查補易混易錯16 力學實驗-2022年高考物理三輪沖刺過關（解析版）

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查補易混易錯16力學實驗

近幾年高考實驗題基本上是“一力一電”的模式，題型多樣，考查內容廣闊，教法靈活，注重考查物理實驗的基本技能、知識的應用和拓展能力，更加注重考查考生的理解能力、實驗探究能力和創(chuàng)新能力。

對力學實驗的考查規(guī)律大致體現在以下兩個方面：⑴儀器計數、勻變速直線運動的規(guī)律（利用紙帶求速度、加速度）、驗證牛頓第二定律[2021湖南卷、全國卷]、機械能守恒[2021山東卷]或者機械能能量損失考查頻次較高；探究彈簧彈力與形變量的關系[2021廣東卷]、探究平拋運動的特點、驗證動量守恒定律考查較少；探究互成角度的力的合成，探究向心力的大小與半徑、角速度、質量的關系、單擺測量重力加速度的大小等實驗基本沒有考查。⑵力學實驗對應的高考試題看似熟悉但不拘泥于教材實驗的傳統(tǒng)實驗方案，注重創(chuàng)新與實踐，常以教材實驗的實驗器材改變、實驗目的改變、實驗原理改變、處理數據方法改變?yōu)樗夭膭?chuàng)設問題情境。

【真題示例·2021·河北卷·12】12.某同學利用圖1中的實驗裝置探究機械能變化量與力做功的關系，所用器材有：一端帶滑輪的長木板、輕細繩、的鉤碼若干、光電門2個、數字計時器、帶遮光條的滑塊（質量為，其上可放鉤碼）、刻度尺，當地重力加速度為，實驗操作步驟如下：

①安裝器材，調整兩個光電門距離為，輕細繩下端懸掛4個鉤碼，如圖1所示；

②接通電源，釋放滑塊，分別記錄遮光條通過兩個光電門的時間，并計算出滑塊通過兩個光電門的速度；

③保持最下端懸掛4個鉤碼不變，在滑塊上依次增加一個鉤碼，記錄滑塊上所載鉤碼的質量，重復上述步驟；

④完成5次測量后，計算出每次實驗中滑塊及所載鉤碼的總質量M、系統(tǒng)（包含滑塊、滑塊所載鉤碼和輕細繩懸掛鉤碼）總動能的增加量及系統(tǒng)總機械能的減少量，結果如下表所示：

0.200

0.250

0.300

0.350

0.400

0.582

0.490

0.392

0.294

0.195

0.393

0.490

0.686

0.785

回答下列問題：

（1）實驗中輕細繩所懸掛鉤碼重力勢能的減少量為______J（保留三位有效數字）；

（2）步驟④中的數據所缺數據為______；

（3）若M為橫軸，為縱軸，選擇合適的標度，在圖2中繪出圖像______；

若系統(tǒng)總機械能的減少量等于克服摩擦力做功，則物塊與木板之間的摩擦因數為______（保留兩位有效數字）

【答案】①.0.980②.0.588③.見解析④.0.40（0.38~0.42）

【解析】

（1）四個鉤碼重力勢能的減少量為

（2）對滑塊和鉤碼構成的系統(tǒng)，由能量守恒定律可知

其中系統(tǒng)減少的重力勢能為

系統(tǒng)增加動能為

系統(tǒng)減少的機械能為，則代入數據可得表格中減少的機械能為

（3）根據表格數據描點得的圖像為

[4]根據做功關系可知

則圖像的斜率為

解得動摩擦因數為

（0.38~0.42）

【易錯分析】①鉤碼下落的高度找不到，不能結合具體實驗過程分析兩光電門之間的距離；②沒有注意有效數字位數；③g的大小沒有按照題目給的數據，而是錯誤地代入了10m/s2；④無法判斷動能增量是系統(tǒng)的動能增量，機械能的減少量是因為摩擦力做功引起的。

【易錯01】實驗器材的計數

1.毫米刻度尺的讀數，要精確到毫米，需估讀一位，彈簧測力計的讀數方法也如此．

2.游標卡尺的讀數

游標尺

精度

/mm

測量結果(游標尺上第n個刻線與主尺上的某刻度線對正時)/mm

刻度

格數

刻度

總長度

/mm

每小格與

1mm差

/mm

10

9

0.1

0.1

主尺上讀的毫米數＋0.1n

20

19

0.05

0.05

主尺上讀的毫米數＋0.05n

50

49

0.02

0.02

主尺上讀的毫米數＋0.02n

游標卡尺不估讀，以毫米為單位，10分度卡尺小數點后只有一位，20分度和50分度卡尺小數點后有兩位．要注意題目要求的單位是否為mm，若不是則要先以mm為單位讀數，然后再換算為題目要求的單位．

3.螺旋測微器的讀數：測量值＝固定刻度整毫米數＋半毫米數＋可動刻度讀數(含估讀)×0.01mm.

讀數時要估讀，以毫米為單位，小數點后應為三位，同時注意固定刻度上的半刻度是否露出．

4.時間類測量儀器的讀數

(1)打點計時器：每打兩個點的時間間隔為0.02s，一般每五個點取一個計數點，則時間間隔Δt＝0.02×5s＝0.1s.

(2)頻閃照相機：用等時間間隔獲取圖像信息的方法將物體在不同時刻的位置記錄下來，時間間隔Δt＝

eq\f(1,f)

.(f為頻閃照相機的頻率)

(3)光電計時器：記錄遮光時間，時間間隔Δt＝

eq\f(d,v)

(d為遮光板寬度，v為平均速度)

【易錯02】驗證性實驗處理方法

解決驗證性實驗相關問題應根據題目給定的實驗條件、實驗過程、實驗情景領會命題意圖，找出實驗中應測定的物理量，明確在誤差允許的范圍內通過怎樣的定量關系能達到實驗目的．比如：在驗證平行四邊形定則的實驗中要抓住分力和合力的測量及等效關系，在驗證機械能守恒定律的實驗中先要注意明確研究的是何系統(tǒng)，再明確系統(tǒng)勢能和動能的具體測量原理，最后尋找定量或定性關系．

【易錯03】探究性實驗的處理方法

探究型實驗需要將已掌握的物理知識和實驗技能創(chuàng)造性地運用到新的實驗情景中，由題給條件思考實驗原理，確定實驗方案，選擇合適的器材去研究物理現象，通過實驗得到的數據信息分析各物理量中的內在聯(lián)系，找出其中所包含的物理規(guī)律．本題考查了速度與時間的關系，速度沒有辦法直接測量，所以要利用物理關系轉化，轉換成能夠測量的量，然后再來研究速度與時間的關系．

【易錯04】創(chuàng)新型實驗的處理方法

創(chuàng)新設計性實驗解題時應該抓住“理解實驗原理和實驗儀器的工作原理”，尋求解題突破口．應注意常見量的測量方法，比如：“瞬時速度的測量”可采用光電門、紙帶留跡平均速度法及間接測量法；“力的測量”可采用測力計、力傳感器及類似于“近似等于懸掛鉤碼重力”的間接測量法．

1.（2021·廣東卷）某興趣小組測量一緩沖裝置中彈簧的勁度系數，緩沖裝置如圖所示，固定在斜面上的透明有機玻璃管與水平面夾角為30°，彈簧固定在有機玻璃管底端。實驗過程如下：先沿管軸線方向固定一毫米刻度尺，再將單個質量為200g的鋼球（直徑略小于玻璃管內徑）逐個從管口滑進，每滑進一個鋼球，待彈簧靜止，記錄管內鋼球的個數n和彈簧上端對應的刻度尺示數，數據如表所示。實驗過程中彈簧始終處于彈性限度內。采用逐差法計算彈簧壓縮量，進而計算其勁度系數。

n

1

2

3

4

5

6

8.04

10.03

12.05

14.07

16.11

18.09

（1）利用計算彈簧的壓縮量：，，______cm，壓縮量的平均值______cm；

（2）上述是管中增加______個鋼球時產生的彈簧平均壓縮量；

（3）忽略摩擦，重力加速度g取，該彈簧的勁度系數為______N/m。（結果保留3位有效數字）

【答案】①.6.04②.6.05③.3④.48.6

【解析】（1）[1]根據壓縮量的變化量為

[2]壓縮量的平均值為

（2）[3]因三個是相差3個鋼球的壓縮量之差，則所求平均值為管中增加3個鋼球時產生的彈簧平均壓縮量；

（3）[4]根據鋼球的平衡條件有

解得

【易錯分析】①考生誤將放第一個鋼球時刻度尺的示數當作彈簧的形變量；②考生不能通過逐差法求出形變量；③考生數據計算沒有保留3位有效數字。

2.（2021·山東卷）某乒乓球愛好者，利用手機研究乒乓球與球臺碰撞過程中能量損失的情況。實驗步驟如下：

①固定好手機，打開錄音功能；

②從一定高度由靜止釋放乒乓球；

③手機記錄下乒乓球與臺面碰撞的聲音，其隨時間（單位：s）的變化圖像如圖所示。

根據聲音圖像記錄的碰撞次序及相應碰撞時刻，如下表所示。

碰撞次序

1

2

3

4

5

6

7

碰撞時刻（s）

1.12

1.58

2.00

2.40

2.78

3.14

3.47

根據實驗數據，回答下列問題：

（1）利用碰撞時間間隔，計算出第3次碰撞后乒乓球的彈起高度為___________m（保留2位有效數字，當地重力加速度）。

（2）設碰撞后彈起瞬間與該次碰撞前瞬間速度大小的比值為k，則每次碰撞損失的動能為碰撞前動能的___________倍（用k表示），第3次碰撞過程中___________（保留2位有效數字）。

（3）由于存在空氣阻力，第（1）問中計算的彈起高度___________（填“高于”或“低于”）實際彈起高度。

【答案】①.0.20②.③.0.95④.高于

【解析】（1）[1]第3次碰撞到第4次碰撞用時，根據豎直上拋和自由落體運動的對稱性可知第3次碰撞后乒乓球彈起的高度為

（2）[2]碰撞后彈起瞬間速度為，碰撞前瞬間速度為，根據題意可知

則每次碰撞損失的動能與碰撞前動能的比值為

[3]第2次碰后從最高點落地瞬間的速度

第3次碰撞后瞬間速度為

則第3次碰撞過程中

【易錯分析】①考生無法看懂題目中給出的信息，不能使題目信息與實驗目的進行有效結合；②考生不能根據錄音記錄的信息分析出乒乓球碰撞時間間隔越來越短，以及時間與彈起高度的關系；③存在空氣阻力時，無法準確找到計算的彈起高度與實際彈起高度的關系。

3.（2021·全國甲卷）為測量小銅塊與瓷磚表面間的動摩擦因數，一同學將貼有標尺的瓷磚的一端放在水平桌面上，形成一傾角為的斜面（已知sin=0.34，cos=0.94），小銅塊可在斜面上加速下滑，如圖所示。該同學用手機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?T=0.20s）內小銅塊沿斜面下滑的距離si（i=1，2，3，4，5），如下表所示。

s1

s2

s3

s4

s5

5.87cm

7.58cm

9.31cm

11.02cm

12.74cm

由表中數據可得，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為___________。（結果均保留2位有效數字，重力加速度大小取9.80m/s2）

【答案】①.0.43②.0.32

【解析】[1]根據逐差法有

[2]對小銅塊受力分析根據牛頓第二定律有

代入數據解得

【易錯分析】①考生不能準確判斷加速度與動摩擦因數的關系；②考生對有效數字的理解不到位，數據保留2位有效數據不是2位小數；③重力加速度按通常的習慣取10m/s2導致運算結果出錯。

4.（2021·全國乙卷）某同學利用圖（a）所示裝置研究平拋運動的規(guī)律。實驗時該同學使用頻閃儀和照相機對做平拋運動的小球進行拍攝，頻閃儀每隔發(fā)出一次閃光，某次拍攝后得到的照片如圖（b）所示（圖中未包括小球剛離開軌道的影像）。圖中的背景是放在豎直平面內的帶有方格的紙板，紙板與小球軌跡所在平面平行，其上每個方格的邊長為。該同學在實驗中測得的小球影像的高度差已經在圖（b）中標出。

完成下列填空：（結果均保留2位有效數字）

（1）小球運動到圖（b）中位置A時，其速度的水平分量大小為___________，豎直分量大小為___________；

（2）根據圖（b）中數據可得，當地重力加速度大小為___________。

【答案】①.1.0②.1.96③.9.7

【解析】（1）[1]因小球水平方向做勻速直線運動，因此速度為

[2]豎直方向做自由落體運動，因此A點的豎直速度可由平均速度等于時間中點的瞬時速度求得

（2）[3]由豎直方向的自由落體運動可得

代入數據可得

【易錯分析】①考生的主要失分點在審題上，最后結果均保留2位有效數字，不是2位小數；②考生答卷時豎直方向的分速度易錯寫為1.96m/s。

5.（2021·海南卷）為了驗證物體沿光滑斜面下滑的過程中機械能守恒，某學習小組用如圖所示的氣墊導軌裝置（包括導軌、氣源、光電門、滑塊、遮光條、數字毫秒計）進行實驗。此外可使用的實驗器材還有：天平、游標卡尺、刻度尺。

（1）某同學設計了如下的實驗步驟，其中不必要的步驟是___________；

①在導軌上選擇兩個適當的位置A、B安裝光電門Ⅰ、Ⅱ，并連接數字毫秒計；

②用天平測量滑塊和遮光條的總質量m；

③用游標卡尺測量遮光條的寬度d；

④通過導軌上的標尺測出A、B之間的距離l；

⑤調整好氣墊導軌的傾斜狀態(tài)；

⑥將滑塊從光電門Ⅰ左側某處，由靜止開始釋放，從數字毫秒計讀出滑塊通過光電門Ⅰ、Ⅱ的時間、；

⑦用刻度尺分別測量A、B點到水平桌面高度、；

⑧改變氣墊導軌傾斜程度，重復步驟⑤⑥⑦，完成多次測量。

（2）用游標卡尺測量遮光條的寬度d時，游標卡尺的示數如圖所示，則___________；某次實驗中，測得，則滑塊通過光電門Ⅰ的瞬時速度___________（保留3位有效數字）；

（3）在誤差允許范圍內，若___________（用上述必要的實驗步驟直接測量的物理量符號表示，已知重力加速度為g），則認為滑塊下滑過程中機械能守恒；

（4）寫出兩點產生誤差的主要原因：___________。

【答案】①.②④②.③.④.⑤.滑塊在下滑過程中受到空氣阻力作用，產生誤差；遮光條寬度不夠窄，測量速度不準確，產生誤差

【解析】（1）[1]滑塊沿光滑的斜面下滑過程機械能守恒，需要通過光電門測量通過滑塊運動的速度

滑塊下滑過程中機械能守恒，減少的重力勢能轉化為動能

整理化簡得

所以測量滑塊和遮光條得總質量不必要，②滿足題目要求，測量、之間的距離不必要，④滿足題目要求。

故選②④。

（2）[2]游標卡尺的讀數為

[3]滑塊通過光電門的速度

（3）[4]根據（1）問可知

在誤差允許的范圍內，滿足該等式可認滑塊下滑過程中機械能守恒。

（4）[5]滑塊在下滑過程中受到空氣阻力作用，產生誤差；遮光條寬度不夠窄，測量速度不準確，產生誤差。

6.（2021·北京卷）物理實驗一般都涉及實驗目的、實驗原理、實驗儀器、實驗方法、實驗操作、數據分析等。例如：

（1）實驗儀器。用游標卡尺測某金屬管的內徑，示數如圖1所示。則該金屬管的內徑為_______mm。

（2）數據分析。打點計時器在隨物體做勻變速直線運動的紙帶上打點，其中一部分如圖2所示，B、C、D為紙帶上標出的連續(xù)3個計數點，相鄰計數點之間還有4個計時點沒有標出。打點計時器接在頻率為50Hz的交流電源上。則打C點時，紙帶運動的速度vC=________m/s（結果保留小數點后兩位）。

（3）實驗原理。圖3為“探究加速度與力的關系”的實驗裝置示意圖。認為桶和砂所受的重力等于使小車做勻加速直線運動的合力。實驗中平衡了摩擦力后，要求桶和砂的總質量m比小車質量M小得多。請分析說明這個要求的理由。（）

【答案】①.31.4②.0.44③.見解析

【解析】（1）[1]根據游標卡尺的讀數規(guī)則有

（2）[2]每隔4個點取一個點作為計數點，故兩計數點間有5個間隔；故兩點間的時間間隔為

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，則有

（3）[3]設繩的拉力為T，小車運動的加速度為a。對桶和砂，有

對小車，有

得

小車受到細繩的拉力T等于小車受到的合力F，即

可見，只有桶和砂的總質量m比小車質量M小得多時，才能認為桶和砂所受的重力mg等于使小車做勻加速直線運動的合力F。

7．（2021·天津高三模擬）在“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”實驗中，桌上放一塊方木板，用圖釘把一張白紙釘在方木板上。再用圖釘把橡皮條一端固定在板上的A點。在橡皮條另一端拄上兩條細繩形成結點，細繩的另一端系著繩套。先用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條；再用一個彈簧測力計通過細繩套拉橡皮條。

（1）判斷力F單獨作用與力F1、F2共同作用效果相同的依據是___________

A．F的大小等于F1與F2的大小之和

B．使橡皮條伸長相同的長度

C．使橡皮條上的結點到達同一位置

（2）實驗中需要標記或者記錄的信息有___________

A．橡皮條的原長

B．橡皮條原長時結點的位置

C．力F的大小和方向

D．力F1、F2的大小和方向

（3）下列措施可以減小實驗誤差的是___________

A．橡皮條應與兩繩套夾角的平分線在同一直線上

B．用兩個彈簧測力計拉橡皮條時，兩個繩套的夾角必須等于90°

C．用兩個彈簧測力計拉橡皮條時，彈簧測力計盡量與木板平行

D．拉橡皮條的細繩要長些，標記同一細繩方向的兩點要遠些

【答案】CCDCD

【解析】（1）[1]判斷力F單獨作用與力F1、F2共同作用效果相同的依據是使橡皮條上的結點到達同一位置，表示力的大小與方向都是相同的，選項C正確；

（2）[2]實驗中需要標記或者記錄的信息有力F的大小和方向及力F1、F2的大小和方向，以便于畫出它們的力的圖示并加以比較，選項CD正確；

（3）[3]C．可以減小實驗誤差的是用兩個彈簧測力計拉橡皮條時，彈簧測力計盡量與木板平行，選項C正確；D．拉橡皮條的細繩要長些，標記同一細繩方向的兩點要遠些，以便于標出拉力的方向來，選項D正確；A．而橡皮條不一定要與兩繩套夾角的平分線在同一直線上，選項A錯誤；B．用兩個彈簧測力計拉橡皮條時，兩個繩套的夾角不必要等于90°，選項B錯誤。故選CD。

8．（2021·浙江紹興市高三二模）（1）某實驗小組用如圖1裝置做“探究加速度與力、質量的關系”實驗。

①在平衡阻力時，小車拖著的紙帶打出的點如圖2所示，則需要把圖1中墊塊向______（填“左”或“右”）移動；

②在正確操作后打出了一條紙帶，實際點跡如圖3。已知交流電頻率為50Hz，打下紙帶中P點的速度是______m/s（保留三位有效數字），該紙帶的運動方向是向______（填“左”或“右”）。

（2）在用氣墊導軌裝置做“探究碰撞中的不變量”實驗時，若要探究兩滑塊做反沖運動時的物理規(guī)律，應選用______（填“甲”、“乙”或“丙”）結構的滑塊。

【答案】右1.76左甲

【解析】(1)[1]由紙帶可知，小車向左做加速運動，為進一步平衡摩擦力，圖2中墊塊應向右移一些；

[2]打下紙帶中P點的速度是

[3]由圖可知，小車拖著紙帶向左運動，則該紙帶的運動方向是向左；

(2)[4]若要探究兩滑塊做反沖運動時的物理規(guī)律，即兩滑塊應向兩個相反方向彈開，則應選甲圖。

9．（2021·遼寧朝陽市高三一模）老師要求同學設計一個實驗來驗證機械能守恒定律，要求用自己學過的知識，原理簡了，具有可操作性，盡量不用復雜的儀器。小明同學經過認真思考，認為這個實驗最關鍵的是測速度，他用如圖所示的裝置來驗證機械能守恒定律，物體A（可視為質點）拴在長為L的輕繩一端，輕繩另一端固定在O點，在A的前端放一個質量較小的小金屬塊?，F將物體A拉起，使繩與豎直方向成角，由靜止開始釋放物體A，當其到達最低位置時，受到豎直擋板P的阻擋而停止運動，之后小金屬塊將飛離物體A做平拋運動。測得小金屬塊的水平位移s和豎直下落高度h，重力加