xio-J)4.8929.78614.6919.5929.38

A區(qū)(XI。-，j)5.0410.115.120.029.8

他發(fā)現(xiàn)表中的△及與△區(qū)之間存在差異，認為這是由于空氣阻力造成的.你是否同意他的觀點？請說明理

由.

(4)請你提出-一條減小上述差異的改進建議.

【解析】(D要測量小球下落的高度，應(yīng)測量開始位置小球的球心到小球在且點時球心的豎直距離，B正

確.

(2)根據(jù)題圖可知，遮光條的寬度4”.0mm=L50m,若某次計時器的時間為Q.010。s,則鋼球的速度i

二7二L30ms.

(3)由于空氣阻力的存在，小球下落過程中在克服空氣阻力做功，因此動能的增量會小于重力勢能的減少量,

而表格中額值表明是動能的增加量大于重力勢能的減少量，顯然誤差不是由于空氣阻力造成的，是由于遮

光條在小球的下面，測得的速度比小球的實際速度大造成的.

(4)分別測出光電門和球心到懸點的長度Z和/,計算應(yīng)，將1?折算成鋼球的速度/=/

【答案】(DB(2)1.50(1.49?1.51都算對)1.50(1.49?1.51都算對)(3)見解析(4)見解析

教育精品學(xué)習(xí)資源

【變式探究】用如圖實驗裝置驗證處、位組成的系統(tǒng)機械能守恒.應(yīng)從高處由靜止開始下落，在處拖著的

紙帶上打出一系列的點，打點計時器的打點頻率為50Hz,對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒

定律.下圖給出的是實驗中獲取的一條紙帶，0

是打下的第一個點，相鄰兩計數(shù)點間均有4個點未畫出，計數(shù)點間的距離如圖所示.已知處=50g、施=150

g(g取9.8m/s2,所有結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)，求：

(1)下面給出了該實驗的操作步驟：

A.按照圖示的裝置安裝實驗器材

B.將打點計時器接到直流電源上

C.先釋放加，再接通電源，在紙帶打下一系列點跡

D.挑選點跡清晰的紙帶進行測量

E.根據(jù)測量的結(jié)果，分別計算系統(tǒng)減少的重力勢能和增加的動能

其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是：.

單位：cm

(2)在打0—5點過程中系統(tǒng)動能的增加量△笈J,系統(tǒng)重力勢能的減少量△區(qū)J,在誤差

教育精品學(xué)習(xí)資源

允許范圍內(nèi)驗證了機械能守恒.

2

(3)某同學(xué)作出了］—力圖線，則據(jù)圖線得到的重力加速度g=m/s2.

【解析】實驗中涉及打點計時器的工作條件和操作順序，根據(jù)物體的初末動能大小可以求出動能的增加量，

根據(jù)物體重力做功和重力勢能之間的關(guān)系可以求出系統(tǒng)重力勢能的減小量，比較動能增加量和重力勢能減

小量之間的關(guān)系可以得出機械能是否守恒；根據(jù)圖像的物理意義可知，圖像的斜率大小等于物體的重力加

速度大小

(1)打點計時器必須在交流電源上才能工作；利用打點計時器時，須先讓打點計時器工作，再去讓紙帶運動.

(2)根據(jù)在勻變速直線運動中時間中點的瞬時速度大小等于該過程中的平均速度，可知打第5個點時的速度

為：

■0.216+0.264..

K5———2X0.1m/s-2.4m/s；

物體的初速度為零，所以動能的增加量為

△(0.05+0.15)X2.42J=0.576J

重力勢能的減小量等于物體重力做功，故

△瓦=加=必加=(0.05+0.15)X9.8X0.216J=0.588J

由此可知動能的增加量和勢能的減小量基本相等，因此在誤差允許的范圍內(nèi)，如、診組成的系統(tǒng)機械能守恒.

(3)本題中根據(jù)機械能守恒可知，加加=；以巴即有

\v^gh,所以一方圖像中圖像的斜率表示重力加速度

由圖可知，斜率a=9.67,故當(dāng)?shù)氐膶嶋H重力加速度g=9.67m/s：

【答案】(DBC②0.5760.588(3)9.67

【變式探究】

某實驗小組利用電磁打點計時器和如圖的其他器材開展多項實驗探究，選擇了一條符合實驗要求的紙帶，

數(shù)據(jù)如圖(相鄰計數(shù)點的時間為7),回答下列問題：

教育精品學(xué)習(xí)資源

（填“上”或“下”）表面

通過.

（2）若是探究重力做功和物體動能的變化的關(guān)系.需求出重錘運動到各計數(shù)點的瞬時速度，試寫出在￡點時

重錘運動的瞬時速度染=（用題中字母表示）.

（3）若是測量重力加速度g為減少實驗的偶然誤差，采用逐差法處理數(shù)據(jù)，則加速度大小可以表示為g=

「（用題中字母表示）.

（4）如果研究重錘在451運動過程中機械能守恒時，重錘增加的動能總是小于減小的重力勢能，造成實驗誤

差的主要原因是（只寫一條）.

【思路點撥】本題一定要明確實驗原理，并且親自動手實驗，熟練應(yīng)用所學(xué)基本規(guī)律解決實驗問題.要

會從下面三個方面分析得出正確答案：（1）在勻變速直線運動中，中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均

速度，據(jù)此可以求出￡點的速度大小.（2）采用逐差法可有效利用數(shù)據(jù)，再采用求平均值的辦法可更好地減

小誤差.（3）分析驗證機械能守恒定律時誤差形成的原因即可.

【解析】（1）根據(jù)打點計時器的工作原理可知，紙帶應(yīng)壓在復(fù)寫紙下方，才能清瞄地打點；

（2）在勻變速直線運動中，中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，故E點的速度為一節(jié)5

（3）利用勻變速直線運動的推論相鄰相等時間內(nèi)的位移差”=af,所以Sf,本著有效利用

數(shù)據(jù)，采用求平均值的辦法減小誤差的辦法，本實瞼中，尸‘+Fg；"+…-

（4）在研究機械能守恒時，由于重錘要克服阻力做功，故總是使增加的動能小于減小的重力勢能.

教育精品學(xué)習(xí)資源

【答案】(1)下(2)受票

Si+ss+v-S1+&+S3

⑶----------寸----------

(4)重錘克服阻力做功(或阻力對重錘做負功)

【命題熱點突破四】研究勻變速直線運動

1.如何選取紙帶和計數(shù)點

要選取點跡清楚的一條，舍掉開始比較密集的點跡，在便于測量的地方取一個開始點。，然后每5個點取一

個計數(shù)點，依次為力、B、C-…“如圖所示，測出相鄰計數(shù)點間的距離汨、至、屈、周、冬、旋……利用打下點

的紙帶和測量的有關(guān)數(shù)據(jù)便可以進行計算.

2.求任一計數(shù)點對應(yīng)的瞬時速度/

熱+X3

如Vn=之［、~(其中7=5X0.02s=0.1s).

3.利用“逐差法”求加速度a

Xi+為+照一二+照+羔

a=彳?

4.驗證牛頓第二定律時

(1)實驗用的是控制變量法；

(2)將砂桶或鉤碼重力視為小車所受合外力，必須滿足小車和祛碼的總重量遠遠大于砂桶的重量；

(3)在平衡摩擦力時，要將一端墊高，不要懸掛小桶，但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源.

例4、某同學(xué)利用圖甲所示的實驗裝置，探究物塊在水平桌面上的運動規(guī)律.物塊在重物的牽引下開始運動,

重物落地后，物塊再運動一段距離停在桌面上(尚未到達滑輪處).從紙帶上便于測量的點開始，每5個點

取1個計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的距離如圖乙所示.打點計時器電源的頻率為50Hz.

甲

教育精品學(xué)習(xí)資源

單位：cm

123491011

(loot5.01T7.01?

⑴通過分析紙帶數(shù)據(jù)，可判斷物塊在兩相鄰計數(shù)點________和________之間某時刻開始減速.

⑵計數(shù)點5對應(yīng)的速度大小為m/s,計數(shù)點6對應(yīng)的速度大小為m/s.(保留三位有效數(shù)

字)

(3)物塊減速運動過程中加速度的大小為@=m/s2,若用來計算物塊與桌面間的動摩擦因數(shù)(g為

重力加速度)，則計算結(jié)果比動摩擦因數(shù)的真實值________(填“偏大”或“偏小”).

【解析】(1)從計數(shù)點1到6相鄰的相等時間內(nèi)的位移差△值2.00cm,在6、7計數(shù)點間的位移比5、6

之間增加了(12.28—11.01)cm=1.27cm<2.00cm,因此，開始減速的時刻在計數(shù)點6和7之間.

(2)計數(shù)點5對應(yīng)的速度大小為

m/s=l.00m/s.

2X0.1

計數(shù)點4對應(yīng)的速度大小為

m/s=0.80m/s.

2X0.1

根據(jù)唏=時上，得計數(shù)點6對應(yīng)的速度大小為匹=2匹一%=(2X1.00—0.80)m/s=1.20m/s.

(3)物塊在計數(shù)點7到11之間做減速運動，

根據(jù)得g一獷=？⑸?*5

物塊做減速運動時受到的阻力包括水平桌面的摩擦阻力和打點計時器對紙帶的摩擦阻力，因此根據(jù)牛頓第

二定律，得/W+U.,即“="匚，因此用〃'=用"算出的動摩擦因數(shù)比”的真實值偏大.

s

【答案】(1)67(或76)(2)1.001.20

(3)2.00偏大

【變式探究】

如圖(a)所示，豎直平面內(nèi)固定一斜槽，斜槽中放有若干個直徑均為d的小鐵球，緊靠斜槽末端固定有電磁

教育精品學(xué)習(xí)資源

鐵，閉合開關(guān)K,電磁鐵吸住第1個小球.手動敲擊彈性金屬片M與觸頭瞬間分開，第1個小球從。點

開始下落，M迅速恢復(fù)，電磁鐵又吸住第2個小球.當(dāng)?shù)?個小球撞擊〃時，材與觸頭分開，第2個小球從

。點開始下落

圖（1＞）

某興趣小組利用此裝置測定重力加速度，請回答下列問題：

（1）利用游標(biāo)卡尺測量小球的直徑"，如圖（b）所示，讀數(shù)為mm

⑵用刻度尺測出0M=\.462m,手動敲擊"的同時按下秒表開始計時，若10個小球下落的總時間為5.5s,

則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=m/s'"保留兩位有效數(shù)字）；

（3）若在。點的正下方4點固定一光電門（圖中未畫出），測出力=力，小球經(jīng)過光電門的時間為△3則小

球通過光電門時的速度/=,可求得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣人_.（用已知量和測得量的符號表

示）

【思路點撥】本題中的游標(biāo)卡尺讀數(shù)的方法是主尺讀數(shù)加上游標(biāo)讀數(shù)，不需估讀.首先要明確電路結(jié)構(gòu)、

實蛉原理即可正確解答；根據(jù)自由落體運動規(guī)律力=：1已可以求出重力加速度大小.由于測量自由落體的

重力加速度，類比對應(yīng)的公式可知，由刻度尺讀出兩光電門的高度差，由光電計時器讀出小球從光電門1

到光電門2的時間，根據(jù)勻變速直線運動位移時間公式列出等式求解.要掌握流標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法，游標(biāo)

卡尺讀數(shù)的方法是主尺讀數(shù)加上游標(biāo)讀數(shù).對于實筠問題一定要明確實蛉序理，并且親自動手實蛉，熟練

應(yīng)用所學(xué)基本規(guī)律解決實勘問題.

【解析】（D游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為9mm,游標(biāo)尺上第6個刻度與主尺上某一刻度對齊,故其讀數(shù)為0.05X6

mm=0.30mm,所以最終讀數(shù)為：9mm+0.30mm=9.30mm.

教育精品學(xué)習(xí)資源

（2）小球下落的時間t=5.5/10=0.55s,根據(jù)得g=9.7m/s2.

（3）根據(jù)極短時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度求出小球運動到光電門處時的瞬時速度，則小球通過光電門時

的速度V=dl&t；根據(jù)運動學(xué)公式得重力加速度尸5=7”,2.

乙II乙IIL

【答案】（1）9.30（2）9.7⑶士——

【命題熱點突破五】探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系

該實驗要注意區(qū)分彈簧總長度和彈簧伸長量.對探索性實驗，要根據(jù)描出的點的走向，嘗試判定函數(shù)關(guān)

系.（這一點和驗證性實驗不同.）可以擴展為橡皮筋、彈性繩.

例5、［2016?浙江卷］某同學(xué)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實驗中，測得圖中彈簧外的勁度系數(shù)為

500N/m.如圖1所示，用彈簧比■和彈簧秤a、b做“探究求合力的方法”實驗.在保持彈簧伸長1.00cm

不變的條件下：

圖1-7

（1）若彈簧秤a、6間夾角為90°,彈簧秤a的讀數(shù)是N（圖2中所示），則彈簧秤6的讀數(shù)可能為

________N.

（2）若彈簧秤a、。間夾角大于90°,保持彈簧秤a與彈簧少的夾角不變，減小彈簧秤。與彈簧8的夾角，

則彈簧秤a的讀數(shù)_、彈簧秤方的讀數(shù)（填“變大”“變小”或“不變”）.

【答案】（1）3.00?3.023.9?4.1（有效數(shù)不作要求）（2）變大變大

【解析】（D由圖可知彈蕾秤a的讀數(shù)是尸i=3.00N;因合力為F=fcr=500x0.0iN=5N,兩分力夾角為90：,

則另一個分力為尸產(chǎn)4產(chǎn)一乃=4.0”

（2）若彈簧秤以匕間夾角大于90、保持彈蓄秤a與彈簧。。的夾角不變，減小彈簧秤匕與彈簧0c夾角，

根據(jù)力的平行四邊形法則可知，彈備秤a的讀數(shù)變大，彈蕃秤b的讀數(shù)變大.

【變式探究】（2015?四川）某同學(xué)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”時，安裝好實驗裝置，讓刻度尺零刻

度與彈簧上端平齊，在彈簧下端掛1個鉤碼，靜止時彈簧長度為如圖1所示，圖2是此時固定在彈簧

掛鉤上的指針在刻度尺（最小分度是1毫米）上位置的放大圖，示數(shù)7,=cm.在彈簧下端分別掛2

個、3個、4個、5個相同鉤碼，靜止時彈簧長度分別是AA、人心.己知每個鉤碼質(zhì)量是50g,掛2個

教育精品學(xué)習(xí)資源

鉤碼時，彈簧彈力4=N（當(dāng)?shù)刂亓铀俣仁?.8m/s2）.要得到彈簧伸長量x,還需要測量的是

作出尸一x曲線，得到彈力與彈簧伸長量的關(guān)系.

【解析】根據(jù)圖2指針指示可知，上=25.82cm,掛2個鉤碼時，以2個鉤碼整體為對象，受重力mg和

彈簧的拉力其作用而處于平衡；根據(jù)共點力平衡條件有:^=^=2X50X10-:X9.8N=0.98N,彈蕃的伸長（或

縮短）量其中??為彈蕃形變以后的長度，&為彈蕾的原長，因此要得到彈蓄伸長量x,還需要

測量的是彈簧的原長&.

【答案】25.820.98彈簧的原長

【變式探究】

某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲以下圖裝置中的滑塊為研究對象“驗證動能定理”，他們在實驗室組裝了一套如

圖所示的裝置，另外他們還找到了打點計時器所用的學(xué)生電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊、天平、刻

度尺、細沙等材料.當(dāng)滑塊連接上紙帶，用細線通過滑輪掛上空的小沙桶時，釋放沙桶，滑塊處于靜止?fàn)?/p>

態(tài).若你是小組中的一位成員，要完成該項實驗，則：

（1）實驗時為了保證滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等，沙和沙桶的總質(zhì)量0、滑塊的質(zhì)量

"兩者應(yīng)滿足的條件是,而且實驗時還需要有的步驟.

（2）在（1）的基礎(chǔ)上，某同學(xué)用天平稱量滑塊的質(zhì)量反向沙桶中裝入適量的細沙，用天平稱出此時沙和沙桶

的總質(zhì)量應(yīng)讓沙桶帶動滑塊加速運動，用打點計時器記錄其運動情況，在打點計時器打出的紙帶上取OABC

四點，量得各計數(shù)點間的距離分別為為、xz、熱.若研究滑塊的47段，本實驗最終要驗證的數(shù)學(xué)表達式為

（用題中的字母表示，重力加速度為g,打點計時器所接交變電流的周期為/）.

教育精品學(xué)習(xí)資源

OABC

?<-X]--K---x2--------x3---

【思路點撥】實驗前要平衡摩擦力，使滑塊受到的合力等于沙和沙桶的重力；只有在滑塊質(zhì)量遠大

于沙和沙桶總質(zhì)量的情況下，才可近似認為滑塊受到的拉力等于沙和沙桶的重力.由勻變速運動的推論求

出滑塊的瞬時速度，代入動能定理表達式即可正確解題.該題考查了力學(xué)實驗的基本操作和數(shù)據(jù)處理，正

確解答這些問題的關(guān)鍵是明確實驗原理，提高應(yīng)用基本物理規(guī)律解決實驗問題的能力.

【解析】（1）實蛤時為了保證滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等，需要保證沙和沙桶的

總質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量，即船＞用,實險時首先要平衡滑塊受到的摩掇力.

（2）做勻變速運動的物體在某段時間內(nèi)的平均速度等于該段時間中間時刻的瞬時速度，則4點的速度力=

髻，5點的速度「尸窄

由動能定理，得則實驗最終要蛉證的數(shù)學(xué)表達式為.X；=：

不密尸一夕瑪尹.

【答案】⑴加平衡滑塊摩擦力

（2）/（為+2%+四）（照一?。猰gXi

【命題熱點突破六】探究動能定理

本實驗關(guān)鍵是確保測量的是物體所受合力做的功，其次物體的初動能、末動能也是測量的關(guān)鍵.

例6、（2016?全國H,22,6分）某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進行探究，實驗裝置如圖甲所示：輕彈簧

放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過打點計時器并與物塊連接.向

左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能.

（1）實驗中涉及下列操作步驟：

①把紙帶向左拉直

②松手釋放物塊

③接通打點計時器電源

④向左推物塊使彈簧壓縮，并測量彈簧壓縮量

教育精品學(xué)習(xí)資源

上述步驟正確的操作順序是（填入代表步驟的序號?）.

（2）圖乙中M和/紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實際打點結(jié)果.打點計時器所用交流電的頻

率為50Hz.由材紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對應(yīng)的實驗中物塊脫離彈簧時的速度為m/s.比

較兩紙帶可知，（填或"L"）紙帶對應(yīng)的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能大.

乙

【解析】（1）本實蛉的原理是壓縮彈簧后滁放，使物塊獲得動能，通過打點計時器及紙帶測出物塊的速度,

從而通過比較物塊的動能來比較彈箸的彈性勢能.解決本題的關(guān)鍵是：①打點計時器不宜長時間工作，應(yīng)

做好準(zhǔn)備后再打開電源；②應(yīng)先打開電源后釋放物塊.因此順序為④①③②

（2）由紙帶可知最后兩段位移最大且大致相等，說明此時物塊已脫離彈簧且接近勻速，速度丫=嗯詈=1=9

ms.

由紙帶知M上后半段兩點間距大于L上的，說明必紙帶對應(yīng)的實驗中物塊獲得較大的速度，對應(yīng)的彈性勢

能也較大.

【答案】（1）④①③②（2）1.29M

【變式探究】為了探究動能定理，某學(xué)習(xí)小組在實驗室組裝了如圖1所示的裝置，備有下列器材：

打點計時器、學(xué)生電源、導(dǎo)線、紙帶、復(fù)寫紙、天平、細沙、滑塊、沙桶、木板

他們稱量滑塊的質(zhì)量為亞沙和小桶的總質(zhì)量為如當(dāng)滑塊連接上紙帶，讓細線跨過滑輪并懸掛空的小桶時,

滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài).要完成該實驗，請回答下列問題：

教育精品學(xué)習(xí)資源

打點牛時器方塊細繩滑輪（ABCD

紙帶、4#飛&<-^-：——：--------：------------

1/7----?<-<------->r<------------>1

長木/板水，\實驗"口夕1電^X3犬4

小牛頭的口

小砂桶

圖1圖2

（1）要完成本實驗，還缺少的實驗器材是；

（2）實驗開始前，首先要；實驗中要保證滿足的實驗條件是.

（3）在滿足（2）間的條件下，讓小桶帶動滑塊加速運動，如圖2所示為打點計時器所打的紙帶的一部分，圖

中/、B、C、D、后是按時間先后順序確定的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為7,相鄰計數(shù)點間的距離標(biāo)

注在圖上，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,則在反。兩點間對滑塊用實驗驗證動能定理表達式為.（用題中

所給的表示數(shù)據(jù)的字母表示）

【解析】（1）根據(jù)題意本實蛤需要測量滑塊的位移，所以還塊少的器材是刻度尺.

（2）根據(jù)牛頓第二定律可知當(dāng)沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量時，繩子拉力才近似等于沙和沙桶的重

力，所以沙和沙桶應(yīng)滿足的實險條件是沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量，由受力分析可知，為保證細

線拉力為木塊的合外力，苜先要做的是平衡摩擦力.

（3）在仄D兩點間，根據(jù)動能定理實險要險證的表達式為：m以+6?。阂恢畮?/p>

而根據(jù)勻變速直線運動的推論得知，七二0

【答案】（1）刻度尺（2）平衡摩擦力勿遠小于"

M

（3）"將（生+X3）=6［（用+荀）2—（X1+及）1

【高考真題】

1.［2016?四川理綜，8（I）,6分］用如圖所示的裝置測量彈簧的彈性勢能.將彈簧放置在水平氣墊導(dǎo)軌上,

左端固定，右端在。點：在。點右側(cè)的6、C位置各安裝一個光電門，計時器（圖中未畫出）與兩個光電門相

連.先用米尺測得以C兩點間距離s,再用帶有遮光片的滑塊壓縮彈簧到某位置4靜止釋放，計時器顯

示遮光片從B到C所用的時間3用米尺測量從。之間的距離*

教育精品學(xué)習(xí)資源

(1)計算滑塊離開彈簧時速度大小的表達式是.

(2)為求出彈簧的彈性勢能，還需要測量________.

A.彈簧原長B.當(dāng)?shù)刂亓铀俣?/p>

C.滑塊(含遮光片)的質(zhì)量

⑶增大4、。之間的距離x,計時器顯示時間力將—

A.增大B.減小C.不變

C

【解析】(1)計時器記錄的是從8到C的時間t,故滑塊速度v=~

(2)由能量守恒可知，彈性勢能等于小滑塊的動能，需測滑塊的質(zhì)量，C正確.

(3)增大4。距離，滑塊速度變大，計時器顯示的時間將減小，B正確.

【答案】(1)7(2)C(3)B

2.[2016?天津理綜，9(2)]某同學(xué)利用圖示裝置研究小車的勻變速直線運動.

紙帶接電源

B.先接通電源再釋放小車

C.小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量

D.平衡小車與長木板間的摩擦力

(2)他實驗時將打點計時器接到頻率為50Hz的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計數(shù)點如圖所示(每

相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，圖中未畫出).5I=3.59cm,s2=4.41cm,s)=5.19cm,si=5.97cm,s、

=6.78cm,56=7.64cm.則小車的加

速度a=m/s“要求充分利用測量的數(shù)據(jù))，打點計時器在打6點時小車的速度0=m/s2(結(jié)

果均保留2位有效數(shù)字).

教育精品學(xué)習(xí)資源

【解析】（D若細線與長木板不平行，如圖所示.不考慮摩擦力時滿足7cos8=1上，J會隨小車運動而變

化，因此小車不能做勻變速運動，不符合要求，故必須滿足細線與長木板平行，A正確.為了充分利用紙

帶，應(yīng)先接通電源再釋放小車，B正確.由于本實蛉只是為了研究小車的勻變速運動，因此摩擦力的有無,

繩子拉力是否等于，"g（M遠大于，”是為了保證繩子拉力T=?"g）都對實瞼沒有影響，C、D錯誤.

（2）由題知，相鄰計數(shù)點間時間間隔A7=0.1s,根據(jù)a=0+s5+：［；S2S3,可求得,=（）m/s^

根據(jù)”=,：率可求得%=0.40m/s.

【答案】（l）AB（2）0.800.40

3.（2016?浙江理綜，21,10分）某同學(xué)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實驗中，測得圖中彈簧比'的

勁度系數(shù)為500N/m.如圖甲所示，用彈簧比和彈簧秤a、。做“探究求合力的方法”實驗.在保持彈簧伸

長1.00cm不變的條件下，

甲乙

（1）若彈簧秤a、6間夾角為90°,彈簧秤a的讀數(shù)是N（圖乙中所示），則彈簧秤8的讀數(shù)可能為

________N.

（2）若彈簧秤a、3間夾角大于90°,保持彈簧秤a與彈簧OC的夾角不變，減小彈簧秤6與彈簧利的夾角,

則彈簧秤a的讀數(shù)、彈簧秤6的讀數(shù)（填“變大”“變小”或“不變”）.

教育精品學(xué)習(xí)資源

【解析】Q）彈簧秤的讀數(shù)應(yīng)注意估讀，由題圖乙可知彈蓄秤a的讀數(shù)為3.00N.由題意知彈簧0C的彈

力大小尸oc=h=SN,即彈簧秤a、。的合力大小應(yīng)當(dāng)?shù)扔?N,因為它們之間的夾角為90。，當(dāng)a的讀數(shù)

為3.00N時，匕的讀數(shù)理論值應(yīng)為490N.

（2）對。點受力分析，作力的矢量三角形如圖所示.保證。點不動的前提下，彈笛。C的拉力為定值，在

彈蓄秤入匕夾角大于90=的前提條件下，若讓彈簧秤3與。。夾角減小，由圖可知彈蓄秤a的拉力應(yīng)該變

大，b的拉力也變大.

【答案】（1）3.00?3.023.9?4.1（有效數(shù)不作要求）（2）變大變大

4.（2016?全國m,23,10分）某物理課外小組利用圖甲中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)

系.圖中，置于實驗臺上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的

小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼.本實驗中可用的鉤碼共有川=5個，每個質(zhì)量均為0.010kg.實驗步驟如

甲Y

（1）將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊，使小車（和鉤碼）可以在木板上勻

速下滑.

（2）將〃（依次取〃=1,2,3,4,5）個鉤碼掛在輕繩右端，其余小一〃個鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車

并使輕繩與木板平行.釋放小車，同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s,繪制s—t

圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a.

（3）對應(yīng)于不同的〃的a值見下表."=2時的kt圖象如圖乙所示；由圖乙求出此時小車的加速度（保留2

位有效數(shù)字），將結(jié)果填入下表.

n12345

教育精品學(xué)習(xí)資源

a/(m,s-2)0.200.580.781.00

(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖丙中補齊數(shù)據(jù)點,并作出a一〃圖象.從圖象可以看出：當(dāng)物體質(zhì)量一定時，物體

(5)利用l〃圖象求得小車(空載)的質(zhì)量為—kg(保留2位有效數(shù)字，重力加速度取片9.8m-ST).

(6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1),下列說法正確的是(填入正確選項前的標(biāo)號).

A.a—〃圖線不再是直線

B.L"圖線仍是直線，但該直線不過原點

C.a—〃圖線仍是直線，但該直線的斜率變大

【解析】(3)由結(jié)合圖乙可得滑塊運動的加速度4=*=緣熨ms：=0.4。ms-.

(4)根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點作圖，如圖所示.

(5)由加晦=(肺》+物?？傻?，。=肅不”得圖象的斜率為辭?=/解得M=Q'kg.

(6)若保持木板水平，則用g+M?=(N?"+M)a,求得a一悠,因此圖象仍是一

=，N心m￡十.W3

條直線，但圖象不再過原點，圖象的斜Jv率?W~r番M比原來的斜率八—？W十M港.大,B、C正確.

教育精品學(xué)習(xí)資源

a/(nrs-2)

(5)0.44(0.43?0.47均給分)(6)BC

5.(2016?全國I,22,5分)某同學(xué)用圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，其中打點計時器的電源

為交流電源，可以使用的頻率有20Hz、30Hz和40Hz.打出紙帶的一部分如圖乙所示.

該同學(xué)在實驗中沒有記錄交流電的頻率/；需要用實驗數(shù)據(jù)和其他題給條件進行推算.

(1)若從打出的紙帶可以判定重物勻加速下落，利用F和圖乙中給出的物理量可以寫出：在打點計時器打:出

6點時，重物下落的速度大小為一，打出C點時重物下落的速度大小為一，重物下落的加速度

大小為.

乙

(2)已測得s=8.89cm,&=9.50cm,&=10.10cm,當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮?.80m/s2,實驗中重物受到

的平均阻力大小約為其重力的1%.由此推算出f為Hz.

教育精品學(xué)習(xí)資源

【解析】（1）計算打出5點時重物下落的瞬時速度，可以計算.4C段平均速度，即修筆））且丁二%

代入可求得YB="芋）'同樣的方法可以求出「二（乙：-）/加速度可以用a=.（竺:自）的方法計算,

解得a=

（2坪均阻力大小約為重力的1%,可以求出重物下落時加速度大小的理論值；阻-.片加4,其中.=091泄g,

得a約為9.70m9.根據(jù)a=5二#?求得廣40Hz.

【答案】⑴W冬產(chǎn).（丁尸⑵40

6.（2016?全國0,22,6分）某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進行探究，實驗裝置如圖甲所示：輕彈簧放

置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過打點計時器并與物塊連接.向

左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能.

（1）實驗中涉及下列操作步驟：

①把紙帶向左拉直

②松手釋放物塊

③接通打點計時器電源

④向左推物塊使彈簧壓縮，并測量彈簧壓縮量

打點計時器紙帶物塊

上述步驟正確的操作順序是（填入代表步驟的序號）.

（2）圖乙中"和/紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實際打點結(jié)果.打點計時器所用交流電的頻

率為50Hz.由"紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對應(yīng)的實驗中物塊脫離彈簧時的速度為m/s.比

較兩紙帶可知，（填或"L"）紙帶對應(yīng)的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能大.

教育精品學(xué)習(xí)資源

單位cm1

于I0.951.15

乙

【解析】（1）本實險的原理是壓縮彈雷后釋放，使物塊獲得動能，通過打點計時器及紙帶測出物塊的速度,

從而通過比較物塊的動能來比較彈雷的彈性勢能.解決本題的關(guān)鍵是：①打點計時器不宜長時間工作，應(yīng)

做好準(zhǔn)備后再打開電源；②應(yīng)先打開電源后釋放物塊.因此順序為④①③②.

（2）由紙帶可知最后兩段位移最大且大致相等，說明此時物塊已脫離彈簧且接近勻速，速度1=含坦=L29

U.UZS

ms.

由紙帶知M上后半段兩點間距大于2上的，說明舊紙帶對應(yīng)的實驗中物塊獲得較大的速度，對應(yīng)的彈性勢

能也較大.

【答案】（1）④①③②（2）1.29M

7.（2016?江蘇物理，11,10分）某同學(xué)用如題圖甲所示的裝置驗證機械能守恒定律.一根細線系住鋼球,

懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于/點，光電門固定在4的正下方.在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮

光條.將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t由計時器測出，取v=g乍為鋼球

經(jīng)過4點時的速度.記錄鋼球每次下落的高度力和計時器示數(shù)t,計算并比較鋼球在釋放點和4點之間的勢

能變化大小△瓦與動能變化大小△笈,就能驗證機械能是否守恒.

甲

（1）用△耳=砥力計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度方應(yīng)測量釋放時的鋼球球心到

之間的豎直距離.

教育精品學(xué)習(xí)資源

A