1模块7 专题18 力学实验-【备考最优解】2025年高考物理二轮专题复习教用word

专题十八　力学实验 命题点1　力测量类实验 近3年1卷1考 考向1　探究弹簧弹力与形变量的关系 　(2024·浙江金华市十校期末)某小组在做“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验时采用的方案如下：先把弹簧放在水平桌面上，用刻度尺测出弹簧原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一只钩码，记下对应的弹簧长度x，根据记录的数据作出弹簧弹力F与弹簧长度x的关系图像，如图所示。 (1)图线与x轴交点坐标数值________(选填“>”“＝”或“<”)L0。 (2)由图线可知，弹簧的劲度系数k＝__________N/cm。 (3)图线上端呈曲线，其原因是__________________________________________ ___________________________________________________________________。 [解析]　(1)由题意，可知F－x图线与x轴的交点坐标表示弹簧竖直悬挂且不挂钩码时的长度，L0是弹簧水平放置时弹簧的原长，所以当弹簧未挂钩码竖直放置时，由于弹簧自身所受重力的影响，其长度将大于L0。 (2)根据F－x图像中图线的斜率表示弹簧的劲度系数，由图像可得 k＝＝ N/cm＝0.50 N/cm。 (3)图线上端呈曲线，其原因是弹簧的弹力超出了弹簧的弹性限度(或“拉力过大”)，使得弹簧弹力不再遵循胡克定律的线性变化规律。 [答案]　(1)>　(2)0.50　(3)弹簧的弹力超出了弹簧的弹性限度(或“拉力过大”) 考向2　探究两个互成角度的力的合成规律 　(2024·四川宜宾市二诊)某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”。弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M。弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端水平向左拉，使结点O静止在某位置。分别读出弹簧测力计A、B的拉力FA、FB的大小，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和细绳的方向。 (1)图中弹簧测力计A的示数为________N。 (2)下列做法正确的是________。 A．实验需要测量重物M所受的重力大小 B．细线方向应与木板平面平行 C．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置 D．只用一个弹簧测力计一定无法完成实验 (3)若保持FA、FB的夹角及O点位置不变，从弹簧测力计B水平方向开始，使弹簧测力计A、B均沿顺时针缓慢转动至弹簧测力计A水平，则在整个过程中关于弹簧测力计A、B的读数变化情况是________(填选项前的字母)。 A．A增大，B减小 B．A减小，B增大 C．A增大，B先增大后减小 D．A减小，B先增大后减小 [解析]　(1)弹簧测力计的分度值为0.2 N，所以示数为2.6 N。 (2)OA和OB两段细线对O点拉力的合力与M所受的重力平衡，实验中需要对比合力的理论值与实验值，因此应测量重物M所受的重力，故A正确；细线方向应与木板平面平行，以减小误差，故B正确；改变拉力，进行多次实验，不需要每次都使O点静止在同一位置，故C错误；只用一个弹簧测力计也可以完成实验，轮流交换测两个方向上的拉力，即可完成实验，故D错误。 (3)由题意，根据平衡条件可知，O点所受三个拉力组成首尾相接的矢量三角形，如图所示，根据正弦定理有＝＝，使弹簧测力计A、B均沿顺时针缓慢转动至弹簧测力计A水平过程中，保持FA、FB的夹角及O点位置不变，故β不变，α逐渐增大到90°，γ从90°开始逐渐减小，可知FA减小，FB增大，故A、C、D错误，B正确。 [答案]　(1)2.6　(2)AB　(3)B 命题点2　纸带类实验 近3年6卷6考 实验 装置图 实验操作 数据处理 探究小车速度随时间变化的规律 (1)细绳与长木板平行 (2)释放前小车应靠近打点计时器 (3)先接通电源，再释放小车，打点结束先切断电源，再取下纸带 (4)钩码质量适当 (1)判断物体是否做匀变速直线运动 (2)利用平均速度求瞬时速度 (3)利用逐差法求平均加速度 (4)作速度—时间图像，通过图像的斜率求加速度 探究加速 度与力、质量的关系 (1)平衡摩擦力时，垫高长木板使小车在不受牵引时能拖动纸带能匀速下滑 (2)实验必须保证的条件：小车质量m≫槽码质量m′ (1)利用逐差法或v－t图像法求a (2)作出a－F图像和a－图像，确定a与F、m的关系 验证机械能守恒定律 (1)竖直安装打点计时器，以减少摩擦阻力 (2)选用质量大、体积小、密度大的重物 (3)选取第1、2两点间距离接近2 mm的纸带，用mgh＝mv2进行验证 (1)应用vn＝计算某时刻的瞬时速度 (2)判断mghAB与mv－mv是否在误差允许的范围内相等 (3)作出v2－h图像，求g的大小 考向1　探究小车速度随时间变化的规律 　(2024·辽宁省重点高中二模)某同学用如图甲所示的装置研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系，斜面上安装有两个光电门，其中光电门B固定在斜面上靠近底端处，光电门A的位置可移动，带有遮光条的小车(遮光条宽度很窄)每次从同一位置由静止释放，小车所受摩擦力为一常量，由光电传感器测出小车从光电门A到光电门B的时间t，用米尺测出两光电门中心间的距离L，求出小车从光电门A到光电门B的平均速度；通过多次改变光电门A的位置，得到多组数据，绘制的－t图像如图乙所示。 (1)用a表示滑块下滑的加速度大小，用vB表示小车到达光电门B时滑块的瞬时速度大小，则与vB、a、t的关系式为＝________。 (2)由图乙可求得vB＝________m/s，a＝________m/s2。(结果均保留3位有效数字) [解析]　(1)已知滑块沿斜面下滑时做匀加速运动，且滑块加速度的大小为a、滑块经过光电门B时的瞬时速度为vB、从A到B的距离为L以及所用时间为t；因为瞬时速度vB是下滑的末速度，所以下滑的逆过程满足的关系式是 L＝vBt－at2 即＝＝vB－at。 (2)由题图乙可得 vB＝79.0 cm/s＝0.790 m/s a＝ m/s2 解得a＝2.80 m/s2。 [答案]　(1)vB－at　(2)0.790　2.80 　(2024·山东潍坊市期末)某实验小组用智能手机慢动作测重力加速度。手机相机在常规模式下录制视频的帧率为30FPS(30帧每秒，即相邻两帧之间的时间间隔为 s)，而用“慢动作”功能，其帧率可达120FPS或者480FPS。为了完成实验，该实验小组进行了如下操作： (1)将长为1 m的刻度尺竖直固定，用手机支架置于刻度尺前1.5 m处，手机的相机正对刻度尺中心，如图所示。 (2)将一小球置于刻度尺前，将手机相机调到“慢动作(120FPS)”模式，然后先__________后________________。(选填“点开始录制”或“释放小球”) (3)用Phthoy提取视频帧图片，按照视频中时间先后对帧图片进行命名编号。去掉下落开始和结尾阶段拍摄角度不好的图片，选取了编号为386－406的图片，则选取图片部分的总时间为________s。 (4)为了防止间隔时间过短，每隔一张选取一张作为有效图片，得到小球的位置如表所示： 图片编号 386 388 390 392 394 396 小球位置(cm) 5.20 7.40 9.80 12.50 15.40 18.60 图片编号 398 400 402 404 406 — 小球位置(cm) 22.10 25.80 29.80 34.10 38.60 — 则实验小组测得的重力加速度值为________m/s2(结果保留3位有效数字)。 [解析]　(2)将一小球置于刻度尺前，将手机相机调到“慢动作(120FPS)”模式，然后先点开始录制后释放小球。 (3)120帧每秒，即相邻两帧之间的时间间隔为 s，则选取图片部分的总时间 t＝20× s＝ s。 (4)因为相邻两帧之间的时间间隔T＝ s，由逐差法可知，实验小组测得的重力加速度值 g＝＝ ×10－2m/s2 ≈9.50 m/s2。 [答案]　(2)点开始录制　释放小球　(3)　(4)9.50 考向2　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 　(2024·江西卷，T11)某小组探究物体加速度与其所受合外力的关系。实验装置如图(a)所示，水平轨道上安装两个光电门，小车上固定一遮光片，细线一端与小车连接，另一端跨过定滑轮挂上钩码。 (1)实验前调节轨道右端滑轮高度，使细线与轨道平行，再适当垫高轨道左端以平衡小车所受摩擦力。 (2)小车的质量M1＝320 g。利用光电门系统测出不同钩码质量m时小车加速度a。钩码所受重力记为F，作出a－F图像，如图(b)中图线甲所示。 (3)由图线甲可知，F较小时，a与F成正比；F较大时，a与F不成正比。为了进一步探究，将小车的质量增加至M2＝470 g，重复步骤(2)的测量过程，作出a－F图像，如图(b)中图线乙所示。 (4)与图线甲相比，图线乙的线性区间________，非线性区间________。再将小车的质量增加至M3＝720 g，重复步骤(2)的测量过程，记录钩码所受重力F与小车加速度a，如表所示(表中第9～14组数据未列出)。 序号 1 2 3 4 5 钩码所受重力 F/(9.8 N) 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 小车加速度a/(m·s－2) 0.26 0.55 0.82 1.08 1.36 序号 6 7 8 9～14 15 钩码所受重力F/(9.8 N) 0.120 0.140 0.160 …… 0.300 小车加速度a/(m·s－2) 1.67 1.95 2.20 …… 3.92 (5)请在图(b)中补充描出第6至8三个数据点，并补充完成图线丙。 (6)根据以上实验结果猜想和推断：小车的质量________时，a与F成正比。结合所学知识对上述推断进行解释：_________________________________________ ___________________________________________________________________。 [解析]　(4)由题图(b)分析可知，与图线甲相比，图线乙的线性区间较大，非线性区间较小。 (5)在坐标系中进行描点，结合其他点用平滑的曲线拟合，使尽可能多的点在线上，不在线上的点均匀分布在线的两侧，如图所示。 (6)设绳子拉力为T，对钩码根据牛顿第二定律有F－T＝ma 对小车根据牛顿第二定律有T＝Ma 联立解得F＝(M＋m)a 变形得a＝F 当m≪M时，可认为m＋M＝M 则a＝·F 即a与F成正比。 [答案]　(4)较大　较小　(5)图像见解析　(6)远大于钩码质量　见解析 命题视角：题目以“探究物体加速度与其所受合外力的关系”为命题情境，主要考查了实验数据的处理和分析、实验误差的分析等知识。 方法技巧：用计算题的思维分析实验题。 考向3　测定动摩擦因数 　(2024·山东烟台市一模)图甲为测量滑块与水平桌面之间的动摩擦因数的实验装置示意图，实验步骤如下： ①用天平测量滑块和遮光条的总质量M、重物的质量m，用游标卡尺测量遮光条的宽度d； ②安装器材，并调整轻滑轮，使细线水平； ③用米尺测量遮光条与光电门间距x； ④由静止释放滑块，用数字毫秒计测出遮光条经过光电门的时间t； ⑤改变滑块与光电门间距，重复步骤③④。 回答下列问题： (1)测量d时，某次游标卡尺的示数如图乙所示，其读数为________cm。 (2)根据实验得到的数据，以________(选填“”或“”)为横坐标，以x为纵坐标，可作出如图丙所示的图像，该图线的斜率为k。若实验测得m＝2M，则滑块和桌面间的动摩擦因数μ＝________(用k、g、d表示)。 [解析]　(1)游标卡尺的示数 d＝0.9×10 mm＋0.05 mm×12＝9.60 mm＝0.960 cm。 (2)滑块经过光电门时速度v＝，由v2＝2ax可得x＝×，即根据实验得到的数据，以为横坐标，以x为纵坐标，可作出如题图丙所示的图像，该图线的斜率为k，则k＝，对滑块、遮光条和重物组成的系统由牛顿第二定律可得mg－μMg＝(m＋M)a，因为m＝2M，解得滑块和桌面间的动摩擦因数μ＝2－。 [答案]　(1)0.960　(2)　2－ 考向4　验证机械能守恒定律 　(2024·湖北七市州二模)为验证机械能守恒定律，某小组同学设计的实验装置如图所示，细线的一端拴一个金属小球，另一端连在天花板O处的拉力传感器上。先用水平作用力将小球从最低点A处缓慢拉至B点，然后由静止释放，B、A的竖直高度差为h，记录小球通过A处光电门的遮光时间t，金属小球的直径d(d≪h)，整个过程中细线都处于绷直状态，已知当地重力加速度为g。 (1)小球从A移至B点过程中，拉力传感器的示数可能________。 A．一直变大　 B．一直变小　 C．保持不变 (2)小球通过最低点的速度大小为________。 (3)小球从静止释放到最低点的过程中，满足机械能守恒的关系式为________。 [解析]　(1)设细线与竖直方向的夹角为θ，将小球从最低点A处缓慢拉至B点的过程中细线拉力F＝，θ逐渐增大，cos θ逐渐减小，故拉力逐渐增大，拉力传感器的示数一直变大。 (2)小球经过光电门的速度v＝。 (3)由机械能守恒定律得mgh＝mv2＝m()2，整理可得gh＝()2。 [答案]　(1)A　(2)　(3)gh＝()2 命题点3　力学其他实验 近3年17卷17考 考向1　验证动量守恒定律 　(2024·山东卷，T13)在第四次“天宫课堂”中，航天员演示了动量守恒实验。受此启发，某同学使用如图甲所示的装置进行了碰撞实验，气垫导轨两端分别安装a、b两个位移传感器，a测量滑块A与它的距离xA，b测量滑块B与它的距离xB。部分实验步骤如下： ①测量两个滑块的质量，分别为200.0 g和400.0 g； ②接通气源，调整气垫导轨水平； ③拨动两滑块，使A、B均向右运动； ④导出传感器记录的数据，绘制xA、xB随时间变化的图像，分别如图乙、图丙所示。 回答以下问题： (1)从图像可知两滑块在t＝__________s时发生碰撞。 (2)滑块B碰撞前的速度大小v＝________m/s(保留2位有效数字)。 (3)通过分析，得出质量为200.0 g的滑块是________(选填“A”或“B”)。 [解析]　(1)由x－t图像中图线的斜率表示速度可知两滑块的速度在t＝1.0 s时发生突变，即这个时刻发生了碰撞。 (2)根据x－t图像中图线斜率的绝对值表示速度大小可知碰撞前瞬间B的速度大小v＝cm/s＝0.20 m/s。 (3)由题图乙知，碰撞前A的速度大小vA＝0.50 m/s，碰撞后A的速度大小约为vA′＝0.36 m/s，由题图丙可知，碰撞后B的速度大小为vB′＝0.50 m/s，A和B碰撞过程动量守恒，则有mAvA＋mBv＝mAvA′＋mBvB′，代入数据解得≈2，所以质量为200.0 g的滑块是B。 [答案]　(1)1.0　(2)0.20　(3)B 考向2　探究平抛运动的特点 　(2024·河北卷，T12)图1为探究平抛运动特点的装置，其斜槽位置固定且末端水平，固定坐标纸的背板处于竖直面内，钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出，落在倾斜的挡板上挤压复写纸，在坐标纸上留下印迹。某同学利用此装置通过多次释放钢球，得到了如图2所示的印迹，坐标纸的y轴对应竖直方向，坐标原点对应平抛起点。 (1)每次由静止释放钢球时，钢球在斜槽上的高度________(选填“相同”或“不同”)。 (2)在坐标纸中描绘出钢球做平抛运动的轨迹。 (3)根据轨迹，求得钢球做平抛运动的初速度大小为________m/s(当地重力加速度g取9.8 m/s2，保留2位有效数字)。 [解析]　(1)为保证钢球每次做平抛运动的初速度相同，必须让钢球在斜槽上同一位置由静止释放，故高度相同。 (2)描点连线用平滑曲线连接，钢球做平抛运动的轨迹如图所示。 (3)因为抛出点在坐标原点，为方便计算，在图线上找到较远的点为研究位置，如坐标为(14.0 cm，19.0 cm)的点，根据平抛运动规律x＝v0t，y＝gt2，解得v0≈0.71 m/s。 [答案]　(1)相同　(2)图像见解析　(3)0.71 考向3　探究向心力大小的表达式 　(2024·山西临汾市模拟)某实验小组通过如图所示的装置探究向心力与线速度的关系。固定在悬点O处的力传感器通过长度为l的细绳连接小球，小球直径为d，悬点正下方的光电门可以测量小球直径的挡光时间。小球每经过光电门一次，通过力传感器和光电门可同时获得一组实验数据，改变小球释放的高度，获得多组数据。 (1)小球经过光电门时的挡光时间为Δt，则此时的速度v＝________。 (2)以F为纵坐标，以________(选填“Δt”“(Δt)2”“”或“”)为横坐标，根据实验数据拟合出的图像为一条直线。 (3)该小组在探究上述规律时，经过多次实验，检查仪器正常，读数均没有问题，但发现(2)中得到斜率的测量值与理论值相比总偏小，其原因可能是________。 A．将摆线长度记为圆周运动的半径了 B．将摆线长度和小球半径之和记为圆周运动的半径了 C．将摆线长度和小球直径之和记为圆周运动的半径了 [解析]　(1)小球通过光电门的时间极短，用小球通过光电门的平均速度表示小球经过最低点时的线速度v＝。 (2)小球通过最低点时，由牛顿第二定律有F－mg＝m 代入速度表达式可得 F＝mg＋·() 可见以F为纵坐标，以为横坐标，根据实验数据拟合出的图像为一条直线。 (3)由拉力的表达式可知斜率k＝，由于得到斜率的测量值与理论值相比总偏小，可知，圆周运动的半径偏大，则原因可能是将摆线长度和小球直径之和记为圆周运动的半径了。 [答案]　(1)　(2)　(3)C 学科网（北京）股份有限公司 $