專題17力學(xué)實(shí)驗(yàn)

目錄

近年真題對比

考向一彈簧、橡皮類實(shí)驗(yàn)

考向二“紙帶類”實(shí)驗(yàn)

考點(diǎn)三光電門、傳感器類實(shí)驗(yàn)

命題規(guī)律解密

名校模擬探源

易錯(cuò)易混速記

一

,真題考查解讀

【命題意圖】I立足教材，側(cè)重考查完成實(shí)驗(yàn)的能力。主要涉及基本儀器的使用（含讀數(shù)）、實(shí)驗(yàn)原理和測量方

法的理解、實(shí)驗(yàn)條件的控制、實(shí)驗(yàn)步驟的編排，以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、實(shí)驗(yàn)誤差的分析。“新”可以更加有效

地考查學(xué)生分析問題的能力，區(qū)分度也加大了。主要表現(xiàn)在：（1）實(shí)驗(yàn)器材的等效與替換，如用氣墊導(dǎo)軌代

替長木板、光電門和頻閃照相機(jī)代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器等。（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)論的拓展與延伸，如通過實(shí)驗(yàn)裝置測出物體

的加速度，再利用牛頓第二定律求動(dòng)摩擦因數(shù)等。（3）試題情景的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新。

【考查要點(diǎn)】（1）探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律；

（2）探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系；

（3）驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律；

（4）驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律.

（5）探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系；

（6）探究兩個(gè)互成角度的力的合成規(guī)律；

（7）探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)；

【課標(biāo)鏈接】①熟知各種器材的特性，重視對基本儀器的讀數(shù)、構(gòu)造原理、重要實(shí)驗(yàn)方法，靈活運(yùn)用圖象

與表格分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).

2.熟悉課本上的實(shí)驗(yàn)，將教材中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法遷移到情景新穎的實(shí)驗(yàn)中去.

1.（2023全國乙卷）在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中使用的器材有：木板、白紙、兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彈簧

測力計(jì)、橡皮條、輕質(zhì)小圓環(huán)、刻度尺、鉛筆、細(xì)線和圖釘若干。完成下列實(shí)驗(yàn)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(xì)線也系在小圓環(huán)上，它們的另一

端均掛上測力計(jì)。用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當(dāng)?shù)牧瓌?dòng)兩個(gè)測力計(jì)，小圓環(huán)停止時(shí)由兩

個(gè)測力計(jì)的示數(shù)得到兩拉力耳和工的大小，并。（多選，填正確答案標(biāo)號(hào)）

A.用刻度尺量出橡皮條的長度

B.用刻度尺量出兩細(xì)線的長度

C.用鉛筆在白紙上標(biāo)記出小圓環(huán)的位置

D.用鉛筆在白紙上標(biāo)記出兩細(xì)線的方向

③撤掉一個(gè)測力計(jì)，用另一個(gè)測力計(jì)把小圓環(huán)拉到,由測力計(jì)的示數(shù)得到拉力E的大小，沿

細(xì)線標(biāo)記此時(shí)R的方向。

④選擇合適標(biāo)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B的合成圖，得出合力F'

的大小和方向；按同一標(biāo)度在白紙上畫出力R的圖示。

⑤比較P和R的,從而判斷本次實(shí)驗(yàn)是否驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。

【答案】①.CD##DC②.相同位置③.大小和方向

【解析】②[1]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(xì)線也系在小圓環(huán)上，

它們的另一端均掛上測力計(jì)。用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當(dāng)?shù)牧瓌?dòng)兩個(gè)測力計(jì)，小圓環(huán)

停止時(shí)由兩個(gè)測力計(jì)的示數(shù)得到兩拉力耳和心的大小，還需要用鉛筆在白紙上標(biāo)記出小圓環(huán)的位置以及用

鉛筆在白紙上標(biāo)記出兩細(xì)線的方向。

故選CDo

③[2]撤掉一個(gè)測力計(jì)，用另一個(gè)測力計(jì)把小圓環(huán)拉到相同位置，由測力計(jì)的示數(shù)得到拉力R的大小,

沿細(xì)線標(biāo)記此時(shí)E的方向；

⑤[3]比較P和歹的大小和方向，從而判斷本次實(shí)驗(yàn)是否驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。

2.（2023浙江6月卷）如圖所示，某同學(xué)把A、B兩根不同的彈簧串接豎直懸掛，探究A、B彈簧彈力

與伸長量的關(guān)系。在B彈簧下端依次掛上質(zhì)量為〃的鉤碼，靜止時(shí)指針?biāo)缚潭?、尾的數(shù)據(jù)如表。

鉤碼個(gè)數(shù)12???

7.8.9.

AA/CID?

755330

161820

Wcm?

.45.52.60

鉤碼個(gè)數(shù)為2時(shí)，彈簧A的伸長量cm,彈簧B的伸長量AXB=cm,兩根彈簧

彈性勢能的增加量八弓mg（Ax4+Axfl）（選填“=”、或“>”）。

【答案】①.0.78②.1.29③.>

【解析】［1］鉤碼個(gè)數(shù)為2時(shí)，彈簧A的伸長量

AXA=8.53cm-7.75cm=0.78cm

［2］彈簧B的伸長量

=18.52cm-16.45cm-0.78cm=1.29cm

D

［3］根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒定律可知兩根彈簧的重力勢能減少量和鉤碼減少的重力勢能等于彈簧增加的

彈性勢能

AEp>mg（AxA+AXB）

3.（2023湖南卷）某同學(xué)探究彈簧振子振動(dòng)周期與質(zhì)量的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)裝置如圖（a）所示，輕質(zhì)彈簧

上端懸掛在鐵架臺(tái)上，下端掛有鉤碼，鉤碼下表面吸附一個(gè)小磁鐵，其正下方放置智能手機(jī)，手機(jī)中的磁

傳感器可以采集磁感應(yīng)強(qiáng)度實(shí)時(shí)變化的數(shù)據(jù)并輸出圖像，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）測出鉤碼和小磁鐵的總質(zhì)量心;

（2）在彈簧下端掛上該鉤碼和小磁鐵，使彈簧振子在豎直方向做簡諧運(yùn)動(dòng)，打開手機(jī)的磁傳感器軟件,

此時(shí)磁傳感器記錄的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化周期等于彈簧振子振動(dòng)周期;

(3)某次采集到的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小隨時(shí)間/變化的圖像如圖(b)所示，從圖中可以算出彈簧振子

振動(dòng)周期7=(用“％”表示)；

(4)改變鉤碼質(zhì)量，重復(fù)上述步驟；

(5)實(shí)驗(yàn)測得數(shù)據(jù)如下表所示，分析數(shù)據(jù)可知，彈簧振子振動(dòng)周期的平方與質(zhì)量的關(guān)系是(填

“線性的”或“非線性的”)；

m/kg10T/sT/sT21s2

0.0152.430.2430.059

0.0253.140.3140.099

0.0353.720.3720.138

0.0454.220.4220.178

0.0554.660.4660.217

(6)設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為左，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合物理量的單位關(guān)系，彈簧振子振動(dòng)周期的表達(dá)式可

能是(填正確答案標(biāo)號(hào))；

A.2萬B.2/rJ^-C.2兀1mkD.2欣樂1

(7)除偶然誤差外，寫出一條本實(shí)驗(yàn)中可能產(chǎn)生誤差原因：.

【答案】①.*②.線性的③.A④.空氣阻力

【解析】(3)[1]從圖中可以算出彈簧振子振動(dòng)周期7=已

(5)[2]分析數(shù)據(jù)可知，彈簧振子振動(dòng)周期的平方與質(zhì)量的比值接近于常量3.95,則彈簧振子振動(dòng)周

期的平方與質(zhì)量的關(guān)系是線性的；

(6)[3]因2萬的單位為醫(yī)==s

NkVN/m\kg-m/s2

因?yàn)閟(秒)為周期的單位，則其它各項(xiàng)單位都不是周期的單位，故選A。

（7）[4]除偶然誤差外，鉤碼振動(dòng)過程中受空氣阻力的影響可能會(huì)使本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差。

考向二“紙帶類”實(shí)驗(yàn)

4.（2023浙江1月卷）在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示.

圖1

①需要的實(shí)驗(yàn)操作有（多選）；

A.調(diào)節(jié)滑輪使細(xì)線與軌道平行

B.傾斜軌道以補(bǔ)償阻力

C.小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)0、1、2、3、4為計(jì)數(shù)

點(diǎn)，則計(jì)數(shù)點(diǎn)1的讀數(shù)為cm。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電源的頻率為50Hz,則打計(jì)數(shù)點(diǎn)2時(shí)

小車的速度大小為：m/s（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。

?0?12?3?4?

[TnnnTT]nn|nnjnnnnTjTTTnnnjnTT|TTTTpn|nTT]nnnTTTjnn|nnpnnnnjTTnnnTjTnT|TTnjnn|nTT]

0cm23456789101112

圖2

【答案】①.ACD②.2.751.48

【解析】①實(shí)驗(yàn)需要調(diào)節(jié)滑輪使細(xì)線與軌道平行，選項(xiàng)A正確；該實(shí)驗(yàn)只要使得小車加速運(yùn)動(dòng)即可，

不需要傾斜軌道補(bǔ)償阻力，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；為了充分利用紙帶，則小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器靜止釋放，選項(xiàng)C正

確；先接通電源再釋放小車，選項(xiàng)D正確。

②根據(jù)刻度尺讀數(shù)規(guī)則，計(jì)數(shù)點(diǎn)1的讀數(shù)為2.75cm。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電源的頻率為50Hz,

則打點(diǎn)周期T=0.02s,則打計(jì)數(shù)點(diǎn)2時(shí)小車的速度大小為嶺='=-2.75）x10m/s=i.48m/s

22T0.04

5.（2023全國甲卷）某同學(xué)利用如圖（a）所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究物體做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)平均速度與時(shí)間的

關(guān)系。讓小車左端和紙帶相連。右端用細(xì)繩跨過定滑輪和鉤碼相連。鉤碼下落，帶動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)

器打出紙帶。某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶和相關(guān)數(shù)據(jù)如圖（b）所示。

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶小車

（1）已知打出圖（b）中相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔均為0.1s.以打出4點(diǎn)時(shí)小車位置為初始位置,

將打出6、。、久￡、尸各點(diǎn)時(shí)小車的位移Ax填到表中，小車發(fā)生應(yīng)位移所用時(shí)間和平均速度分別為加和%,

表中州旬=cm,VAD=cm/s。

義.60力-8.00->f<--9.40?j<10.90——12.40—

5CbEF\

單位:cm

圖(b)

位移區(qū)間ABACADAEAF

Ax(cm)6.6014.60&AQ34.9047.30

v(cm/s)66.073.0VAD87.394.6

（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)得到小車平均速度3隨時(shí)間加的變化關(guān)系，如圖（c）所示。題卡上的圖中補(bǔ)全實(shí)

圖(c)

（3）從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，小車運(yùn)動(dòng)的加圖線可視為一條直線，此直線用方程S=左。表示，其中

k=cm/s2,b=cm/so（結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）

（4）根據(jù)（3）中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，得到打出4點(diǎn)時(shí)小車速度大小七=

，小車的加速度大小。=（結(jié)果用字母4、6表示）

【答案】①.24.00②.80④.70.0⑤.

59.0?.b⑦.2k

【解析】

【詳解】(1)[1]根據(jù)紙帶的數(shù)據(jù)可得

^xAD=xAB+xBC+xCD=6.60cm+8.00cm+9.40cm=24.00cm

[2]平均速度為:

%=1^=80cm/s

(2)[3]根據(jù)第(1)小題結(jié)果補(bǔ)充表格和補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)點(diǎn)圖像得

，圖像為

此直線用方程[=左加+人表示，由圖像可知其中

k=1°1°_^^cm/s2=70.0cm/s2，b=59.0cm/s

0.6

1,

(4)[6][7]小球做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，由位移公式%=%，+萬成2,整理得

X1

7=Vo+2at

即

_1

v=v+—at

A2

故根據(jù)圖像斜率和截距可得

vA=b9a=2k

『近年真題對比￡

考向一彈簧、橡皮類實(shí)驗(yàn)

1.（2022?湖南卷小圓同學(xué)用橡皮筋、同種一元硬幣、刻度尺、塑料袋、支架等，設(shè)計(jì)了如圖（a）

所示的實(shí)驗(yàn)裝置，測量冰墩墩玩具的質(zhì)量。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：

橡

刻

支

度

架

皮

尺

筋

料

塑W

（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:

序號(hào)12345

硬幣數(shù)量九/枚510152025

長度Z/cm10.5112.0213.5415.0516.56

（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖（b）上描點(diǎn)，繪制圖線；

（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(shí)橡皮筋

的長度為cm；

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

【答案】①.見解析②.15.35③.127

【解析】

（3）[1]根據(jù)表格標(biāo)點(diǎn)連線如圖

17

16

15

14

13

12

II

1051015202530”/枚

（4）⑵由圖可知刻度尺的分度值為1mm,故讀數(shù)/=15.35cm；

（5）[3]設(shè)橡皮筋的勁度系數(shù)為太原長為xo,則

n1mg=k（l]_Xo）

出mg-k{l5-x0）

設(shè)冰墩墩的質(zhì)量為mi,則有

mxg=k[l-x0）

聯(lián)立各式代入數(shù)據(jù)可得叫工42.69g。

考向二“紙帶類”實(shí)驗(yàn)

2.（2022?河北?T11）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1所示。彈簧的勁度系數(shù)為k,原長為Lo,鉤碼的質(zhì)量為m。已知彈簧的彈性勢能

表達(dá)式為E=一去2,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。

2

彈簧

鉤

碼

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

（1）在彈性限度內(nèi)將鉤碼緩慢下拉至某一位置，測得此時(shí)彈簧的長度為上接通打點(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2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)，彈簧的彈性勢能減少量為，鉤碼的動(dòng)能增加量為,鉤碼的重力勢能增加量為o

~~H~CDE7（F1

*-111->

<h4---------------------------------------------->

■?k------------------------------------*■

（2）利用計(jì)算機(jī)軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到彈簧彈性勢能減少量、鉤碼的機(jī)械能增加量分別與鉤碼上

升高度八的關(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

②.叫％-?、?mghs④.見解析

8T2

【解析】

（1）田從打出A點(diǎn)到打出F點(diǎn)時(shí)間內(nèi)，彈簧的彈性勢能減少量為

11

△Ep彈=萬k（L-L）9-3k（L-國）9

整理有

1,

^^彈=k(L-LJhs-]kh5

⑵打F點(diǎn)時(shí)鉤碼的速度為

%-h,

v——1

F2T

由于在誤差允許的范圍內(nèi)，認(rèn)為釋放鉤碼的同時(shí)打出A點(diǎn)，則鉤碼動(dòng)能的增加量為

19m(h.

AEk=-mv；-O=LJ)

28T2

⑶鉤碼的重力勢能增加量為

AEp重=mghs

（2）⑷鉤碼機(jī)械能的增加量，即鉤碼動(dòng)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(jī)械能的增加量。現(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(gè)問題的主要原因是鉤碼和紙帶運(yùn)動(dòng)的速度逐漸增大，導(dǎo)致空氣阻力逐漸增大，

以至于空氣阻力做的功也逐漸增大。

3.（2022?全國乙卷?T22）用雷達(dá)探測一高速飛行器的位置。從某時(shí)刻（f=0）開始的一段時(shí)間內(nèi)，該飛

行器可視為沿直線運(yùn)動(dòng)，每隔1s測量一次其位置，坐標(biāo)為方結(jié)果如下表所示：

t/s0123456

x/m050710941759250533294233

回答下列問題：

（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可判斷該飛行器在這段時(shí)間內(nèi)近似做勻加速運(yùn)動(dòng)，判斷的理由是：；

（2）當(dāng)x=5O7m時(shí)，該飛行器速度的大小丫=m/s；

（3）這段時(shí)間內(nèi)該飛行器加速度的大小。=m/s2（保留2位有效數(shù)字）。

【答案】①.相鄰1s內(nèi)的位移之差接近A『80m②.547③.79

【解析】

（1）[1]第1s內(nèi)的位移507m,第2s內(nèi)的位移587m,第3s內(nèi)的位移665m,第4s內(nèi)的位移746m,第5s內(nèi)

的位移824m,第6s內(nèi)的位移904m,則相鄰Is內(nèi)的位移之差接近Ax=80m,可知判斷飛行器在這段時(shí)間內(nèi)

做勻加速運(yùn)動(dòng)；

（2）⑵當(dāng)x=507m時(shí)飛行器的速度等于0-2s內(nèi)的平均速度，則

1094

匕=m/s=547m/s

2

(3)[3]根據(jù)

X,,-4233-2x1759.2”/2

a=3603=-------------------------------m/s2?79m/s-

2

9T29xl

4.（2022?浙江6月卷?T17）（1）①“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，長木板水

平放置，細(xì)繩與長木板平行。圖2是打出紙帶的一部分，以計(jì)數(shù)點(diǎn)。為位移測量起點(diǎn)和計(jì)時(shí)起點(diǎn)，則打計(jì)

數(shù)點(diǎn)8時(shí)小車位移大小為cm。由圖3中小車運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，求得加速度為m/s?（保留兩位有

圖1圖2

利用圖1裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，需調(diào)整的是

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(xì)繩與長木板的夾角

圖3圖4

(2)“探究求合力的方法”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示，在該實(shí)驗(yàn)中,

①下列說法正確的是;

A.拉著細(xì)繩套的兩只彈簧秤，穩(wěn)定后讀數(shù)應(yīng)相同

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

C.測量時(shí)彈簧秤外殼與木板之間不能存在摩擦

D.測量時(shí)，橡皮條、細(xì)繩和彈簧秤應(yīng)貼近并平行于木板

②若只有一只彈簧秤，為了完成該實(shí)驗(yàn)至少需要(選填“2”、“3”或“4”)次把橡皮條結(jié)點(diǎn)拉到

Oo

【答案】①.6.15~6.25②.③.BC##CB④.D⑤.3

【解析】

(1)[1]依題意，打計(jì)數(shù)點(diǎn)2時(shí)小車位移大小為6.20cm,考慮到偶然誤差，6.15cm~6.25cm也可；

[2]由圖3中小車運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，有

.4J05—0.30i9mzs2

A?0.4

考慮到偶然誤差，1.7m/s2~2.1m/s2也可；

[3]A.利用圖1裝置”探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量，

所以不需要換質(zhì)量更小的車，故A錯(cuò)誤；

B.利用圖1裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要利用小車斜向下的分力以平衡其摩擦阻

力，所以需要將長木板安打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一端較滑輪一端適當(dāng)?shù)母咭恍?，故B正確；

C.以系統(tǒng)為研究對象，依題意“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)時(shí)有

M+m

考慮到實(shí)際情況，即/'《mg,有

L9zs2。*

mM+m

則可知

Ma4m

而利用圖1裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)要保證所懸掛質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，即機(jī)

可知目前實(shí)驗(yàn)條件不滿足，所以利用當(dāng)前裝置在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時(shí)，需將鉤碼更換成祛

碼盤和祛碼，以滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所懸掛物體的質(zhì)量，故C正確；

D.實(shí)驗(yàn)過程中，需將連接祛碼盤和小車的細(xì)繩應(yīng)跟長木板始終保持平行，與之前的相同，故D錯(cuò)誤。

故選BC。

（2）⑷A.在不超出彈簧測力計(jì)的量程和橡皮條形變限度的條件下，使拉力適當(dāng)大些，不必使兩只測力計(jì)

的示數(shù)相同，故A錯(cuò)誤；

B.在已記錄結(jié)點(diǎn)位置的情況下，確定一個(gè)拉力的方向需要再選擇相距較遠(yuǎn)的一個(gè)點(diǎn)就可以了，故B錯(cuò)誤;

C.實(shí)驗(yàn)中拉彈簧秤時(shí)，只需讓彈簧與外殼間沒有摩擦，此時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)即為彈簧對細(xì)繩的拉力相等，

與彈簧秤外殼與木板之間是否存在摩擦無關(guān)，故C錯(cuò)誤；

D.為了減小實(shí)驗(yàn)中摩擦對測量結(jié)果的影響，拉橡皮條時(shí)，橡皮條、細(xì)繩和彈簧秤應(yīng)貼近并平行于木板，故

D正確。

故選D。

若只有一只彈簧秤，為了完成該實(shí)驗(yàn)，用手拉住一條細(xì)繩，用彈簧稱拉住另一條細(xì)繩，互成角度的拉橡

皮條，使其結(jié)點(diǎn)達(dá)到某一點(diǎn)。，記下位置。和彈簧稱示數(shù)B和兩個(gè)拉力的方向；交換彈簧稱和手所拉細(xì)繩

的位置，再次將結(jié)點(diǎn)拉至。點(diǎn)，使兩力的方向與原來兩力方向相同，并記下此時(shí)彈簧稱的示數(shù)尸2；只有一

個(gè)彈簧稱將結(jié)點(diǎn)拉至。點(diǎn)，并記下此時(shí)彈簧稱的示數(shù)E的大小及方向；所以若只有一只彈簧秤，為了完成

該實(shí)驗(yàn)至少需要3次把橡皮條結(jié)點(diǎn)拉到。

考點(diǎn)三光電門、傳感器類實(shí)驗(yàn)

5.（2022?廣東卷?T11）某實(shí)驗(yàn)小組為測量小球從某一高度釋放，與某種橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機(jī)械能損失，

設(shè)計(jì)了如圖Q）所示的裝置，實(shí)驗(yàn)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"）所示，小球直徑d=mm。

（3）測量時(shí)，應(yīng)__________（選填"A”或"B"，其中A為“先釋放小球，后接通數(shù)字計(jì)時(shí)器”，B為“先

接通數(shù)字計(jì)時(shí)器，后釋放小球”）。記錄小球第一次和第二次通過光電門遮光時(shí)間。和

（4）計(jì)算小球通過光電門的速度，已知小球的質(zhì)量為〃7,可得小球與橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機(jī)械能損失AE=

（用字母機(jī)、d、0和表示）。

（5）若適當(dāng)調(diào)高光電門的高度，將會(huì)（選填“增大”或“減小”）因空氣阻力引起的測量誤差。

【答案】①.7.883##7.884②.B③.1m（y）2④.增大

【解析】

（2）口］依題意，小球的直徑為

d=7.5mm+38.4x0.01mm=7.884mm

考慮到偶然誤差，7.883mm也可以。

（3）［2］在測量時(shí)，因小球下落時(shí)間很短，如果先釋放小球，有可能會(huì)出現(xiàn)時(shí)間記錄不完整，所以應(yīng)先接通

數(shù)字計(jì)時(shí)器，再釋放小球，故選B。

（4）［3］依題意，小球向下、向上先后通過光電門時(shí)的速度分別為必、V2,則有

d

則小球與硅膠材料碰撞過程中機(jī)械能的損失量為

AE=-mvf--mvl=—zn（—）2--/n（—）2

2t2

（5）［4］若調(diào)高光電門的高度，較調(diào)整之前小球會(huì)經(jīng)歷較大的空中距離，所以將會(huì)增大因空氣阻力引起的測

量誤差。

6.（2022?湖北?T12）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Max和最小值圖皿。改變小鋼球的初始釋放位置，

重復(fù)上述過程。根據(jù)測量數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中繪制的5ax-r11n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O

（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

^/NA

1.80-

圖甲圖乙

【答案】①.-2②.-2.1③.0.59④.C

【解析】

(1)田設(shè)初始位置時(shí)，細(xì)線與豎直方向夾角為仇則細(xì)線拉力最小值為

="ZgCOS〃

到最低點(diǎn)時(shí)細(xì)線拉力最大，則

12

mgl(l-cos0)=—mv

聯(lián)立可得

Znax=3777g_24nhi

即若小鋼球擺動(dòng)過程中機(jī)械能守恒。則圖乙中直線斜率的理論值為-2；

(2)⑵⑶由圖乙得直線的斜率為

^_L57-L35=_21

0.2

3mg=1.77

則小鋼球的重力為

mg=0.59

(3)⑷該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要來源是小鋼球擺動(dòng)過程中有空氣阻力，使得機(jī)械能減小，故選C

67(2022?浙江1月卷?T23)“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，阻力很小的滑軌上有兩輛小

車A、B,給小車A一定速度去碰撞靜止的小車B,小車A、B碰撞前后的速度大小可由速度傳感器測得。

BA

①實(shí)驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行的操作有O

A.測量滑軌的長度

B.測量小車的長度和高度

C.碰撞前將滑軌調(diào)成水平

②下表是某次實(shí)驗(yàn)時(shí)測得的數(shù)據(jù)：

碰撞后B的速

碰撞前A的速度大碰撞后A的速度

A的質(zhì)量/kgB的質(zhì)量/kg度大小/

小/（m-s-1）大小/（m-s-1）

（m-s-1）

0.2000.3001.0100.2000.800

由表中數(shù)據(jù)可知，碰撞后小車A、B所構(gòu)成系統(tǒng)的總動(dòng)量大小是kg-m/s?（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）

【答案】①.C②.0.200

【解析】

①［1］碰撞前將滑軌調(diào)成水平，保證碰撞前后A、B做勻速直線運(yùn)動(dòng)即可，沒有必要測量滑軌的長度和小車

的長度、高度。

故選Co

②⑵由表中數(shù)據(jù)可知小車A的質(zhì)量小于B的質(zhì)量，則碰后小車A反向運(yùn)動(dòng)，設(shè)碰前小車A的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎?/p>

方向，則可知碰后系統(tǒng)的總動(dòng)量大小為

p'^mBvB-mAv\

解得

p'=0.200kgm/s

8.（2022?山東卷?T13）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(shí)驗(yàn)。受此

啟發(fā)。某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)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(shè)計(jì)了測量物體質(zhì)

量的實(shí)驗(yàn)，如圖甲所示。主要步驟如下:

①將力傳感器固定在氣墊導(dǎo)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(dǎo)軌;

加速度傳感器

占傳感器

］滑塊氣墊導(dǎo)軌氣源

OA

??>A11111111II11

圖甲

③將彈簧左端連接力傳感器,右端連接滑塊o彈簧處于原長時(shí)滑塊左端位于。點(diǎn)。A點(diǎn)到。點(diǎn)的距離為5.00cm,

拉動(dòng)滑塊使其左端處于A點(diǎn)，由靜止釋放并開始計(jì)時(shí);

④計(jì)算機(jī)采集獲取數(shù)據(jù)，得到滑塊所受彈力R加速度“隨時(shí)間r變化的圖像，部分圖像如圖乙所示。

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/m?

（2）該同學(xué)從圖乙中提取某些時(shí)刻尸與。的數(shù)據(jù)，畫出a—P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(xué)在滑塊上增加待測物體，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，在圖丙中畫出新的a—F圖像H,則待測物體的

質(zhì)量為kg。

【答案】①.12②.0.20③.0.13

【解析】

（1）[1]由題知，彈簧處于原長時(shí)滑塊左端位于。點(diǎn)，A點(diǎn)到。點(diǎn)的距離為5.00cm。拉動(dòng)滑塊使其左端處

于A點(diǎn)，由靜止釋放并開始計(jì)時(shí)。結(jié)合圖乙的尸一/圖有

Ar=5.00cm,F=0.610N

根據(jù)胡克定律

Ax

計(jì)算出

k-12N/m

（2）⑵根據(jù)牛頓第二定律有

F=ma

則。一P圖像的斜率為滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量的倒數(shù)，根據(jù)圖丙中I,則有

3-0

kg1=5kg-1

m~0^6

則滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量為

m=0.20kg

（3）[3]滑塊上增加待測物體，同理，根據(jù)圖丙中n,則有

11.5-0

kg1=3kg1

m'0.5

則滑塊、待測物體與加速度傳感器的總質(zhì)量為

m'=0.33kg

則待測物體的質(zhì)量為

命題規(guī)律解密

o從近年的高考合題可以看出，力學(xué)實(shí)驗(yàn)多考查創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。主要表現(xiàn)在：（1）實(shí)驗(yàn)器材的等效與替換，如用

氣墊導(dǎo)軌代替長木板、光電門和頻閃照相機(jī)代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器等。（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)論的拓展與延伸，如通過實(shí)驗(yàn)裝

置測出物體的加速度，再利用牛頓第二定律求動(dòng)摩擦因數(shù)等。（3）試題情景的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新。

名校模擬探源

1.（2023?廣東江門一模）某同學(xué)做“用單擺測重力加速度”的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，在擺球

的平衡位置處安放一個(gè)光電門，連接數(shù)字計(jì)時(shí)器，記錄小球經(jīng)過光電門的次數(shù)。

雙于VTTJ命

甲乙

（1）下列說法中正確的是

A.測出擺球做一次全振動(dòng)的時(shí)間作為周期的測量值

B.質(zhì)量相同的鐵球和軟木球，應(yīng)選用鐵球作為擺球

C.可將擺球從平衡位置拉開一個(gè)任意角度然后釋放擺球

D.可以選擇有彈性細(xì)繩作為擺線

（2）在擺球自然懸垂的情況下，用毫米刻度尺測得從懸點(diǎn)至擺球頂端的長度為L,再用游標(biāo)卡尺測量

擺球直徑，結(jié)果如圖乙所示，則擺球直徑聲cm；

（3）將擺球從平衡位置拉開一個(gè)合適的角度，靜止釋放擺球，擺球在豎直平面內(nèi)穩(wěn)定擺動(dòng)后，啟動(dòng)數(shù)

字計(jì)時(shí)器，擺球通過平衡位置時(shí)從1開始計(jì)數(shù)，同時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)擺球第〃次（為大于3的奇數(shù)）通過光

電門時(shí)停止計(jì)時(shí)，記錄的時(shí)間為t,此單擺的周期佇（用t、〃表示）,重力加速度的大小為

（用L、d和7表示）；

（4）實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)測得的重力加速度值經(jīng)查證明顯大于當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎?，下列原因可能的?/p>

A.擺線上端未牢固地系于懸點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)松動(dòng)，使擺線長度增加了

B.計(jì)算時(shí)用L+d作為單擺的擺長

C.擺球的振幅偏小

D.把〃當(dāng)作單擺全振動(dòng)的次數(shù)

【答案】①.B②.1.07③.④.^r[L+(^⑤.BD##DB

【解析】(1)[1]A.為了減小實(shí)驗(yàn)誤差應(yīng)測多次全振動(dòng)的時(shí)間，再求出一次全振動(dòng)的時(shí)間作為周期,

根據(jù)公式計(jì)算重力加速度會(huì)增大實(shí)驗(yàn)誤差，故A錯(cuò)誤；

B.為減小實(shí)驗(yàn)誤差，提高測量精度，相同質(zhì)量下應(yīng)選擇體積小的鐵球做為擺球，故B正確；

C.單擺在擺角小于5°時(shí)的振動(dòng)才是簡諧振動(dòng)，因此單擺的擺角不能過大，故C錯(cuò)誤；

D.根據(jù)單擺的周期公式T=2乃

可知，單擺的周期跟擺線與擺球半徑之和有關(guān)，若使用彈性繩，在擺球下降或是上升的過程中，式中

的/會(huì)不斷發(fā)生變化，從而導(dǎo)致重力加速度測量不準(zhǔn)確，故D錯(cuò)誤。故選B。

(2)[2]該游標(biāo)游標(biāo)卡尺的游標(biāo)尺為10分度值，因此最小精度為0.1mm,則讀數(shù)可得

d=lcm+0.1x7mm=1.07cm

77—1

(3)[3][4]由題意可知在時(shí)間/內(nèi)擺球全振動(dòng)的次數(shù)為——，則可得小球做簡諧振動(dòng)的周期為

2

2

由單擺的周期公式T=2再，其中/=L+邑

\g2

可得

(4)[5]A.擺線上端未牢固地系于懸點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)松動(dòng)，使擺線長度增加了，則實(shí)際所測擺線

長度偏小，所測重力加速度將偏小，故A不符合題意；

B.若計(jì)算重力加速度時(shí)用L+d作為單擺的擺長，則擺長比實(shí)際偏大，因此計(jì)算的得到的重力加速度

值比實(shí)際偏大，故B符合題意；

C.擺球的振幅偏小不影響重力加速度的測量，故C不符合題意；

D.若把〃當(dāng)作單擺全振動(dòng)的次數(shù)，則會(huì)導(dǎo)致測量周期偏小，從而導(dǎo)致所測重力加速度偏大，故D符合

題意。

故選BDo

2.(2023?福建莆田二模)某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖甲裝置做“用單擺測量重力加速度”的實(shí)驗(yàn)。在鐵架

臺(tái)上端用擺線懸掛一擺球，鐵架臺(tái)下端固定一個(gè)激光源，發(fā)出的激光方向與水平面平行，在擺球的右邊與

擺球中心等高的位置固定一智能手機(jī)，使得激光的中心與擺球的中心以及智能手機(jī)的光線接收口在同一水

平直線上。利用手機(jī)光線傳感器接收到的光照強(qiáng)度隨時(shí)間變化情況，測出擺球的周期。

擺線

鐵架臺(tái)

甲

(1)實(shí)驗(yàn)主要過程如下：

①按圖甲安裝實(shí)驗(yàn)裝置，下列有關(guān)器材的選擇和安裝最合理的是________

1□/鐵夾4鐵夾粗的金屬桿粗的金屬桿

/......../........

()|)()1)

A.一彈性棉繩B.1細(xì)絲線C.D.

Y彈性棉繩.細(xì)絲線

1-鐵球,廠鐵球廠塑料球(L鐵球

②]如圖乙，用游標(biāo)卡尺測出擺球的直徑d=cm；用刻度尺測出擺線長度7算出擺長/；

0cmI2

111川11,111“I〔Ij門?

0510

乙

③打開激光光源和手機(jī)傳感器，運(yùn)行軟件；

④讓單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)，采集數(shù)據(jù)；

⑤改變擺線長度重復(fù)步驟④；

⑥導(dǎo)出數(shù)據(jù)獲得單擺振動(dòng)周期T,從而得到對應(yīng)的72與/的數(shù)據(jù)如下表:

123456

Z/cm38.0048.0058.0068.0078.0088.00

7/s1.241.391.531.661.781.89

T2/S21.541.932.342.763.173.57

丙

⑧請?jiān)趫D丙中繪出/_乙圖線,并根據(jù)圖像求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣认/s2o(%2取

9.87,結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

（2）下列關(guān)于本實(shí)驗(yàn)的誤差中,屬于系統(tǒng)誤差的有

A.測量擺長引起的誤差B.描繪圖線引起的誤差

C.擺線具有伸縮性引起的誤差D.利用手機(jī)測量周期引起的誤差

【答案】①B②.1.149.72⑤.CD##DC

【解析】（1）①[1]擺線懸點(diǎn)應(yīng)固定，擺線應(yīng)選擇質(zhì)量小、不易伸長的細(xì)絲線，擺球應(yīng)選擇體積小、

質(zhì)量大的鐵球。故選B。

②[2]擺球直徑為d=llmm+0.1rnmx4=11.4nim=1.14cm

Ayr2400

圖線斜率為k=—^=的而得g=9-72m/s2

（2）[5]AB.測量擺長引起的誤差和描繪圖線引起的誤差是由于不穩(wěn)定隨機(jī)因素造成，屬于偶然誤差，

AB錯(cuò)誤；

CD.擺線具有伸縮性和手機(jī)測量周期引起的誤差是由于儀器不完善、測量方法不準(zhǔn)確等因素造成，屬

于系統(tǒng)誤差，CD正確。

故選CDo

3.（2023?遼寧省教研聯(lián)盟一模）某物理興趣小組通過自由落體運(yùn)動(dòng)測量重力加速度。該小組利用“手

機(jī)物理工坊”軟件中的聲學(xué)秒表功能記錄物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。該小組在鐵架臺(tái)上固定一個(gè)鐵圈，充入空氣的

氣球下方懸掛一個(gè)物體，放在鐵圈上，如圖甲所示。用針刺破氣球時(shí)發(fā)出爆破音，手機(jī)上的傳感器接收到

聲音信號(hào)開始計(jì)時(shí)，物體同時(shí)做自由下落。物體落地后發(fā)出聲音，傳感器再次接收到信號(hào)停止計(jì)時(shí)，記錄

了物體下落的時(shí)間t,如圖乙所示。

甲乙

（1）要想計(jì)算重力加速度，還需要測量的物理量是;

（2）重力加速度的表達(dá)式為（用測量的物理量表達(dá)）；

（3）為減少實(shí)驗(yàn)誤差，改變鐵圈的固定位置，多次測量。以/為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)建立坐

標(biāo)系，圖線的斜率為重力加速度。

【答案】①.物體下端距地面的高度/，②,g二千③.2力

【解析】（1）【I]根據(jù)力