重難點(diǎn)14 力學(xué)實(shí)驗(yàn)（解析版）-高考物理重點(diǎn)難點(diǎn)熱點(diǎn)專題

重難點(diǎn)14力學(xué)實(shí)驗(yàn)重難點(diǎn)14力學(xué)實(shí)驗(yàn)1.命題情境具有一定的問題性、真實(shí)性、探究性或開放性。試題的任務(wù)情境呈現(xiàn)出類型多樣、、具有一定復(fù)雜程度和開放性等特點(diǎn)的真實(shí)情境。2.命題中實(shí)驗(yàn)資源不僅限于實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有儀器和設(shè)備，日常用品、廢舊材料也是重要的實(shí)驗(yàn)室資源。實(shí)驗(yàn)考查經(jīng)常利用日常用品和材料來替代實(shí)驗(yàn)材料，其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯、直觀，或者利用這些材料創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生有更多動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，更多親歷實(shí)驗(yàn)演示的機(jī)會(huì)。3.命題中更多出現(xiàn)數(shù)字實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方式等數(shù)字實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，它們利用傳感數(shù)據(jù)采集器等收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用計(jì)算機(jī)軟件分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。試題經(jīng)常出現(xiàn)利用數(shù)字實(shí)驗(yàn)或云技術(shù)平揮決一些用常規(guī)方法難以實(shí)現(xiàn)的疑難實(shí)驗(yàn)，或利用手機(jī)等信息技術(shù)工具捷地解決某些物理學(xué)習(xí)問題。4.依據(jù)全國(guó)范圍真題特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)考查的知識(shí)范圍為課標(biāo)要求必做的21個(gè)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合創(chuàng)新情境或裝置注重考查實(shí)驗(yàn)方法的遷移和靈活運(yùn)用。復(fù)習(xí)期間，除了需要鞏固對(duì)實(shí)驗(yàn)基本能力點(diǎn)(器材基本使用、儀器讀數(shù)、數(shù)據(jù)原理分析)外，還需要對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步練習(xí)，達(dá)到知識(shí)靈活遷移的目標(biāo)。試題命題還呈現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡纳罨?，?shí)驗(yàn)器材的生活化等特點(diǎn)。一、速度與加速度的測(cè)量①利用平均速度求瞬時(shí)速度：vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)＝eq\f(dn＋1－dn－1,2T).②利用逐差法求解平均加速度a1＝eq\f(x4－x1,3T2)，a2＝eq\f(x5－x2,3T2)，a3＝eq\f(x6－x3,3T2)?a＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3,9T2).③利用速度—時(shí)間圖像求加速度a．作出速度—時(shí)間圖像，通過圖像的斜率求解物體的加速度；b．剪下相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的紙帶緊排在一起求解加速度．二、胡克定律實(shí)驗(yàn)原理(2)用刻度尺測(cè)出彈簧在不同鉤碼拉力下的伸長(zhǎng)量x，建立直角坐標(biāo)系，以縱坐標(biāo)表示彈力大小F，以橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長(zhǎng)量x，在坐標(biāo)系中描出實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的各組(x，F(xiàn))對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，用平滑的曲線連接起來，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的圖線，就可探知彈力大小與形變量間的關(guān)系．三、平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)原理(1)等效法：一個(gè)力F′的作用效果和兩個(gè)力F1、F2的作用效果都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長(zhǎng)到同一點(diǎn)，所以一個(gè)力F′就是這兩個(gè)力F1和F2的合力，作出力F′的圖示，如圖所示．(2)平行四邊形定則：根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示．(3)驗(yàn)證：比較F和F′的大小和方向，若在誤差允許的范圍內(nèi)相等，則驗(yàn)證了力的平行四邊形定則．四、牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)原理(1)保持質(zhì)量不變，探究加速度跟合外力的關(guān)系．(2)保持合外力不變，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系．(3)作出a－F圖像和a－eq\f(1,m)圖像，確定a與F、m的關(guān)系．五、平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)原理計(jì)算平拋物體的初速度情景1：若原點(diǎn)O為拋出點(diǎn)，利用公式x＝v0t和y＝eq\f(1,2)gt2即可求出多個(gè)初速度v0＝xeq\r(\f(g,2y))，最后求出初速度的平均值，這就是做平拋運(yùn)動(dòng)的物體的初速度．情景2：若原點(diǎn)O不是拋出點(diǎn)①在軌跡曲線上取三點(diǎn)A、B、C，使xAB＝xBC＝x，如圖所示．A到B與B到C的時(shí)間相等，設(shè)為T.②用刻度尺分別測(cè)出yA、yB、yC，則有yAB＝y(tǒng)B－yA，yBC＝y(tǒng)C－yB.③yBC－yAB＝gT2，且v0T＝x，由以上兩式得v0＝xeq\r(\f(g,yBC－yAB)).六、向心力實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)探究了向心力與多個(gè)物理量之間的關(guān)系，因而實(shí)驗(yàn)方法采用了控制變量法，如圖所示，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，可以使塔輪、長(zhǎng)槽和短槽勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，槽內(nèi)的小球也就隨之做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)小球向外擠壓擋板，擋板對(duì)小球有一個(gè)向內(nèi)的(指向圓周運(yùn)動(dòng)圓心)的彈力作為小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，可以通過標(biāo)尺上露出的紅白相間等分標(biāo)記，粗略計(jì)算出兩球所需向心力的比值．在實(shí)驗(yàn)過程中可以通過兩個(gè)小球同時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng)對(duì)照，分別分析下列情形：(1)在質(zhì)量、半徑一定的情況下，探究向心力大小與角速度的關(guān)系．(2)在質(zhì)量、角速度一定的情況下，探究向心力大小與半徑的關(guān)系．(3)在半徑、角速度一定的情況下，探究向心力大小與質(zhì)量的關(guān)系．七、機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)原理通過實(shí)驗(yàn)，求出做自由落體運(yùn)動(dòng)物體的重力勢(shì)能的減少量和對(duì)應(yīng)過程動(dòng)能的增加量，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，若二者相等，說明機(jī)械能守恒，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．八、動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)原理在一維碰撞中，測(cè)出相碰的兩物體的質(zhì)量m1、m2和碰撞前、后物體的速度v1、v2、v1′、v2′，算出碰撞前的動(dòng)量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的動(dòng)量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前、后動(dòng)量是否相等．九、單擺測(cè)重力加速度原理當(dāng)擺角較小時(shí)，單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)周期為T＝2πeq\r(\f(l,g))，由此得到g＝eq\f(4π2l,T2)，因此，只要測(cè)出擺長(zhǎng)l和振動(dòng)周期T，就可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭的值．（建議用時(shí)：30分鐘）1．如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以用來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，彈簧上端連接一個(gè)力傳感器，力傳感器固定在鐵架臺(tái)橫梁上，彈簧下端連接一枚鋼球。鋼球上固定一個(gè)擋光片，鋼球和擋光片總質(zhì)量為m。調(diào)整兩個(gè)光電門的位置，使得鋼球由靜止釋放后能夠通過光電門A和光電門B。測(cè)出光電門A、B與彈簧自然狀態(tài)時(shí)最下端距離分別為、，重力加速度g。（1）用螺旋測(cè)微器測(cè)量光電門擋光片厚度如圖所示，則光電門擋光片厚度．（2）實(shí)驗(yàn)過程中測(cè)得遮光片經(jīng)過光電門A、B時(shí)力傳感器的讀數(shù)分別為、，遮光片經(jīng)過光電門A、B時(shí)的擋光時(shí)間分別為、，若則表明小球從A到B過程動(dòng)能（填“增加”或“減少”）（3）小球從光電門A運(yùn)動(dòng)到光電門B的過程中，由于彈簧彈力與伸長(zhǎng)量成正比，可用平均力計(jì)算克服彈力所做的功；然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出小球機(jī)械能減少量，比較W和，若兩者在誤差范圍內(nèi)近似相等，則小球和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒?！敬鸢浮?.040/2.041增加【解析】（1）[1]螺旋測(cè)微器的分度值為，則遮光片厚度為由于最后一位是估讀，所以讀數(shù)為或均可。（2）[2]鋼球經(jīng)過光電門的速度為擋光片的寬度，因?yàn)閾豕鈺r(shí)間，所以鋼球經(jīng)過A的速度小于經(jīng)過B的速度，所以小球從A到B，動(dòng)能增加了。（3）[3]小球從光電門A運(yùn)動(dòng)到光電門B的過程中，彈性勢(shì)能改變量2．某同學(xué)為了測(cè)量小物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)，就地取材設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）如圖甲所示，選擇合適高度的墊塊，使木板的傾角為37°，在其上表面固定一把與小物塊下滑路徑平行的刻度尺（圖中未畫出）。（2）調(diào)整手機(jī)使其攝像頭正對(duì)木板表面，開啟視頻錄像功能。將小物塊從木板頂端釋放，用手機(jī)記錄下小物塊沿木板向下做加速直線運(yùn)動(dòng)的情況。然后通過錄像的回放，選擇小物塊運(yùn)動(dòng)路徑上合適的一點(diǎn)作為測(cè)量參考點(diǎn)，得到小物塊相對(duì)于該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)距離L與運(yùn)動(dòng)時(shí)間t的數(shù)據(jù)。（3）該同學(xué)選取部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出了圖像，如圖乙所示。由圖像可得，物塊過測(cè)量參考點(diǎn)時(shí)的速度大小為m/s，小物塊下滑的加速度大小為m/s2。（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）

（4）根據(jù)上述數(shù)據(jù)，可得小物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮?.8m/s2，sin37°=0.60，cos37°=0.80）【答案】0.252.90.39【解析】（3）[1]物塊勻加速下滑，經(jīng)過參考點(diǎn)開始計(jì)時(shí)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有變形得即題圖乙中圖線的縱截距表示通過參考點(diǎn)時(shí)速度的2倍，則[2]圖線的斜率表示物塊的加速度，則加速度大小為（4）[3]物塊沿斜面下滑過程中，由牛頓第二定律有代入數(shù)據(jù)解得3．某小組同學(xué)用如圖甲所示的DIS二維運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究單擺在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能的轉(zhuǎn)化和守恒（忽略空氣阻力），實(shí)驗(yàn)時(shí)，使發(fā)射器（相當(dāng)于擺球）偏離平衡位置后由靜止釋放，使其在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)，系統(tǒng)每隔0.02s記錄一次發(fā)射器的位置，多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后，在計(jì)算機(jī)屏幕上得到的發(fā)射器在豎直平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖乙所示，在運(yùn)動(dòng)軌跡上選取適當(dāng)區(qū)域后，點(diǎn)擊“計(jì)算數(shù)據(jù)”，系統(tǒng)即可計(jì)算出擺球在所選區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的重力勢(shì)能、動(dòng)能，并繪出對(duì)應(yīng)的圖線，如圖丙所示。（當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=10m/s2）（1）此單擺的周期為s；（2）在圖丙中畫出0~0.50s內(nèi)擺球機(jī)械能的變化關(guān)系圖線；（3）發(fā)射器的質(zhì)量為kg（此結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）?！敬鸢浮?.120.058/0.059/0.060#0.061/0.062【解析】（1）[1]從平衡位置出發(fā)，一個(gè)周期內(nèi)，兩次通過平衡位置，由圖丙可知，此單擺周期為（2）[2]擺球擺動(dòng)過程中只有重力做功，其機(jī)械能守恒，則機(jī)械能不變，如圖所示（3）[3]在丙圖取0.3s時(shí)刻可得解得m=0.060kg由于讀數(shù)誤差可取范圍為0.058~0.062。4．傳感器在現(xiàn)代生活中有著廣泛的應(yīng)用。某學(xué)習(xí)小組利用傳感器研究“小車（含拉力傳感器）質(zhì)量一定時(shí)，加速度與合外力關(guān)系”，實(shí)驗(yàn)步驟如下：①細(xì)繩一端繞在電動(dòng)機(jī)上，另一端系在拉力傳感器上。將小車放在長(zhǎng)板的位置，調(diào)整細(xì)繩與長(zhǎng)板平行，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使小車沿長(zhǎng)板向下做勻速運(yùn)動(dòng)，記錄此時(shí)拉力傳感器的示數(shù)；②撤去細(xì)繩，讓小車從位置由靜止開始下滑，設(shè)此時(shí)小車受到的合外力為，通過位移傳感器可得到小車與位移傳感器的距離隨時(shí)間變化的圖像，并求出小車的加速度。（1）某段時(shí)間內(nèi)小車的圖像如圖乙，根據(jù)圖像可得小車的加速度大小為（計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)）。（2）實(shí)驗(yàn)中（不增加實(shí)驗(yàn)器材）只需要改變圖甲中，重復(fù)步驟①②可得多組、的數(shù)據(jù)，就能完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。（3）某次實(shí)驗(yàn)中步驟①拉力傳感器的示數(shù)，小車（含拉力傳感器）質(zhì)量為，長(zhǎng)板與水平面的夾角為，重力加速度為，則小車與斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)表達(dá)式為。（用、、、表示）【答案】2.60墊塊的位置（或長(zhǎng)板與水平面的夾角）【解析】（1）[1]小車內(nèi)的位移為小車相鄰相等時(shí)間內(nèi)的位移差為根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論得小車的加速度大小為（2）[2]墊塊的位置（或長(zhǎng)板與水平面的夾角）（3）[3]由①中小車勻速下滑時(shí)，由平衡條件得②中小車加速下滑時(shí)，由受力分析可得聯(lián)立可得又解得5．（2023·四川瀘州·統(tǒng)考一模）某實(shí)驗(yàn)小組利用無線力傳感器和光電門傳感器探究“動(dòng)能定理”。將無線力傳感器和擋光片固定在小車上，用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線通過一個(gè)定滑輪與重物相連，無線力傳感器記錄小車受到拉力的大小。在水平軌道上A、B兩點(diǎn)各固定一個(gè)光電門傳感器，用于測(cè)量小車的速度v1和v2，如圖所示。在小車上放置砝碼來改變小車質(zhì)量，用不同的重物來改變拉力的大小。

實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：（1）測(cè)量小車和拉力傳感器的總質(zhì)量M1。正確連接所需電路，接下來（填“需要”或“不需要”）平衡小車的摩擦力。（2）按合理要求操作后，把細(xì)線的一端固定在力傳感器上，另一端通過定滑輪與重物相連；將小車停在點(diǎn)C，由靜止開始釋放小車，小車在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，除了光電門傳感器測(cè)量速度和力傳感器測(cè)量細(xì)線拉力的數(shù)據(jù)以外，還應(yīng)該測(cè)量的數(shù)據(jù)是；（3）改變小車的質(zhì)量或重物的質(zhì)量，重復(fù)（2）的操作。下表是實(shí)驗(yàn)所得的部分?jǐn)?shù)據(jù)。次數(shù)M/kg10.6000.8400.2520.5000.25020.6001.400.8380.41930.6002.500.7501.492W3（4）表格中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量之和，為小車、拉力傳感器及車中砝碼的動(dòng)能變化量，F(xiàn)是拉力傳感器的拉力，W是F在A、B間所做的功。表中的=J，W3=J（結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）。（5）該小組組員發(fā)現(xiàn)每組數(shù)據(jù)始終有W<，排除偶然因素造成誤差外，最可能出現(xiàn)以上結(jié)果的原因是。【答案】需要兩光電門間的距離L0.4200.746平衡摩擦力過大【解析】（1）[1]本實(shí)驗(yàn)人物傳感器的拉力為研究對(duì)象的合力，所以需要平衡小車的摩擦力。（2）[2]根據(jù)動(dòng)能定理知，因要求總功，有所以必須已知小車位移，故除了光電門傳感器測(cè)量速度和力傳感器測(cè)量拉力的數(shù)據(jù)以外，還應(yīng)該記錄的物理量為兩光電門間的距離L。（4）[3][4]由解得根據(jù)表中前兩組數(shù)據(jù)，由功公式可求出兩光電門間距離為所以有（5）[5]該小組組員發(fā)現(xiàn)每組數(shù)據(jù)始終有W<ΔEk，排除偶然因素造成誤差外，最可能出現(xiàn)以上結(jié)果的原因是平衡摩擦力過大了，導(dǎo)致傳感器的拉力比合力要小。6．（2023·山東青島·統(tǒng)考模擬預(yù)測(cè)）利用DIS實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證變力作用下的動(dòng)量定理時(shí)，組裝了如圖所示的裝置。調(diào)整軌道水平，將力傳感器、光電傳感器接入計(jì)算機(jī)，將遮光片的寬度和小車質(zhì)量輸入計(jì)算機(jī)。推動(dòng)小車使其與力傳感器測(cè)力點(diǎn)發(fā)生碰撞，通過傳感器在計(jì)算機(jī)中描繪出碰撞中作用力隨時(shí)間變化的圖像，得出小車受到此力的沖量。由光電傳感器測(cè)量的時(shí)間得到小車動(dòng)量的變化量。比較小車受到的力的沖量和動(dòng)量變化量，來驗(yàn)證動(dòng)量定理。某次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)得的數(shù)據(jù)如圖乙所示。（1）由圖乙中數(shù)據(jù)可求出碰撞過程小車動(dòng)量的變化量為，小車受到的力的沖量為。（2）恢復(fù)系數(shù)e是指碰撞后、前兩物體的分離速度與接近速度之比。實(shí)驗(yàn)中如果碰撞的恢復(fù)系數(shù)e大于95%，則可認(rèn)為此碰撞為彈性碰撞。根據(jù)圖乙中數(shù)據(jù)可判斷本次實(shí)驗(yàn)時(shí)小車和力傳感器間是碰撞（選填“彈性”或“非彈性”）?！敬鸢浮?.20410.1972彈性【解析】（1）[1]根據(jù)圖乙中的數(shù)據(jù)可知，碰撞前小車的動(dòng)量為碰撞后小車的動(dòng)量為由此可得動(dòng)量的變化量為[2]根據(jù)計(jì)算機(jī)所描繪的小車在碰撞過程中所受力隨時(shí)間變化的圖像，可知該圖像中力與時(shí)間軸圍成的面積表示小車在碰撞過程中所受到的該力的沖量，可得（2）[3]根據(jù)圖乙，碰撞后的動(dòng)量可得碰撞后的分離速度根據(jù)碰撞前動(dòng)量的大小可得碰撞前的接近速度大小為由此可得恢復(fù)系數(shù)則可知該碰撞為彈性碰撞。7．（2023·廣東佛山·統(tǒng)考模擬預(yù)測(cè)）2023年8月新推出的某國(guó)產(chǎn)手機(jī)擁有多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，其連拍功能可實(shí)現(xiàn)每隔拍一張照.某實(shí)驗(yàn)探究小組利用該手機(jī)的連拍功能來探究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律。（1）該小組用手機(jī)對(duì)一做平拋運(yùn)動(dòng)的小球進(jìn)行連拍，取從拋出點(diǎn)開始連拍的5張照片進(jìn)行電腦合成，得到圖甲.進(jìn)一步作圖后，得到圖乙所示圖像，經(jīng)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)水平方向相鄰小球的間距幾乎相等，說明小球在水平方向做運(yùn)動(dòng).（2）若小球的實(shí)際直徑為D，照片上相鄰小球間距均為x，照片上小球直徑為d，則小球平拋的初速度表達(dá)式v0=.

（用題中字母表示）（3）利用游標(biāo)卡尺測(cè)得小球的實(shí)際直徑如圖丙所示，則小球的直徑D=cm，用刻度尺測(cè)得照片（圖乙）中小球直徑d=0.56cm，通過計(jì)算，可得實(shí)際長(zhǎng)度與照片中的長(zhǎng)度之比為.（4）用刻度尺測(cè)得照片（圖乙）中y1=0.94cm，y2=1.21cm，y3=1.48cm，y4=1.75cm,通過計(jì)算,小球在豎直方向運(yùn)動(dòng)的加速度a=m/s2（結(jié)果保留三位有效數(shù)字），若該值與當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮∠嘟忠蛐∏蜃銎綊佭\(yùn)動(dòng)豎直方向初速度為零，則說明小球在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng).【答案】勻速直線2.24049.72【解析】（1）[1]水平方向相鄰小球的間距幾乎相等，說明小球在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)；（2）[2]由題意可知，照片中小球的初速度為照片與實(shí)際的比例為，故有得（3）[3]游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為主尺讀數(shù)與游標(biāo)尺讀數(shù)之和，所以小球的直徑為D=22mm+8×0.05mm=22.40mm=2.240cm[4]照片中小球直徑d=0.56cm，得實(shí)際長(zhǎng)度與照片中的長(zhǎng)度之比為（4）[5]根據(jù)逐差法可得照片中小球運(yùn)動(dòng)的加速度實(shí)際小球的加速度8．圖甲為利用“類牛頓擺”驗(yàn)證“碰撞過程中的動(dòng)量守恒”的實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)器材如下：支架，兩個(gè)半徑相同的球1和球2，細(xì)線若干，坐標(biāo)紙，托盤天平，刻度尺等。實(shí)驗(yàn)所在地重力加速度大小為g。

實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）測(cè)得小球1、2的質(zhì)量分別為、，將小球各用兩細(xì)線（彈性忽略不計(jì)）懸掛于水平支架上，使兩小球球心位于同一水平面，如圖甲。（2）將坐標(biāo)紙豎直固定在一個(gè)水平支架上，使坐標(biāo)紙與小球運(yùn)動(dòng)平面平行且盡量靠近小球。坐標(biāo)紙每一小格是相同的正方形。將小球1拉至某一位置，由靜止釋放，在垂直坐標(biāo)紙方向用手機(jī)高速連拍。（3）如圖乙所示，分析連拍照片得出，球1從點(diǎn)由靜止釋放，在最低點(diǎn)與球2發(fā)生水平方向的正碰，球1碰后到達(dá)的最高位置為，球2向右擺動(dòng)的最高位置為，測(cè)得、、到最低點(diǎn)高度差分別為、、。（4）若滿足關(guān)系式，則能證明碰撞過程中系統(tǒng)總動(dòng)量守恒。（5）定義，為碰撞前球1的動(dòng)能，為碰撞后兩球的動(dòng)能之和，若小于，則在誤差允許的范圍內(nèi)兩小球發(fā)生的是彈性碰撞。某次測(cè)量得到的一組數(shù)據(jù)為：，，，，取?？傻?（保留兩位有效數(shù)字），可知本次碰撞（選填“是”或“不是”）彈性碰撞?！敬鸢浮?.50是【解析】（4）[1]小球1碰后到達(dá)的最高位置為，小球1碰后的過程有解得小球1碰后的速度小球2碰后的過程有解得小球2碰后的速度將小球1拉至某一位置，由靜止釋放，小球1到達(dá)最低點(diǎn)的過程有解得小球1碰前的速度碰撞過程中系統(tǒng)總動(dòng)量守恒有即（5）[2][3]碰撞前的總動(dòng)能碰撞后的總動(dòng)能可得兩小球發(fā)生的是彈性碰撞。（建議用時(shí)：30分鐘）一、實(shí)驗(yàn)題1．（2023·四川成都·統(tǒng)考一模）某同學(xué)用圖（a）所示的裝置測(cè)量木塊與長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)。長(zhǎng)木板水平固定，木塊通過水平輕繩繞過輕質(zhì)光滑定滑輪連接重物。（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)（選填“①”或“②”），得到加速階段的部分紙帶如圖（b）所示，A、B、C、D、E為打下的相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)未畫出。①先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，再由靜止釋放重物②先由靜止釋放重物，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源（2）測(cè)量得，，木塊質(zhì)量為M=0.5kg，重物質(zhì)量為m=0.2kg。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為50Hz，重力加速度，忽略紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔之間的阻力。則打下B點(diǎn)時(shí)木塊的速度m/s，木塊與長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)約為μ=。（所有計(jì)算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）【答案】①0.270.26【解析】（1）[1]使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)先接通電源，后釋放紙帶，故選①。（2）[2]由于相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)未畫出，所以相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為B點(diǎn)的速度為[3]D點(diǎn)的速度為加速度為根據(jù)牛頓第二定律，有解得2．（2024·河北邯鄲·統(tǒng)考二模）某實(shí)驗(yàn)小組用壓力傳感器設(shè)計(jì)測(cè)量彈簧勁度系數(shù)的實(shí)驗(yàn)方案。如圖所示，壓力傳感器放在水平地面上，一輕質(zhì)彈簧下端與重物連接，上端與跨過定滑輪的輕繩連接，輕繩的另一端連著托盤。托盤中不放砝碼時(shí)，傳感器讀數(shù)為，在托盤中放置n（n=0，1，2，3，4，5）個(gè)砝碼，對(duì)應(yīng)彈簧長(zhǎng)度的變化量為，傳感器的讀數(shù)為，記錄下相應(yīng)的數(shù)據(jù)。（1）數(shù)據(jù)處理時(shí)采用畫F-x圖像的方法，試分析該圖像（填“過”或“不過”）坐標(biāo)原點(diǎn)，該圖像的可表示彈簧的勁度系數(shù)。（2）滑輪的摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（填“產(chǎn)生”或“不產(chǎn)生”）影響。【答案】不過斜率絕對(duì)值不產(chǎn)生【解析】（1）[1][2]彈簧中彈力的增加量整理得可知該圖線是一條不過原點(diǎn)的直線；斜率的絕對(duì)值為彈簧的勁度系數(shù)。（2）[3]由表達(dá)式可知滑輪的摩擦力不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。3．（2024·吉林白山·統(tǒng)考一模）某學(xué)習(xí)小組利用圖（a）所示的裝置測(cè)量滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)，操作步驟如下：①將木板的右端用大小可以忽路的鉸鏈固定在水平面上的O點(diǎn)，左端抬高并架在鐵架臺(tái)上；②將光電門固定在木板的右端，量角器固定在水平面上，使量角器刻度盤的圓心與O點(diǎn)重合，水平直徑與水平面重合；③用刻度尺測(cè)量O點(diǎn)與鐵架臺(tái)豎直桿最低點(diǎn)Q之間的水平距離L；④用量角器測(cè)量木板與水平面之間的夾角為；⑤用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d，如圖（b）所示；⑥使滑塊（含遮光條）從木板與鐵架臺(tái)豎直桿交點(diǎn)P處由靜止釋放，記錄滑塊通過光電門的時(shí)間；⑦調(diào)節(jié)木板左側(cè)架在鐵架臺(tái)上的位置，重復(fù)步驟④⑥（1）遮光條的寬度cm（2）滑塊在木板上從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)過程中的加速度大小為。（用已知或測(cè)量的物理量符號(hào)表示）。（3）以為縱軸，為橫軸，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)描繪出圖像，若該圖像的斜率為k，縱軸截距的絕對(duì)值為b，則滑塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)（用k，b表示）?！敬鸢浮?.78【解析】（1）[1]根據(jù)游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)律可得，遮光條的寬度為（2）[2]滑塊到達(dá)O點(diǎn)時(shí)的速度為由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式聯(lián)立可得滑塊在木板上從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)過程中的加速度大小為（3）[3]在斜面上對(duì)滑塊受力分析，由牛頓第二定律化簡(jiǎn)可得根據(jù)題意得，聯(lián)立可得滑塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為4．（2023·四川德陽(yáng)·統(tǒng)考一模）一同學(xué)利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”。一長(zhǎng)木板被鐵架臺(tái)豎直固定，其上固定一張白紙。甲、乙兩個(gè)力傳感器分別固定在木板上的A、B兩點(diǎn)，A、B兩點(diǎn)可在木板上移動(dòng)。（1）如圖（a）所示，將質(zhì)量未知的重物用細(xì)繩豎直懸掛在力傳感器甲上，重物靜止時(shí)，記錄力傳感器甲的示數(shù)F1；（2）如圖（b）所示，三根細(xì)繩通過結(jié)點(diǎn)O連接在一起，另一端分別與力傳感器或重物相連，調(diào)節(jié)A、B兩點(diǎn)的位置，重物靜止時(shí)，記錄結(jié)點(diǎn)O的位置、豎直細(xì)繩方向、甲、乙力傳感器的示數(shù)F2、F3和連接甲、乙力傳感器細(xì)繩的；（3）在O點(diǎn)根據(jù)F1、F2、F3的大小和方向作力的圖示；（4）改變A、B兩點(diǎn)的位置重復(fù)步驟（2）、（3），此過程（填“需要”或“不需要”）保持結(jié)點(diǎn)O位置不變；（5）初始時(shí)三根細(xì)繩互成120°，若保持結(jié)點(diǎn)O的位置和連接甲、乙力傳感器的兩細(xì)繩間的夾角∠AOB不變，當(dāng)A、B繞O點(diǎn)逆時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)60°的過程中，力傳感器乙的示數(shù)會(huì)（填“先變大后變小”或“先變小后變大”）?！敬鸢浮糠较虿恍枰茸兇蠛笞冃　窘馕觥浚?）[1]該題目的為驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”所以不僅需要力的大小，還需要力的方向，所以需要記錄連接甲、乙力傳感器細(xì)繩的方向。（4）[2]A、B兩點(diǎn)的位置重復(fù)步驟（2）、（3）的過程中可以改變O點(diǎn)的位置，不需要保持不變；（5）[3]初始時(shí)三個(gè)力有如下關(guān)系，當(dāng)當(dāng)A、B繞O點(diǎn)逆時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)60°的過程中，根據(jù)矢量三角形可知F3先增大，后減小。5．（2023·四川眉山·統(tǒng)考一模）某同學(xué)被中國(guó)空間站“天宮課堂”展示的奇妙現(xiàn)象深深吸引，聯(lián)想到平時(shí)做過或思考過的實(shí)驗(yàn)，他提出了一組問題并邀你作答：（1）在圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的空間站內(nèi)，下列力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，不能夠順利完成的是和。（填正確答案標(biāo)號(hào)）A．探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律B．探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系C．研究平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)D．驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律（2）不能夠順利完成的原因主要是，其結(jié)果是（至少回答對(duì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)造成的結(jié)果）?！敬鸢浮緽C空間站內(nèi)的物體處于完全失重狀態(tài)見解析【解析】（1）[1][2]在圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的空間站內(nèi)，不能夠順利完成的力學(xué)實(shí)驗(yàn)是探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系和研究平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)。故選B和C。（2）[3]不能夠順利完成的原因主要是：空間站內(nèi)的物體處于完全失重狀態(tài)，而探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系和研究平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)在完全失重狀態(tài)下不能順利完成。[4]在完全失重狀態(tài)下，B實(shí)驗(yàn)中的砝碼無法牽引小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)；C實(shí)驗(yàn)中，錘子敲擊彈簧片后，左端小球仍然靜止，右端小球?qū)⒆鰟蛩龠\(yùn)動(dòng)。6．（2023·河北唐山·遷西縣第一中學(xué)?？级＃┬⊙型瑢W(xué)通過如圖所示的裝置探究影響物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力的因素。小滑塊套在光滑水平桿上，隨桿一起繞豎直桿做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，力傳感器通過一細(xì)繩連接滑塊，用來測(cè)量向心力F的大小?；瑝K上固定一遮光片，通過遮光片與固定在鐵架臺(tái)上的光電門可測(cè)量出滑塊的線速度大小。已知小滑塊上遮光片的寬度為d，滑塊到轉(zhuǎn)軸的距離為r。（以下結(jié)果均用題中所給字母表示）

（1）若遮光片經(jīng)過光電門的時(shí)間為t，則滑塊做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T=。（2）若（1）中力傳感器示數(shù)為F，則滑塊質(zhì)量為。（3）該同學(xué)通過改變轉(zhuǎn)速，記錄多組力傳感器示數(shù)F和對(duì)應(yīng)的滑塊上遮光片通過光電門的時(shí)間t。若以F為縱軸，要得到線性圖像，則橫軸所代表的物理量為。[選填“t”、“”或“”]【答案】【解析】（1）[1]滑塊運(yùn)動(dòng)的線速度，滑塊做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期（2）[2]由，可得（3）[3]由可知若以F為縱軸，要得到線性圖像，則橫軸所代表的物理量為。7．（2024·廣西貴港·統(tǒng)考模擬預(yù)測(cè)）為了驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，物理實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，使重物帶動(dòng)紙帶從靜止開始自由下落。（1）本實(shí)驗(yàn)中，不同學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過程中出現(xiàn)如圖所示的四種情況，其中操作正確的是。（2）實(shí)驗(yàn)中，按照正確的操作得到如圖所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)、、，測(cè)得它們到起始點(diǎn)（紙帶上第一個(gè)點(diǎn)）的距離分別為、、。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為。設(shè)重物的質(zhì)量為，從打點(diǎn)到打點(diǎn)的過程中，重物的重力勢(shì)能減少量，動(dòng)能變化量。

（3）重力勢(shì)能變化量絕對(duì)值小于動(dòng)能變化量，可能的原因是。A．紙帶受到阻力較大

B．先接通電源后釋放紙帶C．先釋放紙帶后接通電源

D．阻力與重力之比很小（4）實(shí)驗(yàn)小組改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)方案，如圖甲所示，他們利用光電門和數(shù)字傳感設(shè)備組成集成框架，框架水平部分安裝了電磁鐵，將小鐵球吸住。斷電后，小鐵球立即靜止釋放，小鐵球經(jīng)過光電門時(shí)，與光電門連接的數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出小球通過的時(shí)間，并算出此時(shí)小球的速度，多次改變光電門的位置，得到多組、的數(shù)據(jù)，做出的圖像如圖乙所示。已知重力加速度為，若小球的直徑為d，小球通過光電門的速度與時(shí)間的關(guān)系為；若圖乙中直線的斜率，則可驗(yàn)證小鐵球在下落過程中機(jī)械能守恒。

【答案】BC【解析】（1）[1]打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接交流電源，操作時(shí)應(yīng)用手提住紙帶的上端，讓重物盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。故選B。（2）[2]從打點(diǎn)到打點(diǎn)的過程中，重物的重力勢(shì)能減少量[3]打點(diǎn)的速度為動(dòng)能變化量（3）[4]正常情況下實(shí)驗(yàn)中，由于系統(tǒng)誤差，各種阻力導(dǎo)致機(jī)械能有損失，那么重力勢(shì)能的減小量略大于動(dòng)能的增加量，而此實(shí)驗(yàn)恰好相反，則是操作錯(cuò)誤引起的，可能是物體具有初速度，即先放手后接通電源。故選C。（4）[5]根據(jù)光電門的測(cè)速原理，小球的直徑為d，小球通過光電門的速度與時(shí)間的關(guān)系為[6]根據(jù)位移與速度的關(guān)系式有結(jié)合圖像，可知，圖乙中直線的斜率8．某同學(xué)為了研究半徑相同的兩個(gè)小球在軌道末端碰撞前后的動(dòng)量關(guān)系，設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，斜槽與水平槽圓滑連接。安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復(fù)寫紙，記下重錘線所指的位置O。步驟1：不放小球B，讓小球A從斜槽上某固定位置由靜止?jié)L下，并落在地面上，重復(fù)多次，用盡可能小的圓，把小球的所有落點(diǎn)圈在里面，其圓心就是小球落點(diǎn)的平均上位置P；步驟2：把小球B輕放在斜槽末端邊緣，讓小球A從相同位置由靜止?jié)L下，與小球B發(fā)生碰撞，重復(fù)多次，并使用與步驟1同樣的方法標(biāo)出碰撞后兩小球落點(diǎn)的平均位置M、N；步驟3：用刻度尺分別測(cè)量線段MP、ON的長(zhǎng)度，記為x1、x2。已知小球A、B的質(zhì)量分別為為m1、m2。（1）實(shí)驗(yàn)中必須滿足的條件是。A．斜槽軌道應(yīng)當(dāng)盡量光滑以減小實(shí)驗(yàn)誤差B．斜槽軌道末端的切線必須水平C．入射球A每次必須從軌道的同一位置由靜止釋放D．兩球的質(zhì)量必須相等（2）為了驗(yàn)證碰撞前后A、B兩球構(gòu)成的系統(tǒng)動(dòng)量是否守恒，需要檢驗(yàn)表達(dá)式（用題中已知物理量表示）在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)是否成立。（3）該同學(xué)在進(jìn)行完成步驟1后即將開展步驟2前，突然發(fā)現(xiàn)斜槽末端稍向上傾斜，于是將它調(diào)至水平，并使調(diào)整后的斜槽末端離地面高度與原來相同，再將小球A從擋板處?kù)o止釋放，完成步驟2。若