力學實驗-2023年高考物理三輪復習（全國通用）（解析版）

查補易混易錯12力學實驗

/高考直擊/

力學實驗題是高考的必考內(nèi)容，高考對于這部分知識點的命題形式是：根據(jù)實驗原理，設計實驗，

正確處理實驗數(shù)據(jù)，得出實驗結(jié)論。將考查的知識點延伸到演示實驗中，擴展到設計性、應用性等實驗。

需要學生能夠?qū)⑺鶎W的實驗原理和實驗方法知識遷移到情境實驗中去。

高考的命題特點是：在課本實驗的基礎上，或以基本力學模型為載體，根據(jù)運動學和動力學及能量的

觀點知識設計實驗，主要形式有：實驗原理的拓展和延伸，來源于教材，又高于教材，需要分析理解實驗

而不是盲目背誦實驗；情境的設計與創(chuàng)新（認真審題，建立模型，理解是做什么，怎么做和為什么。萬變

不離實驗的原理。）；實驗器材的等效與替換（不變目的但變裝置；不變裝置但變目的）。

近三年高考的題目主要集中在：驗證機械能守恒定律，探究彈力與彈簧伸長量的關系，驗證動量定理。

及動摩擦因數(shù)和重力加速度的測量，預測2023年的備考建議是動量守恒定律、力的平行四邊形法則和平拋

運動及機械能守恒定律。

考向一、紙帶類實驗

易混易錯歸納：

1.涉及的實驗：（1）研究勻變速直線運動。（2）驗證牛頓運動定律。（3）驗證機械能守恒定律。

2.紙帶的應用：（1）確定時間

（2）求瞬時速度：做勻變速直線運動的物體在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度。如圖所

示，則打〃點時的速度匕］嗯?葉1\

（3）求加速度「％」?

②逐差法：如圖所示，a=A.七色=，+學+矢/三二￡（^0123—4—5，

③兩段法：把圖中不、及、用、劉、生、屈分成時間相等（均為37）的兩

大段，則由X”一XI=a∕i得：（xi+xs+xe）—（XI+Λ?+Λ?）=a（3TV,解出的a與上面逐差法結(jié)果相等。

④圖像法：畫出P-￡圖像，圖線的斜率為物體做勻變速直線運動的加速度。

3.使用打點計時器注意事項：

L平行：紙帶、細繩要和長木板平行。

2.靠近：釋放小車前，應使小車停在靠近打點計時器的位置。

3.兩先兩后：實驗時應先接通電源，后釋放小車：實驗后先斷開電源，后取下紙帶。

典例分析：

1.（2022?北京）某同學利用自由落體運動測量重力加速度，實驗裝置如圖1所示，打點計時器接在

頻率為50?0Hz的交流電源上。使重錘自由下落，打點計時器在隨重錘下落的紙帶上打下一系列點跡。挑出

點跡清晰的一條紙帶，依次標出計數(shù)點1,2,…，8,相鄰計數(shù)點之間還有1個計時點。分別測出相鄰計數(shù)

點之間的距離孫占，，電，并求出打點2,3,…，7時對應的重錘的速度。在坐標紙上建立VT坐標系，

根據(jù)重錘下落的速度作出UT圖線并求重力加速度。

圖1

（1）圖2為紙帶的一部分，打點3時，重錘下落的速度匕=m/s（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。

5〉?金?；單位：Cm）

卜3.83""5：6T/

圖2

（2）除點3外，其余各點速度對應的坐標點已在圖3坐標系中標出，請在圖中標出速度匕對應的坐標

點，并作出v-f圖線-

（3）根據(jù)圖3,實驗測得的重力加速度g=m/s?（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。

（4）某同學居家學習期間，注意到一水龍頭距地面較高，而且發(fā)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)水龍頭閥門可實現(xiàn)水滴逐

滴下落，并能控制相鄰水滴開始下落的時間間隔，還能聽到水滴落地時發(fā)出的清脆聲音。于是他計劃利用

手機的秒表計時功能和刻度尺測量重力加速度。為準確測量，請寫出需要測量的物理量及對應的測量方法。

【答案】1.15見解析9.79見解析

【解析】（1）打點計時器接在頻率為50.0HZ的交流電源上，相鄰計數(shù)點之間還有1個計時點，則相鄰

兩計數(shù)點之間的時間為r=2χ0.02s=0.04s;紙帶做自由落體運動，打點3時的瞬時速度等于點2到點4之

間的平均速度，由紙帶數(shù)據(jù)可知匕吟=*AHy

(2)做出圖像如圖所示

(3)根據(jù)u=gf,可知g=N;根據(jù)VT圖像可知其斜率為重力加速度，則有g=—~m∕s2=9.79m∕s2

t0.24

(4)需要測量的物理量：水滴下落的高度8和下落的時間t.

測量方的方法：用刻度尺測量水龍頭出水口到地面的高度，多次測量取平均值；

測量t的方法：調(diào)節(jié)水龍頭閥門，使一滴水開始下落的同時，恰好聽到前一滴水落地時發(fā)出的清脆聲

音。用手機測量〃滴水下落的總時間乙，貝h=L

n

2.(2021?福建)某實驗小組利用圖(a)所示的實驗裝置探究空氣阻力與速度的關系，實驗過程如下：

薄板

細繩小皂」紙帶學笆時器

__?^wjI_I__________________

圖(a)圖(b)

(1)首先將未安裝薄板的小車置于帶有定滑輪的木板上，然后將紙帶穿過打點計時器與小車相連。

(2)用墊塊將木板一端墊高，調(diào)整墊塊位置，平衡小車所受摩擦力及其他阻力。若某次調(diào)整過程中打

出的紙帶如圖(b)所示(紙帶上的點由左至右依次打出)，則墊塊應該.(填“往左移”“往右

移”或“固定不動”)。

(3)在細繩一端掛上鉤碼，另一端通過定滑輪系在小車前端。

(4)把小車靠近打點計時器，接通電源，將小車由靜止釋放。小車拖動紙帶下滑，打出的紙帶一部分

如圖(C)所示。已知打點計時器所用交流電的頻率為50Hz,紙帶上標出的每兩個相鄰計數(shù)點之間還有4

個打出的點未畫出。打出F點時小車的速度大小為m/s(結(jié)果保留2位小數(shù))。

(5)保持小車和鉤碼的質(zhì)量不變，在小車上安裝一薄板。實驗近似得到的某時刻起小車圖像如圖

(d)所示，由圖像可知小車加速度大小(填''逐漸變大”“逐漸變小”或“保持不變”)。據(jù)此

可以得到的實驗結(jié)論是。

【答案】往右移0.15逐漸變小空氣阻力隨速度增大而增大

【解析】(2)由題圖(b)可知從左往右點間距逐漸增大，說明小車做加速運動，即平衡摩擦力過度,

應減小木板的傾角，即將墊塊往右移。

(4)打F點時小車的速度大小等于打E、G兩點之間小車的平均速度大小，即

A=(6.92-3.85)xl0-m/sa0i5m/s

f2T2×0.1

(5)圖像的斜率表示加速度，所以由圖像可知小車加速度大小逐漸變小。小車加速度隨速度的增

大而變小，根據(jù)牛頓第二定律可知小車和鉤碼組成的系統(tǒng)所受合外力尸隨速度的增大而變小。裝上薄板后，

設小車所受空氣阻力大小為￡則尸=感-/,而鉤碼重力儂不變，故由此得到的結(jié)論是空氣阻力隨速度

增大而增大。

3.某實驗小組用圖甲所示裝置探究加速度與力的關系。

打點學時器少車力住咸毀

紙帶、?τp力化感器

甲沙桶

(1)關于該實驗，下列說法正確的是

A.拉小車的細線要與木板平行

B.打點計時器要與6V直流電源連接

C.沙桶和沙的質(zhì)量要遠小于小車和傳感器的質(zhì)量

D.平衡摩擦力時?，紙帶要穿過打點計時器后連在小車上

(2)圖乙中的兩種穿紙帶方法，你認為(選填“左”或“右”)邊的打點效果好。

(3)實驗中得到一條如圖丙所示的紙帶，圖中相鄰兩計數(shù)點間還有4個點未畫出，打點計時器所用電

源的頻率為50Hz。由圖中實驗數(shù)據(jù)可知，打點計時器打下8點時小車的速度%=m∕s,小車的

加速度〃=m∕s"(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

(4)某同學根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的a-尸圖像如圖丁所示。該直線不過坐標原點的原因可能是

A.摩擦力平衡過大

B.沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不足

【答案】AD或DA右0.160.50A

【解析】(DA.為了保證拉力沿水平方向，拉小車的細線要與木板平行，故A正確；B.打點計時器

要與交流電源連接，故B錯誤；C本實驗采用力傳感器測量小車受到的力，故不需要求沙桶和沙的質(zhì)量遠

小于小車和傳感器的質(zhì)量，故C錯誤；D.平衡摩擦力時，不需祛碼和小桶，但小車后面必須與紙帶相連,

因為運動過程中紙帶受到阻力，故D正確。故選AD。

(2)在實驗中紙帶應放在復寫紙的下方，這樣才能打出清楚的點，故右邊打點效果要好;

(3)相鄰兩計數(shù)點間還有4個點未畫出，故兩計數(shù)點間的時間間隔為0.1s；6點的速度等4C段的平

均速度，由圖可知AB=L40Cm=O.0140m,BC=1.89cm=0.0189m,CD=2.4Icm=0.024Im

DE=2.89cm=0.0289m貝!∣8點的速度為"===.C…——m∕s=0.16m∕s根據(jù)?χ=T2可得

IT2×0.1a

CE-AC(0.0241+0.0289)-(0.0140+0.0189),CUC,

a=----；-=------------------------------------------------m/s2=0.50m∕s2

4T24

(4)由圖像可知，a-尸圖像在a軸上有截距，這是由于平衡摩擦力過度造成的。即在實際操作中,

平衡摩擦力時斜面傾角過大，故A正確，BCD錯誤。故選A。

4、(2020?全國卷ΠI)某同學利用圖(a)所示裝置驗證動能定理。調(diào)整木板的傾角平衡摩擦阻力后，掛

上鉤碼，鉤碼下落，帶動小車運動并打出紙帶。某次實驗得到的紙帶及相關數(shù)據(jù)如圖(b)所示。已知打出圖

(b)中相鄰兩點的時間間隔為0.02S,從圖(b)給出的數(shù)據(jù)中可以得到，打出6點時小車的速度大小Vii=

m/s,打出尸點時小車的速度大小玲=m/s。(結(jié)果均保留2位小數(shù))

圖(a)圖(b)

若要驗證動能定理，除了需測量鉤碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量外，還需要從圖（b）給出的數(shù)據(jù)中求得的物理

量為O

【答案】：0.361.806、尸之間的距離

【解析】：打下8點的時刻為打下與8點相鄰左、右兩點的中間時刻，則打下8點時小車的速度應為這

4.00-2.56

兩點間小車的平均速度，即%=-0?04—×10^Ws=0.36m/s；同理打下尸點時小車的速度為珍=

57.86-50.661

0.04XlOTm∕s=L80m/s。在驗證動能定理時，如果選取6到尸的過程，則由儂］

1

一5（什加小2可知，要驗證動能定理還需要求得用產(chǎn)兩點間的距離。

5.在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關系“實驗中

①下列儀器需要用到的有.?

②若甲、乙、丙三個實驗小組分別采用如圖甲、乙、丙所示的實驗裝置來做實驗。已知他們使用的小

車完全相同，小車的質(zhì)量為加重物的質(zhì)量為必，試回答下列問題:

打點計時器上小車細線定滑輪打點計時器上小車細線定滑輪

紙帶一、?i紙帶IL4

力傳感器

7\長篇水,實驗臺

長木板水平實驗臺

重物而物

（甲）（丙）

則甲、乙、丙實驗中，必須補償小車和長木板之間摩擦力的實驗小組有。若用上面的甲裝置得

如圖所示的紙帶，已知打點計時器所使用的交流電頻率為50Hz,則小車的加速度為m∕s2（保留兩

位有效數(shù)字）。

你認為該同學實驗時選用的以加的比例關系合理嗎？o（填“合理”，“不合理”）

③如果實驗時所用交流電的頻率實際為48Hz,則實驗測得的加速度比真實值（填“大”或“小

【答案】BC或CB甲乙丙2.0不合理大

【解析】①在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”實驗中需要用到天平測量小車的質(zhì)量，用刻度尺測

量紙帶，故選BC。

②三個實驗裝置平臺都是水平的，都需要抬高木板的一端平衡摩擦力，故選甲乙丙；

小車的加速度為a=XCL>C=(7?93-3.32-3乎)x10“/$2=/s?,在甲裝置中，只有當重物的質(zhì)

4T24×0.042

量。遠小于小車的質(zhì)量〃時，才可認為重物的重力近似等于小車的牽引力；由牛頓第二定律〃，g=("+M)”

解得游4g即〃不是遠大于“故該同學實驗時選用的乂。的比例關系不合理；

③如果實驗時所用交流電的頻率實際為48Hz,則打點周期偏大，而計算時仍用0.02S計算，則實驗測

得的加速度比真實值大。

6.某同學利用如圖所示的裝置驗證機械能守恒定律，已知當?shù)刂亓铀俣葹間。主要實驗步驟如下：

數(shù)學計時器學［［氣墊導軌

/A%*.∣'∣氏繆彳產(chǎn)

①用游標卡尺測量擋光片的寬度4用量角器測出氣墊導軌的傾角θ.

②測量擋光片到光電門的距離x；

③由靜止釋放滑塊，記錄數(shù)字計時器顯示擋光片的擋光時間

④改變x,測出不同X所對應的擋光時間上

根據(jù)上述實驗步驟請回答：

(1)用游標卡尺測量擋光片的寬度時的結(jié)果如圖所示，則擋光片的寬度d=mm。

-012cm~)

IIIIIIIII.?IIl∣JJJJJIJIIIIII?

I［門II］I1IIIfIIII【III

01020

(2)滑塊通過光電門時速度的表達式—(用實驗中所測物理量符號表示)。

(3)根據(jù)實驗測得的多組X、2數(shù)據(jù)，可繪制x—十圖象，圖象的縱坐標為X,橫坐標為"，如果滑塊下

滑過程符合機械能守恒定律，則圖象應為過原點的一條傾斜直線，其斜率為(用d、

夕、g表示)。

【答案】⑴2?4。⑵(J

【解析】(1)游標卡尺的主尺讀數(shù)為2mm,游標讀數(shù)為0.05X8mm=0.40mm,所以最終讀數(shù)為2mm

+0.40mm=2.40mmo

(2)由于擋光片通過光電門的時間極短，可以用平均速度表示瞬時速度。滑塊通過光電門時速度片：

（3）如果滑塊下滑過程符合機械能守恒定律，則應有mgxsinθ=/,所以三歐1J

象應為過原點的一條傾斜直線，其斜率為廠

Z^sιnU

考向二、光電門、手機應用類實驗

易混易錯歸納：

光電門的應用

（1）記錄時間：光電計時器可以記錄擋光時間?∕o

（2）測量瞬時速度：v=（α為遮光板寬度）；用平均速度代替瞬時速度。

智能手機：在近幾年應用到實驗中，類似光電門、傳感器，打點計時器。

典例分析：

L（2022?江蘇）小明利用手機測量當?shù)氐闹亓铀俣龋瑢嶒瀳鼍叭鐖D1所示，他將一根木條平放在

樓梯臺階邊緣，小球放置在木條上，打開手機的“聲學秒表”軟件，用鋼尺水平擊打木條使其轉(zhuǎn)開后，小

球下落撞擊地面，手機接收到鋼尺的擊打聲開始計時，接收到小球落地的撞擊聲停止計時，記錄下?lián)舸蚵?/p>

與撞擊聲的時間間隔t,多次測量不同臺階距離地面的高度小及對應的時間間隔t.

圖1

（1）現(xiàn)有以下材質(zhì)的小球，實驗中應當選用

A.鋼球B.乒乓球C.橡膠球

（2）用分度值為Imm的刻度尺測量某級臺階高度力的示數(shù)如圖2所示，則。=

圖2

2

（3）作出2〃-產(chǎn)圖線，如圖3所示，則可得到重力加速度g=m∕so

（4）在圖1中，將手機放在木條與地面間的中點附近進行測量，若將手機放在地面1點，設聲速為外

考慮擊打聲的傳播時間，則小球下落時間可表示為，'=（用氏f和P表示）。

（5）有同學認為，小明在實驗中未考慮木條厚度，用圖像法計算的重力加速度g必然有偏差。請判斷

該觀點是否正確，簡要說明理由o

h

【答案】A61.209.55t+-不正確，理由見解析

V

【解析】（I）為了減小空氣阻力等誤差影響，應該選用材質(zhì)密度較大的小鋼球，故選A。

（2）刻度尺的分度值為h≡,估讀到分度值的下一位，由圖可知爐61.20cm；

I?/,

（3）根據(jù)∕z=]g/可知7r=g故在2--圖像中斜率表示重力加速度,則根據(jù)圖線有

3.27-0.50

m∕s2≈9.55m∕s2

0.35-0.06

⑷⑷下落過程中聲音傳播的時間為G）則小球下落的時間為r'=r+%=r+"

VV

（5）[5]設木條厚度為4則臺階距離地面的高度歷時的時間為3高度歷時的時間為以則根據(jù)前

面的分析有g=~-_'可知與〃無關。

WT弓r

2.（2022?遼寧）某同學利用如圖所示的裝置測量重力加速度，其中光柵板上交替排列著等寬度的遮

光帶和透光帶（寬度用d表示）。實驗時將光柵板置于光電傳感器上方某高度，令其自由下落穿過光電傳感

器。光電傳感器所連接的計算機可連續(xù)記錄遮光帶、透光帶通過光電傳感器的時間間隔加。

透光帶

（1）除圖中所用的實驗器材外，該實驗還需要（填“天平”或“刻度尺”）；

（2）該同學測得遮光帶（透光帶）的寬度為450cm,記錄時間間隔的數(shù)據(jù)如表所示,

1遮2遮3遮

編號

光帶光帶光帶

Δr∕(×10'73.38.30.

根據(jù)046700上述實驗數(shù)據(jù)，可得編號為3的遮光帶

通過光電傳感器的平均速度大小為匕=

m/s（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）；

（3）某相鄰遮光帶和透光帶先后通過光電傳感器的時間間隔為A小Δ∕2,則重力加速度g=

（用d、A用At?表示）；

（4）該同學發(fā)現(xiàn)所得實驗結(jié)果小于當?shù)氐闹亓铀俣?，請寫出一條可能的原因：

【答案】刻度尺1.5?":誓）光柵板受到空氣阻力的作用

【解析】（1）該實驗測量重力加速度，不需要天平測質(zhì)量；需要用刻度尺測量遮光帶（透光帶）的寬

度，故需要刻度尺；

（2）根據(jù)平均速度的計算公式可知丫=α="”巴=1.5m∕s

Δ/30×10^*3S

（3）［3］根據(jù)勻變速直線運動平均速度等于中間時刻的速度，有匕，匕=￡,V2=h+g［義詈）

24?rl~M）

"號*?rl?r2（?r1+?r2）

（4）光柵板的長度明顯，下落過程中受到空氣阻力的影響，所以豎直向下的加速度小于重力加速度。

3.（2021?山東）某乒乓球愛好者，利用手機研究乒乓球與球臺碰撞過程中能量損失的情況。實驗步

驟如下：

①固定好手機，打開錄音功能；②從一定高度由靜止釋放乒乓球；

③手機記錄下乒乓球與臺面碰撞的聲音，其隨時間（單位：s）的變化圖像如圖所示。

根據(jù)聲音圖像記錄的碰撞次序及相應碰撞時刻，如下表所示。

碰撞次序1234567

碰撞時刻1122233

（S）.12.58.00.40.78.14.47

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，回答下列問題:

（1）利用碰撞時間間隔，計算出第3次碰撞后乒乓球的彈起高度為m（保留2位有效數(shù)字，

當?shù)刂亓铀俣萭=9.80m∕s2）。

（2）設碰撞后彈起瞬間與該次碰撞前瞬間速度大小的比值為k,則每次碰撞損失的動能為碰撞前動能

的倍（用Z■表示），第3次碰撞過程中L=（保留2位有效數(shù)字）。

（3）由于存在空氣阻力，第（1）問中計算的彈起高度（填“高于”或“低于”）實際彈

起高度。

【答案】0.20l-k20.95高于

【解析】（1）⑴第3次碰撞到第4次碰撞用時/°=2.40s-2.00s=0?40s,根據(jù)豎直上拋和自由落體運

動的對稱性可知第3次碰撞后乒乓球彈起的高度為4=gg圖=gX9.8X0.22m≈0.20m

（2）碰撞后彈起瞬間速度為匕，碰撞前瞬間速度為W,根據(jù)題意可知-=3則每次碰撞損失的動能

II1

—mv2—tnv2—mv2

iσy2

與碰撞前動能的比值為212-=1-2—=↑-k,第2次碰后從最高點落地瞬間的速度

—1mv2：1—mv；2

2'21

24020

V=/=（2.00,1.581g=02ig,第3次碰撞后瞬間速度為"=gt'=（?^?θ）g=0.20g則第3次碰撞過程

.,M0.20CCU

中k=—=------≈0.95

V0.21

（3）由于存在空氣阻力，乒乓球在上升過程中受到向下的阻力和重力，加速度變大，上升的高度變小，

所以第（1）問中計算的彈起高度高于實際彈起的高度。

4.（2022?廣東）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，

設計了如圖（a）所示的裝置，實驗過程如下:

移放裝置

（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（b）所示，小球直徑〃=mm。

（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。

（4）計算小球通過光電門的速度，已知小球的質(zhì)量為加，可得小球與橡膠材料碰撞導致的機械能損失

ΔE=（用字母卬、&%和G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。

1d?1d,

【答案】7.884/7.882/7.883/7.885/7.886B增大

【解析】（2）依題意，小球的直徑為"=7.5mm+38.4χ0.0Irnrn=7.884mm

（3）在測量時，因小球下落時間很短，如果先釋放小球，有可能會出現(xiàn)時間記錄不完整，所以應先接

通數(shù)字計時器，再釋放小球，故選瓦

（4）依題意，小球向下、向上先后通過光電門時的速度分別為小5則有匕=（,匕==

l?*2

則小球與硅膠材料碰撞過程中機械能的損失量為AE=W-5汶=/￠）2-5"f）2

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

起的測量誤差。

考向三、彈簧、橡皮條、碰撞類實驗

易混易錯歸納：

1.探究彈簧彈力和形變量的關系

1.不要超過彈性限度。2.測彈簧原長時要保持自由懸掛。

3.數(shù)據(jù)處理：作尸一X圖，斜率即勁度系數(shù)鼠

圖線1：X表示彈簧形變量。圖線2：X為彈簧長度，其中Xo為彈簧原長。（無論圖

線1圖線2,斜率都表示勁度系數(shù)）。圖線3：后端發(fā)生彎曲原因是超過彈性限度。

圖線4：X軸小截距原因可能是測彈簧原長時未懸掛，懸掛后彈簧自身重力導致誤

差。

4.探究結(jié)果：胡克定律尸=h（x為形變量），彈簧勁度系數(shù)的算法：左=：F=篝NF。

2.探究兩個胡成角度的力的關系

L實驗裝置圖，甲是用兩個力把橡皮條拉到某一位置，乙是用一個力把橡皮條拉到同一位置，體現(xiàn)了等效的

思想。

2.測力計可以校對一下，即相互拉一拉，看示數(shù)是否相等，若不相等，需要校正好。

3.拉力應該與平板平行。

4.二個力的夾角不要太大或太小，目的是為了做平行四邊形時方便。

5.測力計拉橡皮條的細繩盡量長一些，目的是為了畫力方向時誤差小一些。

3.驗證動量守恒定律

本實驗可利用不同的方案驗證，具體如下:

實驗方案實驗裝置

利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗

滑塊速度的測量V=/

I

用兩擺球碰撞驗證動量守恒定律

擺球速度的測量v=√?Λ

在光滑桌面上兩車碰撞驗證動量守恒定律di

小車速度的測量V=學

痂入射小球

二被撞小球

I列/白紙

利用斜槽上滾下的小球驗證動量守恒定律

/??∕/

速度與平拋運動的水平位移成正比

典例分析:

1.(2021?廣東)某興趣小組測量一緩沖裝置中彈簧的勁度系數(shù)，緩沖裝置如圖所示，固定在斜面上

的透明有機玻璃管與水平面夾角為30°,彈簧固定在有機玻璃管底端。實驗過程如下：先沿管軸線方向固

定一毫米刻度尺，再將單個質(zhì)量為20Og的鋼球(直徑略小于玻璃管內(nèi)徑)逐個從管口滑進，每滑進一個鋼

球，待彈簧靜止，記錄管內(nèi)鋼球的個數(shù)〃和彈簧上端對應的刻度尺示數(shù)￡(),數(shù)據(jù)如表所示。實驗過程中彈

簧始終處于彈性限度內(nèi)。采用逐差法計算彈簧壓縮量，進而計算其勁度系數(shù)。

壓縮量的平均值?Z=M=cm；

(2)上述通是管中增加個鋼球時產(chǎn)生的彈簧平均壓縮量；

(3)忽略摩擦，重力加速度g取9.80m∕s2,該彈簧的勁度系數(shù)為N∕t∏o(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)

【答案】6.046.05348.6

【解析】(D根據(jù)壓縮量的變化量為△￡,=。-4=(18.09-12.05)Cm=6.04Cm

,?e≡,,FML,∣?Δ>~~~7ΔΔ+ΔΔ)÷ΔΔ,6.03+6.08+6.04

壓rτ縮量的平均值為=———γ———=---------------cm≈6.05cm

(2)因三個M是相差3個鋼球的壓縮量之差，則所求平均值為管中增加3個鋼球時產(chǎn)生的彈簧平均

壓縮量

/c、gg_—,3/??￡sinθ3×0.2×9.8×sin30o八一

(3)根據(jù)鋼球的平衡條件有3mgsin0λ=??ΔL解得k=-?—=——……——NVT/m≈48.6N∕m

A/.6.05×10^

2.某實驗小組同學用鐵架臺、彈簧和多個質(zhì)量均為/77=50g的鉤碼，探究在彈性限度內(nèi)彈簧彈力與形

變量的關系，實驗裝置如圖甲所示。

(1)該組同學在做該實驗時，依次在彈簧下端掛上鉤碼，并在表格內(nèi)分別記下鉤碼靜止時彈簧下端指針

像分析并得出以下結(jié)論：

①彈簧原長為cm。

②彈簧的勁度系數(shù)k=N∕cm(保留兩位有效數(shù)字)。

(2)彈簧與繩有一點相似之處，都可以認為是一個傳遞力的媒介。某位同學根據(jù)這個觀點推廣認為：將

兩個同樣的彈簧串接在一起后,彈簧的勁度系數(shù)4與原來一樣。你認為他的想法正確嗎？。

并解釋一下你的理由：。

【答案】：(1)13.70見解析圖①11.40(11.20?11.50均正確)②0.42(0.40?0.45均正確)(2)

不正確兩個勁度系數(shù)相同的彈簧串聯(lián)后，施加外力后，與單獨一個彈簧相比彈簧的等效伸長量變?yōu)樵瓉?/p>

(2)不正確。兩個勁度系數(shù)相同的彈簧串聯(lián)后，施加外力后，與單獨一個彈簧相比彈簧的等效伸長量變

為原來的2倍，所以勁度系數(shù)發(fā)生改變。

3.“驗證力的平行四邊形定則”的實驗如圖甲所示，其中/1為固定橡皮條的圖釘，。為橡皮條與細繩的

結(jié)點，如和OC為細繩。圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的力的圖示。

(1)本實驗采用的科學方法是。

A.理想實驗法B.等效替代法C.控制變量法

(2)圖乙中的尸與〃兩力中，方向一定沿40方向的是。

(3)關于實驗下列說法正確的是。

A.拉橡皮條的細繩短一些，實驗效果較好

B.拉橡皮條時，彈簧測力計、橡皮條、細繩應貼近木板且與木板平面平行

C.橡皮條彈性要好，拉結(jié)點到達某一位置。時，拉力6和人的夾角越大越好

D.在同一實驗中0點位置不能變

【答案】(I)B⑵尸⑶BD

【解析】(1)本實驗用一根彈簧的拉力代替兩根彈簧的拉力作用效果，采用了等效替代法，故選B。

(2)尸是通過作圖的方法得到合力的理論值，在平行四邊形的對角線上，而"是通過一個彈簧測力計

沿40方向拉橡皮條，使橡皮條伸長到。點，其方向一定沿力0方向。

(3)在實驗中要減小拉力方向的誤差，應讓標記同一細繩方向的兩點盡量遠些，故細繩應該長一些，故

A錯誤；作圖時，我們是在白紙中作圖，做出的是水平力的圖示，若拉力傾斜，則作出圖的方向與實際力的

方向有較大差別，故應使各力盡量與木板平面平行，故B正確；兩個拉力的夾角過大，合力會過小，取理

論值時相對誤差變大，故夾角合適即可，但要保證力的作用效果即0點位置不變，故C錯誤，D正確。

4.某同學設計了如圖裝置來驗證碰撞過程遵循動量守恒。在離地面高度為力的光滑水平桌面上，放置

兩個小球a和兒其中，b與輕彈簧緊挨著但不拴接，彈簧左側(cè)固定，自由長度時離桌面右邊緣足夠遠，起

初彈簧被壓縮一定長度并鎖定。a放置于桌面邊緣，球心在地面上的投影點為0點。實驗時，先將a球移開，

彈簧解除鎖定，8沿桌面運動后水平飛出。再將a球放置于桌面邊緣，彈簧重新鎖定。解除鎖定后，方球與

a球發(fā)生碰撞后，均向前水平飛出。重復實驗10次。實驗中，小球落點記為力、B、a

OABC

(1)若a球質(zhì)量為屆，半徑為"A球質(zhì)量為肱，半徑為八。6球與a球發(fā)生碰撞后，均向前水平飛出,

則。

A.ma<m∣,,ra-rhB.ma<m∣1,ra<r∣,C.ma>m∣,,r?—rbD.ma>m∣,,ra>r∣,

(2)為了驗證動量守恒，本實驗中必須測量的物理量有.

A.小球a的質(zhì)量偏和小球6的質(zhì)量a,B.小球飛出的水平距離X例、XgXoc

C.桌面離地面的高度4D.小球飛行的時間

(3)關于本實驗的實驗操作，下列說法不正確的是。

A.重復操作時?，彈簧每次被鎖定的長度應相同

B.重復操作時發(fā)現(xiàn)小球的落點并不完全重合，說明實驗操作中出現(xiàn)了錯誤

C.用半徑盡量小的圓把10個落點圈起來，這個圓的圓心可視為小球落點的平均位置

D.僅調(diào)節(jié)桌面的高度，桌面越高，線段仍的長度越長(4)在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，當所測物理量滿

足表達式：,即說明碰撞過程遵循動量守恒。(用題中已測量的物理量表示)

(5)該同學還想探究彈簧鎖定時具有的彈性勢能，他測量了桌面離地面的高度力，該地的重力加速度為

g,則彈簧鎖定時具有的彈性勢能反為。(用題中已測量的物理量表示)

【答案】：(I)A(2)AB(3)B(4)M?OB=mb'O4+∕πa?OC(5)竺/史

4力

【解析】：(1)為防止碰撞后入射球反彈，入射球的質(zhì)量應大于被碰球的質(zhì)量，即加>儡；為使兩球發(fā)生

對心正碰，兩球半徑應相等，即累="，故選A。

(2)要驗證動量守恒，就需要知道碰撞前后的動量，所以要測量兩個小球的質(zhì)量及碰撞前后小球的速度，

碰撞前后小球都做平拋運動，速度可以用水平位移代替，所以需要測量的量為：小球a、b的質(zhì)量成、mb,

記錄紙上。點到AB、C各點的距離CI4、OB、OC,故A、B符合題意。

(3)重復操作時，彈簧每次被鎖定的長度應相同，可以保證小球6能夠獲得相等的速度，故A項與題意

不相符；重復操作時發(fā)現(xiàn)小球的落點并不完全重合，不是實驗操作中出現(xiàn)了錯誤；可以用半徑盡量小的圓

把10個落點圈起來，這個圓的圓心可視為小球落點的平均位置，故B項與題意相符，C項與題意不相符；

僅調(diào)節(jié)桌面的高度，桌面越高，則小球飛行的時間越長，則線段如的長度越長，故D項與題意不相符。

(4)小球離開桌面后做平拋運動，小球拋出點的高度相同，小球在空中的運動時間t相等，如果碰撞過

程動量守恒，則加的=ZB?H+ΛJI吻兩邊同時乘以時間力，得：InI)Vet=JnlIVIt+IDaVzt典?mt?OB=Hk?OA+m?OC。

(5)桌面離地面的高度為力，該地的重力加速度為g,小球6飛行的時間t=?伶，小球6的初速度出

=與=OB?、梟,彈簧鎖定時具有的彈性勢能用轉(zhuǎn)化為小球。的動能，所以彈簧鎖定時具有的彈性勢能為

t\1?n

c,12Πh>g?

E=嚴IW=—耳—。

5.小吳利用如圖甲所示的裝置驗證機械能守恒定律。所用器材有：小球、細線、拉力傳感器(可以測

量細線的拉力)、托盤秤。當?shù)氐闹亓铀俣却笮間。

(I)將小球靜置于托盤秤上,如圖乙所示,托盤秤表盤的示數(shù)如圖丙所示,則小球的質(zhì)量機=kgo

(2)細線一端與小球相連，另一端繞在水平軸。上。將小球拉至與水平軸。同一高度處后由靜止釋放，

小球在豎直平面內(nèi)做圓周運動，若小球通過最低點時拉力傳感器的示數(shù)為F,則能驗證機械能守恒定律的等

式為F=?

(3)若測得水平軸。與小球之間的細線長度為。小球的直徑為d,則小球做圓周運動的最大速度％=

【答案】0.103mg同乙+界

【解析】(1)[1]將小球靜置于托盤秤上，如圖乙所示，托盤秤表盤的示數(shù)如圖丙所示，則小球的質(zhì)量

為機=0.1Okg

(2)[2]設細線長度為乙小球下落過程，有，3=加。小球在最低點，根據(jù)牛頓第二定律，可得

2

F-mg=聯(lián)立，可得尸=3mg

(3)[3]同理，若測得水平軸0與小球之間的細線長度為乙小球的直徑為H小球經(jīng)過最低點時具有

最大速度，有機g,+?=/;解得%=

6.某同學用氣墊導軌驗證動量守恒定律，實驗裝置如圖1所示。

(1)實驗室有兩組滑塊裝置。甲組兩個滑塊的碰撞端面裝上彈性碰撞架，乙組兩個滑塊的碰撞端面分

別裝上撞針和橡皮泥。若要求碰撞過程動能損失最小，應選擇(填“甲”或“乙”)組的實驗裝置。

甲乙

(2)用螺旋測微器測量遮光條寬度d,如圖2所示，并將兩塊寬度均為d的遮光條安裝到兩滑塊上,

可知遮光條的寬度"=mm。

-----35

叁3。

III」」」」

T1W

二25

O5

圖2

(3)安裝好氣墊導軌和光電門，接通氣源后，在導軌上輕放一個滑塊，給滑塊一初速度，使它從軌道

右端向左運動，發(fā)現(xiàn)滑塊通過光電門2的時間小于通過光電門1的時間。為使導軌水平，可調(diào)節(jié)P使軌道

左端(填“升高”或“降低”)一些。

(4)用天平測得滑塊A、B的質(zhì)量(均包括遮光條)分別為、機B;調(diào)整好氣墊導軌后，將滑塊A

向左彈出，與靜止的滑塊B發(fā)生碰撞,碰后兩滑塊沒有粘連,與光電門1相連的計時器顯示的擋光時間為加一

與光電門2相連的計時器顯示的先后擋光時間為和。從實驗結(jié)果可知兩滑塊的質(zhì)量滿足

(填或"=wβ,滑塊A、B碰撞過程中滿足表達式(用所測物理量的符號表示)，則說

明碰撞過程中動量守恒。

【答案】甲6,790升高?音=曲北

【解析】(1)乙組中兩滑塊碰撞后連成一體運動，是完全非彈性碰撞，動能損失較大，根據(jù)題意，應

選擇甲組的實驗裝置。

(2)螺旋測微器的讀數(shù)為6.5mm+29.0×0.01mm=6.790mm

(3)滑塊通過光電門2的時間小于通過光電門1的時間，說明滑塊從右到左加速運動，為使導軌水平，

可調(diào)節(jié)P使軌道左端升高一些。

(4)滑塊A向左運動，先通過光電門1,與滑塊8碰撞后，滑塊A通過光電門2,接著滑塊A通過光

電門2,說明碰撞后滑塊A向左運動，所以帆A>"%,滑塊A、B碰撞前后動量守恒，則叫?%=∕MA%+%%

又%=d"、d…鬲、d%=.逋，.代入可得m.卜=tnn/+言

7.(1)在“探究彈簧彈力與形變量的關系實驗”與“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律實驗”中：

a.兩個實驗都需要的器材是；

A.彈簧秤B.彈簧C.橡皮筋D.刻度尺

b.在實驗中，下列操作正確的是.；

A.在探究彈簧彈力與形變量的關系實驗中，測彈簧原長時應把彈簧水平放置

B.在探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律實驗中，彈簧秤調(diào)零時彈簧秤應水平放置

C.在探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律實驗中，若彈簧秤示數(shù)偏大可調(diào)短彈簧的有效長度

D.在探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律實驗中，拉彈簧秤時彈簧秤外殼不能與木板接觸

(2)驗證物體自由下落過程中機械能守恒，交流電頻率為50Hz,重錘質(zhì)量m=2OOg,打出了如下紙帶，

在紙帶后端選擇連續(xù)的7個打印點為計數(shù)點，并依次標上1、2、3....,在數(shù)據(jù)處理中，選計數(shù)點3對應的

重物位置為零重力勢能參考面，則打下5時重物的速度ιn∕s,重物的機械能為J(當?shù)刂?/p>

力加速度g=9.8π√s2,計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)。該種驗證方法是否要求打第一個點時速度為零？

(填“是”或“否”)。

單位：cm

12355.