專題42力學驗證性實驗考點三年考情（2022-2024）命題趨勢考點1驗證平行四邊形定則實驗（5年3考）2024年高考海南卷和2023高考全國乙卷：某組同學用兩個彈簧測力計驗證兩個互成角度的力的合成規(guī)律。1.驗證兩個互成角度的力的合成規(guī)律通常選用兩個一定角度彈簧測力計拉橡皮筋和一個彈簧測力計將橡皮筋拉到同一位置，原理為等效法，通過作圖得到驗證。2.驗證牛頓第二定律可以采用小車木板打點計時器實驗裝置，也可以采用小車光電門裝置。3.驗證機械能守恒定律實驗高考考查頻率較高。驗證機械能守恒定律實驗主要有三種：落體法；擺球法；氣墊導軌和光電門。4.利用碰撞實驗儀小球碰撞驗證動量守恒定律，以位移代替速度。其它裝置驗證動量守恒定律的裝置主要有：氣墊導軌和光電門，擺球碰撞等。考點2驗證牛頓第二定律實驗（5年3考）2024高考甘肅卷：用小車木板打點計時器實驗裝置探究外力一定時加速度與質(zhì)量的關(guān)系。2024高考江西卷：某小組利用小車光電門探究物體加速度與其所受合外力的關(guān)系?？键c3驗證機械能守恒定律實驗（5年3考）2024年6月高考浙江卷：落體法“驗證機械能守恒定律”。2023年高考天津卷：利用氣墊導軌和光電門驗證機械能守恒的實驗。2022高考河北卷：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。2022高考湖北物理：某同學設(shè)計了一個用拉力傳感器驗證機械能守恒定律的實驗。2022·高考廣東物理：某實驗小組實驗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?？键c4驗證動量守恒定律實驗（5年3考）2024年高考北京卷和2024年高考全國新課程卷：碰撞實驗儀，讓兩個小球在斜槽末端碰撞來驗證動量守恒定律．2024年高考山東卷）在第四次“天宮課堂”中，航天員演示了動量守恒實驗。2022·全國理綜甲卷第23題：水平氣墊導軌上兩個滑塊發(fā)生碰撞，驗證動量守恒定律。2023高考選擇性考試遼寧卷：利用硬幣碰撞驗證對心碰撞過程中的動量守恒定律?？键c01驗證平行四邊形定則實驗1.（2024年高考海南卷）為驗證兩個互成角度的力的合成規(guī)律，某組同學用兩個彈簧測力計、橡皮條、輕質(zhì)小圓環(huán)、木板、刻度尺、白紙、鉛筆、細線和圖釘?shù)绕鞑?，按照如下實驗步驟完成實驗：（Ⅰ）用圖釘將白紙固定在水平木板上；（Ⅱ）如圖（d）（e）所示，橡皮條的一端固定在木板上的G點，另一端連接輕質(zhì)小圓環(huán)，將兩細線系在小圓環(huán)上，細線另一端系在彈簧測力計上，用兩個彈簧測力計共同拉動小圓環(huán)到某位置，并標記圓環(huán)的圓心位置為O點，拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點，大小分別為F1=3.60N、F2=2.90N；拉力F1和F2，改用一個彈簧測力計拉動小圓環(huán)，使其圓心到O點，在拉力F的方向上標記P3點，拉力的大小為F=5.60N請完成下列問題：（1）在圖（e）中按照給定的標度畫出F1、F2和F的圖示，然后按平行四邊形定則畫出F1、F2的合力F′。______（2）比較F和F′，寫出可能產(chǎn)生誤差的兩點原因_____【答案】（1）（2）①沒有做到彈簧秤、細繩、橡皮條都與木板平行；②讀數(shù)時沒有正視彈簧測力計【解析】（1）按照給定的標度畫出F1、F2和F的圖示，然后按平行四邊形定則畫出F1、F2的合力F′，如下圖所示（2）F和F′不完全重合的誤差可能是：①沒有做到彈簧秤、細繩、橡皮條都與木板平行；②讀數(shù)時沒有正視彈簧測力計。2.（5分）（2023高考全國乙卷）在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中使用的器材有：木板、白紙、兩個標準彈簧測力計、橡皮條、輕質(zhì)小圓環(huán)、刻度尺、鉛筆、細線和圖釘若干。完成下列實驗步驟：①用圖釘將白紙固定在水平木板上。②將橡皮條的一端固定在木板上，另一端系在輕質(zhì)小圓環(huán)上。將兩細線也系在小圓環(huán)上，它們的另一端均掛上測力計。用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當?shù)牧瓌觾蓚€測力計，小圓環(huán)停止時由兩個測力計的示數(shù)得到兩拉力和的大小，并___________。（多選，填正確答案標號）A.用刻度尺量出橡皮條的長度B.用刻度尺量出兩細線的長度C.用鉛筆在白紙上標記出小圓環(huán)的位置D.用鉛筆在白紙上標記出兩細線的方向③撤掉一個測力計，用另一個測力計把小圓環(huán)拉到_________，由測力計的示數(shù)得到拉力的大小，沿細線標記此時的方向。④選擇合適標度，由步驟②的結(jié)果在白紙上根據(jù)力的平行四邊形定則作和的合成圖，得出合力的大小和方向；按同一標度在白紙上畫出力的圖示。⑤比較和的________，從而判斷本次實驗是否驗證了力的平行四邊形定則?！緟⒖即鸢浮縠q\o\ac(○,2)CDeq\o\ac(○,3)步驟②中白紙上標記出的小圓環(huán)位置eq\o\ac(○,5)大小和方向【命題意圖】本題考查驗證力的平行四邊形定則實驗及其相關(guān)知識點。【解題思路】eq\o\ac(○,2)根據(jù)驗證力的平行四邊形定則實驗操作，可知需要用鉛筆在白紙上標記出小圓環(huán)的位置，用鉛筆在白紙上標記出兩細線的方向，CD正確。eq\o\ac(○,3)撤掉一個測力計，用另一個測力計把小圓環(huán)拉到白紙上標記出的小圓環(huán)位置。eq\o\ac(○,5)比較F’和F的大小和方向?？键c02驗證牛頓第二定律實驗1.（2024高考甘肅卷）用圖1所示實驗裝置探究外力一定時加速度與質(zhì)量的關(guān)系。（1）以下操作正確的是______（單選，填正確答案標號）。A.使小車質(zhì)量遠小于槽碼質(zhì)量 B.調(diào)整墊塊位置以補償阻力C.補償阻力時移去打點計時器和紙帶 D.釋放小車后立即打開打點計時器（2）保持槽碼質(zhì)量不變，改變小車上砝碼的質(zhì)量，得到一系列打點紙帶。其中一條紙帶的計數(shù)點如圖2所示，相鄰兩點之間的距離分別為，時間間隔均為T。下列加速度算式中，最優(yōu)的是______（單選，填正確答案標號）。A.B.C.D.（3）以小車和砝碼的總質(zhì)量M為橫坐標，加速度的倒數(shù)為縱坐標，甲、乙兩組同學分別得到的圖像如圖3所示。由圖可知，在所受外力一定的條件下，a與M成______（填“正比”或“反比”）；甲組所用的______（填“小車”、“砝碼”或“槽碼”）質(zhì)量比乙組的更大?！敬鸢浮浚?）B（2）D（3）①.反比②.槽碼【解析】（1）為了使小車所受的合外力大小近似等于槽碼的總重力，故應使小車質(zhì)量遠大于槽碼質(zhì)量，故A錯誤；為了保證小車所受細線拉力等于小車所受合力，則需要調(diào)整墊塊位置以補償阻力，也要保持細線和長木板平行，故B正確；補償阻力時不能移去打點計時器和紙帶，需要通過紙帶上點跡是否均勻來判斷小車是否做勻速運動，故C錯誤；根據(jù)操作要求，應先打開打點計時器再釋放小車，故D錯誤。（2）根據(jù)逐差法可知，，，聯(lián)立可得小車加速度表達式為，故選D。（3）根據(jù)圖像可知與M成正比，故在所受外力一定的條件下，a與M成反比；設(shè)槽碼的質(zhì)量為m，則由牛頓第二定律化簡可得由此可知，圖像斜率越小，槽碼的質(zhì)量m越大，由圖可知甲組所用的槽碼質(zhì)量比乙組的更大。2.（2024高考江西卷）某小組探究物體加速度與其所受合外力的關(guān)系。實驗裝置如圖（a）所示，水平軌道上安裝兩個光電門，小車上固定一遮光片，細線一端與小車連接，另一端跨過定滑輪掛上鉤碼。（1）實驗前調(diào)節(jié)軌道右端滑輪高度，使細線與軌道平行，再適當墊高軌道左端以平衡小車所受摩擦力。（2）小車的質(zhì)量為。利用光電門系統(tǒng)測出不同鉤碼質(zhì)量m時小車加速度a。鉤碼所受重力記為F，作出圖像，如圖（b）中圖線甲所示。（3）由圖線甲可知，F(xiàn)較小時，a與F成正比；F較大時，a與F不成正比。為了進一步探究，將小車的質(zhì)量增加至，重復步驟（2）的測量過程，作出圖像，如圖（b）中圖線乙所示。（4）與圖線甲相比，圖線乙的線性區(qū)間____________，非線性區(qū)間____________。再將小車的質(zhì)量增加至，重復步驟（2）的測量過程，記錄鉤碼所受重力F與小車加速度a，如表所示（表中第組數(shù)據(jù)未列出）。序號12345鉤碼所受重力0.0200.0400.0600.0800.100小車加速度0.260.550.821.081.36序號67815鉤碼所受重力0.1200.1400.160……0.300小車加速度1.671.952.20……3.92（5）請在圖（b）中補充描出第6至8三個數(shù)據(jù)點，并補充完成圖線丙_________。（6）根據(jù)以上實驗結(jié)果猜想和推斷：小車的質(zhì)量____________時，a與F成正比。結(jié)合所學知識對上述推斷進行解釋：______________________。【答案】①.較大②.較?、?④.遠大于鉤碼質(zhì)量⑤.見解析【解析】（4）[1][2]由題圖（b）分析可知，與圖線甲相比，圖線之的線性區(qū)間較大，非線性區(qū)間較??；（5）[3]在坐標系中進行描點，結(jié)合其他點用平滑的曲線擬合，使盡可能多的點在線上，不在線上的點均勻分布在線的兩側(cè)，如下圖所示（6）[4][5]設(shè)繩子拉力為，對鉤碼根據(jù)牛頓第二定律有對小車根據(jù)牛頓第二定律有聯(lián)立解得變形得當時，可認為則即a與F成正比。3.（2024年1月浙江選考·16）如圖1所示是“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗裝置。（1）該實驗中同時研究三個物理量間關(guān)系是很困難的，因此我們采用的研究方法是_____；A.放大法B.控制變量法C.補償法（2）該實驗過程中操作正確的是____；A.補償阻力時小車未連接紙帶B.先接通打點計時器電源，后釋放小車C.調(diào)節(jié)滑輪高度使細繩與水平桌面平行（3）在小車質(zhì)量___（選填“遠大于”或“遠小于”）槽碼質(zhì)量時，可以認為細繩拉力近似等于槽碼的重力。上述做法引起的誤差為___（選填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”）。為減小此誤差，下列可行的方案是___；A.用氣墊導軌代替普通導軌，滑塊代替小車B.在小車上加裝遮光條，用光電計時系統(tǒng)代替打點計時器C.在小車與細繩之間加裝力傳感器，測出小車所受拉力大小（4）經(jīng)正確操作后獲得一條如圖2所示的紙帶，建立以計數(shù)點0為坐標原點的x軸，各計數(shù)點的位置坐標分別為0、、、。已知打點計時器的打點周期為T，則打計數(shù)點5時小車速度的表達式___；小車加速度的表達式是___。A.B.C.【答案】（1）B（2）.B（3）.遠大于.系統(tǒng)誤差.C（4）.A【解析】（1）[1]該實驗中同時研究三個物理量間關(guān)系是很困難的，因此我們可以控制其中一個物理量不變，研究另外兩個物理量之間的關(guān)系，即采用了控制變量法。故選B。（2）[2]A．補償阻力時小車需要連接紙帶，一方面是需要連同紙帶所受的阻力一并平衡，另外一方面是通過紙帶上的點間距判斷小車是否在長木板上做勻速直線運動，故A錯誤；B．由于小車速度較快，且運動距離有限，打出的紙帶長度也有限，為了能在長度有限的紙帶上盡可能多地獲取間距適當?shù)臄?shù)據(jù)點，實驗時應先接通打點計時器電源，后釋放小車，故B正確；C．為使小車所受拉力與速度同向，應調(diào)節(jié)滑輪高度使細繩與長木板平行，故C錯誤。故選B。（3）[3]設(shè)小車質(zhì)量為M，槽碼質(zhì)量為m。對小車和槽碼根據(jù)牛頓第二定律分別有聯(lián)立解得由上式可知在小車質(zhì)量遠大于槽碼質(zhì)量時，可以認為細繩拉力近似等于槽碼的重力。[4]上述做法引起的誤差是由于實驗方法或原理不完善造成的，屬于系統(tǒng)誤差。[5]該誤差是將細繩拉力用槽碼重力近似替代所引入的，不是由于車與木板間存在阻力（實驗中已經(jīng)補償了阻力）或是速度測量精度低造成的，為減小此誤差，可在小車與細繩之間加裝力傳感器，測出小車所受拉力大小。故選C。（4）[6]相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔為打計數(shù)點5時小車速度的表達式為[7]根據(jù)逐差法可得小車加速度的表達式是故選A。4.（2023學業(yè)水平等級考試上海卷）如圖，利用光電門研究“小車的加速度與所受合外力的關(guān)系”，先測出單個鉤碼所受重力G，之后改變繩端鉤碼個數(shù)，可以近似認為鉤碼受到的重力等于小車受到的拉力，小車每次從水平面上同一位置釋放，測出擋光片通過光電門的時間△t。（1）實驗中（選填“必須”或“不必”）測出小車的質(zhì)量。（2）為完成實驗，還需要測量①。②。（3）實際小車受到的拉力小于鉤碼的總重力，原因是。（4）若軌道保持水平，定滑輪偏低導致細線與軌道不平行，則細線平行時小車的加速度a1與細線不平行時小車的加速度a2相比，a1a2（選填“大于”、“小于”或“等于”）?！緟⒖即鸢浮浚?）不必（2）①擋光片寬度d，②小車釋放點到光電門的距離s，（3）鉤碼下落有向下的加速度，（4）大于【名師解析】（1）研究“小車的加速度與所受合外力的關(guān)系”實驗，不需要測量小車質(zhì)量。（2）為完成實驗，還需要測量①擋光片寬度d，以便計算小車通過光電門時的速度；②小車釋放點到光電門的距離s，以便計算加速度。（3）由于鉤碼下落有向下的加速度，所以小車受到的拉力小于鉤碼的總重力。（4）細線與軌道不平行時細線拉力斜向下，導致小車所受的合外力小于細線拉力，小車的加速度減小，所以a1大于a2。3.（2023年1月浙江選考·16I）（7分）（1）在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，實驗裝置如圖1所示．①需要的實驗操作有__________（多選）；A．調(diào)節(jié)滑輪使細線與軌道平行B．傾斜軌道以補償阻力C．小車靠近打點計時器靜止釋放D．先接通電源再釋放小車②經(jīng)正確操作后打出一條紙帶，截取其中一段如圖2所示。選取連續(xù)打出的點0、1、2、3、4為計數(shù)點，則計數(shù)點1的讀數(shù)為__________。已知打點計時器所用交流電源的頻率為，則打計數(shù)點2時小車的速度大小為：__________（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。【參考答案】①.ACD②.2.751.48【名師解析】①實驗需要調(diào)節(jié)滑輪使細線與軌道平行，選項A正確；該實驗只要使得小車加速運動即可，不需要傾斜軌道補償阻力，選項B錯誤；為了充分利用紙帶，則小車靠近打點計時器靜止釋放，選項C正確；先接通電源再釋放小車，選項D正確。②根據(jù)刻度尺讀數(shù)規(guī)則，計數(shù)點1的讀數(shù)為2.75。已知打點計時器所用交流電源的頻率為，則打點周期T=0.02s，則打計數(shù)點2時小車的速度大小為考點03驗證機械能守恒定律實驗1.（2024年6月高考浙江卷）在“驗證機械能守恒定律”的實驗中（1）下列操作正確的是。A. B. C.（2）實驗獲得一條紙帶，截取點跡清晰一段并測得數(shù)據(jù)如圖所示已知打點的頻率為50Hz，則打點“13”時，重錘下落的速度大小為___________m/s（保留三位有效數(shù)字）。（3）某同學用紙帶的數(shù)據(jù)求出重力加速度g=9.77m/s2，并用此g值計算得出打點“1”到“13”過程重錘的重力勢能減小值為5.09m，另計算得動能增加值為5.08m（m為重錘質(zhì)量）則該結(jié)果______（選填“能”或“不能”驗證機械能守恒，理由是（）A.在誤差允許范圍內(nèi)B.沒有用當?shù)氐闹亓铀俣萭【答案】（1）B（2）3.34（3）①.能②.A【解析】（1）應手提紙帶上端使紙帶豎直，同時使重物靠近打點計時器，由靜止釋放。故B操作正確。（2）根據(jù)勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于該過程平均速度可得打點“13”時，重錘下落的速度大?。?）可以驗證機械能守恒；理由是“在誤差允許范圍內(nèi)，重錘的重力勢能減小值等于動能增加值”故選A。2.（2023年高考天津卷）利用氣墊導軌和光電門驗證機械能守恒的實驗。實驗裝置如圖。已經(jīng)測得：a．遮光片寬度db．釋放滑塊時滑塊上遮光片到光電門的距離為lc．鉤碼質(zhì)量m1，滑塊與遮光片質(zhì)量m2接通氣源，釋放鉤碼。則（1）已知滑塊上遮光片通過光電門時間t，滑塊通過光電門時的速度為_________；（2）在滑塊從釋放到滑塊上遮光片經(jīng)過光電門這一過程中，系統(tǒng)重力勢能減少量為_________，動能增加量為_________；（3）改變l，做多組實驗，做出以l為橫坐標。以為縱坐標的圖像，如圖。若機械能守恒成立，則圖像斜率為_________?！緟⒖即鸢浮浚?）.（2）.m1gl.（3）.【名師解析】（1）滑塊通過光電門時的速度為（2）從釋放到滑塊經(jīng)過光電門這一過程中，系統(tǒng)重力勢能減少量為Ep=m1gl從釋放到滑塊經(jīng)過光電門，這一過程中，系統(tǒng)動能增加量為（3）改變l，做多組實驗，做出如圖以l為橫坐標。以為縱坐標的圖像，若機械能守恒成立有整理有則圖像斜率為。3.（2022高考河北）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k，原長為L0，鉤碼的質(zhì)量為m。已知彈簧的彈性勢能表達式為，其中k為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量，當?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F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______。（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h的關(guān)系，如圖3所示。由圖3可知，隨著h增加，兩條曲線在縱向的間隔逐漸變大，主要原因是______?！緟⒖即鸢浮浚?）。mgh4。（2）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?！久}意圖】本題考查驗證機械能守恒定律實驗及其相關(guān)知識點。【名師解析】（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整理有打出點時速度v=，打出點時鉤碼動能Ek==（）2=，由于從靜止釋放鉤碼，所以鉤碼動能增加量△Ek=；（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h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。4.（2022高考湖北物理）某同學設(shè)計了一個用拉力傳感器驗證機械能守恒定律的實驗。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，記錄鋼球擺動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，重復上述過程。根據(jù)測量數(shù)據(jù)在直角坐標系中繪制的圖像是一條直線，如圖乙所示。（1）若小鋼球擺動過程中機械能守恒。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）該實驗系統(tǒng)誤差的主要來源是______（單選，填正確答案標號）。A．小鋼球擺動角度偏大B．小鋼球初始釋放位置不同C．小鋼球擺動過程中有空氣阻力【參考答案】（1）-2（2）-2.10.59N（3）C【命題意圖】本題考查驗證機械能守恒定律實驗，牛頓運動定律，圓周運動及其相關(guān)知識點，考查實驗探究能力?！窘忸}思路】（1）當小球擺動到最低位置時，拉力最大，拉力傳感器示數(shù)最大；當小球擺動到最高位置時，拉力最小，拉力傳感器示數(shù)最小；小球擺動到最高位置時，設(shè)擺線與豎直方向的夾角為θ，有mgcosθ=Tmin；小球擺動到最低位置時，Tmax-mg=m小球從最高點擺動到最低點，若機械能守恒，則有mgL（1-cosθ）=mv2，聯(lián)立解得：Tmax=3mg-2Tmin因此，圖乙中直線斜率的理論值為-2.（2）由圖乙得，3mg=1.765N，小鋼球的重力mg=0.59N。直線斜率ｋ＝＝－2.1.（3）該實驗系統(tǒng)誤差主要來源是小鋼球擺動過程中有空氣阻力，使得機械能減小，選項C正確。5．（2022·高考廣東物理）（7分）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(shè)計了如圖10（a）所示的裝置，實驗過程如下：（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10（b）所示，小球直徑__________。（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”，B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和。（4）計算小球通過光電門的速度，己知小球的質(zhì)量為m，可得小球與橡膠材料碰撞導致的機械能損失__________（用字母m、d、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。【參考答案】（2）7.885mm（3）B（4）（5）增大【命題意圖】本題考查測量小球與橡膠材料碰撞損失的機械能和螺旋測微器讀數(shù)、誤差分析，意在考查實驗探究能力?！窘忸}思路】(2)根據(jù)螺旋測微器讀數(shù)規(guī)則，小球直徑d=7.5mm+0.385mm=7.885mm（3）由于小球自由落體運動時間很短，所以測量時，應該先接通數(shù)字計時器，后釋放小球。（4）小球第1次通過光電門的速度v1=d/t1，第2次通過光電門的速度v2=d/t2，小球與橡膠材料碰撞導致的機械能損失△E=mv12-mv22=。（5）若適當調(diào)高光電門高度，將會增大因空氣阻力引起的測量誤差?？键c04驗證動量守恒定律實驗1．（2024年高考北京卷）（10分）如圖甲所示，讓兩個小球在斜槽末端碰撞來驗證動量守恒定律．（1）關(guān)于本實驗，下列做法正確的是____________（填選項前的字母）．A．實驗前，調(diào)節(jié)裝置，使斜槽末端水平 B．選用兩個半徑不同的小球進行實驗C．用質(zhì)量大的小球碰撞質(zhì)量小的小球（2）圖甲中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影，首先，將質(zhì)量為的小球從斜槽上的S位置由靜止釋放，小球落到復寫紙上，重復多次．然后，把質(zhì)量為的被碰小球置于斜槽末端，再將質(zhì)量為的小球從S位置由靜止釋放，兩球相碰，重復多次．分別確定平均落點，記為M、N和P（P為單獨滑落時的平均落點）．a(chǎn)．圖乙為實驗的落點記錄，簡要說明如何確定平均落點；b．分別測出O點到平均落點的距離，記為OP、OM和ON．在誤差允許范圍內(nèi)，若關(guān)系式____________成立，即可驗證碰撞前后動量守恒．（3）受上述實驗的啟發(fā)，某同學設(shè)計了另一種驗證動量守恒定律的實驗方案．如圖丙所示，用兩根不可伸長的等長輕繩將兩個半徑相同、質(zhì)量不等的勻質(zhì)小球懸掛于等高的O點和點，兩點間距等于小球的直徑．將質(zhì)量較小的小球1向左拉起至A點由靜止釋放，在最低點B與靜止于C點的小球2發(fā)生正碰．碰后小球1向左反彈至最高點，小球2向右擺動至最高點D．測得小球1，2的質(zhì)量分別為m和M，弦長、．推導說明，m、M、、、滿足什么關(guān)系即可驗證碰撞前后動量守恒．【參考答案】．（1）AC（2）a．用圓規(guī)畫圓，盡可能用最小的圓把各個落點圈住，這個圓的圓心位置代表平均落點b．（3）設(shè)輕繩長為L，小球從偏角θ處靜止擺下，擺到最低點時的速度為v，小球經(jīng)過圓弧對應的弦長為l，則由動能定理有，由數(shù)學知識可知，聯(lián)立兩式解得，若兩小球碰撞過程中動量守恒，則有，又有，整理可得【名師解析】驗證動量守恒定律的實驗（1）實驗中若使小球碰撞前、后的水平位移與其碰撞前，后速度成正比，需要確保小球做平拋運動，即實驗前，調(diào)節(jié)裝置，使斜槽末端水平，A正確；為使兩小球發(fā)生的碰撞為對心正碰，兩小球半徑需相同，B錯誤；為使碰后入射小球與被碰小球同時飛出，需要用質(zhì)量大的小球碰撞質(zhì)量小的小球，C正確．（2）b．碰撞前、后小球均做平拋運動，由可知，小球的運動時間相同，所以水平位移與平拋初速度成正比，所以若，即可驗證碰撞前后動量守恒．2．（6分）（2024年高考全國新課程卷）某同學用如圖所示的裝置驗證動量守恒定律。將斜槽軌道固定在水平桌面上，軌道末段水平，右側(cè)端點在水平木板上的垂直投影為O，木板上疊放著白紙和復寫紙。實驗時先將小球a從斜槽軌道上Q處由靜止釋放，a從軌道右端水平飛出后落在木板上；重復多次，測出落點的平均位置P與O點的距離x，將與a半徑相等的小球b置于軌道右側(cè)端點，再將小球a從Q處由靜止釋放，兩球碰撞后均落在木板上；重復多次，分別測出a、b兩球落點的平均位置M、N與O點的距離、。完成下列填空：（1）記a、b兩球的質(zhì)量分別為、，實驗中須滿足條件______（填“>”或“<”）；（2）如果測得的、、、和在實驗誤差范圍內(nèi)滿足關(guān)系式______，則驗證了兩小球在碰撞中滿足動量守恒定律。實驗中，用小球落點與O點的距離來代替小球水平飛出時的速度，依據(jù)是______。【參考答案】（1）>（2）①.②.小球離開斜槽末端后做平拋運動，豎直方向高度相同故下落時間相同，水平方向勻速運動直線運動，小球水平飛出時的速度與平拋運動的水平位移成正比。解題思路本題考查的考點：驗證動量守恒定律實驗（1）為了保證小球碰撞為對心正碰，且碰后不反彈，要求；（2）兩球離開斜槽后做平拋運動，由于拋出點的高度相等，它們做平拋運動的時間t相等，碰撞前a球的速度大小碰撞后a的速度大小碰撞后b球的速度大小如果碰撞過程系統(tǒng)動量守恒，則碰撞前后系統(tǒng)動量相等，則整理得實驗中，用小球落點與O點的距離來代替小球水平飛出時的速度，依據(jù)是：小球離開斜槽末端后做平拋運動，豎直方向高度相同故下落時間相同，水平方向勻速運動直線運動，小球水平飛出時的速度與平拋運動的水平位移成正比。3.（2022天津?qū)W業(yè)水平選擇性考試）某同學驗證兩個小球在斜槽末端碰撞時的動量守恒，實驗裝置如圖所示。A、B為兩個直徑相同的小球。實驗時，不放B，讓A從固定的斜槽上E點自由滾下，在水平面上得到一個落點位置；將B放置在斜槽末端，讓A再次從斜槽上E點自由滾下，與B發(fā)生正碰，在水平面上又得到兩個落點位置。三個落點位置標記為M、N、P。（1）為了確認兩個小球的直徑相同，該同學用10分度的游標卡尺對它們的直徑進行了測量，某次測量的結(jié)果如下圖所示，其讀數(shù)為__________。（2）下列關(guān)于實驗的要求哪個是正確的__________。A．斜槽的末端必須是水平的B．斜槽的軌道必須是光滑的C．必須測出斜槽末端的高度D．A、B的質(zhì)量必須相同（3）如果該同學實驗操作正確且碰撞可視為彈性碰撞，A、B碰后在水平面上落點位置分別為__________、__________。（填落點位置的標記字母）【參考答案】（1）10.5（2）.A（3）.M.P【命題意圖】本題考查探究動量守恒定律實驗及其相關(guān)知識點?！久麕熃馕觥浚?）[1]觀察主尺的單位為，讀出主尺的讀數(shù)是，游標尺上的第五條刻度線與主尺上的刻度線對齊，其讀數(shù)為，結(jié)合主尺及游標尺的讀數(shù)得到被測直徑為（2）首先考查在實驗的過程中，需要小球A兩次沿斜槽滾到末端時的速度都水平且大小相同。實驗時應使小球A每次都從同一位置由靜止開始釋放，并不需要斜槽的軌道光滑的條件，也不需要測出斜槽末端的高度，但是必須保證斜槽末端水平，故A正確，BC錯誤；小球A與B發(fā)生正碰時，為使小球A在碰后不反彈，要求小球A的質(zhì)量大于小球B的質(zhì)量，故D錯誤。（3）設(shè)A、B兩球的質(zhì)量分別為m1和m2，且m1>m2；碰前A的速度v0；因為兩個金屬小球的碰撞視為彈性碰撞，則由動量守恒定律得由機械能守恒定律得解得，可見碰后小球A的速度小于小球B的速度，也小于碰前A的速度v0；所以小球A單獨滾下落到水平面上的位置為N，A、B碰后在水平面上的落點位置分別為M、P。4.（2024年高考山東卷）在第四次“天宮課堂”中，航天員演示了動量守恒實驗。受此啟發(fā)，某同學使用如圖甲所示的裝置進行了碰撞實驗，氣墊導軌兩端分別安裝a、b兩個位移傳感器，a測量滑塊A與它的距離xA，b測量滑塊B與它的距離xB。部分實驗步驟如下：①測量兩個滑塊的質(zhì)量，分別為200.0g和400.0g；②接通氣源，調(diào)整氣墊導軌水平；③撥動兩滑塊，使A、B均向右運動；④導出傳感器記錄的數(shù)據(jù)，繪制xA、xB隨時間變化的圖像，分別如圖乙、圖丙所示。回答以下問題：（1）從圖像可知兩滑塊在t=_________s時發(fā)生碰撞；（2）滑塊B碰撞前的速度大小v=_____________m/s（保留2位有效數(shù)字）；（3）通過分析，得出質(zhì)量為200.0g的滑塊是________（填“A”或“B”）?！敬鸢浮浚?）1.0（2）0.20（3）B【解析】（1）由圖像的斜率表示速度可知兩滑塊的速度在時發(fā)生突變，即這個時候發(fā)生了碰撞；（2）根據(jù)圖像斜率的絕對值表示速度大小可知碰撞前瞬間B的速度大小為（3）由題圖乙知，碰撞前A的速度大小，碰撞后A的速度大小約為，由題圖丙可知，碰撞后B的速度大小為，A和B碰撞過程動量守恒，則有代入數(shù)據(jù)解得所以質(zhì)量為200.0g的滑塊是B。5．（2022·全國理綜甲卷·23）（10分）利用圖示的實驗裝置對碰撞過程進行研究。讓質(zhì)量為的滑塊A與質(zhì)量為的靜止滑塊B在水平氣墊導軌上發(fā)生碰撞，碰撞時間極短，比較碰撞后A和B的速度大小和，進而分析碰撞過程是否為彈性碰撞。完成下列填空：（1）調(diào)節(jié)導軌水平．（2）測得兩滑塊的質(zhì)量分別為和。要使碰撞后兩滑塊運動方向相反，應選取質(zhì)量為_________kg的滑塊作為A。（3）調(diào)節(jié)B的位置，使得A與B接觸時，A的左端到左邊擋板的距離與B的右端到右邊擋板的距離相等。（4）使A以一定的初速度沿氣墊導軌運動，并與B碰撞，分別用傳感器記錄A和B從碰撞時刻開始到各自撞到擋板所用的時間和。（5）將B放回到碰撞前的位置，改變A的初速度大小，重復步驟（4）。多次測量的結(jié)果如下表所示。123450.490.671.011.221.390.150.210.330.400.460.310.330.330.33（6）表中的________（保留2位有效數(shù)字）。（7）的平均值為________，（保留2位有效數(shù)字）。（8）理論研究表明，對本實驗的碰撞過程，是否為彈性碰撞可由判斷。若兩滑塊的碰撞為彈性碰撞，則的理論表達式為_______（用和表示），本實驗中其值為_______（保留2位有效數(shù)字），若該值與（7）中結(jié)果間的差別在允許范圍內(nèi)，則可認為滑塊A與滑塊B在導軌上的碰撞為彈性碰撞?！緟⒖即鸢浮浚?）0.304kg（6）0.32（7）0.32（8）0.48【命題意圖】探究碰撞過程中的不變量，列表法處理實驗數(shù)據(jù)、有效數(shù)字，【解題思路】（2）要使碰撞后兩滑塊的運動方向相反，必須使質(zhì)量較小的滑塊碰撞質(zhì)量較大的靜止滑塊，所以應選取質(zhì)量為0.304kg的滑塊作為A。(6)s1=v1t1，s2=v2t2，解得k2=。根據(jù)第1組數(shù)據(jù)，可得=0.31，解得=1.01；根據(jù)第3組數(shù)據(jù)，可得=0.33，解得=1.01；代入第2組數(shù)據(jù)，可得k2==0.32.（7）的平均值為（0.31+0.32+0.33+0.33+0.33）÷5=0.32.（8）由碰撞過程遵循的動量守恒定律，m1v0=-m1v1+m2v2若為彈性碰撞，則碰撞前后系統(tǒng)總動能不變，m1v02=m1v12+m2v22聯(lián)立解得，=，將題給數(shù)據(jù)代入可得==0.48.【易錯提醒】（7）中的平均值為實驗數(shù)據(jù)的平均值。（8）中的理論表達式和理論值，兩者不同。6．（9分）（2022重慶高考）如圖為某小組探究兩滑塊碰撞前后的動量變化規(guī)律所用的實驗裝置示意圖。帶刻度尺的氣墊導軌右支點固定，左支點高度可調(diào)，裝置上方固定一具有計時功能的攝像機。（1）要測量滑塊的動量，除了前述實驗器材外，還必需的實驗器材是__________。（2）為減小重力對實驗的影響，開動氣泵后，調(diào)節(jié)氣墊導軌的左支點，使輕推后的滑塊能在氣墊導軌上近似做__________運動。（3）測得滑塊B的質(zhì)量為，兩滑塊碰撞前后位置x隨時間t的變化圖像如圖所示，其中①為滑塊B碰前的圖線。取滑塊A碰前的運動方向為正方向，由圖中數(shù)據(jù)可得滑塊B碰前的動量為__________（保留2位有效數(shù)字），滑塊A碰后的圖線為__________（選填“②”“③”“④”）?！緟⒖即鸢浮?（1）.天平（2）.勻速直線（3）.-0.011.③【名師解析】（1）要測量滑塊的動量，需要測量滑塊質(zhì)量，因此需要天平。（2）為了減小重力對實驗的影響，應該讓氣墊導軌處于水平狀態(tài)，故開動氣泵后，調(diào)節(jié)氣墊導軌的左支點，使輕推后的滑塊能在氣墊導軌上近似做勻速直線