模塊七實(shí)驗(yàn)技能及創(chuàng)新

專題十九力學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)

［專題復(fù)習(xí)定位］

1.掌握力學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本原理和方法，并借助基本實(shí)驗(yàn)分析拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

2.掌握熱學(xué)實(shí)驗(yàn)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)和單擺測(cè)重力加速度的實(shí)驗(yàn)原理和方法。

高考真題-再..現(xiàn)....................

命題點(diǎn)1探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律

1.(2023?全國(guó)甲卷，T23)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。

單位:cm

圖⑹

(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/點(diǎn)時(shí)小車位置為

初始位置，將打出以aD、E、分各點(diǎn)時(shí)小車的位移Ax填到表中，小車發(fā)生對(duì)應(yīng)位移和平

均速度分別為Ax和v,表中AXAD=cm,vAD=cm/so

位移區(qū)間ABACADAEAF

A0cm6.6014.60AXAD34.9047.30

v/(cm/s)66.073.0VAD87.394.6

⑵根據(jù)表中數(shù)據(jù)得到小車平均速度r隨時(shí)間△力的變化關(guān)系，如圖(c)所示。在圖(c)

中補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)點(diǎn)。

105

95

85

75

65

55

00.10.20.30.40.50.6

圖(c)

⑶從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，小車運(yùn)動(dòng)的r—△方圖線可視為一條直線，此直線用方程r=

2

kNt+b表示,其中A=cm/s,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),得到打出力點(diǎn)時(shí)小車速度大

小口=，小車的加速度大小片o(結(jié)果用字母A、6表示)

解析：(1)由題圖(b)中紙帶的相關(guān)數(shù)據(jù)可知△XAD=&.60cm+8.00cm+9.40cm=24.00

70.0cm/s2,

截距6=59.0cm/so

1V--1

(4)小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，有x=的力+5at2,變形可得I=v=匹+]at,故小車

在t=0時(shí)，即打出4點(diǎn)時(shí)小車的速度大小以=6,小車的加速度大小a滿足1a—k,即a=

2k。

答案：(1)24.0080.0(2)見解析圖

(3)70.059.0⑷62k

命題點(diǎn)2探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系(或者測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù))

2.(2024?江西卷，T11)某小組探究物體加速度與其所受合外力的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)裝置如圖

(a)所示，水平軌道上安裝兩個(gè)光電門，小車上固定一遮光片，細(xì)線一端與小車連接，另一

端跨過定滑輪掛上鉤碼。

(1)實(shí)驗(yàn)前調(diào)節(jié)軌道右端滑輪高度，使細(xì)線與軌道平行，再適當(dāng)墊高軌道左端以平衡小

車所受摩擦力。

(2)小車的質(zhì)量M=320g。利用光電門系統(tǒng)測(cè)出不同鉤碼質(zhì)量加時(shí)小車加速度a。鉤碼

所受重力記為凡作出a—6圖像，如圖(b)中圖線甲所示。

a/(m*s-2)

(3)由圖線甲可知，戶較小時(shí)，a與尸成正比；尸較大時(shí)，a與戶不成正比。為了進(jìn)一步

探究，將小車的質(zhì)量增加至腸=470g,重復(fù)步驟(2)的測(cè)量過程，作出a—/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o再將小車的質(zhì)

量增加至胭=720g,重復(fù)步驟(2)的測(cè)量過程，記錄鉤碼所受重力尸與小車加速度a,如表

所示(表中第9~14組數(shù)據(jù)未列出)。

序號(hào)12345

鉤碼所受重力夕⑼8N)0.0200.0400.0600.0800.100

小車加速度a/(m?s-2)0.260.550.821.081.36

鉤碼所受重力77(9.8N)0.1200.1400.160...0.300

小車加速度a/(m?s-2)1.671.952.20...3.92

(5)請(qǐng)?jiān)趫D(b)中補(bǔ)充描出第6至8三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，并未卜充完成圖線丙。

(6)根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果猜想和推斷：小車的質(zhì)量________時(shí)，a與戶成正比。結(jié)合所學(xué)

知識(shí)對(duì)上述推斷進(jìn)行解釋:

解析：(4)由題圖(b)分析可知，與圖線甲相比，圖線乙的線性區(qū)間較大，非線性區(qū)間較

小。

(5)在坐標(biāo)系中進(jìn)行描點(diǎn)，結(jié)合其他點(diǎn)用平滑的曲線擬合，使盡可能多的點(diǎn)在線上，不

在線上的點(diǎn)均勻分布在線的兩側(cè)，如圖所示。

a/(m*s-2)

00.100.200.30打(9.8N)

(6)設(shè)繩子拉力為7,對(duì)鉤碼根據(jù)牛頓第二定律有

F-T=ma

對(duì)小車根據(jù)牛頓第二定律有T=Ma

聯(lián)立解得F=（M+而a

變形得。=占F

當(dāng)成＜〃時(shí)，可認(rèn)為m+M=M

皿1

則a=M-F

即a與戶成正比。

答案：（4）較大較?。?）圖像見解析（6）遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量見解析

命題點(diǎn)3探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)

3.（2024?河北卷，T12）圖1為探究平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的裝置，其斜槽位置固定且末端水平,

固定坐標(biāo)紙的背板處于豎直面內(nèi)，鋼球在斜槽中從某一高度滾下，從末端飛出，落在傾斜的

擋板上擠壓復(fù)寫紙，在坐標(biāo)紙上留下印跡。某同學(xué)利用此裝置通過多次釋放鋼球，得到了如

圖2所示的印跡，坐標(biāo)紙的y軸對(duì)應(yīng)豎直方向，坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)應(yīng)平拋起點(diǎn)。

0246810121416x/cm

（1）每次由靜止釋放鋼球時(shí),鋼球在斜槽上的高度（選填“相同”或“不同”兀

（2）在坐標(biāo)紙中描繪出鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。

（3）根據(jù)軌跡，求得鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度大小為m/s（當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取

9.8m/s2,保留2位有效數(shù)字）。

解析：（1）為保證鋼球每次做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度相同，必須讓鋼球在斜槽上同一位置由

靜止釋放，故高度相同。

（2）描點(diǎn)連線用平滑曲線連接，鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示。

（3）因?yàn)閽伋鳇c(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)，為方便計(jì)算，在圖線上找到較遠(yuǎn)的點(diǎn)為研究位置，如坐標(biāo)

為（14.0cm,19.0cm）的點(diǎn)，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律了=詼3g/,解得的仁0.71m/s。

答案：（1）相同（2）圖像見解析（3）0.71

命題點(diǎn)4驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律

4.（2024-山東卷，T13）在第四次“天宮課堂”中，航天員演示了動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)。受此

啟發(fā)，某同學(xué)使用如圖甲所示的裝置進(jìn)行了碰撞實(shí)驗(yàn)，氣墊導(dǎo)軌兩端分別安裝a、分兩個(gè)位

移傳感器，a測(cè)量滑塊/與它的距離的，6測(cè)量滑塊6與它的距離須。部分實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①測(cè)量?jī)蓚€(gè)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(dǎo)軌水平；

③撥動(dòng)兩滑塊，使/、8均向右運(yùn)動(dòng)；

④導(dǎo)出傳感器記錄的數(shù)據(jù)，繪制的、&隨時(shí)間變化的圖像，分別如圖乙、圖丙所示。

傳感器a滑塊4滑塊B傳感器5

回答以下問題：

（1）從圖像可知兩滑塊在t=s時(shí)發(fā)生碰撞。

⑵滑塊6碰撞前的速度大小/=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（選填或"B"）。

解析：（1）由x—力圖像中圖線的斜率表示速度可知兩滑塊的速度在力=1.0s時(shí)發(fā)生突

變，即這個(gè)時(shí)刻發(fā)生了碰撞。

(2)根據(jù)x—t圖像中圖線斜率的絕對(duì)值表示速度大小可知碰撞前瞬間6的速度大小―

90-110,,

j--cm/s=0.20m/So

(3)由題圖乙知，碰撞前"的速度大小以=0.50m/s,碰撞后力的速度大小約為”=

0.36m/s,由題圖丙可知，碰撞后6的速度大小引=0.50m/s,/和6碰撞過程動(dòng)量守恒,

則有―—如“+初引,代入數(shù)據(jù)解得嬴-2,所以質(zhì)量為200.°g的滑塊是反

答案：(1)1.0(2)0.20(3)6

命題點(diǎn)5實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與拓展

5.(2024?廣西卷，T11)單擺可作為研究簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的理想模型。

“山口外刈山小

圖甲圖乙圖丙

(1)制作單擺時(shí)，在圖甲、圖乙兩種單擺的懸掛方式中，選擇圖甲方式的目的是要保持

擺動(dòng)中不變。

(2)用游標(biāo)卡尺測(cè)量擺球直徑，測(cè)得讀數(shù)如圖丙，則擺球直徑為cm。

(3)若將一個(gè)周期為7的單擺，從平衡位置拉開5。的角度釋放，忽略空氣阻力，擺球

的振動(dòng)可看為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,以釋放時(shí)刻作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，則擺球偏離平衡

位置的位移X與時(shí)間t的關(guān)系為O

解析：(1)選擇題圖甲方式的目的是要保持?jǐn)[動(dòng)中擺長(zhǎng)不變。

(2)擺球直徑。，=1.0cm+6X0.1mm=l.06cm。

(3)根據(jù)單擺的周期公式7=2KA/-,可得單擺的擺長(zhǎng)/=卓，從平衡位置拉開5。

的角度處釋放，可得振幅A=Lsin5。，以該位置為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得擺

球偏離平衡位置的位移X與時(shí)間力的關(guān)系為x=Acos?！　阂籧os(―t)o

答案：(1)擺長(zhǎng)(2)1.06(3).=二,卜，—cos(-yt)

6.(2024?湖北卷，T12)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量重力加速度大小g的實(shí)驗(yàn)方案，所用器

材有：2g祛碼若干、托盤1個(gè)、輕質(zhì)彈簧1根、米尺1把、光電門1個(gè)、數(shù)字計(jì)時(shí)器1臺(tái)

等。

具體步驟如下:

①將彈簧豎直懸掛在固定支架上，彈簧下面掛上裝有遮光片的托盤，在托盤內(nèi)放入一個(gè)

祛碼，如圖(a)所示。

圖(a)圖(b)

②用米尺測(cè)量平衡時(shí)彈簧的長(zhǎng)度】，并安裝光電門。

③將彈簧在彈性限度內(nèi)拉伸一定長(zhǎng)度后釋放，使其在豎直方向振動(dòng)。

④用數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄30次全振動(dòng)所用時(shí)間to

⑤逐次增加托盤內(nèi)祛碼的數(shù)量，重復(fù)②③④的操作。

該同學(xué)將振動(dòng)系統(tǒng)理想化為彈簧振子。已知彈簧振子的振動(dòng)周期,其中左

為彈簧的勁度系數(shù)，〃為振子的質(zhì)量。

(1)由步驟④，可知振動(dòng)周期T=o

(2)設(shè)彈簧的原長(zhǎng)為4,則/與g、卜、7的關(guān)系式為/=o

(3)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的7—7圖線如圖(b)所示，可得g=m/s"保留3位有效

數(shù)字，it?取9.87)。

(4)本實(shí)驗(yàn)的誤差來源包括(雙選，填標(biāo)號(hào))。

A.空氣阻力

B.彈簧質(zhì)量不為零

C.光電門的位置稍微偏離托盤的平衡位置

解析：(1)30次全振動(dòng)所用時(shí)間t,則振動(dòng)周期7=5o

(2)彈簧振子的振動(dòng)周期7=2可得振子的質(zhì)量,振子平衡時(shí)，根據(jù)

rjlrrl

平衡條件磔=4△/可得△/=金滔，則，與g、Jo、7的關(guān)系式為，=/o+△^T。

rrl

(3)根據(jù)/=4+片整理可得/=/。+景?『，貝I7—7圖像斜率#=親=

0.542-0.474

解得產(chǎn)9.59m/s2o

0.58-0.3

(4)空氣阻力的存在會(huì)影響彈簧振子的振動(dòng)周期，是實(shí)驗(yàn)的誤差來源之一，故A正確；

彈簧質(zhì)量不為零導(dǎo)致振子在平衡位置時(shí)彈簧的長(zhǎng)度變化，不影響其他操作，根據(jù)(3)中處理

方法可知對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響，故B錯(cuò)誤；根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟可知光電門的位置稍微偏離托盤的

平衡位置會(huì)影響振子周期的測(cè)量，是實(shí)驗(yàn)的誤差來源之一，故C正確。

答案：⑴面t(2)-Zo+“fp(3)9.59(4)AC

命題點(diǎn)6熱學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)

7.(2023?山東卷，T13)利用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置可探究等溫條件下氣體壓強(qiáng)與體積的

關(guān)系。將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺(tái)上，注射器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的空氣，下端通過

塑料管與壓強(qiáng)傳感器相連?；钊隙斯潭ㄒ煌斜P，托盤中放入祛碼，待氣體狀態(tài)穩(wěn)定后，記

錄氣體壓強(qiáng)O和體積，(等于注射器示數(shù)%與塑料管容積A，之和)。逐次增加祛碼質(zhì)量，采

集多組數(shù)據(jù)并作出擬合曲線如圖乙所示。

200

180

160

140

120

圖乙

回答下列問題：

(1)在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，圖乙中的擬合曲線為一條過原點(diǎn)的直線，說明在等溫情況

下，一定質(zhì)量的氣體。

A.0與，成正比B.。與彳成正比

(2)若氣體被壓縮到-10.0mL,由圖乙可讀出封閉氣體壓強(qiáng)為Pa(保留3位

有效數(shù)字)o

(3)某組同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時(shí)漏掉了AK則在計(jì)算0/乘積時(shí)，他的

計(jì)算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計(jì)算結(jié)果之差的絕對(duì)值會(huì)隨P的增大而(選填

“增大”或“減小”)?

解析：(1)在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，題圖乙中的擬合曲線為一條過原點(diǎn)的直線，說明在

等溫情況下，一定質(zhì)量的氣體"與:成正比。

(2)若氣體被壓縮到r=10.0mL,則有：mL-1=100><103mL-1

由題圖乙可讀出封閉氣體壓強(qiáng)0=204X1()3pa=2.(MX1。，Pao

(3)根據(jù)〃(%+△分一K可知他的計(jì)算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計(jì)算結(jié)

果之差的絕對(duì)值會(huì)隨p的增大而增大。

答案：⑴B(2)2.04X105(3)增大

8.(2024?河北卷，T11)某同學(xué)通過雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量單色光波長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,

其中測(cè)量頭包括毛玻璃、游標(biāo)尺、分劃板、手輪、目鏡等。

該同學(xué)調(diào)整好實(shí)驗(yàn)裝置后，分別用紅色、綠色濾光片，對(duì)干涉條紋進(jìn)行測(cè)量，并記錄第

一條和第六條亮紋中心位置對(duì)應(yīng)的游標(biāo)尺讀數(shù)，如表所示:

單色光類別xi/mm照/mm

單色光110.6018.64

單色光28.4418.08

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，判斷單色光1為(選填“紅光”或“綠光”)。

L一4n,d\x.18.64—10.60

解析：根據(jù)Ay,可得A=——,由表中數(shù)據(jù)可知bx\=-------------mm=

dL5

18.08-8.44

1.608mm,△X2=-----------mm=l.928mm,故△xKAx?,貝!]41＜幾2,已知綠光的波長(zhǎng)

小于紅光的波長(zhǎng)，則單色光1是綠光。

答案：綠光

9.(2024?湖北卷，T11)某同學(xué)利用激光測(cè)量半圓柱體玻璃磚的折射率，具體步驟如下:

圖(a)圖(b)

①平鋪白紙，用鉛筆畫兩條互相垂直的直線41'和加'，交點(diǎn)為。。將半圓柱體玻璃

磚的平直邊緊貼A4',并使其圓心位于。點(diǎn)，畫出玻璃磚的半圓弧輪廓線，如圖(a)所示。

②將一細(xì)激光束沿3方向以某一入射角射入玻璃磚，記錄折射光線與半圓弧的交點(diǎn)〃。

③拿走玻璃磚，標(biāo)記3光線與半圓弧的交點(diǎn)P。

④分別過以P作BB，的垂線加、勿'，"、*是垂足，并用米尺分別測(cè)量加、

PP'的長(zhǎng)度x和外

⑤改變?nèi)肷浣?，重?fù)步驟②③④，得到多組x和y的數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)作出y—x圖

像，如圖(b)所示。

(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是(單選，填標(biāo)號(hào))。

A.入射角越小，誤差越小

B.激光的平行度好，比用插針法測(cè)量更有利于減小誤差

C.選擇圓心。點(diǎn)作為入射點(diǎn)，是因?yàn)榇颂幍恼凵洮F(xiàn)象最明顯

(2)根據(jù)y—x圖像，可得玻璃磚的折射率為(保留3位有效數(shù)字)。

(3)若描畫的半圓弧輪廓線半徑略大于玻璃磚的實(shí)際半徑，則折射率的測(cè)量結(jié)果

(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

解析：(1)入射角適當(dāng)即可，不能太小，入射角太小，導(dǎo)致折射角太小，測(cè)量的誤差會(huì)

變大，故A錯(cuò)誤；激光的平行度好，比用插針法測(cè)量更有利于減小誤差，故B正確；相同的

材料在各點(diǎn)的折射效果都一樣，故C錯(cuò)誤。

(2)設(shè)半圓柱體玻璃磚的半徑為尼根據(jù)幾何關(guān)系可得入射角的正弦值為sin/=§,折

射角的正弦值為sinr*,折射率〃=旦上工=』，可知y—x圖線斜率大小等于折射率，

Rsinrx

r44

即n=—^1.57o

Zo

(3)根據(jù)(2)中數(shù)據(jù)處理方法可知若描畫的半圓弧輪廓線半徑略大于玻璃磚的實(shí)際半徑，

則折射率的測(cè)量結(jié)果不變。

答案：(1)B(2)1.57(3)不變

題型分類講練

題型一力測(cè)量類實(shí)驗(yàn)

考向1探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系

1某實(shí)驗(yàn)小組用橡皮筋探究影響其伸長(zhǎng)量的有關(guān)因素，探究方案如下：

①取4根材料、粗細(xì)相同的橡皮筋(單根橡皮筋的橫截面積為S,其中3根等長(zhǎng)，另一

根的長(zhǎng)度只有前三根長(zhǎng)度的一半，將它們按圖示方式懸掛(其中第1組是兩根并用)；

②在每組下端扎線的地方各拴一個(gè)紅色塑料簽，并在支架襯貼的白紙上標(biāo)出簽的原始位

置。(即橡皮筋的原長(zhǎng))；

③先分別懸掛100g鉤碼，然后在橡皮筋“2”下加掛100g鉤碼，記下各次標(biāo)簽的位

置，g取10m/s2,測(cè)量結(jié)果見下表。

橡皮筋編號(hào)1234

原長(zhǎng)Z/cm10.0010.005.0010.00

外力F/N1112

橡皮筋橫截面積2ssSS

伸長(zhǎng)量△L/cm2.515.012.50010.02

回答下列問題：

(1)以上探究過程使用了的實(shí)驗(yàn)方法。

(2)伸長(zhǎng)量A/在記錄數(shù)據(jù)中出現(xiàn)錯(cuò)誤的是(填具體數(shù)據(jù))。

(3)根據(jù)上述探究過程，橡皮筋的伸長(zhǎng)量與相關(guān)因素可能的關(guān)系為。

(4)一原長(zhǎng)為上的橡皮筋，兩端施加大小為戶的拉力時(shí)，橡皮筋伸長(zhǎng)了AZ；把它從中

央剪斷，取其中的一段，給兩端施加2戶的拉力，此時(shí)這段橡皮筋的長(zhǎng)度為(不超過

彈性限度)。

［解析］(1)影響橡皮筋伸長(zhǎng)量的因素涉及多個(gè)物理量，應(yīng)使用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

(2)伸長(zhǎng)量△/在記錄數(shù)據(jù)中出現(xiàn)錯(cuò)誤的是2.500cm,應(yīng)該測(cè)量結(jié)果精確到1mm,再估

讀到毫米的下一位，應(yīng)為2.50cm。

(3)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，橡皮筋“1”“2”原長(zhǎng)相同、受力相同，橫截面積越大伸長(zhǎng)量越

小，伸長(zhǎng)量與橫截面積成反比關(guān)系；橡皮筋“2”“3”受力相同、橫截面積相同，原長(zhǎng)越長(zhǎng)

伸長(zhǎng)量越大，伸長(zhǎng)量與原長(zhǎng)成正比關(guān)系；橡皮筋“2”“4”原長(zhǎng)相同、橫截面積相同，受力

越大伸長(zhǎng)量越大，伸長(zhǎng)量與力成正比關(guān)系；根據(jù)上述探究過程，橡皮筋的伸長(zhǎng)量與相關(guān)因素

pj

可能的關(guān)系為A/8節(jié)。

(4)設(shè)比例系數(shù)為4,橫截面積為S,根據(jù)題意有AZ=Ay,從中央剪斷，橡皮筋的原

L

L嘩

長(zhǎng)變?yōu)?,此時(shí)施加的力為2凡橡皮筋的伸長(zhǎng)量RU,解得=^L,此時(shí)

橡皮筋的長(zhǎng)度”=1+AZo

FL

［答案］⑴控制變量法⑵2.500⑶A

(4)|+

考向2探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律

2用圖甲所示的裝置做“研究共點(diǎn)力的合成”實(shí)驗(yàn)，其中/為固定橡皮筋的圖

釘，。為橡皮筋與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)，如和在為細(xì)繩。

單位：N

圖甲圖乙

(1)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是

A.理想實(shí)驗(yàn)法

B.等效替代法

C.控制變量法

(2)某次實(shí)驗(yàn)中，其中一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)如圖乙所示，則該彈簧測(cè)力計(jì)的拉力為

No

(3)本實(shí)驗(yàn)中若用細(xì)長(zhǎng)的橡皮筋替代兩根細(xì)繩，你認(rèn)為該辦法是(選填“可行”

或“不可行”)的。

［解析］(1)在“研究共點(diǎn)力的合成”實(shí)驗(yàn)的同一次實(shí)驗(yàn)中，研究?jī)蓚€(gè)彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)橡

皮筋的拉力大小與用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)使橡皮筋發(fā)生同樣的形變時(shí)的力的大小之間的關(guān)系，屬

于等效替代法，故選B。

(2)彈簧測(cè)力計(jì)最小分度為0.2N,讀到本位，故讀數(shù)為4.0N。

(3)本實(shí)驗(yàn)中若用細(xì)長(zhǎng)的橡皮筋替代兩根細(xì)繩，不影響彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)和方向的記錄,

所以可行。

［答案］(1)B(2)4.0(3)可行

題型二紙帶類實(shí)驗(yàn)

考向1探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律

3據(jù)報(bào)道，中國(guó)航母的電磁彈射技術(shù)已經(jīng)領(lǐng)先世界。若某次做模擬直線彈射實(shí)

驗(yàn)時(shí)，從某時(shí)刻(方=0)開始的一段時(shí)間內(nèi)，利用傳感器每隔0.5s測(cè)量一次模型機(jī)的位置,

坐標(biāo)為x,結(jié)果見下表。

t/S00.511.52

x/m05.120.245.180.2

(1)由表格中的數(shù)據(jù)可知，該模型機(jī)做(選填“勻加速”“勻速”或“勻減速”)

直線運(yùn)動(dòng)。

(2)在0.5s至IJ1.5s內(nèi)，該模型機(jī)的平均速度大小了=m/s(結(jié)果保留2

位有效數(shù)字)。

(3)這段時(shí)間內(nèi)該模型機(jī)的加速度大小a=m/s"結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

［解析］(1)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)可以看出從開始相鄰相同時(shí)間內(nèi)的位移差約為常數(shù)Ax

=加一為=(20.2-5.1)-5.1(45.1—20.2)一(20.2-5.1)^(80.2-45.1)一(45.1—

20.2),所以該模型機(jī)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

(2)根據(jù)平均速度公式，可得0.5s到1.5s內(nèi)，該模型機(jī)的平均速度大小了=

45.1—5.1

Im/s=40m/so

AY

⑶根據(jù)逐差法可知，這段時(shí)間內(nèi)該模型機(jī)的加速度大小a=五下=

(802—20.2)—20.2

Fm/s乜40m/s%

［答案］(1)勻加速(2)40(3)40

考向2探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系

4圖a為探究“小車加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的裝置，某實(shí)驗(yàn)小組發(fā)現(xiàn)利用

該裝置還可以測(cè)量小車的質(zhì)量現(xiàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將長(zhǎng)木板右端適當(dāng)墊高，在不受牽引的情況下小

車拖動(dòng)紙帶恰能沿木板勻速運(yùn)動(dòng)，貝。：

(1)為了使小車受到細(xì)繩的拉力尸近似等于鉤碼受到的總重力儂(細(xì)繩平行于斜面)，鉤

碼的總質(zhì)量應(yīng)_______（選填“遠(yuǎn)大于”“等于”或“遠(yuǎn)小于”）小車的質(zhì)量。

（2）若平衡摩擦力過度（即木板右端墊的過高），此時(shí)長(zhǎng)木板與桌面的傾角為9.由實(shí)驗(yàn)

測(cè)得數(shù)據(jù)作出a—戶圖像如圖b所示，截距為匈，此時(shí)的滑動(dòng)摩擦力為￡重力加速度為g,

則M=（用f、小、g表示），該測(cè)量值比真實(shí)值________（選填“偏大”“偏

小”或“不變”）=

M1

［解析］（1）根據(jù)牛頓第二定律有T=Ma,mg—T=ma,解得7=加i儂=mg,只

M

有當(dāng)啰小時(shí)才可認(rèn)為T=mg,即為了使小車受到細(xì)繩的拉力7近似等于鉤碼受到的總重力

儂（細(xì)繩平行于斜面），鉤碼的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。

（2）根據(jù)牛頓第二定律可知，當(dāng)尸=0時(shí)加速度為3o,則Mgsin9—f^Man,解得M=

——一，考慮到小車下滑時(shí)空氣阻力以及紙帶的摩擦阻力的影響，?值小于小車受的

gsinc/—ao

所有阻力的值，則〃的測(cè)量值偏小。

［答案］（1）遠(yuǎn)小于⑵——一偏小

gsinu—5o

5如圖甲所示，可用輕桿、小球和硬紙板等制作一個(gè)簡(jiǎn)易加速度計(jì)，粗略測(cè)量

運(yùn)動(dòng)物體的加速度。在輕桿上端裝上轉(zhuǎn)軸，固定于豎直紙板上的。點(diǎn)，輕桿下端固定一小球,

桿可在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。將此裝置固定于運(yùn)動(dòng)物體上，當(dāng)物體向右加速（減速）運(yùn)動(dòng)時(shí)，

桿便向左（向右）擺動(dòng)。為了制作加速度計(jì)的刻度盤，同學(xué)們進(jìn)行了如下操作：

（1）讓重錘做自由落體運(yùn)動(dòng)，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。?shí)驗(yàn)

中得到一條較理想的紙帶（如圖乙），紙帶上記錄的點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（頻率50Hz）打的點(diǎn)。根

據(jù)數(shù)據(jù)求出重力加速度g=m/s"保留3位有效數(shù)字）。

（2）測(cè)量當(dāng)?shù)刂亓铀俣群筮€應(yīng)測(cè)量的物理量是（填入所選物理量前的字母）。

A.小球的質(zhì)量加

B.輕桿的長(zhǎng)度/

C.小球的直徑d

D.輕桿與豎直方向的夾角9

(3)寫出加速度與⑴、⑵中被測(cè)物理量之間的關(guān)系式a(用被測(cè)物理量的字

母表示)。

［解析］(1)由逐差法可得

重力加速度g

(12.52-7.05)XKT?—(7.05-3.14)X10-2

m/s2

4X0.022

=9.75m/s2o

(2)假設(shè)小球由于加速發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，輕桿與豎直方向的夾角為e,由牛頓第二定律得儂

tan9—ma,解得a=gtan9,可知，為了在表盤上標(biāo)上對(duì)應(yīng)的加速度，還需要測(cè)量輕桿

與豎直方向的夾角e,故選D。

(3)由(2)可知加速度與重力加速度和輕桿與豎直方向的夾角的關(guān)系式為a=gtan

［答案］(1)9.75(2)D(3)gtan9

考向3測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù)

典例日(2023?湖北卷，T11)某同學(xué)利用測(cè)質(zhì)量的小型家用電子秤，設(shè)計(jì)了測(cè)量木塊

和木板間動(dòng)摩擦因數(shù)〃的實(shí)驗(yàn)。

如圖(a)所示，木板和木塊/放在水平桌面上，電子秤放在水平地面上，木塊/和放在

電子秤上的重物6通過跨過定滑輪的輕繩相連。調(diào)節(jié)滑輪，使其與木塊/間的輕繩水平，與

重物8間的輕繩豎直。在木塊4上放置〃(〃=0,1,2,3,4,5)個(gè)祛碼(電子秤稱得每個(gè)祛

碼的質(zhì)量周為20.0g),向左拉動(dòng)木板的同時(shí)，記錄電子秤的對(duì)應(yīng)示數(shù)0。

木粕毛碼里輪

木板4F,,

I」］一重物

JIIJ^子秤

圖㈤

⑴實(shí)驗(yàn)中，拉動(dòng)木板時(shí)(選填“必須”或“不必”)保持勻速。

⑵用處和◎分別表示木塊力和重物6的質(zhì)量，則0和如mu、nh、〃、〃所滿足的關(guān)

系式為m=_______________________

(3)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上繪制出〃一〃圖像，如圖(b)所示，可得木塊/和木板間的

動(dòng)摩擦因數(shù)N=(保留2位有效數(shù)字)。

［解析］(1)木塊/與木板間的滑動(dòng)摩擦力與兩者之間的相對(duì)速度無關(guān)，則實(shí)驗(yàn)拉動(dòng)木

板時(shí)不必保持勻速。

(2)對(duì)木塊4祛碼以及重物6分析可知

〃(nh+n而什mg=mug

解得m—mB—ii(如+加)。

(3)根據(jù)m=niB—limA—〃外〃

59—1Q

結(jié)合圖像可知U/no=--g=8g

0

則〃=0.40。

［答案］⑴不必⑵枕一4（處+〃加

(3)0.40

考向4驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

典例目用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證細(xì)線連著的鉤碼以、鉤碼改組成的系統(tǒng)的機(jī)械能

守恒，仍從高處由靜止開始自由下落，以拖著紙帶打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,

即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。圖乙所示的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，每

相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)（未畫出）。已知0=50g、仍=150g。（重力加速度g取9.8m/s2,

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電源的頻率為50Hz）

一

叼

打

點(diǎn)

鐵

計(jì)

紙

架

時(shí)

帶

臺(tái)

器

圖甲

7.2016.7926.40

（0門：T7?％單位:,如（

AlM----MI-----MI

2.4012.0121.61

圖乙

（1）在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)，鉤碼的速度大小為m/s（計(jì)算結(jié)果保留2位有效

數(shù)字）。

（2）在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)0到計(jì)數(shù)點(diǎn)5的過程中系統(tǒng)動(dòng)能增加量為J,重力勢(shì)

能減小量為J（計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。

［解析］（1）根據(jù)速度公式得

21.61+26.40,

琢=---??.---X10m/S5?2.4m/so

zXU.1

（2）在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)。到計(jì)數(shù)點(diǎn)5的過程中系統(tǒng)動(dòng)能增加量Afi=|（而+雙）誦?

0.58Jo

重力勢(shì)能減小量△瓦=(必一加gA)5七0.59Jo

［答案］(1)2.4(2)0.580.59

題型三力學(xué)其他實(shí)驗(yàn)

考向1驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律

典例◎(2023?遼寧卷，T11)某同學(xué)為了驗(yàn)證對(duì)心碰撞過程中的動(dòng)量守恒定律，設(shè)計(jì)

了如下實(shí)驗(yàn)：用紙板搭建如圖所示的滑道，使硬幣可以平滑地從斜面滑到水平面上，其中

力為水平段。選擇相同材質(zhì)的一元硬幣和一角硬幣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

測(cè)量硬幣的質(zhì)量，得到一元和一角硬幣的質(zhì)量分別為血和場(chǎng)(0>雙)。將硬幣甲放置在

斜面某一位置，標(biāo)記此位置為反由靜止釋放甲，當(dāng)甲停在水平面上某處時(shí)，測(cè)量甲從。點(diǎn)

到停止處的滑行距離砒將硬幣乙放置在。處，左側(cè)與。點(diǎn)重合，將甲放置于8點(diǎn)由靜止

釋放。當(dāng)兩枚硬幣發(fā)生碰撞后，分別測(cè)量甲、乙從。點(diǎn)到停止處的滑行距離加和四保持

釋放位置不變，重復(fù)實(shí)驗(yàn)若干次，得到OP、OM、卯的平均值分別為國(guó)、樂S2。

⑴在本實(shí)驗(yàn)中，甲選用的是(選填“一元”或“一角”)硬幣。

(2)碰撞前，甲到。點(diǎn)時(shí)速度的大小可表示為(設(shè)硬幣與紙板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為

〃，重力加速度為g)。

(3)若甲、乙碰撞過程中動(dòng)量守恒，則正邛(用以和團(tuán)表示)，然后通

7sz

過測(cè)得的具體數(shù)據(jù)驗(yàn)證硬幣對(duì)心碰撞過程中動(dòng)量是否守恒。

(4)由于存在某種系統(tǒng)或偶然誤差，計(jì)算得到碰撞前后甲動(dòng)量變化量大小與乙動(dòng)量變化

量大小的比值不是1,寫出一條產(chǎn)生這種誤差可能的原因：

［解析］(1)根據(jù)題意可知，甲與乙碰撞后沒有反彈，可知甲的質(zhì)量大于乙的質(zhì)量，故

甲選用的是一元硬幣。

(2)甲從。點(diǎn)到戶點(diǎn)，根據(jù)動(dòng)能定理

12

—PHhgSo=O--UhVo

解得碰撞前，甲在。點(diǎn)時(shí)速度的大小

Pb=-^2LiffSoo

(3)同理可得，碰撞后甲的速度和乙的速度分別為

.=>2Ngs、,.=>2pgsz

若動(dòng)量守恒，則滿足周玲=周歷十必藝

整理可得葉瓜=絲。

7s2仍

(4)由于存在某種系統(tǒng)或偶然誤差，計(jì)算得到碰撞前后甲動(dòng)量變化量大小與乙動(dòng)量變化

量大小的比值不是1,產(chǎn)生這種誤差可能的原因有：

①測(cè)量誤差，因?yàn)闊o論是再精良的儀器總是會(huì)有誤差的，不可能做到絕對(duì)準(zhǔn)確；

②碰撞過程中，我們認(rèn)為內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，動(dòng)量守恒，實(shí)際上碰撞過程中，兩個(gè)硬幣組

成的系統(tǒng)所受合外力不為零。

［答案］⑴一元⑵但水⑶絲⑷見解析

nh

考向2探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)

小哈同學(xué)利用圖1所示裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)時(shí)該同學(xué)使用手機(jī)連

拍功能對(duì)做平拋運(yùn)動(dòng)的小球進(jìn)行拍攝,手機(jī)每秒拍攝7張照片并能自動(dòng)將拍攝到圖片進(jìn)行疊

加處理在一張照片中，圖中的背景是放在豎直平面內(nèi)的帶有方格的紙板，紙板與小球軌跡所

在平面平行，其上每個(gè)方格的邊長(zhǎng)為10emo

(1)下列說法正確的是(填字母)o

A.實(shí)驗(yàn)所用斜槽應(yīng)盡量光滑

B.斜槽末端必須保持水平

C.必須無初速度釋放小球

(2)圖3是實(shí)驗(yàn)中小球從斜槽上不同位置由靜止釋放獲得的兩條軌跡，圖線①所對(duì)應(yīng)的

小球在斜槽上釋放的位置________(選填“較低”或“較高”)。

(3)某次拍攝后得到的照片如圖2所示，小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度大小7?=

m/s(g取10m/s2)o

(4)該小組利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制y—f圖線，發(fā)現(xiàn)是一條過原點(diǎn)的直線，由此判斷小球下

落的軌跡是拋物線，并求得斜率"，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣缺磉_(dá)式為g=(用斜率"和初

速度外表示)。

［解析］(1)實(shí)驗(yàn)所用斜槽不需要盡量光滑，A錯(cuò)誤；斜槽末端必須保持水平，使物體

做平拋運(yùn)動(dòng)，B正確；本實(shí)驗(yàn)使用手機(jī)連拍功能對(duì)做平拋運(yùn)動(dòng)的小球進(jìn)行拍攝，故無須靜止

釋放小球，C錯(cuò)誤。

(2)由題圖3可知兩小球做平拋運(yùn)動(dòng)下落相同高度時(shí)，圖線①水平位移更大，故圖線①

所對(duì)應(yīng)的小球初速度較大，在斜槽上釋放的位置較高。

(3)由頻閃照片可得，小球在豎直方向相鄰位移之差

Ay=2X10cm=0.2m

根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)可得

由水平分運(yùn)動(dòng)Rx=v(>T,

-Ax4X10X10-2

可得vb=—F,r--m/so

T0.1^/2

(4)根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得入=及力，

2

聯(lián)立可得T痣)___g

~2^~

可知y-/圖像的斜率

/V6

當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣缺磉_(dá)式為g=2A誦o

［答案］(DB⑵較高(3)272⑷2儲(chǔ)

考向3探究影響向心力大小的因素

典例m某同學(xué)用圖甲所示的裝置做“探究向心力大小與角速度大小關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。

水平直桿隨豎直轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊套在水平直桿上，用細(xì)線將滑塊與固定在豎直轉(zhuǎn)軸上的

力傳感器連接，細(xì)線處于水平伸直狀態(tài)，當(dāng)滑塊隨水平直桿一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，拉力的大小可

以通過力傳感器測(cè)得，滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度可以通過角速度傳感器測(cè)得。

度

角

速

豎

傳

感

器

力傳

//百

感

轉(zhuǎn)

滑器

線

細(xì)

軸

|人

_

水平宜桿

圖甲

(1)滑塊和角速度傳感器的總質(zhì)量為20g,保持滑塊到豎直轉(zhuǎn)軸的距離不變，改變豎直

轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢，測(cè)得多組力傳感器的示數(shù)/及角速度傳感器的示數(shù)。，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得

到的圖像尸一/如圖乙所示，圖線沒有過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因是

滑塊到豎直轉(zhuǎn)軸的距離為m(計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

(2)若去掉細(xì)線，仍保持滑塊到豎直轉(zhuǎn)軸的距離不變，則轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的最大角速度為

_________________________rad/so

［解析］(1)若水平直桿不光滑，則滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)過程中當(dāng)角速度較小時(shí)只有靜摩擦力提供

向心力，隨著角速度增大摩擦力逐漸增大，當(dāng)摩擦力達(dá)到最大值時(shí)繼續(xù)增大轉(zhuǎn)速繩子開始出

現(xiàn)拉力，則有尸+￡ax=ZZZT32,則有々"/—Tax,圖線不過坐標(biāo)原點(diǎn)。由題圖乙可知斜率

0.9

k=/nr=-^—去，解得257m

200—25o

(2)當(dāng)F=0時(shí)，然，G)\=25(rad/s)2,解得轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的最大角速度以=5

rad/so

［答案］(1)水平直桿不光滑0.257(2)5

考向4用單擺測(cè)量重力加速度

國(guó)(2023?新課標(biāo)卷，T10)一學(xué)生小組做“用單擺測(cè)量重力加速度的大小”實(shí)

(1)用實(shí)驗(yàn)室提供的螺旋測(cè)微器測(cè)量擺球直徑。首先，調(diào)節(jié)螺旋測(cè)微器，擰動(dòng)微調(diào)旋鈕

使測(cè)微螺桿和測(cè)砧相觸時(shí)，發(fā)現(xiàn)固定刻度的橫線與可動(dòng)刻度上的零刻度線未對(duì)齊，如圖(a)

所示，該示數(shù)為mm；螺旋測(cè)微器在夾有擺球時(shí)示數(shù)如圖(b)所示，該示數(shù)為

mm,則擺球的直徑為mm。

(2)單擺實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖如圖(c)所示，其中角度盤需要固定在桿上的確定點(diǎn)。處，擺

線在角度盤上所指的示數(shù)為擺角的大小。若將角度盤固定在。點(diǎn)上方，則擺線在角度盤上所

指的示數(shù)為5。時(shí)，實(shí)際擺角(選填“大于"或‘‘小于")5°。

(3)某次實(shí)驗(yàn)所用單擺的擺線長(zhǎng)度為81.50cm,則擺長(zhǎng)為cm。實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到從

擺球第1次經(jīng)過最低點(diǎn)到第61次經(jīng)過最低點(diǎn)的時(shí)間間隔為54.60s,則此單擺周期為

S,該小組測(cè)得的重力加速度大小為m/s2?(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字，/

取9.870)

［解析］(1)題圖(a)中，螺旋測(cè)微器固定刻度讀數(shù)為0.0mm,可動(dòng)刻度部分讀數(shù)為

0.8X0.01mm=0.008mm,所以讀數(shù)為0.008mm；題圖(b)中，螺旋測(cè)微器固定刻度讀數(shù)為

20.0mm,可動(dòng)刻度部分讀數(shù)為3.5X0.01mm=0.035mm,所以讀數(shù)為20.035mm；擺球的

直徑<7=20.035mm—0.008mm=20.027mm。