力學(xué)壓軸實驗題（全國甲卷和Ⅰ卷）-2023年高考物理十年壓軸真題與模擬題（解析版）

力學(xué)壓軸實驗題（全國甲卷和I卷）

專題提律

高考物理力學(xué)壓軸實驗題是考查學(xué)生物理學(xué)科實驗操作能力高低的試金石，表現(xiàn)為綜合性

強(qiáng)、求解難度大、對考生的設(shè)計實驗?zāi)芰蛯嶒灁?shù)據(jù)的處理的能力要求高等特點。

一、命題范圍

1.勻變速直線運動速度和加速度的測量（壓軸指數(shù)★★★）

①紙帶法、圖像法②光電門（數(shù)字計時器）法

2、探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系（壓軸指數(shù)★★★★）

3、測動摩擦因素（壓軸指數(shù)★★★★）

①力的平衡法②牛頓第二定律法③動能定理法④能量守恒法

4、驗證力的平行四邊形定則（壓軸指數(shù)★★★）

5.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（壓軸指數(shù)★★★★★）

6.研究平拋運動（壓軸指數(shù)★★★★）

7.探究功和速度變化的關(guān)系（壓軸指數(shù)★★★）

8.控制變量法探究向心力大?。▔狠S指數(shù)★★★）

9.驗證機(jī)械能守恒定律（壓軸指數(shù)★★★★★）

10.驗證動量守恒定律（壓軸指數(shù)★★★★★）

11.用單擺測定重力加速度（壓軸指數(shù)★★★）

二、命題類型

1.單一力學(xué)實驗型。物理情境選自學(xué)習(xí)探究情境，物理量的測量有：長度的測量、速度的

測量、加速度的測量。注意實驗原理和數(shù)據(jù)處理的方法，含有圖像的數(shù)據(jù)處理題目要挖掘

圖像的斜率、截距等表示的物理意義。

2.綜合力學(xué)實驗型。對于力學(xué)創(chuàng)新實驗，實驗中測量多個物理量，并尋找它們之間的內(nèi)在

聯(lián)系，用實驗數(shù)據(jù)總結(jié)物理規(guī)律。

歷年克趣

1.（2022?全國?統(tǒng)考高考真題）利用圖示的實驗裝置對碰撞過程進(jìn)行研究。讓質(zhì)量為町的

滑塊A與質(zhì)量為色的靜止滑塊B在水平氣墊導(dǎo)軌上發(fā)生碰撞，碰撞時間極短，比較碰撞后

和的速度大小和進(jìn)而分析碰撞過程是否為彈性碰撞。完成下列填空：

ABV1v2,

（1）調(diào)節(jié)導(dǎo)軌水平；

（2）測得兩滑塊的質(zhì)量分別為051Okg和0.304kg。要使碰撞后兩滑塊運動方向相反，應(yīng)

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1與B的右端到右邊

擋板的距離S?相等；

（4）使A以一定的初速度沿氣墊導(dǎo)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t2；

（5）將B放回到碰撞前的位置，改變A的初速度大小，重復(fù)步驟（4）。多次測量的結(jié)果

如下表所示；

12345

r1∕s0.490.671.011.221.39

Z2/s0.150.210.330.400.46

k=±

0.31k20.330.330.33

V2

（6）表中的&=（保留2位有效數(shù)字）；

（7）工的平均值為_____;（保留2位有效數(shù)字）

V2

（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IL判斷。若兩滑塊的碰

V2

撞為彈性碰撞，則五的理論表達(dá)式為______（用叫和小表示），本實驗中其值為_______

V2

（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(rèn)為滑塊A與

滑塊B在導(dǎo)軌上的碰撞為彈性碰撞。

m-,-m

【答案】0.3040.310.32~∑~~Ly0.34

2叫

【解析】（2）[1]應(yīng)該用質(zhì)量較小的滑塊碰撞質(zhì)量較大的滑塊，碰后運動方向相反，故選

0.304kg的滑塊作為A。

（6）⑵由于兩段位移大小相等，根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可得

,vt,0.21

k,=」l-==■=------=0.31

^v2tl0.67

（7）⑶工平均值為

V2

0.31÷0.31+0.33+0.33+0.33八”

rk=--------------------------------------=0.32

5

（8）⑷⑸彈性碰撞時滿足動量守恒和機(jī)械能守恒，可得

∕721vo=-zn,vl+tn2V2

?2?2?2

5g%=-7∕t1v1-V-In1V2

聯(lián)立解得

V1_叫一叫

v22m}

代入數(shù)據(jù)可得

上=0.34

V2

2.（2021?全國?高考真題）為測量小銅塊與瓷磚表面間的動摩擦因數(shù)，一同學(xué)將貼有標(biāo)尺的

瓷磚的一端放在水平桌面上，形成一傾角為α的斜面（已知Sina=O.34,COSa=O.94）,小

銅塊可在斜面上加速下滑，如圖所示。該同學(xué)用手機(jī)拍攝小銅塊的下滑過程，然后解析視

頻記錄的圖像，獲得5個連續(xù)相等時間間隔（每個時間間隔A7=0.2OS）內(nèi)小銅塊沿斜面下

滑的距離SiG=1,2,3,4,5）,如下表所示。

由表中數(shù)據(jù)可得，小銅塊沿斜面下滑的加速度大小為m∕s2,小銅塊與瓷磚表面

間的動摩擦因數(shù)為。（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字，重力加速度大小取

9.80m∕s2）

【答案】0.430.32

【解析】⑴根據(jù)逐差法有

“上長）二鳥g=34+11.02）x2Y?58+5?87）xl（T2m∕s?o,43m∕s2

6（?T）26×0.202

⑵對小銅塊受力分析根據(jù)牛頓第二定律有

mgsina-μmgcosa=ma

代入數(shù)據(jù)解得

/∕≈0.32

3.（2020?全國,統(tǒng)考高考真題）某同學(xué)用如圖所示的實驗裝置驗證動量定理，所用器材包

括：氣墊導(dǎo)軌、滑塊（上方安裝有寬度為d的遮光片）、兩個與計算機(jī)相連接的光電門、祛

碼盤和祛碼等。

實驗步驟如下：

（1）開動氣泵，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌，輕推滑塊，當(dāng)滑塊上的遮光片經(jīng)過兩個光電門的遮光時間

時，可認(rèn)為氣墊導(dǎo)軌水平；

（2）用天平測祛碼與祛碼盤的總質(zhì)量〃〃、滑塊（含遮光片）的質(zhì)量〃?2；

（3）用細(xì)線跨過輕質(zhì)定滑輪將滑塊與祛碼盤連接，并讓細(xì)線水平拉動滑塊；

（4）令滑塊在祛碼和祛碼盤的拉動下從左邊開始運動，和計算機(jī)連接的光電門能測量出遮

光片經(jīng)過4、B兩處的光電門的遮光時間A0、及遮光片從4運動到B所用的時間〃2；

（5）在遮光片隨滑塊從A運動到B的過程中，如果將祛碼和祛碼盤所受重力視為滑塊所

受拉力，拉力沖量的大小/=,滑塊動量改變量的大小如=;（用題中給出

的物理量及重力加速度g表示）

（6）某次測量得到的一組數(shù)據(jù)為：J=1.000cm,m∕=1.50×10^2kg,W2=0.400kg,ΔO=3.900

×IO2S,Δ?=1.270×10-2s,/∕2=1.50s,取g=9.80m∕s20計算可得/=N?s,Ap=

kg-m-s-?:（結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）

（7）定義6=上產(chǎn)XIO0%,本次實驗3=%（保留1位有效數(shù)字）。

【答案】大約相等mlgtl20.2210.2124

【解析】（1）⑴當(dāng)經(jīng)過A,B兩個光電門時間相等時，速度相等，此時由于阻力很小，可以

認(rèn)為導(dǎo)軌是水平的.

（5）⑵由/=B,知

/=叫g(shù)%

[3]由△「=%%一相巧知

AP=機(jī)，.4_網(wǎng),巨=叫（色一色）

?r2?rl“?r2?η

⑹⑷代入數(shù)值知，沖量

2

∕=W1^∣,=1.5×10^×9.8×1.5NS≈0.221N?S

[5]動量改變量

?p=m2（?--?）=0.212kg-m?s^'

（7）⑹由定義公式T亨卜100%可得，本次實驗

δ=X100%=°?221一0?212*100%b4%

I0.221

4.（2019?全國?高考真題）某小組利用打點計時器對物塊沿傾斜的長木板加速下滑時的運動

進(jìn)行研究.物塊拖動紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖所示.已知打點計時器所用交流電

的頻率為50Hz,紙帶上標(biāo)出的每兩個相鄰點之間還有4個打出的點未畫出.在48CDE五

個點中，打點計時器最先打出的是點，在打出C點時物塊的速度大小為m/s

（保留3位有效數(shù)字）；物塊下滑的加速度大小為m/s?（保留2位有效數(shù)字）.

012345678910

【答案】A0.233075

【解析】分析可知，物塊沿傾斜長木板最勻加速直線運動，紙帶上的點跡，從A到E,間

隔越來越大，可知，物塊跟紙帶的左端相連，紙帶上最先打出的是A點；在打點計時器打

C點瞬間，物塊的速度yc=%2="WJd=o.233m∕s;根據(jù)逐差法可知，物塊下滑的加

2T2x0.1

速度α=XCL"=（6.15-3.15尸O-?=。75^.

4T24×0.12

故本題正確答案為：A；0.233；0.75.

5.（2018?全國?高考真題）如圖（a）,一彈簧上端固定在支架頂端，下端懸掛一托盤；一標(biāo)

尺由游標(biāo)和主尺構(gòu)成，主尺豎直固定在彈簧左邊；托盤上方固定有一能與游標(biāo)刻度線準(zhǔn)確

對齊的裝置，簡化為圖中的指針.

三3

三

三

O=

指

針-4

.三

三

O=

游標(biāo)=

5

主尺一20≡

rrrrπτiTm^7IfJJJ∏∏ffhτrπτrττ游標(biāo)主尺Cm

(a)（b）

現(xiàn)要測量圖（a）中彈簧的勁度系數(shù).當(dāng)托盤內(nèi)沒有祛碼時，移動游標(biāo)，使其零刻度線對準(zhǔn)指

針，此時標(biāo)尺讀數(shù)為1.950cm：當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.10Okg的祛碼時，移動游標(biāo)，再次

使其零刻度線對準(zhǔn)指針，標(biāo)尺示數(shù)如圖（b）所示，其讀數(shù)為cm.當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?/p>

大小為9.80m∕s2,此彈簧的勁度系數(shù)為N∕m（保留3位有效數(shù)字）.

【答案】3.7乃Cm;53.7N∕m

【分析】本題主要考查游標(biāo)卡尺的讀數(shù)，彈簧勁度系數(shù)的測量、胡克定律及其相關(guān)的知識

點，意在考查考生靈活運用教材上游標(biāo)卡尺的使用和探究彈簧的伸長與形變量的關(guān)系實驗

知識的能力.

【解析】實驗所用的游標(biāo)卡尺精度為0.05mm,游標(biāo)卡尺上游標(biāo)第15條刻度線與主尺刻度

線對齊，根據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則，圖（b）所示的游標(biāo)卡尺讀數(shù)為

3.7cm+15×0.05mm=3.7cm+0.075cm=3.775cm.

托盤中放有質(zhì)量為m=0.:LOokg的祛碼時，彈簧受到的拉力F=mg=O.:LOoX9.8N=0.980N,彈簧

伸長x=3.775Cm-1.950Cm=I.825Cm=C）.01825m,根據(jù)胡克定律，F(xiàn)=kx,解得此彈簧的勁度系

數(shù)k=F∕x=53.7N∕m.

【點睛】解答此題常見錯誤主要有：?是游標(biāo)卡尺讀數(shù)誤差，或單位搞錯導(dǎo)致錯寫成

37.70；二是把重力加速度按照習(xí)慣用g=10m∕s2代入計算導(dǎo)致錯誤；三是考慮采用圖象法

處理實驗數(shù)據(jù)計算勁度系數(shù)耽誤時間.

6.（2017?全國?高考真題）某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動，用自制"滴水計

時器"計量時間。實驗前，將該計時器固定在小車旁，如圖（。）所示。實驗時，保持桌面

水平，用手輕推一下小車。在小車運動過程中，滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴，圖

S記錄了桌面上連續(xù)的6個水滴的位置。（已知滴水計時器每30s內(nèi)共滴下91個小

水滴）

A

左L一J,____?_____X______J-_______J右

I83IlooI117I1331501mm

圖（b）

⑴由圖（b）可知，小車在桌面上是（填"從右向左"或"從左向右"）運動的；

⑵該小組同學(xué)根據(jù)圖（b）的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖（方）中A點位

置時的速度大小為m∕s,加速度大小為m∕s?（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）

【答案】從右向左0.38m∕sO.15m∕s2

【解析】⑴⑴由于用手輕推一下小車，則小車做減速運動，根據(jù)桌面上連續(xù)6個水滴的位

置，可知，小車從右向左做減速運動。

⑵⑵己知滴水計時器每30s內(nèi)共滴F91個小水滴，那么各點時間間隔為

T301

T=—s=-s

903

根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，有

v?=""F×1o_3m/s=0.38m∕s

2×-

3

⑶根據(jù)勻變速直線運動的推論公式

Ax=CiT2

可以求出加速度，得

100+117-133-150

×10^3m∕s2=-0.15m∕s2

那么加速度的大小為0.15m/s?。

7.（2016?全國?高考真題）某同學(xué)用圖（a）所示的實驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律，其中打

點計時器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20Hz、30HZ和40Hz,打出紙帶的一部分

如圖（b）所示。

打點計時器

圖(a)圖(b)

該同學(xué)在實驗中沒有記錄交流電的頻率/,需要用實驗數(shù)據(jù)和其他條件進(jìn)行推算。

(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用/和圖(b)中給出的物理量可以寫

出：在打點計時器打出B點時，重物下落的速度大小為,打出C點時重物下落

的速度大小為，重物下落的加速度的大小為。

(2)已測得占=8.89cm,i2=9.5.cm,5,=10.10cm；當(dāng)重力加速度大小為9.8Om/s2,試驗中

重物受到的平均阻力大小約為其重力的l%o由此推算出f為Hz。

【答案】*1+S2)/g(s2+S3)/g(s3-s∣)∕240

【解析】(1)⑴打B點時，重物下落的速度等于AC段的平均速度，所以

%=號I=T(M+邑"

[2]同理打出C點時，重物下落的速度

%^^=T(S2+S3)F

⑶由加速度的定義式得

?v=v-v1,八產(chǎn)

?rcTg=萬3

(2)⑷由牛頓第二定律得

mg-kmg=ma

解得

VS3

代入數(shù)值解得

戶40Hz

【點睛】本題主要考查驗證機(jī)械能守恒定律實驗、紙帶數(shù)據(jù)分析。解決這類問題的關(guān)鍵是

會根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)求出打某一點的瞬時速度、整個過程的加速度：解決本題要特別注意的是

打點計時器的頻率不是經(jīng)常用的50Hz。

8.（2015?全國?高考真題）某物理小組的同學(xué)設(shè)計了一個粗制玩具小車通過凹形橋最低點時

的速度的實驗.所用器材有：玩具小車、壓力式托盤秤、凹形橋模擬器（圓弧部分的半徑為

R=O.2Om).

圖（a）圖（b）

完成下列填空：

⑴將凹形橋模擬器靜置于托盤秤上，如圖（。）所示，托盤秤的示數(shù)為1.00kg；

⑵將玩具小車靜置于凹形橋模擬器最低點時，托盤秤的示數(shù)如圖"）所示，該示數(shù)為

_____kg;

⑶將小車從凹形橋模擬器某一位置釋放，小車經(jīng)過最低點后滑向另一側(cè)，此過程中托盤秤

的最大示數(shù)為〃〃多次從同一位置釋放小車，記錄各次的〃，值如下表所示：

序號12345

m(kg)1.801.751.851.751.90

⑷根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可求出小車經(jīng)過凹形橋最低點時對橋的壓力為N；小車通過最低點

時的速度大小為m∕s.（重力加速度大小取9.80m∕s2,計算結(jié)果保留2位有效數(shù)

字）

【答案】1.407.91.4

【解析】（1）⑴根據(jù)量程為Iokg,最小分度為0.1kg,注意估讀到最小分度的下一位，為

1.40kg

（2）⑵根據(jù)表格知最低點小車和凹形橋模擬器中質(zhì)量的平均值

I.8+1.75+1.85+1.75+1.90

kg=1.81kg

5

解得

&=(1.81-l)x9.80N=7.9N

⑶根據(jù)牛頓運動定律知

V2

&-mg=m—

nnK

代入數(shù)據(jù)解得

V=1.4m∕s

9.（2014?全國?高考真題）某同學(xué)利用圖（a）所示實驗裝置即數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車

加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對應(yīng)關(guān)系圖，如圖（b）所示，實驗中小車（含發(fā)射器）的質(zhì)

量為200g,實驗時選擇了不可伸長的輕質(zhì)細(xì)繩和輕定滑輪，小車的加速度由位移傳感器及

與之相連的計算機(jī)得到,回答下列問題:

6

5

4

位移傳感器位移傳感器

3

（發(fā)射器）（接收器）

2

O50100150200250w/g

圖（a）圖（b）

（1）根據(jù)該同學(xué)的結(jié)果，小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成（填"線性"或"非線性"）的

關(guān)系*

（2）由圖（b）可知，0-機(jī)圖線不經(jīng)過遠(yuǎn)點，可能的原因是.

（3）若利用本實驗裝置來驗證"在小車質(zhì)量不變的情況下，小車的加速度與作用力成正比"

的結(jié)論，并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力，則實驗中應(yīng)采取的改進(jìn)措施

是，鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是.

【答案】非線性存在摩擦力調(diào)整軌道傾斜度以平衡摩擦力遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量

【解析】試題分析：（1）根據(jù)該同學(xué)描繪的加速度和鉤碼質(zhì)量的圖象是一條曲線而不是直

線，所以是非線性關(guān)系.

（2）根據(jù)圖（b）可知當(dāng)鉤碼有一定質(zhì)量，即細(xì)線有一定拉力時，小車加速度仍等于0,

說明小車合力等于0,所以可能除拉力外小車還受到摩擦力作用

（3）實驗改進(jìn)部分由兩個要求，第一個就是圖象不過遠(yuǎn)點，需要平衡摩擦力，所以調(diào)整軌

道傾斜度，第二個就是圖象時曲線，因為小乍的合力即細(xì)線拉力并不等于鉤碼重力，而是

2

1P

拉力Wf=Zng刀-豹奈"只有當(dāng)，”<M時.F≈mg,圖象近似為直線.

10.（2013?全國?高考真題）圖（a）為測量物塊與水平桌面之間動摩擦因數(shù)的實驗裝置示意圖.

實驗步驟如下：

①用天平測量物塊和遮光片的總質(zhì)量M,重物的質(zhì)量如用游標(biāo)卡尺測量遮光片的寬度

d?,用米尺測量兩光電門之間的距離s；

②調(diào)整輕滑輪，使細(xì)線水平；

③讓物塊從光電門A的左側(cè)由靜止釋放，用數(shù)字毫秒計分別測出遮光片經(jīng)過光電門A和光

電門B所用的時間回M和團(tuán)力,求出加速度4；

④多次重復(fù)步驟③，求”的平均a；

⑤根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)求出動摩擦因數(shù)〃.

回答下列為題：

⑴測量”時，某次游標(biāo)卡尺(主尺的最小分度為Imm)的示如圖(b)所示;其讀數(shù)為

(2)物塊的加速度α可用d、s、AfA和△由表示為“=.

⑶動摩擦因數(shù)"可用M、〃八萬和重力加速度g表示為"=.

⑷如果細(xì)線沒有調(diào)整到水平.由此引起的誤差屬于(填"偶然誤差"或"系統(tǒng)誤差").

【答案】0.960誓二唱土跡系統(tǒng)誤差

【解析】第一空.由圖(b)所示游標(biāo)卡尺可知，主尺示數(shù)為0.9cm,游標(biāo)尺示數(shù)為

12×0.05mm=0.60mm=0.060cm,貝IJ游標(biāo)卡尺示數(shù)為0.9cm+0.060cm=0.960cm.

第二空.物塊經(jīng)過A點時的速度為：VA=S，物塊經(jīng)過8點時的速度為：%==，

物塊做勻變速直線運動，由速度位移公式得：VB2-VA2=Ias,

加速度為:

第三空.以M、m組成的系統(tǒng)為研究對象，由牛頓第二定律得：，"gwV?=(M+MZ,

mg-(M+WJ)萬

解得：〃=

Mg

第四空.如果細(xì)線沒有調(diào)整到水平，由此引起的誤差屬T系統(tǒng)誤差.

j應(yīng)存集咯'∣

一、速度的測量和加速度的測量

(1)求物體的速度與加速度

①利用平均速度求瞬時速度：2=也?2=”

②利用逐差法求解平均加速度

RI*~X1??-X2-*T+X3J.X,XS—*?LX,—4,

X4~X?X5~X2祀―X3.α∣+42+03(X4+X5+X6)—(xi+x2+x3)

G=372，。2=372，43=372=α=?=972■

③利用速度一時間圖像求加速度

a?作出速度一時間圖像，通過圖像的斜率求解物體的加速度;

b.剪下相鄰計數(shù)點的紙帶緊排在一起求解加速度.

二、探究胡克定律的創(chuàng)新實驗

創(chuàng)新角度：實驗裝置的改進(jìn)

1.將彈簧水平放置或穿過一根水平光滑的直桿，在水平方向做實驗.消除了彈簧自重的影

響.

2.利用計算機(jī)及傳感器技術(shù)，將彈簧水平放置，且一端固定在傳感器上，傳感器與計算機(jī)

相連，對彈簧施加變化的作用力（拉力或推力）時，計算機(jī)上得到彈簧彈力和彈簧形變量的關(guān)

系圖像（如圖所示），分析圖像得出結(jié)論.

三、平行四邊形定則創(chuàng)新實驗

常見創(chuàng)新實驗方案

合力的改進(jìn)：橡皮筋伸長到同一位置一鉤碼（重物）的重力不變

力傳感器

分力的改進(jìn)：彈簧測力計示數(shù)一

鉤碼的重力

力的大小創(chuàng)新：彈簧測力計的示數(shù)一橡皮筋長度的變化

四、探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系創(chuàng)新實驗

1.有力傳感器的裝置

分占呼打百十時器

紂力傳感器I

LJVJJ~uI

--

??uπυ

注意：不需要滿足沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和動滑輪的總質(zhì)量。

2.利用氣墊導(dǎo)軌和光電門

伽速度記錄器I

氣墊導(dǎo)軌4.滑塊卅遮光片

五、驗證機(jī)械能守恒定律創(chuàng)新實驗

1.速度測量方法的創(chuàng)新

'由光電門測速度

從測量紙帶上各點速度一,由頻閃照片測速度

.由平拋運動測速度

2.研究對象的創(chuàng)新

從單個物體創(chuàng)新為兩個物體組成的系統(tǒng)，驗證系統(tǒng)在某一過程機(jī)械能守恒.

3.實驗?zāi)康牡膭?chuàng)新

由驗證機(jī)械能守恒定律創(chuàng)新為測量彈簧的彈性勢能，測重力加速度.

六、驗證動量守恒定律創(chuàng)新實驗

1.實驗裝置的創(chuàng)新

模擬孩測

1.實驗小組利用如圖甲所示的裝置研究網(wǎng)球在空中豎直下落時，空氣對它的作用力。圖乙

為某次實驗打出的一條紙帶，其中0、1、2......6為選定的計數(shù)點，相鄰兩計數(shù)點間還有1

個點沒有畫出，已知打點計時器的打點周期為T,測得1、3兩點間的距離為毛，4、6兩

點間的距離為巧，網(wǎng)球的質(zhì)量為m當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。

甲乙

（1）在打第5個計數(shù)點時網(wǎng)球的速度V=；

（2）從打第2計數(shù)點到打第5計數(shù)點，空氣對網(wǎng)球的沖量大小/=；

（3）實驗得到的空氣對網(wǎng)球的沖量/隨時間變化的關(guān)系圖線如圖丙所示，若0~4,時間內(nèi)

空氣對網(wǎng)球的平均作用力為4,4時刻的作用力為尸2,則［和％的關(guān)系為Fl

F2（選填＞、＜、=）。

【答案】言6∕ngT+黨產(chǎn)＜

【解析】由題意可知，相鄰計數(shù)點見的時間間隔

t=2T

（1）［1］根據(jù)勻變速直線運動中間時刻瞬時速度等于該過程平均速度可得

（2）⑵同理可得打第2計數(shù)點的瞬時速度

V=

根據(jù)動量定理

mg?3t-1-mv-mv

可得從打第2計數(shù)點到打第5計數(shù)點，空氣對網(wǎng)球的沖量大小

,Aτ,m（x∣-x,）

I=6meT+----!-----J

4T

（3）⑶根據(jù)/=R可得

F=-

t

可知/T圖象的斜率表示力的大小，可得

鳥

2.小明用氣墊導(dǎo)軌和光電門測量滑塊做勻加速運動的加速度，如圖所示。

01234567890

乙

（1）用游標(biāo)卡尺測遮光條寬度心測量結(jié)果如圖乙所示，則"=mm。

（2）按圖示安裝好實驗器材并測出兩光電門間的距離心接通電源，釋放滑塊，記下遮光

條通過光電門A、B的時間分別為乙、4，則遮光條經(jīng)過光電門B的速度%=,滑塊

的加速度α=（用測出的物理量符號表示）。

【答案】1.807

G2Lg片

【解析】（1）⑺游標(biāo)卡尺讀數(shù)為

d=lmm÷—×16mm=1.80mm

20

（2）⑵⑶遮光條經(jīng)過光電門B的速度

滑塊的加速度

3.某實驗小組要測量彈簧的勁度系數(shù)，他們利用智能手機(jī)中自帶的定位傳感器設(shè)計了如圖

所示的實驗，手機(jī)軟件中的“定位”功能可以測量手機(jī)豎直方向的位移（以打開定位傳感器

時手機(jī)的位置為初位置）。

位(GPS)

中中中鉤碼

//力/，，，，，，升Z

（1）實驗小組進(jìn)行了如下主要的實驗步驟，正確的順序是。

A.按圖安裝實驗器材，彈簧上端固定在橫桿上，下端與手機(jī)連接，手機(jī)重心和彈簧在同

一豎直線上；

B.在手機(jī)下方懸掛一個鉤碼，緩慢釋放，當(dāng)手機(jī)和鉤碼靜止時記錄下手機(jī)下降的位移X;

C.在坐標(biāo)紙圖中描點作出--X圖像，如圖所示；

D.手托著手機(jī)緩慢下移，手離開手機(jī)，手機(jī)靜止時，打開手機(jī)中的定位傳感器；

E.改變鉤碼個數(shù)”，重復(fù)上述操作，記錄相應(yīng)的位移X,數(shù)據(jù)如表格所示。

鉤碼個數(shù)〃123456

手機(jī)位移

0.982.023.013.985.015.99

x/cm

（2）已知每個鉤碼的質(zhì)量為50g,重力加速度g=9.8m∕s2,由圖像可以求得彈簧的勁度系

數(shù)為N∕m0

（3）實驗中未考慮手機(jī)重力使彈簧伸長，這對彈簧勁度系數(shù)的測量結(jié)果（選填

"有"或"無"）影響，說明理由o

【答案】ADBEC49無勁度系數(shù)是通過圖像斜率與每個鉤碼重力的乘積得到的

【解析】（1）⑴根據(jù)題意，由實驗原理可知，本實驗通過改變鉤碼的數(shù)量來改變彈簧的彈

力，通過手機(jī)的定位傳感器確定彈簧的形變量，通過作圖的方法得到彈簧的勁度系數(shù)，則

正確的實驗步驟為ADBEC。

（2）⑵根據(jù)題意，由胡克定律尸=AX可得

nmg=Ioc

整理得

k

n=——X

mg

由圖像可知，圖像得斜率為1,則有

A=Icm-1

mg

解得

Z=49N∕m

（3）⑶⑷由上述分析可知，彈簧的勁度系數(shù)是通過圖像的斜率與每個鉤碼重力的乘積得

到的，則手機(jī)重:力使彈簧伸長，這對彈簧勁度系數(shù)的測量結(jié)果無影響。

4.某幼兒園欲建一個如圖甲所示滑梯，根據(jù)空地大小和安全需要，對制作滑梯的板材與兒

童褲料之間的動摩擦因數(shù)有一定要求。某物理興趣小組用如圖乙所示的實驗裝置測量板材

與兒童褲料間的動摩擦因數(shù)。先取一種板材水平固定在桌面上，用兒童褲料包裹的物塊受

重物的牽引在板材上由靜止開始運動，細(xì)繩始終與桌面平行，當(dāng)重物落地后，物塊再運動

一段距離后停在板材上。打點計時器打出的紙帶記錄了物塊的運動情況。

打電”時器轡細(xì)繩滑輪

板材口口

白重物

〃〃〃/〃//////////////〃/〃///////////

甲乙

（1）選取重物落地后的一段紙帶如圖丙所示，1、2、3、4是選取的4個計數(shù)點，相鄰兩

個計數(shù)點之間還有四個點未畫出。圖上注明了對各計數(shù)點間的測量結(jié)果，其中有一個數(shù)據(jù)

在記錄時有誤，有誤的數(shù)據(jù)是.段。（填〃為〃〃々〃或"七"）。

2<--------------3,，（

x1=l8.40%2=13.5%3=8.40

單位：

丙cm

已知打點計時器電源的頻率為50HZO利用紙帶測得的數(shù)據(jù)可求出該物塊在減速運動過程中

的加速度大小。=m∕s2.

（2）若重力加速度大小取IomZs?,板材與兒童褲料間的動摩擦因數(shù)〃=?（所有計

算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）

【答案】44.90.49

【解析】（1）5根據(jù)記錄數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)的精確度應(yīng)該保持一致，所以有誤的一組數(shù)據(jù)是

X2?,

根據(jù)勻變速直線運動中相同時間內(nèi)相鄰位移差滿足

hx=aT2

其中

T=5X'=5XL=0.1S

f50

解得

4.9χlθN

a-----；—m/s=4.9m∕s

0.12

（2）⑵根據(jù)牛頓第二定律可得

μtng=tna

解得：

∕z=0.49

5.某同學(xué)獨自一人進(jìn)行"研究共點力的合成”這一實驗。因無法同時拉兩個彈簧測力計并記

錄拉力的方向和大小，該同學(xué)的實驗操作步驟如下：

①在木板上固定白紙，橡皮筋的一端用圖釘固定在木板上A點，另一端系上兩根帶繩套的

細(xì)繩，在白紙上標(biāo)出某標(biāo)記點"。'；

②先將細(xì)繩1的繩套拉至另一標(biāo)記點并用圖釘固定，再用彈簧測力計拉細(xì)繩2,將橡皮

筋的另一端拉至"。'點并使兩細(xì)繩間有一定的夾角，，如圖所示。記錄此時彈簧測力計的示

數(shù)人及細(xì)繩2的方向（沿。C方向）；

③松開細(xì)繩1的繩套端，用彈簧測力計拉細(xì)繩2,再次將橡皮筋的另一端拉到"0點，記

錄此時彈簧測力計的示數(shù)吊及細(xì)繩2的方向（沿圖中虛線方向）；

（4），記錄此時彈簧測力計的示數(shù)5；

⑤確定標(biāo)度，作出三個力的圖示，觀察這些力的圖示間的幾何關(guān)系;

⑥改變標(biāo)記點"O'、"8"的位置，重復(fù)上述實驗過程，多次實驗。

(1)請寫出在上述步驟中遺漏了什么環(huán)節(jié)：；

(2)為完成這一實驗，這位同學(xué)應(yīng)在步驟④中進(jìn)行的操作過程為：;

(3)這位同學(xué)根據(jù)記錄的三個力K、工和工作圖，下列圖示符合這位同學(xué)的實驗過程的

是o

(4)這位同學(xué)想進(jìn)一步進(jìn)行合力與分力對應(yīng)關(guān)系的探究，他在完成實驗步驟①、②后，

保持橡皮筋的另一端仍在"0"點并緩慢改變細(xì)繩2的方向，觀察到彈簧測力計的讀數(shù)逐漸

增大，則兩細(xì)繩間夾角0的變化情況為。

【答案】沒有標(biāo)記C點位置見解析D見解析

【解析】(1)田上述步驟中沒有標(biāo)記C點位置。

(2)⑵將細(xì)繩2的繩套拉至標(biāo)記點"。并用圖釘固定，再用彈簧測力計拉細(xì)繩1,將橡皮

筋的另一端拉至"。'點，且使細(xì)繩1沿OB方向，記錄此時彈簧測力計的示數(shù)芯及細(xì)繩1的

方向。

(3)⑶等效果的力用應(yīng)該與橡皮筋共線，為虛線OC方向；曰、B的合力尸件應(yīng)該指向平

行四邊形的對角線，故選D。

(4)⑷OB垂直。C時，彈簧測力計的讀數(shù)最小，順時針轉(zhuǎn)動0C,彈簧測力計的讀數(shù)逐

漸增大，兩細(xì)繩間夾角變??；逆時針轉(zhuǎn)動0C,彈簧測力計的讀數(shù)逐漸增大，兩細(xì)繩間夾

角變大。

6.某同學(xué)用如圖甲所示裝置做"探究物體加速度與受力的關(guān)系"實驗。

A.懸掛砂桶后調(diào)節(jié)細(xì)線與木板平行B.測量小車質(zhì)量M

C.需要滿足砂和砂桶質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量MD.平衡摩擦力

（2）按正確的操作，打出的一條紙帶如圖乙所示，圖中0、A、B、C、。、E、F為相鄰的

計數(shù)點，相鄰兩計數(shù)點間還有4個點未畫出，則小車運動的加速度”=m∕s2

（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）；

C^^0ABCDEF^^7

}Cm）

<—><?<--------?<-----------><---------------A<--------------------->

2.θd3.966.027.9810.0111.99

乙

（3）保持小車質(zhì)量一定，改變砂桶中砂的質(zhì)量，砂桶和砂的總質(zhì)量為，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描繪

出的小車加速度a與砂桶和砂的總質(zhì)量m之間的1-?!■關(guān)系圖像可能是。

am

【答案】B2.00B

【解析】（1）[1]A.安裝實驗器材時，要調(diào)節(jié)滑輪的高度，使細(xì)線與長木板平行，這樣才

能保證拉力方向與運動方向一致，故A正確；

B.由于探究加速度與物體受力的關(guān)系，因此不需要測量小車的質(zhì)量M,故B錯誤；

C.砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量可以近似認(rèn)為小車受到的拉力等于砂和砂桶的重

力，故C正確；

D.將長木板的右端適當(dāng)墊高，以平衡摩擦力，是為了使細(xì)線的拉力等于小車受到的合外

力，故D正確。

故選B；

（2）⑵相鄰兩計數(shù)點間還有4個點未畫出，則兩計數(shù)點間時間間隔T=0.10s,小乍運動

的加速度

XCF-XOC(11.99+10.01+7.98-6.02-3.96-2.00)x10-2

a=m/s2=2.00m/S2

GT?0.302

（3）⑶設(shè)繩子拉力為T,對砂桶和砂受力分析，由牛頓第二定律可得

mg-T=ma

對小車受力分析，由牛頓第二定律可得

T=Ma

聯(lián)立解得

a=-^~

tn+M

整理得

IlMl

—=—?---------

aggm

故選Bo

7.某興趣小組利用智能手機(jī)探究滑塊與一長木板間的動摩擦因數(shù)，設(shè)計如甲圖所示的實驗

裝置。將長木板固定在水平桌面上，長木板的左側(cè)固定一定滑輪，滑塊放在長木板的右

端，并把手機(jī)固定在滑塊上，打開智能手機(jī)測量加速度的APP,用細(xì)線通過定滑輪與滑塊

及鉤碼相連。通過改變鉤碼的個數(shù)，改變鉤碼的總質(zhì)量加，獲得不同的加速度并作出α

與〃？（g-a）的圖像如乙圖所示。圖線與橫軸的截距為從與縱軸的截距為-C,不計空氣阻

力，重力加速度為g。

智能手機(jī)

I------1

A.鉤碼的質(zhì)量應(yīng)該遠(yuǎn)小于智能手機(jī)和滑塊的質(zhì)量

B.細(xì)繩應(yīng)該始終與長木板平行

C.細(xì)線的拉力等于鉤碼的重力

（2）根據(jù)圖像可得滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)為；同時該興趣小組還測出了滑塊和

手機(jī)的總質(zhì)量_____。

【答案】B￡-

gC

【解析】（］）⑴設(shè)滑塊和手機(jī)的質(zhì)量為"，對鉤碼和滑塊以及手機(jī)的系統(tǒng)由牛頓第二定律

有

mg-μMg=（Λ∕÷ιn）a

整理可得

可得本實驗的原理為。與m（g-a）成?次函數(shù)。

A.因本實驗驗證牛頓第二定律為對系統(tǒng)采用準(zhǔn)確的方法，故不需要近似的用鉤碼重力代

替繩的拉力，也就不需要質(zhì)量關(guān)系，即不需要鉤碼的質(zhì)量應(yīng)該遠(yuǎn)小于智能手機(jī)和滑塊的質(zhì)

量，故A錯誤：

B.為了讓繩子拉滑塊的力為恒力，則細(xì)繩應(yīng)該始終與長木板平行，故B正確；

C.本實驗研究系統(tǒng)的牛頓第二定律，則繩子的拉力小于鉤四的重力，故C錯誤。

故選Bo

（2）⑵根據(jù)。與機(jī)（g-a）的一次函數(shù)關(guān)系，可知縱截距的物理意義為

-c=-μg

滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)為

g

⑶根據(jù)。與〃Xg-4）的一次函數(shù)關(guān)系，可知圖像的斜率的意義為

1c

^M^~b

則滑塊和手機(jī)的質(zhì)量為

M=-

C

8.某同學(xué)利用研究拋體運動的實驗裝置測量重力加速度，如圖甲所示，實驗過程中用頻閃

照相法來獲取小球做拋體運動時不同時刻的位置，并多次拍照求重力加速度的平均值。

回答下列問題：

（I）在木板上鋪好坐標(biāo)紙，某次實驗過程中獲得小球連續(xù)三個時刻的位置如圖乙所示，若

頻閃照相機(jī)的頻率為f=IOHz,從坐標(biāo)紙上對比得到y(tǒng)=25.20cm、必=34.80cm,則當(dāng)?shù)?/p>

的重力加速度g=—m∕s2（計算結(jié)果保留至小數(shù)點后兩位）。

（2）多次拍照后，按照第（1）問中的方法，分別計算重力加速度，然后取其平均值以減

小實驗誤差。該方法在進(jìn)行實驗時小球是否需要從斜槽的同一位置釋放？答：

（選填"需要"或"不需要"）；該方法能否消除阻力對測量誤差的影響？答：（選填

"能"或‘不能

（3）若實驗中，斜槽末端切線不水平，則僅從這一影響因素分析，重力加速度的測量值

（選填"偏大""偏小"或"沒有影響"）。

【答案】9.60不需要不能沒有影響

【解析】（1）⑴由

得

g=9.60m/S2

（2）[2]⑶本實驗要測量重力加速度，應(yīng)該取不同的拋體運動，小球從斜槽上釋放的位置

沒必要固定。多次測量取其平均值是減小偶然誤差，不會減少系統(tǒng)誤差，不能消除阻力對

誤差的影響。

（3）⑷若斜槽末端切線不水平，小球仍然在水平方向做勻速直線運動，豎直方向做勻變

速直線運動，對重力加速度的測量沒有影響。

9.某物理興趣小組利用傳感器進(jìn)行"探究向心力大小F與半徑八角速度質(zhì)量布的關(guān)

系"實驗，實驗裝置如圖甲所示，裝置中水平光滑直桿能隨豎直轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動，將滑塊套在

水平直桿上，用細(xì)線將滑塊與固定的力傳感器連接。當(dāng)滑塊隨水平光滑直桿一起勻速轉(zhuǎn)動

時，細(xì)線的拉力提供滑塊做圓周運動的向心力。拉力的大小可以通過力傳感器測得，滑塊

轉(zhuǎn)動的角速度可以通過角速度傳感器測得。

角速度傳感器豎直轉(zhuǎn)軸

/力