任務群檢測練(七)力學實驗

1．某同學利用如圖甲所示裝置驗證動量定理，器材包括：氣墊

導軌、滑塊(上方安裝有寬度為d的遮光片)、兩個與計算機相連接的

光電門、天平、砝碼盤和砝碼等。用細線跨過輕質定滑輪將滑塊與砝

碼盤連接，調節(jié)滑輪高度，使細繩保持與導軌平面平行?；瑝K在砝碼

和砝碼盤的拉動下從氣墊導軌的右邊開始運動，與計算機連接的光電

門能測量出遮光片經(jīng)過A、B兩處光電門時的遮光時間t1、t2及遮光

片從A到B所用時間Δt。測出砝碼盤和砝碼的總質量為m1、滑塊(含

遮光片)的質量為m2，已知重力加速度為g。

①用游標卡尺測得遮光片的寬度如圖乙所示，則d＝

____________mm；

②實驗開始前，調節(jié)氣墊導軌水平，即在滑塊未連接輕繩時，開

動氣泵，調節(jié)氣墊導軌，輕推滑塊，使滑塊上的遮光片分別經(jīng)過兩個

光電門的遮光時間t1____________(選填“>”“＝”或“＜”)t2；

③在遮光片隨滑塊從A到B的過程中，如果將砝碼和砝碼盤所受

重力大小視為滑塊所受的拉力大小，則拉力沖量的大小I＝

____________，滑塊動量變化量的大小Δp＝____________；(均用題

中給定的字母表示)

④為盡量減小實驗誤差，本實驗要求砝碼盤和砝碼的總質量

m1____________(選填“遠大于”“遠小于”或“等于”)滑塊(含遮光

片)的質量m2。

1

解析：①游標卡尺讀數(shù)為d＝1.1cm＋14×mm＝11.70mm。

20

②實驗開始前，需平衡摩擦力，則輕推滑塊，滑塊在導軌上做勻

速直線運動，滑塊上的遮光片分別經(jīng)過兩個光電門的遮光時間相等。

③如果將砝碼和砝碼盤所受重力大小視為滑塊所受的拉力大小，

d

則拉力沖量的大小I＝m1gΔt，滑塊經(jīng)過A時的速度為v1＝，滑塊

t1

d

經(jīng)過B時的速度為v2＝，滑塊動量變化量的大小為Δp＝m2v2－m2v1

t2

11

－

＝m2dt2t1。

④對砝碼盤和砝碼、滑塊(含遮光片)組成的整體，根據(jù)牛頓第二

1

定律有mg＝(m＋m)a，而對滑塊有T＝ma，聯(lián)立解得T＝mg，

11221m

1＋1

m2

若要將砝碼和砝碼盤所受重力大小視為滑塊所受的拉力大小，則需要

滿足m1?m2，即砝碼盤和砝碼的總質量m1遠小于滑塊(含遮光片)的質

量m2。

答案：①11.70②＝③m1gΔt

11

－

m2dt2t1④遠小于

2．(2023·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F1和F2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F的大小，沿細線標記此時F的方向。

④選擇合適標度，由步驟②的結果在白紙上根據(jù)力的平行四邊形

定則作F1和F2的合成圖，得出合力F′的大小和方向；按同一標度在

白紙上畫出力F的圖示。

⑤比較F′和F的________，從而判斷本次實驗是否驗證了力的

平行四邊形定則。

解析：②實驗中保證兩次操作使橡皮條產(chǎn)生相同的彈力作用，故

應標記小圓環(huán)的位置以及每個力的大小和方向，力的大小由測力計讀

出，方向即為細線的方向，故C、D正確；橡皮條與細線的長度沒必

要測出，A、B錯誤。

③撤掉一個測力計，用另一個測力計把小圓環(huán)拉到已標記的小圓

環(huán)位置，記錄此時拉力F的大小和方向。

⑤比較F′和F的大小和方向，從而判斷本次實驗是否驗證了力

的平行四邊形定則。

答案：②CD③標記位置⑤大小和方向

3．兩實驗小組的同學分別用圖甲和圖乙所示的裝置進行“驗證

機械能守恒定律”的實驗。

(1)在圖甲中，下落物體應選擇密度______(選填“大”或“小”)

的重物；在圖乙中，兩個重物的質量關系是m1______(選填“＞”“＝”

或“＜”)m2。

(2)某同學采用圖乙裝置進行實驗時，測出多個計數(shù)點對應的重

v2

物的速度大小v及對應重物m上升的高度h，作出的-h圖像如圖

22

丙所示，若圖像的斜率k＝______(用含m1、m2和g的式子表示)，即

可驗證機械能守恒。

v2

(3)假設圖乙所示裝置機械能不守恒，則作出的-h圖像與圖丙

2

的區(qū)別是_________________。

解析：(1)物體下落過程受到的阻力應遠小于重力，故應采用質

量大而體積小的重物，即密度要大；在題圖乙中，m2下面連著穿過打

點計時器的紙帶，應向上運動，故兩個重物的質量關系是m1＞m2。

(2)題圖乙裝置機械能守恒，則有

1

mgh＝(m＋m)v2＋mgh

12122

v2m－m

整理得＝12gh

2m1＋m2

v2m－m

-h圖像的斜率為k＝12g。

2m1＋m2

1

(3)乙方案若機械能不守恒，根據(jù)能量守恒有mgh＝(m＋m)v2

1212

2

vm1－m2Q

＋m2gh＋Q，整理得＝gh－，所以若機械能不守恒，

2m1＋m2m1＋m2

作出的圖像與題圖丙相比，斜率不變，但不過原點。

m－m

答案：(1)大＞(2)12g

m1＋m2

(3)見解析

4．小勇同學在學習完“自由落體運動”的內容后，利用手機在

課外進一步進行實驗研究。他將小球固定在刻度尺的旁邊由靜止釋放，

用手機拍攝小球下落的視頻，然后用相應的軟件處理得到分幀圖片，

利用圖片中小球的位置就可以得出小球的速度等信息。圖1為實驗裝

置圖，圖2為小球下落過程中三幅連續(xù)相鄰的分幀圖片。已知相鄰兩

幀之間的時間間隔為0.16s，刻度尺為毫米刻度尺。

(1)圖2中小球的瞬時速度約為____________m/s。(結果保留兩

位小數(shù))

(2)關于實驗裝置和操作，以下說法正確的是____________。

A．刻度尺應固定在豎直平面內

B．選擇材質密度小的小球

C．重垂線的作用是檢驗小球是否沿豎直方向下落

D．固定手機時，攝像鏡頭應正對刻度尺

(3)該同學利用多幀圖片測算小球對應的速度v和下落的高度h，

繪制的v2-h圖像如圖所示。其中P、Q分別為兩個大小相同、質量

不同的小球下落的圖像(空氣阻力不變)，由圖像可知兩球質量大小關

系是mP____________(選填“大于”“等于”或“小于”)mQ。

解析：(1)根據(jù)平均速度等于中間時刻的瞬時速度可得題圖2中

0.772－0.025

小球的瞬時速度約為v＝m/s≈2.33m/s。

20.16×2

(2)小球做自由落體運動，為了測量小球下落的位置，刻度尺應

固定在豎直平面內，A正確；為了減小實驗誤差，應該選擇密度較大

的小球，B錯誤；重垂線的作用是檢驗裝置是不是豎直放置，不能檢

驗小球是否沿豎直方向下落，C錯誤；為了拍攝的小球的位置比較準

確，固定手機時，攝像頭應正對刻度尺，D正確。

(3)小球下落過程若空氣阻力不忽略，且空氣阻力不變，根據(jù)動

12f

能定理，有mgh－fh＝mv2，得v2＝(2g－)h，又因為k>k，則

2mPQ

2f2f

2g－>2g－，所以mP>mQ。

mPmQ

答案：(1)2.33(2)AD(3)大于

5．(2023·湖北高考)某同學利用測質量的小型家用電子秤，設

計了測量木塊和木板間動摩擦因數(shù)μ的實驗。如圖(a)所示，木板和

木塊A放在水平桌面上，電子秤放在水平地面上，木塊A和放在電子

秤上的重物B通過跨過定滑輪的輕繩相連。調節(jié)滑輪，使其與木塊A

間的輕繩水平，與重物B間的輕繩豎直。在木塊A上放置n(n＝0，1，

2，3，4，5)個砝碼(電子秤稱得每個砝碼的質量m0為20.0g)，向左

拉動木板的同時，記錄電子秤的對應示數(shù)m。

(1)實驗中，拉動木板時________(選填“必須”或“不必”)保

持勻速。

(2)用mA和mB分別表示木塊A和重物B的質量，則m和mA、mB、

m0、μ、n所滿足的關系式為m＝______________。

(3)根據(jù)測量數(shù)據(jù)在坐標紙上繪制出m-n圖像，如圖(b)所示，

可得木塊A和木板間的動摩擦因數(shù)μ＝________。(保留2位有效數(shù)

字)

解析：(1)木板和木塊之間是滑動摩擦力，拉動木板時勻速或者

非勻速對木板和木塊之間的滑動摩擦力大小沒有影響，故不必勻速拉

動木板。

(2)由題意可知，根據(jù)平衡條件，對木塊A有FT＝μ(mA＋nm0)g，

對重物B有FT＋mg＝mBg，聯(lián)立解得m＝mB－μ(mA＋nm0)。

(3)由(2)可得m＝mB－μmA－μm0·n，由題圖(b)可得斜率k＝－

59－19

μm＝－g，解得μ＝0.40。

05

答案：(1)不必(2)mB－μ(mA＋nm0)(3)0.40

6．(2023·浙江6月高考)(1)在“探究平拋運動的特點”實驗中：

①用圖1裝置進行探究，下列說法正確的是________。

A．只能探究平拋運動水平分運動的特點

B．需改變小錘擊打的力度，多次重復實驗

C．能同時探究平拋運動水平、豎直分運動的特點

②用圖2裝置進行實驗，下列說法正確的是________。

A．斜槽軌道M必須光滑且其末端水平

B．上下調節(jié)擋板N時必須每次等間距移動

C．小鋼球從斜槽M上同—位置靜止?jié)L下

③用圖3裝置進行實驗，豎直擋板上附有復寫紙和白紙，可以記

下鋼球撞擊擋板時的點跡。實驗時豎直擋板初始位置緊靠斜槽末端，

鋼球從斜槽上P點靜止?jié)L下，撞擊擋板留下點跡0，將擋板依次水平

向右移動x，重復實驗，擋板上留下點跡1、2、3、4。以點跡0為坐

標原點，豎直向下建立坐標軸y，各點跡坐標值分別為y1、y2、y3、

y4。測得鋼球直徑為d，則鋼球平拋初速度v0為________。

dgdg

A．(x＋)B．(x＋)

22y12y2－y1

dgdg

C．(3x－)D．(4x－)

22y422y4

(2)如圖4所示，某同學把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系。在B彈簧下端依次掛上質量為

m的鉤碼，靜止時指針所指刻度xA、xB的數(shù)據(jù)如表。

鉤碼個

012…

數(shù)

xA/cm7.758.539.30…

16.418.520.6

xB/cm…

520

鉤碼個數(shù)為1時，彈簧A的伸長量ΔxA＝________cm，彈簧B的

伸長量ΔxB＝________cm，兩根彈簧彈性勢能的增加量Δ

Ep________(選填“＝”、“<”或“>”)mg(ΔxA＋ΔxB)。

解析：(1)①用題圖1裝置可以探究平拋運動豎直方向做自由落

體運動的特點，需要改變小錘擊打的力度，多次重復實驗，B正確，

A、C