第1部分 专题7 1 第一讲 力学实验（Word讲义）-【金版新学案】2026年高考物理大二轮专题复习与测试（广东专版）

第一讲　力学实验 学生用书⬇第97页 考点一　“纸带”类实验 实验及装置图 关键操作 数据处理 探究小车速度随时间变化的规律 1.细绳、纸带与长木板平行。 2.小车释放前应靠近打点计时器。 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。 4.钩码质量大小要适当 1.利用纸带判断小车是否做匀变速直线运动。 2.利用纸带计算小车的瞬时速度。 3.利用逐差法或v -t图像计算小车的加速度 探究加速度与物体受力、质量的关系： 1.平衡阻力：垫高长木板一端使小车匀速下滑。 (1)平衡阻力时，小车上不悬挂槽码。 (2)实验过程中不用重复平衡阻力。 2.实验条件：小车质量M≫槽码质量m。 3.小车释放前要靠近打点计时器，应先接通电源后释放小车 1.利用逐差法或v -t图像求a。 2.作出a -F图像确定a与F的关系。 3.作出a -图像确定a与M的关系 验证机械能守恒定律 1.竖直安装打点计时器。 2.选用质量大、体积小、密度大的重物。 3.用mgh＝mv2进行验证时选取第1、2两点间距离接近2 mm的纸带 4.重物释放前要靠近打点计时器，应先接通电源后释放重物 1.应用vn＝计算某时刻的瞬时速度。 2.判断mghAB与m－是否在误差允许的范围内相等。 3.作出v2 -h图像，求出其斜率大小，与g的大小对比 (2025·北京高考) 利用打点计时器研究匀变速直线运动的规律，实验装置如图1所示。 (1)按照图1安装好器材，下列实验步骤正确的操作顺序为　　　　(填各实验步骤前的字母)。 A.释放小车 B.接通打点计时器的电源 C.调整滑轮位置，使细线与木板平行 (2)实验中打出的一条纸带如图2所示，A、B、C为依次选取的三个计数点(相邻计数点间有4个点未画出)，可以判断纸带的　　　　(填“左端”或“右端”)与小车相连。 (3)图2中相邻计数点间的时间间隔为T，则打B点时小车的速度v＝　　　　。 (4)某同学用打点计时器来研究圆周运动。如图3所示，将纸带的一端固定在圆盘边缘处的M点，另一端穿过打点计时器。实验时圆盘从静止开始转动，选取部分纸带如图4所示。相邻计数点间的时间 学生用书⬇第98页 间隔为0.10 s，圆盘半径R＝0.10 m。则这部分纸带通过打点计时器的加速度大小为　　　　m/s2；打点计时器打B点时圆盘上M点的向心加速度大小为　　　　m/s2。(结果均保留两位有效数字) 答案：(1)CBA　(2)左端　(3)　(4)0.81　1.6 解析：(1)实验步骤中，首先调整滑轮位置使细线与木板平行；接着接通打点计时器电源，让打点计时器先工作；最后释放小车。故正确操作顺序为CBA。 (2)小车做匀加速直线运动时，速度越来越大，纸带上点间距逐渐增大。题图2中纸带左端间距小，右端间距大，说明纸带左端与小车相连。 (3)在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度。B点为A、C的中间时刻，AC间位移为x2，时间间隔为2T，则v＝。 (4)根据逐差法可知a＝＝ m/s2＝0.81 m/s2 B点是A、C的中间时刻，则有 vB＝＝ m/s＝0.4 m/s 此时圆盘上M点的向心加速度大小为 an＝＝ m/s2＝1.6 m/s2。 (2025·浙江1月选考)“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图1所示。 (1)如图2是某次实验中得到的纸带的一部分。每5个连续打出的点为一个计数点，电源频率为50 Hz，打下计数点3时小车速度为　　　　m/s(保留三位有效数字)。 (2)下列说法正确的是　　　　。 A.改变小车总质量，需要重新补偿阻力 B.将打点计时器接到输出电压为8 V的交流电源上 C.调节滑轮高度，使牵引小车的细线跟长木板保持平行 D.小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车 (3)改用如图3所示的气垫导轨进行实验。气垫导轨放在水平桌面上并调至水平，滑块在槽码的牵引下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过光电门1、2的遮光时间分别为Δt1、Δt2，测得两个光电门间距为x，用游标卡尺测量遮光条宽度d，结果如图4所示，其读数d＝　　　　mm，则滑块加速度a＝　　　　　　　　　(用题中所给物理量符号表示)。 答案：(1)0.390　(2)CD　 (3)10.00　 解析：(1)相邻两计数点间的时间间隔T＝＝0.1 s，由题图2可知打计数点3时小车的速度v3＝＝ m/s＝0.390 m/s。 (2)补偿阻力时满足mgsin θ＝μmgcos θ，两边质量消掉，因此改变小车总质量后不需要重新补偿阻力，A错误；电火花计时器需要接220 V交流电源，B错误；该实验中需调节滑轮高度，使牵引小车的细线跟长木板保持平行，C正确；小车应尽量接近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，以充分利用纸带，D正确。 (3)由题图4可知游标卡尺为20分度的，分度值为0.05 mm，由游标卡尺的读数规则可知，遮光条宽度d＝10 mm＋0×0.05 mm＝10.00 mm；滑块经过两光电门时的速度分别为v1＝，v2＝，根据－＝2ax可得滑块加速度a＝。 (2024·广东高考)下列是《普通高中物理课程标准》中列出的三个必做实验的部分步骤，请完成实验操作和计算。 (1)图甲是“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验装置示意图。图中木板右端垫高的目的是　　　　　　　　。图乙是实验得到纸带的一部分，每相邻两计数点间有四个点未画出。相邻计数点的间距已在图中给出。打点计时器电源频率为50 Hz，则小车的加速度大小为　　　　m/s2(结果保留3位有效数字)。 (2)在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中，某同学用50分度的游标卡尺测量一圆柱体的长度，示数如图丙所示，图丁为局部放大图，读数为　　　　cm。 学生用书⬇第99页 (3)在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验调节过程中，在光具座上安装光源、遮光筒和光屏。遮光筒不可调节。打开并调节　　　　，使光束沿遮光筒的轴线把光屏照亮。取下光屏，装上单缝、双缝和测量头。调节测量头，并缓慢调节单缝的角度直到目镜中观察到　　　　　　　。 答案：(1)平衡摩擦力　2.86　(2)4.108　(3)光源　干涉条纹 解析：(1)木板右端垫高的目的是平衡摩擦力； 由题知，小车的加速度大小a＝ m/s2 ≈2.86 m/s2。 (2)游标卡尺读数为41 mm＋4×0.02 mm＝41.08 mm＝4.108 cm。 (3)在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验调节过程中，在光具座上安装光源、遮光筒和光屏，遮光筒不可调节。打开并调节光源，使光束沿遮光筒的轴线把光屏照亮。取下光屏，装上单缝、双缝和测量头。调节测量头，并缓慢调节单缝的角度直到目镜中观察到干涉条纹。 考点二　“弹簧”“橡皮条”类实验 实验及装置图 关键操作 数据处理 探究弹簧弹力与形变量的关系 1.弹簧、刻度尺保持竖直。 2.根据弹簧自由下垂时下端对应的位置测量弹簧原长l0。 3.所挂钩码的总重不能超过弹簧的弹性限度。 4.测量弹簧下端悬挂不同质量的钩码(弹簧的弹力F等于钩码的重力)时弹簧的伸长量x 1.作出弹簧的F -x图线，其斜率表示弹簧的劲度系数。 2.超过弹簧的弹性限度时F -x图线会发生弯曲。 3.如果弹簧水平放置时测量弹簧的原长，则根据实验数据画出的F -x图线不过原点，其原因是弹簧自身有重力 探究两个互成角度的力的合成规律 1.正确使用弹簧测力计。 2.同一次实验中，橡皮条结点的位置一定要相同。 3.细绳套应适当长一些，互成角度地拉橡皮条时，夹角大小应适当 1.按力的图示作平行四边形，确定合力理论值的大小和方向。 2.比较合力的理论值与实验值的关系 (2025·四川高考)某学习小组利用生活中常见物品开展“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验。已知水的密度为1.0×103 kg/m3，当地重力加速度为9.8 m/s2。实验过程如下： (1)将两根细绳分别系在弹簧两端，将其平放在较光滑的水平桌面上，让其中一个系绳点与刻度尺零刻度线对齐，另一个系绳点对应的刻度如图1所示，可得弹簧原长为　　　　cm。 (2)将弹簧一端细绳系到墙上挂钩，另一端细绳跨过固定在桌面边缘的光滑金属杆后，系一个空的小桶。使弹簧和桌面上方的细绳均与桌面平行，如图2所示。 (3)用带有刻度的杯子量取50 mL水，缓慢加到小桶里，待弹簧稳定后，测量两系绳点之间的弹簧长度并记录数据。按此步骤操作6次。 (4)以小桶中水的体积V为横坐标，弹簧伸长量x为纵坐标，根据实验数据拟合成如图3所示直线，其斜率为200 m－2。由此可得该弹簧的劲度系数为　　　　N/m(结果保留2位有效数字)。 学生用书⬇第100页 (5)图3中直线的截距为0.005 6 m，可得所用小桶质量为　　　　kg(结果保留2位有效数字)。 答案：(1)13.15(13.13～13.17均可)　(4)49 (5)0.028 解析：(1)该刻度尺的分度值为0.1 cm，应估读到分度值的后一位，故弹簧原长为13.15 cm。 (4)由胡克定律和平衡条件可知mg＋ρVg＝kx 化简可得x＝V＋ 由题意可知斜率＝200 m－2 代入数据解得该弹簧的劲度系数为k＝49 N/m。 (5)由x＝V＋，结合题意可知截距 ＝0.005 6 m 代入数据可得所用小桶质量为m＝0.028 kg。 (2025·黑吉辽蒙高考)某兴趣小组设计了一个可以测量质量的装置。如图(a)，细绳1、2和橡皮筋相连于一点，绳1上端固定在A点，绳2下端与水杯相连，橡皮筋的另一端与绳套相连。为确定杯中物体质量m与橡皮筋长度x的关系，该小组逐次加入等质量的水，拉动绳套，使绳1每次与竖直方向夹角均为30°且橡皮筋与绳1垂直，待装置稳定后测量对应的橡皮筋长度。根据测得数据作出x -m关系图线，如图(b)所示。 回答下列问题： (1)将一芒果放入此空杯，按上述操作测得x＝11.60 cm，由图(b)可知，该芒果的质量m0＝　　　　g(结果保留到个位)。若杯中放入芒果后，绳1与竖直方向夹角为30°但与橡皮筋不垂直，由图像读出的芒果质量与m0相比　　　　(填“偏大”或“偏小”)。 (2)另一组同学利用同样方法得到的x -m图像在后半部分弯曲，下列原因可能的是　　　　。 A.水杯质量过小 B.绳套长度过大 C.橡皮筋伸长量过大，弹力与其伸长量不成正比 (3)写出一条可以使上述装置测量质量范围增大的措施　　　　　　　。 答案：(1)107(106～108均可)　偏大　(2)C (3)见解析 解析：(1)根据题图(b)杯中物体质量m与橡皮筋长度x的x -m线性关系图线可知，当橡皮筋长度x为11.60 cm时，对应杯中芒果的质量m0＝107 g；对细绳1、2和橡皮筋的连接点进行受力分析的矢量三角形如图所示，由图可知，当橡皮筋与绳1垂直时，橡皮筋的拉力最小，若杯中放入芒果后，绳1与竖直方向夹角虽为30°但与橡皮筋不垂直，这会导致橡皮筋的拉力变大，橡皮筋的长度变大。因此，从图像上读出的芒果质量与m0相比会偏大。 (2)水杯质量过小不影响m与x的线性关系，A不符合题意；绳套长度过大和弹力与伸长量是否成正比关系无关，B不符合题意；当橡皮筋伸长量过大，超出弹性限度后，弹力与伸长量不再遵循胡克定律，导致图像弯曲，C符合题意。 (3)使上述装置测量质量范围增大的措施：①更换劲度系数更大的橡皮筋，使其在更大拉力下的伸长量适中；②减小绳1与竖直方向的夹角(如从30°减小到15°)，使橡皮筋承担的分力减小，从而可测量更大的质量。 考点三　力学其他实验 实验及装置图 关键操作 数据处理 探究平抛运动的特点 1.保证斜槽末端水平。 2.每次让小球从斜槽同一位置由静止释放。 3.坐标原点应是小球出槽口时球心在木板上的投影点 1.用代入法或图像法判断运动轨迹是不是抛物线。 2.由公式x＝v0t和y＝gt2，求初速度v0＝x 探究向心力大小的表达式 1.据标尺上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个向心力的比值。 2.采用了控制变量法，探究向心力大小与半径、角速度和质量的关系 1.作出Fn -ω2、Fn -r、Fn -m的图像。 2.分析向心力与角速度、半径和质量之间的关系 学生用书⬇第101页 验证动量守恒定律：方案一 1.开始前调节气垫导轨水平。 2.用天平测出两滑块的质量。 3.用光电门测量两滑块碰前和碰后的速度 1.滑块速度的测量：v＝。 2.验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1'＋m2v2' 验证动量守恒定律：方案二 1.斜槽末端切线应水平。 2.入射小球的质量m1必须大于被碰小球的质量m2。 3.用小圆圈的中心表示小球的平均落点。 4.入射小球每次都从同一位置释放。 5.确定入射小球碰前、碰后的平均落点及被碰小球碰后的平均落点 1.小球的速度：用小球平抛的水平位移替代。 2.验证的表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON 用单摆测量重力加速度 1.保证悬挂点固定。 2.单摆必须在同一平面内振动，且摆角小于5°。 3.摆长l＝摆线长度l'＋小球的半径r。 4.用T＝计算单摆的周期 1.利用公式g＝求重力加速度。 2.作l -T2的图像，利用斜率求重力加速度 (2024·河北高考)图甲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，得到了如图乙所示的印迹，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　　　　(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为9.8 m/s2，保留2位有效数字)。 答案：(1)相同　(2)见解析图　(3) 0.74(0.67～0.77均可) 解析：(1)为保证钢球每次平抛运动的初速度相同，必须让钢球在斜槽上同一位置静止释放，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)因为平抛起点在坐标原点，为方便计算，在图线上找到较远的点，如，根据平抛运动规律x＝v0t，y＝gt2，解得v0≈0.74 m/s。 学生用书⬇第102页 (2025·辽宁大连二模)某实验小组做探究影响向心力大小因素的实验： (1)方案一：如图甲所示的装置，已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨迹半径之比为1∶2∶1，变速塔轮自上而下按如图乙所示三种组合方式，左右每层半径之比由上至下分别为1∶1、2∶1和3∶1。回答以下问题： ①本实验所采用的实验探究方法与下列哪些实验是相同的　　　　。 A.探究平抛运动的特点 B.探究影响导体电阻的因素 C.探究两个互成角度的力的合成规律 D.探究加速度与力、质量的关系 ②在某次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C位置，探究向心力的大小与半径的关系，则需要将传动皮带调至第　　　　(选填“一”“二”或“三”)层塔轮。 (2)方案二：如图丙所示装置，装置中竖直转轴固定在电动机的转轴上(未画出)，光滑的水平直杆固定在竖直转轴上，能随竖直转轴一起转动。水平直杆的左端套上滑块P，用细线将滑块P与固定在竖直转轴上的力传感器连接，细线处于水平伸直状态，当滑块随水平直杆一起匀速转动时，细线拉力的大小可以通过力传感器测得。水平直杆的右端最边缘安装了宽度为d的挡光条，挡光条到竖直转轴的距离为L，光电门可以测出挡光条经过光电门所用的时间(挡光时间)。滑块P与竖直转轴间的距离可调。回答以下问题： ①若某次实验中测得挡光条的挡光时间为Δt，则滑块P的角速度表达式为ω＝　　　　。 ②实验小组保持滑块P质量和运动半径r不变，探究向心力F与角速度ω的关系，作出F -ω2图线如图丁所示，若滑块P运动半径r＝0.3 m，细线的质量和滑块与杆的摩擦可忽略，由F -ω2图线可得滑块P的质量m＝　　　　kg(结果保留2位有效数字)。 答案：(1)①BD　②一　(2)①　②0.30 解析：(1)①在该实验中，通过控制质量、半径、角速度中两个物理量相同，探究向心力与另外一个物理量之间的关系，采用的科学方法是控制变量法。探究平抛运动的特点，例如两球同时落地，两球在竖直方向上的运动相同，应用了等效思想，故A错误；在探究影响导体电阻的因素实验中使用了控制变量法，故B正确；探究两个互成角度的力的合成规律，应用了等效替代法，故C错误；探究加速度与力、质量的关系，应用了控制变量法，故D正确。 ②在某次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C位置，此时半径不同，探究向心力的大小与半径的关系，应使两球的角速度相同，则需要将传动皮带调至第一层塔轮。 (2)①挡光条的线速度为v＝，又v＝ωL，联立解得，滑块P的角速度表达式为ω＝。 ②向心力大小公式F＝mω2r＝mr·ω2，所以F -ω2图线的斜率为k＝mr＝ kg·m＝0.09 kg·m 解得滑块P的质量为m＝0.30 kg。 (2025·河南开封二模)(1)如图甲所示的“碰撞实验器”可验证两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量守恒定律。图甲中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影。实验时，先让质量为m1的小球A多次从斜轨上位置G点由静止释放，找到其落点的平均位置P，测量平抛射程OP。然后把质量为m2的小球B静置于轨道末端的水平部分，再将小球A从斜轨上位置G由静止释放，与小球B碰撞，如此重复多次，M、N为两球碰后的平均落点，重力加速度为g，回答下列问题： ①为了保证碰撞时小球A不反弹，两球的质量必须满足m1　　　　(选填“＜”或“＞”) m2。 ②若两球发生弹性碰撞，其表达式可表示为　　　　　　　　　(用OM、OP、ON表示)。 ③若实验中得出的落点情况如图乙所示，假设碰撞过程中动量守恒，则入射小球A的质量m1与被碰小球B的质量m2之比为　　　　。 学生用书⬇第103页 (2)如图丙所示，初始弹簧处于压缩且锁定状态，解锁后，滑块A离开弹簧向右滑动，通过光电门传感器1后与滑块B碰撞，已知两挡光片相同，测得滑块A第一次通过光电门传感器1的时间为t1，第二次通过光电门传感器1的时间为t2，滑块B通过光电门传感器2的时间为t3。 ①为测量弹簧压缩时具有的弹性势能，除A的质量外，还需测量的物理量是　　　　　　　。 ②若A、B碰撞过程中动量守恒，则两滑块的质量比＝　　　　　　　(用测得物理量的符号表示)。 答案：(1) ①＞　②OP＋OM＝ON　③ 4∶1 (2)①挡光片的宽度　② 解析：(1)①为了保证碰撞时小球A不反弹，两球的质量必须满足m1＞m2。 ②本实验中两小球做平抛运动，下落高度相同，而竖直方向做自由落体运动，因此可知时间相等，而水平方向做匀速直线运动，水平位移L＝vt 可得v＝ 根据碰撞过程中动量守恒有 m1·＝m1·＋m2· 根据机械能守恒有 m1＝m1＋m2 联立解得OP＋OM＝ON。 ③根据碰撞过程中动量守恒有 m1·＝m1·＋m2· 可得m1OP＝m1OM＋m2ON 则有＝ 代入测量数据解得m1∶m2＝4∶1。 (2)①根据机械能守恒定律可知，弹簧的弹性势能全部转化为滑块A的动能，根据动能表达式Ek＝mv2可知，除A的质量外，还需测量的物理量是通过光电门1时的速度，由于通过光电门的时间极短，可以用通过光电门的平均速度代替瞬时速度，即v＝，即还需测量挡光片的宽度。 ②滑块A第一次通过光电门1的速度大小v1＝ 滑块A第二次通过光电门1的速度大小v1'＝ 滑块B通过光电门2的速度大小v2'＝ 根据动量守恒定律有mAv1＝mBv2'－mAv1' 联立可得＝。 (2025·海南高考)小组用如图所示单摆测量当地重力加速度。 (1)用游标卡尺测得小球直径d＝20 mm，刻度尺测得摆线长l＝79 cm，则单摆摆长L＝　　　　cm(保留4位有效数字)。 (2)拉动小球，使摆线伸直且与竖直方向夹角为θ(θ＜5°)，无初速度的释放小球，小球经过　　　　(选填“最高”或“最低”)点时，开始计时，记录小球做了30次全振动用时t＝54.00 s，则单摆周期T＝　　　　s，由此可得当地重力加速度g＝　　　　m/s2(π2≈10，保留3位有效数字)。 答案：(1)80.00　(2)最低　1.8　9.88 解析：(1)单摆的摆长为L＝l＋＝80.00 cm。 (2)为减小实验计时误差，需在小球经过最低点时开始计时； 单摆周期T＝＝ s＝1.8 s 根据单摆周期公式有T＝2π 可得g＝ 代入数据得g≈9.88 m/s2。 考点四　力学创新实验 (2024·湖北高考)某同学设计了一个测量重力加速度大小g的实验方案，所用器材有：2 g砝码若干、托盘1个、轻质弹簧1根、米尺1把、光电门1个、数字计时器1台等。 具体步骤如下： ①将弹簧竖直悬挂在固定支架上，弹簧下面挂上装有遮光片的托盘，在托盘内放入一个砝码，如图(a)所示； ②用米尺测量平衡时弹簧的长度l，并安装光电门； ③将弹簧在弹性限度内拉伸一定长度后释放，使其在竖直方向振动； ④用数字计时器记录30次全振动所用的时间t； ⑤逐次增加托盘内砝码的数量，重复②③④的操作。 该同学将振动系统理想化为弹簧振子。已知弹簧振子的振动周期T＝2π，其中k为弹簧的劲度系数，M为振子的质量。 (1)由步骤④，可知振动周期T＝　　　　。 (2)设弹簧的原长为l0，则l与g、l0、T的关系式为l＝　　　　　　　。 (3)由实验数据作出的l -T2图线如图(b)所示，可得g＝　　　　m/s2(保留3位有效数字，π2取9.87)。 (4)本实验的误差来源包括　　　　(填标号)。 A.空气阻力 B.弹簧质量不为零 C.光电门的位置稍微偏离托盘的平衡位置 答案：(1)　(2)T2＋l0　(3)9.65(9.55～9.75均可)　(4)AB 解析：(1)由于30次全振动所用的时间为t，则1次全振动的时间即振动周期T＝。 (2)弹簧振子平衡时，由平衡条件有k(l－l0)＝Mg，又T＝2π，联立可得l＝T2＋l0。 (3)结合(2)问分析可知l -T2图线的斜率k＝，由题图(b)可知k＝ m/s2，联立解得g≈9.65 m/s2。 (4)由题意可知该实验将系统理想化为弹簧振子，而弹簧振子是一个理想化模型，不计空气阻力与弹簧质量，所以空气阻力、弹簧质量不为零是本实验的误差来源，A、B正确；由于数字计时器记录的是30次全振动的时间，所以光电门的位置只要在托盘经过的位置均可，即光电门的位置稍微偏离托盘的平衡位置不是本实验的误差来源，C错误。 学生用书⬇第104页 (2025·广东高考)请完成下列实验操作和计算。 (1)在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中，用螺旋测微器测量小球的直径，示数如图甲所示，读数为　　　　mm。 (2)实验小组利用小车碰撞实验测量吸能材料的性能，装置如图乙所示，图中轨道由轨道甲和乙平滑拼接而成，且轨道乙倾角较大。 ①选取相同的两辆小车，分别安装宽度为1.00 cm的遮光条。 ②轨道调节。 调节螺母使轨道甲、乙连接处适当升高，将小车在轨道乙上释放，若测得小车通过光电门A和B的　　　　　　，表明已平衡小车在轨道甲上所受摩擦力及其他阻力。 ③碰撞测试。 先将小车1静置于光电门A和B中间，再将小车2在M点由静止释放，测得小车2通过光电门A的时间为t2，碰撞后小车1通过光电门B的时间为t1。若t2　　　　t1，可将两小车的碰撞视为弹性碰撞。 ④吸能材料性能测试。 将吸能材料紧贴于小车2的前端，重复步骤③，测得小车2通过光电门A的时间为10.00 ms，两车碰撞后，依次测得小车1和2通过光电门B的时间分别为15.00 ms、30.00 ms，不计吸能材料的质量，计算可得碰撞后两小车总动能与碰撞前小车2动能的比值为　　　　(结果保留2位有效数字)。 答案：(1)8.260　(2)②时间相等　③＝　④0.56 解析：(1)由螺旋测微器的读数规则结合题图甲可知，读数为d＝8 mm＋26.0×0.01 mm＝8.260 mm。 (2)②若已平衡小车在轨道甲上所受摩擦力及其他阻力，则小车在轨道甲上做匀速直线运动，所以小车通过光电门A和B的时间相等。 ③若两小车的碰撞为弹性碰撞，由于两小车质量相同，所以发生弹性碰撞后两小车速度交换，则碰撞后小车2静止，小车1以与小车2碰撞前瞬间相同的速度做匀速直线运动，可知t2＝t1。 ④贴上吸能材料后，两小车碰撞前小车2的速度大小v0＝ m/s＝1 m/s，动能为Ek0＝m，碰撞后小车1的速度大小v1＝ m/s＝ m/s，小车2的速度大小v2＝ m/s＝ m/s，两小车的总动能Ek＝m＋m，联立可得≈0.56。 专题集训(二十二)　力学实验 (时间：30分钟　满分：50分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 1.(10分)(2025·四川内江一模)某同学利用如图甲所示装置来探究小车的匀变速直线运动。 (1)实验中，必要的措施是　　　　。 A.细线与长木板平行 B.先释放小车再接通电源 C.小车从距离打点计时器较远的位置释放 D.将长木板的右端适当垫起，以平衡小车与长木板之间的摩擦力 (2)实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，得到一条点迹清晰的纸带，打出的部分计数点如图乙所示(每相邻两个计数点间还有4个点图中未画出)。其中x1＝3.59 cm，x2＝4.41 cm，x3＝5.19 cm，x4＝5.97 cm，x5＝6.78 cm，x6＝7.64 cm。则小车的加速度大小a＝　　　　m/s2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度大小vB＝　　　　m/s。(结果均保留2位有效数字) 答案：(1)A　(2) 0.80　0.40 解析：(1)为了让小车做匀加速直线运动，应使小车受力恒定，故应将细线与长木板保持水平，同时为了打点稳定，应先接通电源再释放小车，故A正确，B错误；为了节约纸带，小车从距离打点计时器较近的位置释放，故C错误；本实验中只是研究匀变速直线运动，只要摩擦力恒定即可，不需要平衡摩擦力，故D错误。 (2)依题意，每相邻两个计数点间有四个点没有画出，故两相邻计数点间的时间间隔为 T＝5×＝0.1 s 根据逐差法可知，小车的加速度大小为 a＝＝0.80 m/s2。 打点计时器在打B点时小车的速度大小为 vB＝＝＝0.40 m/s。 2.(10分)(2025·重庆高考)弹簧是熄火保护装置中的一个元件，其劲度系数会影响装置的性能。小组设计了如图1所示的实验装置测量弹簧的劲度系数，其中压力传感器水平放置，弹簧竖直放在传感器上，螺旋测微器竖直安装，测微螺杆正对弹簧。 (1)某次测量时，螺旋测微器的示数如图2所示，此时读数为　　　　mm。 (2)对测得的数据进行处理后得到弹簧弹力F与弹簧长度l的关系如图3所示，由图可得弹簧的劲度系数为　　　　N/m，弹簧原长为　　　　mm。(均保留3位有效数字) 答案：(1)7.415(7.413～7.417均可)　(2)184　17.6 解析：(1)根据螺旋测微器的读数规则有 7 mm＋41.5 ×0.01 mm＝7.415 mm。 (2)当弹力为零时弹簧处于原长，为17.6 mm；将题图3中图线延长与纵轴的交点为2.50 N，则根据胡克定律可知弹簧的劲度系数为k＝≈184 N/m。 3.(10分)(2025·甘肃高考)某学习小组使用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。 把一个直径为d的小球用不可伸长的细线悬挂，光电门置于小球平衡位置处，其光线恰好通过小球球心，计时器与光电门相连。将小球拉离平衡位置并记录其高度h，然后由静止释放(运动平面与光电门光线垂直)，记录小球经过光电门的挡光时间Δt。改变h，测量多组数据。已知重力加速度为g，忽略阻力。 (1)以h为横坐标、　　　　[填“Δt”“(Δt)2”“”或“”]为纵坐标作直线图。若所得图像过原点，且斜率为　　　　(用d和g表示)，即可证明小球在运动过程中机械能守恒。 (2)实验中，用游标卡尺测得小球直径d＝20.48 mm。 ①由结果可知，所用的是　　　　(填“10”“20”或“50”)分度的游标卡尺。 ②小组设计了一把25分度的游标卡尺，未测量时的状态如图乙所示。如果用此游标卡尺测量该小球直径，则游标尺上第　　　　条刻度线与主尺上的刻度线对齐。 答案：(1)　　(2)①50　②12 解析：(1)小球经过光电门的挡光时间为Δt，可得小球到达平衡位置的速度v＝ 为验证机械能守恒定律，此过程中重力势能转化为动能有mgh＝mv2 联立解得＝·h 可得若以h为横坐标，则纵坐标为时为直线图 图像的斜率为k＝。 (2)①10分度、20分度、50分度的游标卡尺的精确度分别为0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm 此游标卡尺测得小球直径d＝20.48 mm 可以判断所用的是50分度的游标卡尺。 ②若为25分度的游标卡尺，其精确度为0.04 mm，用此游标卡尺测量该小球直径，可得n＝＝12，则游标尺上第12条刻度线与主尺上的刻度线对齐。 4.(10分)(2024·天津高考)某同学用图甲所示装置探究加速度与力的关系。 (1)为补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力，调节木板倾角，使小车在不挂槽码时运动，并打出纸带进行检验，下图中能表明补偿阻力恰当的是　　　　。 (2)某次实验得到一条纸带，部分计数点如图乙所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)，测得s1＝6.20 cm，s2＝6.70 cm，s3＝7.21 cm，s4＝7.73 cm。已知打点计时器所接交流电源频率为50 Hz，则小车的加速度a＝　　　　m/s2(要求充分利用测量数据，结果保留两位有效数字)。 (3)该同学将一个可以直接测出绳子拉力的传感器安装在小车上，小车和传感器总质量为210 g。按要求补偿阻力后，该同学共进行了四次实验，悬挂的槽码质量依次为5 g、10 g、20 g、40 g。处理数据时，用两种方式得到小车(含传感器)受到的合力，一种将槽码所受重力当作合力，另一种将传感器示数当作合力，则这两种方式得到的合力差异最大时，槽码质量为　　　　g。 答案：(1)B　(2)0.51　(3)40 解析：(1)若补偿阻力恰当，则小车应该匀速运动，打出的纸带应该点迹均匀分布。故选B。 (2)每相邻两个计数点间还有4个点未画出，可知T＝0.1 s，小车的加速度a＝＝ m/s2＝0.51 m/s2。 (3)根据牛顿第二定律，对槽码有mg－FT＝ma，对小车(含传感器)有FT＝Ma，可得FT＝＝mg，则m越小传感器的示数越接近槽码的重力mg，m越大，则传感器的示数与槽码重力的差异越大，即这两种方式得到的合力差异最大时，槽码质量为40 g。 5.(10分)(2025·广东广州天河高三综合测试)(1)如图甲所示，螺旋测微器的读数为　　　　mm。 (2)某实验小组做探究影响向心力大小因素的实验，图乙为“向心力演示器”装置，已知挡板A、C到左、右塔轮中心轴的距离相等，B到左塔轮中心轴距离是A的2倍，皮带按图丙三种方式连接左右变速塔轮，每层半径之比由上至下依次为1∶1、2∶1和3∶1。 ①若要探究向心力与质量的关系，则需要将皮带放在第　　　　层。 ②若将皮带放在第二层，将质量完全相等的金属球放在挡板A和挡板C处，左右两标尺格数的比值为　　　　。 (3)某实验小组在实验室用单摆做测定重力加速度的实验，实验测出摆球的直径为d，摆线长为L0，单摆完成n次全振动的时间为t，则单摆的振动周期T＝　　　　；计算重力加速度的表达式g＝　　　　　　　　　。 答案：(1)1.735(1.733～1.737均可)　(2)①一 ②　(3)　 解析：(1)螺旋测微器的读数为 1.5 mm＋23.5×0.01 mm＝1.735 mm。 (2)①根据F＝mω2r，可知在探究向心力大小与质量的关系时，需控制角速度和运动半径相同。根据v＝ωr可知，边缘线速度相同，则需要塔轮半径相同，需要将皮带放在第一层。 ②将质量完全相等的金属球放在挡板A和挡板C处，则运动半径和质量相同，根据F＝mω2r可知，向心力大小之比等于角速度平方的比。将皮带放在第二层，塔轮半径比为2∶1，则角速度比为1∶2，所以向心力大小之比为1∶4，左右两标尺格数的比值为。 (3)单摆完成n次全振动的时间为t，则单摆的振动周期T＝，摆长为l＝L0＋，根据单摆周期公式T＝2π，解得重力加速度的表达式g＝。 学科网（北京）股份有限公司 $