资料中包含下列文件，点击文件名可预览资料内容
还剩15页未读，
继续阅读
成套系列资料，整套一键下载
专题17 力学实验-（2018-2022）五年高考物理真题模拟题分类练（全国卷专用）
展开
这是一份专题17 力学实验-（2018-2022）五年高考物理真题模拟题分类练（全国卷专用），文件包含专题17力学实验解析版docx、专题17力学实验原卷版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共46页， 欢迎下载使用。
【考纲定位】
【知识重现】
知识点一 基本仪器的使用和读数
1.长度的测量仪器
2.时间类测量仪器的读数
（1）打点计时器：每打两个点的时间间隔为0.02 s，一般每五个点取一个计数点，则时间间隔为Δt=0.02×5 s=0.1 s。
（2）频闪照相机：用等时间间隔获取图象信息的方法将物体在不同时刻的位置记录下来，时间间隔Δt=。（f为频闪照相机的频率）
（3）光电计时器：记录遮光条通过光电门的遮光时间。
知识点二 基本力学实验
1.研究性实验
2.探究性实验
3.验证性实验
【真题汇编】
1. （2022·全国甲卷·T23）利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为的滑块A与质量为的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞，碰撞时间极短，比较碰撞后A和B的速度大小和，进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。完成下列填空：
（1）调节导轨水平；
（2）测得两滑块的质量分别为和。要使碰撞后两滑块运动方向相反，应选取质量为______kg的滑块作为A；
（3）调节B的位置，使得A与B接触时，A的左端到左边挡板的距离与B的右端到右边挡板的距离相等；
（4）使A以一定的初速度沿气垫导轨运动，并与B碰撞，分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间和；
（5）将B放回到碰撞前的位置，改变A的初速度大小，重复步骤（4）。多次测量的结果如下表所示；
（6）表中的______（保留2位有效数字）；
（7）的平均值为______；（保留2位有效数字）
（8）理论研究表明，对本实验的碰撞过程，是否为弹性碰撞可由判断。若两滑块的碰撞为弹性碰撞，则的理论表达式为______（用和表示），本实验中其值为______（保留2位有效数字），若该值与（7）中结果间的差别在允许范围内，则可认为滑块A与滑块B在导轨上的碰撞为弹性碰撞。
【答案】 ①. 0.304 ②. 0.31 ③. 0.32 ④. ⑤. 0.34
【解析】
（2）[1]应该用质量较小的滑块碰撞质量较大的滑块，碰后运动方向相反，故选0.304kg的滑块作为A。
（6）[2]由于两段位移大小相等，根据表中的数据可得
（7）[3]平均值为
（8）[4][5]弹性碰撞时满足动量守恒和机械能守恒，可得
联立解得
代入数据可得
2. （2022·全国乙卷·T22）用雷达探测一高速飞行器的位置。从某时刻（）开始的一段时间内，该飞行器可视为沿直线运动，每隔测量一次其位置，坐标为x，结果如下表所示：
回答下列问题：
（1）根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动，判断的理由是：______；
（2）当时，该飞行器速度的大小______；
（3）这段时间内该飞行器加速度的大小______（保留2位有效数字）。
【答案】 ①. 相邻1s内的位移之差接近∆x=80m ②. 547 ③. 79
【解析】
（1）[1]第1s内的位移507m，第2s内的位移587m，第3s内的位移665m，第4s内的位移746m，第5s内的位移824m，第6s内的位移904m，则相邻1s内的位移之差接近∆x=80m，可知判断飞行器在这段时间内做匀加速运动；
（2）[2]当x=507m时飞行器的速度等于0-2s内的平均速度，则
（3）[3]根据
3. （2021·全国甲卷·T22）为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数，一同学将贴有标尺的瓷砖的一端放在水平桌面上，形成一倾角为的斜面（已知sin=0.34，cs=0.94），小铜块可在斜面上加速下滑，如图所示。该同学用手机拍摄小铜块的下滑过程，然后解析视频记录的图像，获得5个连续相等时间间隔（每个时间间隔∆T=0.20s）内小铜块沿斜面下滑的距离si（i=1，2，3，4，5），如下表所示。
由表中数据可得，小铜块沿斜面下滑的加速度大小为___________m/s2，小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数为___________。（结果均保留2位有效数字，重力加速度大小取9.80m/s2）
【答案】 ①. 0.43 ②. 0.32
【解析】
[1]根据逐差法有
[2]对小铜块受力分析根据牛顿第二定律有
代入数据解得
4. （2021·全国乙卷·T22）某同学利用图（a）所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图（b）所示（图中未包括小球刚离开轨道的影像）。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图（b）中标出。
完成下列填空：（结果均保留2位有效数字）
（1）小球运动到图（b）中位置A时，其速度的水平分量大小为___________，竖直分量大小为___________；
（2）根据图（b）中数据可得，当地重力加速度的大小为___________。
【答案】 ①. 1.0 ②. 2.0 ③. 9.7
【解析】
（1）[1]因小球水平方向做匀速直线运动，因此速度为
[2]竖直方向做自由落体运动，因此A点的竖直速度可由平均速度等于时间中点的瞬时速度求得
（2）[3]由竖直方向的自由落体运动可得
代入数据可得
5. （2020·全国Ⅰ卷·T23）某同学用如图所示的实验装置验证动量定理，所用器材包括：气垫导轨、滑块（上方安装有宽度为d的遮光片）、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等。
实验步骤如下：
（1）开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间________时，可认为气垫导轨水平；
（2）用天平测砝码与砝码盘的总质量m1、滑块（含遮光片）的质量m2；
（3）用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接，并让细线水平拉动滑块；
（4）令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动，和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过A、B两处的光电门的遮光时间Δt1、Δt2及遮光片从A运动到B所用的时间t12；
（5）在遮光片随滑块从A运动到B的过程中，如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力，拉力冲量的大小I=________，滑块动量改变量的大小Δp=________；（用题中给出的物理量及重力加速度g表示）
（6）某次测量得到的一组数据为：d=1.000 cm，m1=1.5010-2 kg，m2=0.400 kg，△t1=3.90010-2 s，Δt2=1.27010-2 s，t12=1.50 s，取g=9.80 m/s2。计算可得I=________N·s，Δp=____ kg·m·s-1；（结果均保留3位有效数字）
（7）定义，本次实验δ=________%（保留1位有效数字）。
【答案】 ①. 大约相等 ②. m1gt12 ③. ④. 0.221 ⑤. 0.212 ⑥. 4
【解析】
（1）[1]当经过A,B两个光电门时间相等时，速度相等，此时由于阻力很小，可以认为导轨是水平的。
（5）[2]由I=Ft，知
[3] 由知
(6)[4]代入数值知，冲量
[5]动量改变量
（7）[6]由定义公式可得，本次实验
6. （2020·全国Ⅱ卷·T22）一细绳跨过悬挂的定滑轮，两端分别系有小球A和B，如图所示。一实验小组用此装置测量小球B运动的加速度。
令两小球静止，细绳拉紧，然后释放小球，测得小球B释放时的高度h0=0.590 m，下降一段距离后的高度h=0.100 m；由h0下降至h所用的时间T=0.730 s。由此求得小球B加速度的大小为a=_______m/s2（保留3位有效数字）。
从实验室提供的数据得知，小球A、B的质量分别为100.0 g和150.0 g，当地重力加速度大小为g=9.80 m/s2。根据牛顿第二定律计算可得小球B加速度的大小为a′=_______m/s2（保留3位有效数字）。
可以看出，a′与a有明显差异，除实验中的偶然误差外，写出一条可能产生这一结果的原因：__________。
【答案】 ①. 1.84 ②. 1.96 ③. 滑轮的轴不光滑，绳和滑轮之间有摩擦（或滑轮有质量）
【解析】
①有题意可知小球下降过程中做匀加速直线运动，故根据运动学公式有
代入数据解得a=1.84m/s2；
②根据牛顿第二定律可知对小球A有
对小球B有
带入已知数据解得；
③在实验中绳和滑轮之间有摩擦会造成实际计算值偏小。
7. （2020·全国Ⅲ卷·T22）某同学利用图（a）所示装置验证动能定理。调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上钩码，钩码下落，带动小车运动并打出纸带。某次实验得到的纸带及相关数据如图（b）所示。
已知打出图（b）中相邻两点的时间间隔为0.02 s，从图（b）给出的数据中可以得到，打出B点时小车的速度大小vB=_____m/s，打出P点时小车的速度大小vP=_____m/s（结果均保留2位小数）。
若要验证动能定理，除了需测量钩码的质量和小车的质量外，还需要从图（b）给出的数据中求得的物理量为_________。
【答案】 ①. 0.36 ②. 1.80 ③. B、P之间的距离
【解析】
[1][2]由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度
[3]验证动能定理需要求出小车运动的过程中拉力对小车做的功，所以还需要测量对应的B、P之间的距离。
8. （2019·全国Ⅰ卷·T22）某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行研究．物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图所示．已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出．在ABCDE五个点中，打点计时器最先打出的是______点，在打出C点时物块的速度大小为______m/s（保留3位有效数字）；物块下滑的加速度大小为_____m/s2（保留2位有效数字）．
【答案】 ①. A ②. 0.233 ③. 0.75
【解析】
分析可知，物块沿倾斜长木板最匀加速直线运动，纸带上的点迹，从A到E，间隔越来越大，可知，物块跟纸带的左端相连，纸带上最先打出的是A点；在打点计时器打C点瞬间，物块的速度；根据逐差法可知，物块下滑的加速度．
故本题正确答案为：A；0.233；0.75．
9. （2019·全国Ⅱ卷·T22）如图（a），某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验．所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的交流电源，纸带等．回答下列问题：
（1）铁块与木板间动摩擦因数μ=______（用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示）
（2）某次实验时，调整木板与水平面的夹角θ=30°．接通电源．开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下．多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图（b）所示．图中的点为计数点（每两个相邻的计数点间还有4个点未画出）．重力加速度为9.8 m/s2．可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为_____________（结果保留2位小数）．
【答案】 ①. ②. 0.35
【解析】
（1）由mgsinθ-μmgcsθ=ma，解得：μ=……①
（2）由逐差法a= 得：SII=（76.39-31.83）×10-2m，T=0.10s，SI=（31.83-5.00）×10-2m，故a= m/s2=1.97 m/s2，代入①式，得：μ= =0.35
10. （2019·全国Ⅲ卷·T22）甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验．实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照．已知相机每间隔0.1s拍1幅照片．
（1）若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是_______．（填正确答案标号）
A.米尺 B.秒表 C.光电门 D.天平
（2）简述你选择的器材在本实验中的使用方法．
答：________________________________________________
（3）实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab=24.5cm、ac=58.7cm，则该地的重力加速度大小为g=___m/s2．（保留2位有效数字）
【答案】 ①. A ②. 将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺． ③. 9.7
【解析】
此实验用数码相机替代打点计时器,故实验原理是相同的,仍然需要米尺来测量点与点之间的距离;就本实验而言,因为是不同照片,所以是测量连续几张照片上小球位置之间的距离;加速度求解仍然用逐差法计算,注意是bc与ab之间的距离差.
11. （2018·全国Ⅰ卷·T22）如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针．
现要测量图(a)中弹簧的劲度系数．当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为________cm.当地的重力加速度大小为9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为________N/m(保留3位有效数字)．
【答案】 ①. 3.775cm; ②. 53.7N/m
【解析】
实验所用的游标卡尺精度为0.05mm，游标卡尺上游标第15条刻度线与主尺刻度线对齐，根据游标卡尺的读数规则，图（b）所示的游标卡尺读数为3.7cm+15×0.05mm=3.7cm+0.075cm=3.775cm．
托盘中放有质量为m=0.100kg的砝码时，弹簧受到的拉力F=mg=0.100×9.8N=0.980N，弹簧伸长x=3.775cm-1.950cm=1.825cm=0.01825m，根据胡克定律，F=kx，解得此弹簧的劲度系数k=F/x=53.7N/m．
12. （2018·全国Ⅱ卷·T23）某同学用图（a）所示的装置测量木块与木板之间的摩擦因数。跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块之间的细线保持水平，在木块上放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在下表中给出，其中f4的值从图（b）中弹簧秤的示数读出。
回答下列问题
(1)f4 = ______N；
(2)在图（c）的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出f—m图线；______
(3)f与m、木块质量M、木板和木块之间的滑动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式f = ______，f—m图线（直线）的斜率的表达式k = ______；
(4)取g = 9.80m/s2，由绘出的f—m图线求得μ = ______。（保留2位有效数字）
【答案】 ①. 2.75 ②. 见解析 ③. μ(M + m)g ④. μg ⑤. 0.40
【解析】
(1)[1]从图b读出f4 = 2.75N。
(2)[2]根据数据描点连线有
(3)[3][4]木块受到的摩擦力可表达为
所以图像的斜率表示为。
(4)[5]木块受到木板给的的滑动摩擦力的大小
从图表中可以观察当m每增加0.05kg，摩擦力f增加0.2N，故可见f与砝码的质量成正比，故本题中木块的质量为近似0，图像与纵轴的截距为，图像近似过原点，M近似为0，代入相关参数可得。
13. （2018·全国Ⅲ卷·T22）甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间．实验步骤如下：
（1）甲用两个手指轻轻捏住量程为L的木尺上端，让木尺自然下垂．乙把手放在尺的下端（位置恰好处于L刻度处，但未碰到尺），准备用手指夹住下落的尺．
（2）甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子．若夹住尺子的位置刻度为L1，重力加速度大小为g，则乙的反应时间为________（用L、L1和g表示）．
（3）已知当地的重力加速度大小为g=9.80 m/s2，L=30.0 cm，L1=10.4 cm，乙的反应时间为__________s．（结果保留2位有效数字）
（4）写出一条提高测量结果准确程度的建议：___________．
【答案】 ①. ②. 0.20 ③. 多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近尺子
【解析】
（2）根据题述，在乙的反应时间t内，尺子下落高度h=L-L1，由自由落体运动规律，h=gt2，解得t=．
（3）代入数据得：t=0.20s．
（4）多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近尺子
【突破练习】
1. （2022·安徽合肥市高三下学期二模）某实验小组利用下图装置验证系统机械能守恒。跨过定滑轮的轻绳一端系着物块A，另一端穿过中心带有小孔的金属圆片C与物块B相连，A和B质量相等。铁架台上固定一圆环，圆环处在B的正下方。将B和C由距圆环高为处静止释放，当B穿过圆环时，C被搁置在圆环上。在铁架台P1、P2处分别固定两个光电门，物块B从P1运动到P2所用的时间t由数字计时器测出，圆环距P1的高度，P1，P2之间的高度，重力加速度g取9.8m/s2。
（1）B穿过圆环后可以视为做_______直线运动；
（2）为了验证系统机械能守恒，该系统应选择_______（选填“A和B”或“A、B和C”）；
（3）测得B通过P1P2的时间，A、B的质量均为0.3kg，C的质量为0.2kg，则该实验中系统重力势能减少量为_______，系统动能增加量为_______，系统重力势能减少量与系统动能增加量有差别的原因是_______（结果保留三位有效数字）
【答案】 ①. 匀速 ②. A、B和C ③. 1.37J ④. 1.32J ⑤. 摩擦阻力和空气阻力对系统做了负功
【解析】
（1）[1]因为A质量和B质量相等，B穿过圆环后，忽略绳子与滑轮间的摩擦力以及空气阻力，B穿过圆环后可以视为做匀速运动；
（2）[2]由图可知，B、C减小的重力势能转化为A的重力势能以及A、B、C的动能，可知为了验证系统机械能守恒，该系统应选择A、B和C；
（3）[3][4][5]由题意知、A、B、C到达圆环时的速度
A、B、C到达圆环时重力势能减少量为
A、B、C到达圆环时动能增加量为
系统重力势能减少量与系统动能增加量有差别的原因是摩擦阻力和空气阻力对系统做了负功。
2. （2022·福建福州市高三下学期三月质检）利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图甲所示。实验步骤如下：
①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1m
②将气垫导轨右端调节高些，以平衡摩擦力
③用游标卡尺测量挡光条的宽度d
④用刻度尺测出两光电门A、B中心之间的距离s
⑤用天平测出滑块和挡光条的总质量M、托盘和砝码的总质量m
⑥接通气源，将滑块移至光电门A右侧某处，待托盘和砝码静止不动时，释放滑块，且要求托盘和砝码落地前挡光条已通过光电门B
⑦从数字计时器（图中未画出）上分别测得挡光条通过光电门A和光电门B挡光所用的时间ΔtA和ΔtB
⑧用公式ΔEP=mgs'计算出系统重力势能减少量，用公式ΔEK计算出系统动能的增加量，通过比较ΔEP和ΔEK是否相等，就能验证该过程系统机械能是否守恒。上述实验②步骤有错，应改为________；实验⑧步骤中ΔEK表达式有错，应改为________。某次测量挡光条宽度如图乙所示，其读数d=________×10-3m。
【答案】 ①. 将气垫导轨调到水平 ②. ③. 9.50
【解析】
[1]上述实验②步骤有错，应改为将气垫导轨调到水平；
[2]从数字计时器（图中未画出）上分别测得挡光条通过光电门A和光电门B挡光所用的时间ΔtA和ΔtB，经过两光电门的速度
动能变化
[3] 读数
3. （2022·广东肇庆市高三下学期三模）某同学用如图甲所示的装置做“验证动能定理”实验，实验操作如下：
（1）用50分度的游标卡尺测量固定在小车上的遮光片宽度如图乙所示，则遮光片的宽度d=______mm；
（2）调节长木板的倾角，将小车放在长木板靠近滑轮的一侧，砂桶用细绳跨过定滑轮挂在小车上并使细绳平行于长木板。调整砂桶内砂子的质量，使小车以某一初速度沿长木板向下运动时，通过两个光电门的时间相等。取下细绳和砂桶，用天平称得砂桶和砂的总质量为m。再将小车在靠近滑轮的位置由静止释放，小车通过光电门1和光电门2时显示的时间分别为t1、t2，已知重力加速度为g，小车与遮光片的总质量为M，两光电门间的距离为l，则小车从通过光电门1到通过光电门2的过程中，动能的增加量为____________，小车所受合为___________。若满足等式___________，则动能定理得以验证；（结果均用已知字母表示）
（3）若实验过程中，保证小车能够沿长木板下滑但不满足m<【答案】 ①. 4.20 ②. ③. mg ④. ⑤. 无影响
【解析】
（1）[1] 游标卡尺读数是主尺读数（mm的整数倍）加上游标尺的读数（mm的小数位），由图可读出为
（2）[2] 小车通过光电门1到通过光电门2时的瞬时速度分别为
，
则小车动能的增加量为
[3]挂上砂桶时小车向下通过两个光电门的时间相等，说明是匀速运动，由平衡条件
取下细绳和砂桶后，小车向下加速运动
联立可得小车所受合为
[4]对小车从通过光电门1和光电门2的过程，若动能定理成立，则合外力对小车做的功等于小车动能的增加量，即
（3）[5]本实验中利用代换的方法，将小车沿斜面向下加速运动的合力巧妙的用小车匀速下滑时的砂和砂桶的总重量进行代换，所以实验不满足m<4. （2022·河北石家庄市高三下学期二模）某同学利用如图甲所示的气垫导轨装置验证机械能守恒定律。
实验步骤如下：
（1）先测出弹簧原长，由图乙中刻度尺和弹簧测力计的示数，可知弹簧的劲度系数k=______N/m；
（2）将两个宽度均为d的挡光片固定在两个滑块a、b上，测出两滑块（含挡光片）的质量分别为、；
（3）调节气垫导轨水平，a、b中间通过细线锁定压缩的弹簧（弹簧与两滑块不拴接），测出此时弹簧的长度为L，在a、b外侧一定距离处分别固定有光电门A、B。现烧断细线，测得滑块a经过光电门A的时间为，滑块b经过光电门B的时间为，已知弹簧恢复原长时两滑块尚未运动到光电门处，弹簧的弹性势能（x为弹簧的形变量），则只需等式______成立，即可验证弹簧和两滑块组成的系统机械能守恒。（用题中所测物理量的符号表示）
【答案】 ①. 120 ②.
【解析】
（1）[1]由图可知弹簧长度L=8.50cm，弹力F=3.0N，则
（2）[2]两滑块经过光电门时的速度为
弹簧的弹性势能
则要验证的关系是
即
5. （2022·河南洛阳市高三下学期二模）某学习小组用如图所示的实验装置探究“动能定理”。他们在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一宽度为d的遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放。
（1）下列实验要求中不必要的一项是_______（请填写选项前对应的字母）。
A.应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量
B.应使A位置与光电门间的距离适当大些
C.应将气垫导轨调至水平
D.应使细线与气垫导轨平行
（2）实验时保持滑块的质量M和A、B间的距离L不变，改变钩码质量m，测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t。则研究滑块动能变化与合外力对它所做功的关系的实验原理表达式为________（用F、L、M、d、t表示）。如果通过描点作出线性图象，研究滑块动能变化与合外力对它所做功的关系，处理数据时应作出的图象是_______（请填写选项前对应的字母）。
A.作出图象 B.作出图象 C.作出图象 D.作出图象
【答案】 ①. A ②. ③. C
【解析】
（1）[1]A．滑块受到拉力可以通过传感器直接测得，故可以不用测量钩码和力传感器的总质量，A错误；
B．应使A位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误差， B正确；
CD．应将气垫导轨调节水平，保持拉线方向与木板平面平行，这样力传感器测得的拉力才等于合力，CD正确。
故选A。
（2）[2][3]利用极短时间内的平均速度表示瞬时速度得滑块经过B的速度
根据动能定理得
联立得
整理可得
则可得外力做功和滑块动能改变量相等，故验证滑块动能变化量和外力做功关系，应作出图象，为倾斜的直线，故C正确，ABD错误。
6. （2022·河南许昌市高三下学期二模）某实验小组用图中装置探究质量一定情况下加速度和力的关系。他们用不可伸长的细线将滑块（含挡光片）通过一个定滑轮和挂有物的动滑轮与力的传感器相连，细线与气垫导轨平行，在水平气垫导轨的A、B两点各安装一个光电门，A、B两点间距为x，释放重物，挡光片通过A、B时的遮光时间分别为tA、tB，已知挡光片宽度为d。
（1）实验操作过程中___________（ 选填“需要"或“不需要”）满足重物的质量远小于滑块及挡光片的质量；
（2）滑块通过AB段时的加速度大小为_______ （ 用题中已知的物理量字母表示）；
（3）多次改变重物质量，同时记录细绳的拉力大小F，重复上述实验步骤，得到多组加速度a与拉力F，以a为纵坐标、F为横坐标作图，若图线是________ ，则物体质量一定情况下加速度与合外力成正比的结论成立。
【答案】 ①. 不需要 ②. ③. 一条过原点的直线
【解析】
（1）[1]实验中力传感器直接显示拉力大小，即为滑块合外力，故不需要满足重物的质量远小于滑块及挡光片的质量；
（2）[2]由题意知滑块通过AB段时的加速度大小为
其中
联立得
（3）[3]若加速度与合外力成正比，则图像是一条过原点的直线。近5年考情分析
考点要求
等级要求
考题统计
2022
2021
2020
2019
2018
实验一：研究匀变速直线运动
Ⅱ
乙卷·T22
Ⅰ卷·T22
Ⅲ卷·T22
实验二：探究弹力与弹簧伸长的关系
Ⅰ卷·T22
实验三：验证力的平行四边形定则
实验四：验证牛顿运动定律
甲卷·T22
Ⅱ卷·T22
Ⅱ卷·T23
实验五：研究平抛物体的运动
乙卷·T22
实验六：探究动能定理
Ⅲ卷·T22
实验七：探究机械能守恒定律
实验八：验证动量守恒定律
甲卷·T23
游标卡尺（不估读）
（1）读数：测量值=主尺读数（mm）＋精度×游标尺上对齐刻线数值（mm）。
（2）常用精确度：10分度游标，精度0.1 mm；
20分度游标，精度0.05 mm；
50分度游标，精度0.02 mm
螺旋测微器（需估读）
测量值=固定刻度＋可动刻度（带估读值）×0.01 mm
毫米刻度尺的读数：精确到毫米，估读一位
实验名称
实验原理
实验装置
数据处理方法
研究匀变
速直线运动
通过纸带数据分析运动
（1）利用连续相等时间内的位移之差等于恒量进行有关计算或判断
（2）利用平均速度法求瞬时速度
（3）利用Δx=aT2（或逐差法）求a
（4）利用v-t图像求a
研究平抛运动
轨迹描绘法分析运动
取点分析法
y2-y1=gT2
Δx=v0T
实验名称
实验原理
实验装置
数据处理方法
探究弹力与弹簧伸长量的关系
F=kx
图像法
探究动能定理
探究单摆运动
实验名称
实验原理
实验装置
数据处理方法
验证力的平行四边形定则
两力的作用效果与一力相同
作图法
验证牛顿第二定律
控制变量法验证：a∝F
a∝
图像法
验证
机械
能守
恒定
律
Ep少=Ek增
从几条打下点的纸带中挑选出点迹清楚的纸带进行测量
ΔEk= ，|ΔEp|=mgdn，
vn=，计算对比
→|ΔEp|与ΔEk
验证动量守恒定律
m1v1=m1v1'+m2v2'
落点距离分析
m1·OP=m1·OM+m2·ON
1
2
3
4
5
0.49
0.67
1.01
1.22
1.39
0.15
0.21
0.33
0.40
0.46
0.31
0.33
0.33
0.33
0
1
2
3
4
5
6
0
507
1094
1759
2505
3329
4233
s1
s2
s3
s4
s5
5.87cm
7.58cm
9.31cm
11.02cm
12.74cm
砝码的质量m/kg
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
滑动摩擦力f/N
2.15
2.36
2.55
f4
2.93
【考纲定位】
【知识重现】
知识点一 基本仪器的使用和读数
1.长度的测量仪器
2.时间类测量仪器的读数
（1）打点计时器：每打两个点的时间间隔为0.02 s，一般每五个点取一个计数点，则时间间隔为Δt=0.02×5 s=0.1 s。
（2）频闪照相机：用等时间间隔获取图象信息的方法将物体在不同时刻的位置记录下来，时间间隔Δt=。（f为频闪照相机的频率）
（3）光电计时器：记录遮光条通过光电门的遮光时间。
知识点二 基本力学实验
1.研究性实验
2.探究性实验
3.验证性实验
【真题汇编】
1. （2022·全国甲卷·T23）利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为的滑块A与质量为的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞，碰撞时间极短，比较碰撞后A和B的速度大小和，进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。完成下列填空：
（1）调节导轨水平；
（2）测得两滑块的质量分别为和。要使碰撞后两滑块运动方向相反，应选取质量为______kg的滑块作为A；
（3）调节B的位置，使得A与B接触时，A的左端到左边挡板的距离与B的右端到右边挡板的距离相等；
（4）使A以一定的初速度沿气垫导轨运动，并与B碰撞，分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间和；
（5）将B放回到碰撞前的位置，改变A的初速度大小，重复步骤（4）。多次测量的结果如下表所示；
（6）表中的______（保留2位有效数字）；
（7）的平均值为______；（保留2位有效数字）
（8）理论研究表明，对本实验的碰撞过程，是否为弹性碰撞可由判断。若两滑块的碰撞为弹性碰撞，则的理论表达式为______（用和表示），本实验中其值为______（保留2位有效数字），若该值与（7）中结果间的差别在允许范围内，则可认为滑块A与滑块B在导轨上的碰撞为弹性碰撞。
【答案】 ①. 0.304 ②. 0.31 ③. 0.32 ④. ⑤. 0.34
【解析】
（2）[1]应该用质量较小的滑块碰撞质量较大的滑块，碰后运动方向相反，故选0.304kg的滑块作为A。
（6）[2]由于两段位移大小相等，根据表中的数据可得
（7）[3]平均值为
（8）[4][5]弹性碰撞时满足动量守恒和机械能守恒，可得
联立解得
代入数据可得
2. （2022·全国乙卷·T22）用雷达探测一高速飞行器的位置。从某时刻（）开始的一段时间内，该飞行器可视为沿直线运动，每隔测量一次其位置，坐标为x，结果如下表所示：
回答下列问题：
（1）根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动，判断的理由是：______；
（2）当时，该飞行器速度的大小______；
（3）这段时间内该飞行器加速度的大小______（保留2位有效数字）。
【答案】 ①. 相邻1s内的位移之差接近∆x=80m ②. 547 ③. 79
【解析】
（1）[1]第1s内的位移507m，第2s内的位移587m，第3s内的位移665m，第4s内的位移746m，第5s内的位移824m，第6s内的位移904m，则相邻1s内的位移之差接近∆x=80m，可知判断飞行器在这段时间内做匀加速运动；
（2）[2]当x=507m时飞行器的速度等于0-2s内的平均速度，则
（3）[3]根据
3. （2021·全国甲卷·T22）为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数，一同学将贴有标尺的瓷砖的一端放在水平桌面上，形成一倾角为的斜面（已知sin=0.34，cs=0.94），小铜块可在斜面上加速下滑，如图所示。该同学用手机拍摄小铜块的下滑过程，然后解析视频记录的图像，获得5个连续相等时间间隔（每个时间间隔∆T=0.20s）内小铜块沿斜面下滑的距离si（i=1，2，3，4，5），如下表所示。
由表中数据可得，小铜块沿斜面下滑的加速度大小为___________m/s2，小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数为___________。（结果均保留2位有效数字，重力加速度大小取9.80m/s2）
【答案】 ①. 0.43 ②. 0.32
【解析】
[1]根据逐差法有
[2]对小铜块受力分析根据牛顿第二定律有
代入数据解得
4. （2021·全国乙卷·T22）某同学利用图（a）所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图（b）所示（图中未包括小球刚离开轨道的影像）。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图（b）中标出。
完成下列填空：（结果均保留2位有效数字）
（1）小球运动到图（b）中位置A时，其速度的水平分量大小为___________，竖直分量大小为___________；
（2）根据图（b）中数据可得，当地重力加速度的大小为___________。
【答案】 ①. 1.0 ②. 2.0 ③. 9.7
【解析】
（1）[1]因小球水平方向做匀速直线运动，因此速度为
[2]竖直方向做自由落体运动，因此A点的竖直速度可由平均速度等于时间中点的瞬时速度求得
（2）[3]由竖直方向的自由落体运动可得
代入数据可得
5. （2020·全国Ⅰ卷·T23）某同学用如图所示的实验装置验证动量定理，所用器材包括：气垫导轨、滑块（上方安装有宽度为d的遮光片）、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等。
实验步骤如下：
（1）开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间________时，可认为气垫导轨水平；
（2）用天平测砝码与砝码盘的总质量m1、滑块（含遮光片）的质量m2；
（3）用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接，并让细线水平拉动滑块；
（4）令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动，和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过A、B两处的光电门的遮光时间Δt1、Δt2及遮光片从A运动到B所用的时间t12；
（5）在遮光片随滑块从A运动到B的过程中，如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力，拉力冲量的大小I=________，滑块动量改变量的大小Δp=________；（用题中给出的物理量及重力加速度g表示）
（6）某次测量得到的一组数据为：d=1.000 cm，m1=1.5010-2 kg，m2=0.400 kg，△t1=3.90010-2 s，Δt2=1.27010-2 s，t12=1.50 s，取g=9.80 m/s2。计算可得I=________N·s，Δp=____ kg·m·s-1；（结果均保留3位有效数字）
（7）定义，本次实验δ=________%（保留1位有效数字）。
【答案】 ①. 大约相等 ②. m1gt12 ③. ④. 0.221 ⑤. 0.212 ⑥. 4
【解析】
（1）[1]当经过A,B两个光电门时间相等时，速度相等，此时由于阻力很小，可以认为导轨是水平的。
（5）[2]由I=Ft，知
[3] 由知
(6)[4]代入数值知，冲量
[5]动量改变量
（7）[6]由定义公式可得，本次实验
6. （2020·全国Ⅱ卷·T22）一细绳跨过悬挂的定滑轮，两端分别系有小球A和B，如图所示。一实验小组用此装置测量小球B运动的加速度。
令两小球静止，细绳拉紧，然后释放小球，测得小球B释放时的高度h0=0.590 m，下降一段距离后的高度h=0.100 m；由h0下降至h所用的时间T=0.730 s。由此求得小球B加速度的大小为a=_______m/s2（保留3位有效数字）。
从实验室提供的数据得知，小球A、B的质量分别为100.0 g和150.0 g，当地重力加速度大小为g=9.80 m/s2。根据牛顿第二定律计算可得小球B加速度的大小为a′=_______m/s2（保留3位有效数字）。
可以看出，a′与a有明显差异，除实验中的偶然误差外，写出一条可能产生这一结果的原因：__________。
【答案】 ①. 1.84 ②. 1.96 ③. 滑轮的轴不光滑，绳和滑轮之间有摩擦（或滑轮有质量）
【解析】
①有题意可知小球下降过程中做匀加速直线运动，故根据运动学公式有
代入数据解得a=1.84m/s2；
②根据牛顿第二定律可知对小球A有
对小球B有
带入已知数据解得；
③在实验中绳和滑轮之间有摩擦会造成实际计算值偏小。
7. （2020·全国Ⅲ卷·T22）某同学利用图（a）所示装置验证动能定理。调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上钩码，钩码下落，带动小车运动并打出纸带。某次实验得到的纸带及相关数据如图（b）所示。
已知打出图（b）中相邻两点的时间间隔为0.02 s，从图（b）给出的数据中可以得到，打出B点时小车的速度大小vB=_____m/s，打出P点时小车的速度大小vP=_____m/s（结果均保留2位小数）。
若要验证动能定理，除了需测量钩码的质量和小车的质量外，还需要从图（b）给出的数据中求得的物理量为_________。
【答案】 ①. 0.36 ②. 1.80 ③. B、P之间的距离
【解析】
[1][2]由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度
[3]验证动能定理需要求出小车运动的过程中拉力对小车做的功，所以还需要测量对应的B、P之间的距离。
8. （2019·全国Ⅰ卷·T22）某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行研究．物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图所示．已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出．在ABCDE五个点中，打点计时器最先打出的是______点，在打出C点时物块的速度大小为______m/s（保留3位有效数字）；物块下滑的加速度大小为_____m/s2（保留2位有效数字）．
【答案】 ①. A ②. 0.233 ③. 0.75
【解析】
分析可知，物块沿倾斜长木板最匀加速直线运动，纸带上的点迹，从A到E，间隔越来越大，可知，物块跟纸带的左端相连，纸带上最先打出的是A点；在打点计时器打C点瞬间，物块的速度；根据逐差法可知，物块下滑的加速度．
故本题正确答案为：A；0.233；0.75．
9. （2019·全国Ⅱ卷·T22）如图（a），某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验．所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的交流电源，纸带等．回答下列问题：
（1）铁块与木板间动摩擦因数μ=______（用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示）
（2）某次实验时，调整木板与水平面的夹角θ=30°．接通电源．开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下．多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图（b）所示．图中的点为计数点（每两个相邻的计数点间还有4个点未画出）．重力加速度为9.8 m/s2．可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为_____________（结果保留2位小数）．
【答案】 ①. ②. 0.35
【解析】
（1）由mgsinθ-μmgcsθ=ma，解得：μ=……①
（2）由逐差法a= 得：SII=（76.39-31.83）×10-2m，T=0.10s，SI=（31.83-5.00）×10-2m，故a= m/s2=1.97 m/s2，代入①式，得：μ= =0.35
10. （2019·全国Ⅲ卷·T22）甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验．实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照．已知相机每间隔0.1s拍1幅照片．
（1）若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是_______．（填正确答案标号）
A.米尺 B.秒表 C.光电门 D.天平
（2）简述你选择的器材在本实验中的使用方法．
答：________________________________________________
（3）实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab=24.5cm、ac=58.7cm，则该地的重力加速度大小为g=___m/s2．（保留2位有效数字）
【答案】 ①. A ②. 将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺． ③. 9.7
【解析】
此实验用数码相机替代打点计时器,故实验原理是相同的,仍然需要米尺来测量点与点之间的距离;就本实验而言,因为是不同照片,所以是测量连续几张照片上小球位置之间的距离;加速度求解仍然用逐差法计算,注意是bc与ab之间的距离差.
11. （2018·全国Ⅰ卷·T22）如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针．
现要测量图(a)中弹簧的劲度系数．当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为________cm.当地的重力加速度大小为9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为________N/m(保留3位有效数字)．
【答案】 ①. 3.775cm; ②. 53.7N/m
【解析】
实验所用的游标卡尺精度为0.05mm，游标卡尺上游标第15条刻度线与主尺刻度线对齐，根据游标卡尺的读数规则，图（b）所示的游标卡尺读数为3.7cm+15×0.05mm=3.7cm+0.075cm=3.775cm．
托盘中放有质量为m=0.100kg的砝码时，弹簧受到的拉力F=mg=0.100×9.8N=0.980N，弹簧伸长x=3.775cm-1.950cm=1.825cm=0.01825m，根据胡克定律，F=kx，解得此弹簧的劲度系数k=F/x=53.7N/m．
12. （2018·全国Ⅱ卷·T23）某同学用图（a）所示的装置测量木块与木板之间的摩擦因数。跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块之间的细线保持水平，在木块上放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在下表中给出，其中f4的值从图（b）中弹簧秤的示数读出。
回答下列问题
(1)f4 = ______N；
(2)在图（c）的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出f—m图线；______
(3)f与m、木块质量M、木板和木块之间的滑动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式f = ______，f—m图线（直线）的斜率的表达式k = ______；
(4)取g = 9.80m/s2，由绘出的f—m图线求得μ = ______。（保留2位有效数字）
【答案】 ①. 2.75 ②. 见解析 ③. μ(M + m)g ④. μg ⑤. 0.40
【解析】
(1)[1]从图b读出f4 = 2.75N。
(2)[2]根据数据描点连线有
(3)[3][4]木块受到的摩擦力可表达为
所以图像的斜率表示为。
(4)[5]木块受到木板给的的滑动摩擦力的大小
从图表中可以观察当m每增加0.05kg，摩擦力f增加0.2N，故可见f与砝码的质量成正比，故本题中木块的质量为近似0，图像与纵轴的截距为，图像近似过原点，M近似为0，代入相关参数可得。
13. （2018·全国Ⅲ卷·T22）甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间．实验步骤如下：
（1）甲用两个手指轻轻捏住量程为L的木尺上端，让木尺自然下垂．乙把手放在尺的下端（位置恰好处于L刻度处，但未碰到尺），准备用手指夹住下落的尺．
（2）甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子．若夹住尺子的位置刻度为L1，重力加速度大小为g，则乙的反应时间为________（用L、L1和g表示）．
（3）已知当地的重力加速度大小为g=9.80 m/s2，L=30.0 cm，L1=10.4 cm，乙的反应时间为__________s．（结果保留2位有效数字）
（4）写出一条提高测量结果准确程度的建议：___________．
【答案】 ①. ②. 0.20 ③. 多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近尺子
【解析】
（2）根据题述，在乙的反应时间t内，尺子下落高度h=L-L1，由自由落体运动规律，h=gt2，解得t=．
（3）代入数据得：t=0.20s．
（4）多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近尺子
【突破练习】
1. （2022·安徽合肥市高三下学期二模）某实验小组利用下图装置验证系统机械能守恒。跨过定滑轮的轻绳一端系着物块A，另一端穿过中心带有小孔的金属圆片C与物块B相连，A和B质量相等。铁架台上固定一圆环，圆环处在B的正下方。将B和C由距圆环高为处静止释放，当B穿过圆环时，C被搁置在圆环上。在铁架台P1、P2处分别固定两个光电门，物块B从P1运动到P2所用的时间t由数字计时器测出，圆环距P1的高度，P1，P2之间的高度，重力加速度g取9.8m/s2。
（1）B穿过圆环后可以视为做_______直线运动；
（2）为了验证系统机械能守恒，该系统应选择_______（选填“A和B”或“A、B和C”）；
（3）测得B通过P1P2的时间，A、B的质量均为0.3kg，C的质量为0.2kg，则该实验中系统重力势能减少量为_______，系统动能增加量为_______，系统重力势能减少量与系统动能增加量有差别的原因是_______（结果保留三位有效数字）
【答案】 ①. 匀速 ②. A、B和C ③. 1.37J ④. 1.32J ⑤. 摩擦阻力和空气阻力对系统做了负功
【解析】
（1）[1]因为A质量和B质量相等，B穿过圆环后，忽略绳子与滑轮间的摩擦力以及空气阻力，B穿过圆环后可以视为做匀速运动；
（2）[2]由图可知，B、C减小的重力势能转化为A的重力势能以及A、B、C的动能，可知为了验证系统机械能守恒，该系统应选择A、B和C；
（3）[3][4][5]由题意知、A、B、C到达圆环时的速度
A、B、C到达圆环时重力势能减少量为
A、B、C到达圆环时动能增加量为
系统重力势能减少量与系统动能增加量有差别的原因是摩擦阻力和空气阻力对系统做了负功。
2. （2022·福建福州市高三下学期三月质检）利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图甲所示。实验步骤如下：
①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1m
②将气垫导轨右端调节高些，以平衡摩擦力
③用游标卡尺测量挡光条的宽度d
④用刻度尺测出两光电门A、B中心之间的距离s
⑤用天平测出滑块和挡光条的总质量M、托盘和砝码的总质量m
⑥接通气源，将滑块移至光电门A右侧某处，待托盘和砝码静止不动时，释放滑块，且要求托盘和砝码落地前挡光条已通过光电门B
⑦从数字计时器（图中未画出）上分别测得挡光条通过光电门A和光电门B挡光所用的时间ΔtA和ΔtB
⑧用公式ΔEP=mgs'计算出系统重力势能减少量，用公式ΔEK计算出系统动能的增加量，通过比较ΔEP和ΔEK是否相等，就能验证该过程系统机械能是否守恒。上述实验②步骤有错，应改为________；实验⑧步骤中ΔEK表达式有错，应改为________。某次测量挡光条宽度如图乙所示，其读数d=________×10-3m。
【答案】 ①. 将气垫导轨调到水平 ②. ③. 9.50
【解析】
[1]上述实验②步骤有错，应改为将气垫导轨调到水平；
[2]从数字计时器（图中未画出）上分别测得挡光条通过光电门A和光电门B挡光所用的时间ΔtA和ΔtB，经过两光电门的速度
动能变化
[3] 读数
3. （2022·广东肇庆市高三下学期三模）某同学用如图甲所示的装置做“验证动能定理”实验，实验操作如下：
（1）用50分度的游标卡尺测量固定在小车上的遮光片宽度如图乙所示，则遮光片的宽度d=______mm；
（2）调节长木板的倾角，将小车放在长木板靠近滑轮的一侧，砂桶用细绳跨过定滑轮挂在小车上并使细绳平行于长木板。调整砂桶内砂子的质量，使小车以某一初速度沿长木板向下运动时，通过两个光电门的时间相等。取下细绳和砂桶，用天平称得砂桶和砂的总质量为m。再将小车在靠近滑轮的位置由静止释放，小车通过光电门1和光电门2时显示的时间分别为t1、t2，已知重力加速度为g，小车与遮光片的总质量为M，两光电门间的距离为l，则小车从通过光电门1到通过光电门2的过程中，动能的增加量为____________，小车所受合为___________。若满足等式___________，则动能定理得以验证；（结果均用已知字母表示）
（3）若实验过程中，保证小车能够沿长木板下滑但不满足m<
【解析】
（1）[1] 游标卡尺读数是主尺读数（mm的整数倍）加上游标尺的读数（mm的小数位），由图可读出为
（2）[2] 小车通过光电门1到通过光电门2时的瞬时速度分别为
，
则小车动能的增加量为
[3]挂上砂桶时小车向下通过两个光电门的时间相等，说明是匀速运动，由平衡条件
取下细绳和砂桶后，小车向下加速运动
联立可得小车所受合为
[4]对小车从通过光电门1和光电门2的过程，若动能定理成立，则合外力对小车做的功等于小车动能的增加量，即
（3）[5]本实验中利用代换的方法，将小车沿斜面向下加速运动的合力巧妙的用小车匀速下滑时的砂和砂桶的总重量进行代换，所以实验不满足m<
实验步骤如下：
（1）先测出弹簧原长，由图乙中刻度尺和弹簧测力计的示数，可知弹簧的劲度系数k=______N/m；
（2）将两个宽度均为d的挡光片固定在两个滑块a、b上，测出两滑块（含挡光片）的质量分别为、；
（3）调节气垫导轨水平，a、b中间通过细线锁定压缩的弹簧（弹簧与两滑块不拴接），测出此时弹簧的长度为L，在a、b外侧一定距离处分别固定有光电门A、B。现烧断细线，测得滑块a经过光电门A的时间为，滑块b经过光电门B的时间为，已知弹簧恢复原长时两滑块尚未运动到光电门处，弹簧的弹性势能（x为弹簧的形变量），则只需等式______成立，即可验证弹簧和两滑块组成的系统机械能守恒。（用题中所测物理量的符号表示）
【答案】 ①. 120 ②.
【解析】
（1）[1]由图可知弹簧长度L=8.50cm，弹力F=3.0N，则
（2）[2]两滑块经过光电门时的速度为
弹簧的弹性势能
则要验证的关系是
即
5. （2022·河南洛阳市高三下学期二模）某学习小组用如图所示的实验装置探究“动能定理”。他们在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一宽度为d的遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放。
（1）下列实验要求中不必要的一项是_______（请填写选项前对应的字母）。
A.应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量
B.应使A位置与光电门间的距离适当大些
C.应将气垫导轨调至水平
D.应使细线与气垫导轨平行
（2）实验时保持滑块的质量M和A、B间的距离L不变，改变钩码质量m，测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t。则研究滑块动能变化与合外力对它所做功的关系的实验原理表达式为________（用F、L、M、d、t表示）。如果通过描点作出线性图象，研究滑块动能变化与合外力对它所做功的关系，处理数据时应作出的图象是_______（请填写选项前对应的字母）。
A.作出图象 B.作出图象 C.作出图象 D.作出图象
【答案】 ①. A ②. ③. C
【解析】
（1）[1]A．滑块受到拉力可以通过传感器直接测得，故可以不用测量钩码和力传感器的总质量，A错误；
B．应使A位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误差， B正确；
CD．应将气垫导轨调节水平，保持拉线方向与木板平面平行，这样力传感器测得的拉力才等于合力，CD正确。
故选A。
（2）[2][3]利用极短时间内的平均速度表示瞬时速度得滑块经过B的速度
根据动能定理得
联立得
整理可得
则可得外力做功和滑块动能改变量相等，故验证滑块动能变化量和外力做功关系，应作出图象，为倾斜的直线，故C正确，ABD错误。
6. （2022·河南许昌市高三下学期二模）某实验小组用图中装置探究质量一定情况下加速度和力的关系。他们用不可伸长的细线将滑块（含挡光片）通过一个定滑轮和挂有物的动滑轮与力的传感器相连，细线与气垫导轨平行，在水平气垫导轨的A、B两点各安装一个光电门，A、B两点间距为x，释放重物，挡光片通过A、B时的遮光时间分别为tA、tB，已知挡光片宽度为d。
（1）实验操作过程中___________（ 选填“需要"或“不需要”）满足重物的质量远小于滑块及挡光片的质量；
（2）滑块通过AB段时的加速度大小为_______ （ 用题中已知的物理量字母表示）；
（3）多次改变重物质量，同时记录细绳的拉力大小F，重复上述实验步骤，得到多组加速度a与拉力F，以a为纵坐标、F为横坐标作图，若图线是________ ，则物体质量一定情况下加速度与合外力成正比的结论成立。
【答案】 ①. 不需要 ②. ③. 一条过原点的直线
【解析】
（1）[1]实验中力传感器直接显示拉力大小，即为滑块合外力，故不需要满足重物的质量远小于滑块及挡光片的质量；
（2）[2]由题意知滑块通过AB段时的加速度大小为
其中
联立得
（3）[3]若加速度与合外力成正比，则图像是一条过原点的直线。近5年考情分析
考点要求
等级要求
考题统计
2022
2021
2020
2019
2018
实验一：研究匀变速直线运动
Ⅱ
乙卷·T22
Ⅰ卷·T22
Ⅲ卷·T22
实验二：探究弹力与弹簧伸长的关系
Ⅰ卷·T22
实验三：验证力的平行四边形定则
实验四：验证牛顿运动定律
甲卷·T22
Ⅱ卷·T22
Ⅱ卷·T23
实验五：研究平抛物体的运动
乙卷·T22
实验六：探究动能定理
Ⅲ卷·T22
实验七：探究机械能守恒定律
实验八：验证动量守恒定律
甲卷·T23
游标卡尺（不估读）
（1）读数：测量值=主尺读数（mm）＋精度×游标尺上对齐刻线数值（mm）。
（2）常用精确度：10分度游标，精度0.1 mm；
20分度游标，精度0.05 mm；
50分度游标，精度0.02 mm
螺旋测微器（需估读）
测量值=固定刻度＋可动刻度（带估读值）×0.01 mm
毫米刻度尺的读数：精确到毫米，估读一位
实验名称
实验原理
实验装置
数据处理方法
研究匀变
速直线运动
通过纸带数据分析运动
（1）利用连续相等时间内的位移之差等于恒量进行有关计算或判断
（2）利用平均速度法求瞬时速度
（3）利用Δx=aT2（或逐差法）求a
（4）利用v-t图像求a
研究平抛运动
轨迹描绘法分析运动
取点分析法
y2-y1=gT2
Δx=v0T
实验名称
实验原理
实验装置
数据处理方法
探究弹力与弹簧伸长量的关系
F=kx
图像法
探究动能定理
探究单摆运动
实验名称
实验原理
实验装置
数据处理方法
验证力的平行四边形定则
两力的作用效果与一力相同
作图法
验证牛顿第二定律
控制变量法验证：a∝F
a∝
图像法
验证
机械
能守
恒定
律
Ep少=Ek增
从几条打下点的纸带中挑选出点迹清楚的纸带进行测量
ΔEk= ，|ΔEp|=mgdn，
vn=，计算对比
→|ΔEp|与ΔEk
验证动量守恒定律
m1v1=m1v1'+m2v2'
落点距离分析
m1·OP=m1·OM+m2·ON
1
2
3
4
5
0.49
0.67
1.01
1.22
1.39
0.15
0.21
0.33
0.40
0.46
0.31
0.33
0.33
0.33
0
1
2
3
4
5
6
0
507
1094
1759
2505
3329
4233
s1
s2
s3
s4
s5
5.87cm
7.58cm
9.31cm
11.02cm
12.74cm
砝码的质量m/kg
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
滑动摩擦力f/N
2.15
2.36
2.55
f4
2.93
相关试卷
专题19 力学计算题-（2018-2022）五年高考物理真题模拟题分类练（全国卷专用）： 这是一份专题19 力学计算题-（2018-2022）五年高考物理真题模拟题分类练（全国卷专用），文件包含专题19力学计算题解析版docx、专题19力学计算题原卷版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共54页， 欢迎下载使用。
专题18 电学实验-（2018-2022）五年高考物理真题模拟题分类练（全国卷专用）： 这是一份专题18 电学实验-（2018-2022）五年高考物理真题模拟题分类练（全国卷专用），文件包含专题18电学实验解析版docx、专题18电学实验原卷版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共68页， 欢迎下载使用。
专题14 热学-（2018-2022）五年高考物理真题模拟题分类练（全国卷专用）： 这是一份专题14 热学-（2018-2022）五年高考物理真题模拟题分类练（全国卷专用），文件包含专题14热学解析版docx、专题14热学原卷版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共54页， 欢迎下载使用。
