第一篇七第16講力學(xué)實(shí)驗(yàn)講義

p4第一篇專題復(fù)習(xí)

專題七實(shí)驗(yàn)

第16講力學(xué)實(shí)驗(yàn)

【命題規(guī)律】1.命題角度：（1）探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律；（2）探究加速度與物體受力、物

體質(zhì)量的關(guān)系；（3）驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律；（4）驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律；（5）探究彈簧彈力與形變量的

關(guān)系；（6）探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律；（7）探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)；（8）探究向心力大小與

半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系；（9）用單擺測(cè)量重力加速度的大小2常用方法：控制變量法、等

效替代法、圖像法.

考點(diǎn)一紙帶類和光電門(mén)類實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)裝置圖實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)處理

1.判斷物體是否做

1.細(xì)繩與長(zhǎng)木板平行勻變速直線運(yùn)動(dòng)

探究小2.釋放前小車應(yīng)靠近打2.利用平均速度求

車速度紙帶接電源打點(diǎn)計(jì)時(shí)器點(diǎn)計(jì)時(shí)器瞬時(shí)速度

隨時(shí)間3.先接通電源，再釋放3.利用逐差法求平

變化的n小車，打點(diǎn)結(jié)束先切斷均加速度

規(guī)律電源，再取下紙帶4.作速度一時(shí)間圖

4.鉤碼質(zhì)量適當(dāng)像，通過(guò)圖像的斜率

求加速度

1.補(bǔ)償阻力，墊高長(zhǎng)木

板使小車能勻速下滑

探究加1.利用逐差法或。一r

2.在補(bǔ)償阻力時(shí)，不要

速度與圖像法求?

把懸掛槽碼的細(xì)繩系

物體受2.作出4一F圖像和

在小車上，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中

力、物體加碼魂題:實(shí)驗(yàn)令

〃一A圖像，確定。

不用重復(fù)補(bǔ)償阻力

質(zhì)量的

3.實(shí)驗(yàn)必須保證的條

關(guān)系與F、m的關(guān)系

件：小車質(zhì)量〃?》槽碼

質(zhì)量機(jī)'

4.釋放前小車要靠近打

點(diǎn)計(jì)時(shí)器，應(yīng)先接通電

源，后釋放小車

1應(yīng).用

壇噤二計(jì)算某時(shí)

1.豎直安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)

器，以減少摩擦阻力

刻的瞬時(shí)速度

打點(diǎn)

n計(jì)評(píng)器一紙帶2.選用質(zhì)量大、體積小、

2判.斷mghB-^2

驗(yàn)證機(jī)密度大的材料A

卜夾子

械能守

&重物3.選取第1、2兩點(diǎn)間距是否在

恒定律

M離接近2mm的紙帶，

1l誤差允許的范圍內(nèi)

____1

II用進(jìn)行相等

驗(yàn)證3.作出52—/?圖像，

求g的大小

1.滑塊速度的測(cè)量：

1.開(kāi)始前調(diào)節(jié)導(dǎo)軌水平

Ax

驗(yàn)證動(dòng)2.用天平測(cè)出兩滑塊的

量守恒質(zhì)量

曲工或畔2.驗(yàn)證的表達(dá)式：

定律3用.光電門(mén)測(cè)量碰前和

m\V\+iri2V2=fn\V\'

碰后的速度

+根2。2’

例1（2022?山東日照市一模）某實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律.實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前

在水平放置的氣墊導(dǎo)軌左端裝一個(gè)彈射裝置，打開(kāi)控制開(kāi)關(guān)，滑塊可被彈射裝置向右彈出.滑

塊A和滑塊B上裝有相同寬度的擋光片，在相碰的端面裝有輕質(zhì)彈性架（未畫(huà)出）.實(shí)驗(yàn)開(kāi)始

前，滑塊A被彈射裝置鎖定，滑塊B靜置于兩個(gè)光電門(mén)之間.

涵群壯型光電門(mén)1光電門(mén)2

彈射裝置上?）/q

A擋光片擋光片rroz）

滑塊4滑塊B

⑴打開(kāi)控制開(kāi)關(guān)，滑塊A被彈出.數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄下?lián)豕馄ㄟ^(guò)光電門(mén)1的時(shí)間擋光

片先后通過(guò)光電門(mén)2的時(shí)間加2和加3,則滑塊4含擋光片）與滑塊B（含擋光片）的質(zhì)量大小關(guān)

系是，叫，如（選填“大于”“等于”或“小于”）.

（2）若滑塊A和滑塊B的碰撞過(guò)程中滿足動(dòng)量守恒，則應(yīng)滿足的關(guān)系式為（用

，聞、〃?6、△“、加2、Af3表示）.

（3）若滑塊A和滑塊B的碰撞是彈性碰撞，則靠=（用Af2、A?表示）.

答案⑴大于⑵群聯(lián)+黑

解析（1）設(shè)滑塊4碰撞前瞬間的速度為小，

碰撞后瞬間A、B的速度分別為0，、vB,

根據(jù)動(dòng)量守恒定律有mAVA—niAVA'+,〃8如①

根據(jù)能量守恒定律有

22

耳0.2=嚴(yán)例，+1/MByB（2）

聯(lián)立解得辦'=w上叫%③

nu+me

VB=2：八0A④

mA+mB

計(jì)算機(jī)顯示光電門(mén)1有一個(gè)時(shí)間記錄，光電門(mén)2有兩個(gè)時(shí)間記錄，說(shuō)明A與8碰撞后A未反

彈，即。/與內(nèi)的方向相同，可知的＞，〃8.

（2）設(shè)擋光片寬度為久由題意可得以=泰）

碰撞過(guò)程中滿足動(dòng)量守恒，則應(yīng)滿足的關(guān)系式為次人g=〃次

ZW]ZA/3A/2

加「43十發(fā)嚴(yán)

解仔〃切一Af3-2△仃

例2（2022?河北張家口市高三期末）某物理興趣小組利用如圖甲所示的裝置驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能

守恒定律，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=9.80m/s2,操作步驟如下：

①用天平測(cè)量物塊a的質(zhì)量im和物塊b的質(zhì)量加2；

②把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、定滑輪固定在鐵架臺(tái)上，用跨過(guò)定滑輪的輕質(zhì)細(xì)線連接物塊a和物塊6;

③把固定在物塊“上的紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，讓物塊a靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先

，再;

④實(shí)驗(yàn)過(guò)程中打出的一條紙帶如圖乙所示；

⑤更換物塊重復(fù)實(shí)驗(yàn).

⑵所用交變電源的頻率為50Hz,測(cè)得計(jì)數(shù)點(diǎn)。、A、B、C、。、E、F相鄰兩點(diǎn)間的距離分

別為xi=6.00cm、X2=8.39cm、X3=10.81cm、X4=13.20cm、%5=15.59cm>x6=18.01cm,

相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，打下計(jì)數(shù)點(diǎn)A時(shí)物塊〃和物塊h運(yùn)動(dòng)的速度大小辦

=m/s,打下計(jì)數(shù)點(diǎn)E時(shí)物塊a和物塊6運(yùn)動(dòng)的速度大小比=m/s；（結(jié)果

均保留三位有效數(shù)字）

⑶用天平測(cè)出物塊a和物塊b的質(zhì)量分別為如、〃似的<〃?2），從打計(jì)數(shù)點(diǎn)A到E的過(guò)程中，

物塊。和物塊。組成的系統(tǒng)減小的重力勢(shì)能AEp=,增加的動(dòng)能為△&=,在

誤差允許的范圍內(nèi)，物塊a和物塊6組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒.（結(jié)果用陽(yáng)、加2、小、VE、g、

X2、X3、Xt>X5表示）

答案⑴接通電源釋放物塊。和物塊。（2）0.7201.68（3）（〃22—〃力應(yīng)。2+冷+工4+45）1

（如+加2）。/-+〃22）。/

解析（1）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)先接通電源，再釋放物塊。和物塊Z?；

（2）由題可知，每相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T(mén)=0.02sX5=0.1s

打下計(jì)數(shù)點(diǎn)A時(shí)物塊a和物塊b運(yùn)動(dòng)的速度大小列'義10-2m/s^0.720m/s

ZZN（J.1

打下計(jì)數(shù)點(diǎn)E時(shí)物塊a和物塊b運(yùn)動(dòng)的速度大小比="5^6=,°1*10-2m/s=

乙IZAU.1

1.68m/s

（3）從打計(jì)數(shù)點(diǎn)A到E的過(guò)程中，物塊a和物塊。組成的系統(tǒng)減小的重力勢(shì)能為

AEp=imgh-m\gh—（tn2—m\）g（xz+冷+x4+熱）

增加的動(dòng)能為AEk=；（如+mijVE2i+

例3（2022?安徽合肥市第一次檢測(cè)）某實(shí)驗(yàn)小組為了探究物體加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，設(shè)

計(jì)了如下實(shí)驗(yàn).

（1）在探究小車加速度a與其質(zhì)量M的關(guān)系時(shí)，采用了圖（a）所示的方案.

①保持盤(pán)中祛碼不變，通過(guò)增減小車中的祛碼個(gè)數(shù)改變小車的總質(zhì)量例，利用打出的紙帶測(cè)

量出小車對(duì)應(yīng)的加速度.下列實(shí)驗(yàn)操作合理的是.

A.為了補(bǔ)償阻力，把木板的一側(cè)墊高，并將祛碼盤(pán)用細(xì)線通過(guò)定滑輪系在小車上

B.先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后再釋放小車

C.調(diào)節(jié)滑輪，使細(xì)線與木板平行

②圖(b)為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出.交變電源的頻率為

50Hz,小車的加速度a=m/s,結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

_^7—單位：cm

?-------------27.58-----------?

(b)

③表格中為實(shí)驗(yàn)小組記錄的6組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其中5組數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)已經(jīng)標(biāo)在圖(c)的坐標(biāo)紙上,

請(qǐng)用X標(biāo)出余下的一組數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，并作出。號(hào)圖像，由〃一需圖像可得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論為:

F/NM/kgtz/(m-s-2)

0.291.160.25

0.290.860.34

0.290.610.48

0.290.410.72

0.290.360.82

0.290.310.94

:h超

s一

里

y皿

h里

:超

一

摩y

H里

居

(c)

(2)在探究小車加速度a與所受力F的關(guān)系時(shí)，設(shè)計(jì)了圖(d)所示的方案.其實(shí)驗(yàn)操作步驟如下:

紙叫打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

UU

(d)

a.掛上祛碼盤(pán)和祛碼，調(diào)節(jié)木板的傾角，使質(zhì)量為M的小車拖著紙帶沿木板勻速下滑;

b.取下祛碼盤(pán)和祛碼，測(cè)出其總質(zhì)量為相，并讓小車沿木板下滑，測(cè)出加速度公

c.改變祛碼盤(pán)中祛碼的個(gè)數(shù)，重復(fù)步驟a和b,多次測(cè)量，作出a-F圖像.

①該實(shí)驗(yàn)方案(選填“需要”或“不需要”)滿足條件例》相；

②若實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范，通過(guò)改變祛碼個(gè)數(shù)，畫(huà)出的。一F圖像最接近圖中的.

答案(1)①BC②0.48③見(jiàn)解析圖力一定時(shí)，小車的加速度a與質(zhì)量M成反比

⑵①不需要②A

解析(1)①為了補(bǔ)償阻力，把木板的一側(cè)墊高，小車上并不掛破碼盤(pán)，A錯(cuò)誤；先接通電源，

待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后再釋放小車，B正確：調(diào)節(jié)滑輪，使細(xì)線與木板平行，這樣才能使

細(xì)線的拉力等于小車受到的合力，C正確；

②相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，則T=0.02sX5=0.1s.

一-0.2758-0.1284-0.1284,,

小車的加速度a=--------4X()7---------m/s2;::?0.48m/s2

③作出a—古圖像如圖

由a—焉圖像可得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論：力一定時(shí)，小車的力口速度a與質(zhì)量M成反比.

(2)設(shè)木板傾角為仇則掛上祛碼盤(pán)和硅碼時(shí)有尸+Ff=Mgsin6>,F=mg

取下底碼盤(pán)和硅碼時(shí)有Mgsin0-Ft=Ma

整理得mg=Ma

即小車加速下滑的外力恰好等于硅碼盤(pán)和硅碼的總重力；

①由以上分析可知，該實(shí)驗(yàn)方案不需要滿足條件M》〃?；

②因?yàn)椤?翳==F,所以“一尸圖像應(yīng)為一條過(guò)原點(diǎn)的直線.故選A.

考點(diǎn)二力學(xué)其他實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)裝置圖實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)處理

1.作出彈力F隨彈

.

?1.應(yīng)在彈簧自然下垂時(shí)，簧伸長(zhǎng)量X變化的

刻

探究彈簧彈測(cè)量彈簧原長(zhǎng)4)圖線，斜率表示彈

餞

力與形變量尺2.水平放置時(shí)測(cè)原長(zhǎng)，圖簧的勁度系數(shù)

鉤

1

的關(guān)系碼線不過(guò)原點(diǎn)的原因是彈2.超過(guò)彈簧的彈性

2

'

二、簧自身有重力限度，圖線會(huì)發(fā)生

彎曲

1.正確使用彈簧測(cè)力計(jì)

?

^toA=2.同一次實(shí)驗(yàn)中，橡皮條

探究?jī)蓚€(gè)互1.按力的圖示作平

結(jié)點(diǎn)的位置一定要相同

成角度的力行四邊形

3.細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些，

的合成規(guī)律2.求合力大小

互成角度地拉橡皮條時(shí)，

夾角合適

1.用代入法或圖像

1.保證斜槽末端水平

一斜槽紙板法判斷運(yùn)動(dòng)軌跡是

T'tag-2.每次讓小球從斜軌道的

H同一位置由靜止釋放不是拋物線

探究平拋運(yùn)

2.由公式：尤=?！?/p>

H3.坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)是小球出槽

動(dòng)的特點(diǎn)

和y=/?尸，求初速

□時(shí)球心在木板上的投

影點(diǎn)

度

1.彈力大小可以通過(guò)標(biāo)尺

作出用一①2、pn—

探究向心力*---標(biāo)尺——上刻度讀出，該讀數(shù)顯示

長(zhǎng)槽」心套筒口7八凡一機(jī)的圖像，

大小與半徑、行皿了向心力大小

--短槽分析向心力與角速

塔輪-

角速度、質(zhì)量「塔輪2.采用了控制變量法，探

了辱柄度、半徑、質(zhì)量之

的關(guān)系究向心力大小與半徑、角

間的關(guān)系

速度、質(zhì)量的關(guān)系

1.保證懸點(diǎn)固定

4兀2/

2.單擺必須在同一平面內(nèi)1.利用公式g—

用單擺測(cè)量

振動(dòng)，且擺角小于5。求重力加速度

重力加速度

丹3.擺長(zhǎng)/=懸線長(zhǎng)/'+小2.作/一72的圖像，

的大小

球的半徑r可利用斜率求重力

4.用T=3十算單擺的周期加速度

例4(2020?浙江7月選考-17(2))某同學(xué)用單擺測(cè)量重力加速度：

(1)為了減少測(cè)量誤差，下列做法正確的是(多選)；

A.擺的振幅越大越好

B.擺球質(zhì)量大些、體積小些

C.擺線盡量細(xì)些、長(zhǎng)些、伸縮性小些

D.計(jì)時(shí)的起、止位置選在擺球達(dá)到的最高點(diǎn)處

(2)改變擺長(zhǎng)，多次測(cè)量，得到周期的平方與擺長(zhǎng)的關(guān)系圖像如圖所示，所得結(jié)果與當(dāng)?shù)刂亓?/p>

加速度值相符，但發(fā)現(xiàn)其延長(zhǎng)線沒(méi)有過(guò)原點(diǎn)，其原因可能是.

A.測(cè)周期時(shí)多數(shù)了一個(gè)周期

B.測(cè)周期時(shí)少數(shù)了一個(gè)周期

C.測(cè)擺長(zhǎng)時(shí)直接將擺線的長(zhǎng)度作為擺長(zhǎng)

D.測(cè)擺長(zhǎng)時(shí)將擺線的長(zhǎng)度加上擺球的直徑作為擺長(zhǎng)

答案(1)BC(2)C

解析(1)擺的振幅過(guò)大，擺角大于5。，單擺周期公式不再成立，故A錯(cuò)誤；擺球質(zhì)量大、

體積小(用密度大的實(shí)心金屬球)，擺線細(xì)長(zhǎng)、伸縮性小可使阻力及擺長(zhǎng)變化等影響更小，是

單擺模型的要求，故B、C正確；擺球在最高點(diǎn)附近速度小，計(jì)時(shí)誤差大，故計(jì)時(shí)起點(diǎn)應(yīng)選

在平衡位置，故D錯(cuò)誤.

(2)測(cè)周期時(shí)，無(wú)論是多數(shù)一個(gè)周期還是少數(shù)一個(gè)周期，1^-1圖線都是過(guò)原點(diǎn)的直線，只是

圖線的斜率變化，即測(cè)得的重力加速度變化，故A、B錯(cuò)誤；戶一/的圖像的縱軸截距大于0,

可知測(cè)量的擺長(zhǎng)比實(shí)際擺長(zhǎng)小了一些，故可判斷測(cè)擺長(zhǎng)時(shí)未加擺球的半徑，直接將擺線的長(zhǎng)

度作為擺長(zhǎng)，故C正確，D錯(cuò)誤.

例5(2022?陜西西安市七校高三期末)如圖為“探究互成角度的力的合成規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)，三

個(gè)細(xì)線套乙卜心、心共系于一個(gè)結(jié)點(diǎn)，另一端分別系于輕質(zhì)彈簧測(cè)力計(jì)4、8和重物〃上，

A掛于固定點(diǎn)P.手持B拉動(dòng)細(xì)線，使結(jié)點(diǎn)靜止于。點(diǎn).

甲乙

(1)某次實(shí)驗(yàn)中彈簧測(cè)力計(jì)4的指針位置如圖甲所示，其讀數(shù)為N.

(2)圖乙中的尸與F'兩力中，方向和細(xì)線PO方向相同的是(選填“尸’或"尸”).

(3)下列實(shí)驗(yàn)要求中，必要的是.(填選項(xiàng)前的字母)

A.彈簧測(cè)力計(jì)B始終保持水平

B.用天平測(cè)量重物M的質(zhì)量

C.細(xì)線套方向應(yīng)與木板平面平行

D.若只增大某一只彈簧測(cè)力計(jì)的拉力大小而保持細(xì)線套結(jié)點(diǎn)位置不變，只需調(diào)整另一只彈

簧測(cè)力計(jì)拉力的大小即可

(4)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是.(填選項(xiàng)前的字母)

A.理想實(shí)驗(yàn)法

B.等效替代法

C.控制變量法

D.建立物理模型法

答案(1)2.00(2)F'(3)C(4)B

解析(1)分度值為0.1N,讀數(shù)為2.00N.

(2)由題圖乙發(fā)現(xiàn)尸是根據(jù)平行四邊形定則作出的理論值，而實(shí)際值與理論值有一定的誤差，

故方向和細(xì)線PO方向相同的是尸'.

(3)彈簧測(cè)力計(jì)B的方向沒(méi)有特殊要求，不需要始終保持水平，故A錯(cuò)誤；重物M的重力可

以由彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出，沒(méi)必要再測(cè)質(zhì)量，故B錯(cuò)誤；為使力都作用在同一平面上，細(xì)線套方

向應(yīng)與木板平面平行，故C正確；根據(jù)平行四邊形定則可知，若只增大某一只彈簧測(cè)力計(jì)的

拉力大小而保持細(xì)線套結(jié)點(diǎn)位置不變，需調(diào)整另一只彈簧測(cè)力計(jì)拉力的大小和方向，故D錯(cuò)

、口

1天.

(4)本實(shí)驗(yàn)通過(guò)不同力之間作用效果的等效替代，探究互成角度的力的合成規(guī)律，故采用的是

等效替代法.故選B.

例6（2022?山東日照市高三期末）物理興趣小組的同學(xué)用圖甲所示的裝置和頻閃照相儀探究

平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.

（1）關(guān)于實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，下列說(shuō)法正確的是（選填選項(xiàng)前的字母）;

A.必須將小球從斜槽上的同一位置由靜止釋放

B.斜槽軌道必須光滑

C.必須選擇質(zhì)量大的小球

D.小球運(yùn)動(dòng)時(shí)不能與方格紙相觸

（2）某同學(xué)用頻閃照相儀拍攝到小球拋出后幾個(gè)位置的照片如圖乙所示，由照片可以判斷斜槽

軌道末端向傾斜，根據(jù)照片也可判斷小球在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，依據(jù)

是;

（3）物理興趣小組重新調(diào)整斜槽軌道末端，規(guī)范完成實(shí)驗(yàn)，根據(jù)拍攝到的一張照片測(cè)出小球不

同位置的豎直位移y和水平位移x,以f為橫坐標(biāo)，以y為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上畫(huà)出對(duì)應(yīng)的

圖像為過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，測(cè)得直線的斜率人=5,取g=10m/s2,由此可得小球做平拋運(yùn)動(dòng)

的初速度。0=m/s.

答案（1）D（2）±相等的時(shí)間間隔內(nèi)水平位移相等（3）1

解析（1）本實(shí)驗(yàn)用頻閃照相儀記錄小球在空中一次平拋的多個(gè)位置，所以不需要小球從斜槽

上多次釋放；每次只能記錄一個(gè)位置，斜槽光滑與否、小球質(zhì)量大小都不影響位置的記錄；

在空中不能與方格紙相觸.故選D.

（2）由第二個(gè)位置高于第一個(gè)位置，說(shuō)明斜槽軌道末端向上傾斜了；每個(gè)位置的水平間距都是

兩個(gè)小方格，說(shuō)明相等的時(shí)間間隔內(nèi)水平位移相等，水平方向是勻速運(yùn)動(dòng).

X=Vot

可得）'=2vo12

則斜率&=券

代入數(shù)據(jù)解得。0=1m/s.

高考預(yù)測(cè)

1.（2022.河南安陽(yáng)市一模）某實(shí)驗(yàn)小組用圖中裝置探究質(zhì)量一定的情況下加速度和力的關(guān)

系.他們用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線將滑塊（含擋光片）通過(guò)一個(gè)定滑輪和掛有重物的動(dòng)滑輪與力傳感

器相連，細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行，在水平氣墊導(dǎo)軌的A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)光電門(mén)，A、8兩點(diǎn)

間距為x,釋放重物，擋光片通過(guò)A、B時(shí)的遮光時(shí)間分別為％、tB,已知擋光片寬度為

（1）實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中.（選填“需要”或“不需要”）滿足重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊及擋光

片的質(zhì)量;

（2）滑塊通過(guò)AB段時(shí)的加速度大小為（用題中已知的物理量字母表示）；

（3）多次改變重物質(zhì)量，同時(shí)記錄細(xì)線的拉力大小F,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，得到多組加速度a

與拉力F,以a為縱坐標(biāo)、尸為橫坐標(biāo)作圖，若圖線是,則物體質(zhì)量一定的情況下

加速度與合外力成正比的結(jié)論成立.

答案（1）不需要Q）嗤歲（3）一條過(guò)原點(diǎn)的直線

解析（1）實(shí)驗(yàn)中力傳感器直接顯示拉力大小，即為滑塊及擋光片所受合外力，故不需要滿足

重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊及擋光片的質(zhì)量；

2_2

VB

（2）由題意知滑塊通過(guò)AB段時(shí)的加速度大小為a=9

其中以d，VB=^

加（以2一療）

聯(lián)工得Q=

（3）若在質(zhì)量一定的情況下加速度與合外力成正比，則a-F圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的直線.

2.（2022?云南第一次統(tǒng)測(cè)）某同學(xué)用如圖甲所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)量定理，部分實(shí)驗(yàn)步驟如下:

（1）將一遮光條固定在滑塊上，用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度，游標(biāo)卡尺的示數(shù)如

圖乙所示，則遮光條的寬度1=mm；

（2）用天平稱得滑塊（包含遮光條）的質(zhì)量m=380.0g；

（3）將一與輕彈簧相連的壓力傳感器固定在氣墊導(dǎo)軌左端，一光電門(mén)安裝在氣墊導(dǎo)軌上方，用

滑塊將彈簧壓縮一段距離后由靜止釋放，壓力傳感器顯示出彈簧彈力F隨時(shí)間f變化的圖像

如圖丙所示，根據(jù)圖丙可求得彈簧對(duì)滑塊的沖量大小為N-s；滑塊離開(kāi)彈簧一段時(shí)

間后通過(guò)光電門(mén)，光電門(mén)測(cè)得遮光條的擋光時(shí)間為&=2.0Xl()rs)可得彈簧恢復(fù)形變的過(guò)

程中滑塊的動(dòng)量增量大小為kg.m/s.(計(jì)算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)

答案⑴4.00(3)0.820.76

解析(1)遮光條的寬度為＜7=4mm+0.05mmX0=4.00mm

(3)彈簧對(duì)滑塊的沖量大小等于F-t圖像與坐標(biāo)軸所圍的面積，約等于0.82N?s;

滑塊通過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度為m/s=2m/s

滑塊的動(dòng)量增量大小為A/?=wy=38O.OX10-3X2kg-m/s=0.76kg-m/s

專題強(qiáng)化練

[保分基礎(chǔ)練I

1.(2022?廣東肇慶市二模)某同學(xué)用如圖甲所示裝置研究小車在傾斜軌道上運(yùn)動(dòng)的加速度a

與軌道傾角0的正弦值(sin0)之間的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

(單位:cm)

CoA8C+D*EMF]

17.0519.68|12.33114.95117.6120.26|

乙

(1)在水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，將長(zhǎng)為/的長(zhǎng)木板一端放在墊塊上構(gòu)成斜面，為得出長(zhǎng)木板傾角。的正

弦值sin0,則需要測(cè)出:

A.長(zhǎng)木板末端距實(shí)驗(yàn)臺(tái)的高度〃

B.墊塊的高度〃

(2)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在軌道右端，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在小車上；接通電源，釋放小車,

打出一條如圖乙所示的紙帶，圖中相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使

用的交流電頻率為50Hz,通過(guò)測(cè)得的數(shù)據(jù)可計(jì)算出。點(diǎn)的速度大小如=m/s,滑塊

的加速度“=m/s2；(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)

(3)改變墊塊高度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，測(cè)出多組軌道傾角6的正弦值(sin6)及對(duì)應(yīng)小車的加速度”，通

過(guò)計(jì)算，該同學(xué)發(fā)現(xiàn)a與sin。的比值小于當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，原因?/p>

答案(1)A(2)1.632.64(3)小車與傾斜長(zhǎng)木板之間有摩擦

h

解析(1)由幾何關(guān)系可知sin6=7,因此需要測(cè)量長(zhǎng)木板末端距實(shí)驗(yàn)臺(tái)的高度/?,故A正確,

B錯(cuò)誤.

(2)紙帶上相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為7=5X0.02s=0.1s

D點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度為"有羋-1.63m/s

滑塊的加速度為

(Xe+XQ￡+XE”)一(MA+XAB+XBC)

a=9尸

=2.64nVs*2;

(3)小車沿傾斜軌道下滑，若沒(méi)有摩擦力，則機(jī)gsin。=加凡可得47=g，現(xiàn)在a與sin。的

比值小于當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，說(shuō)明小車下滑過(guò)程中受到摩擦力的作用，即小車與傾斜長(zhǎng)木板

之間有摩擦.

2.(2022?山西省稷山中學(xué)模擬)某小組利用力的傳感器探究“圓周運(yùn)動(dòng)的向心力表達(dá)式”.如

圖所示，在光滑的水平面上，固定一個(gè)光滑的軌道，A處安裝的光電門(mén)可以得到小球的速度,

B處安裝力的傳感器可以測(cè)得小球到B點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力.

光電門(mén)力傳感器

(1)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，利用來(lái)探究向心力大小與小球質(zhì)量、速度、軌道半徑之間的關(guān)系.

A.理想實(shí)驗(yàn)法

B.控制變量法

C.等效替代法

(2)實(shí)驗(yàn)中，同一小球先后兩次以不同的速度沿著同一軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，若光電門(mén)記錄的

時(shí)間比為1：2,傳感器記錄的壓力比為,則可得到向心力與成正比.

(3)實(shí)驗(yàn)中，讓同一小球先后兩次沿著不同半徑的軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng).若光電門(mén)記錄的時(shí)間

相同，軌道半徑比為1：2,則傳感器記錄的壓力比為,則可得到向心力與成

正比.

答案(1)B(2)4：1線速度的平方(3)2：1半徑的倒數(shù)

解析(1)探究向心力大小與小球質(zhì)量、速度、軌道半徑三個(gè)因素的關(guān)系，需要先控制其中兩

個(gè)因素不變，改變第三個(gè)因素，從而逐步研究向心力和它們的關(guān)系，采用了控制變量法.

⑵設(shè)先后兩次的速度分別為和02,光電門(mén)記錄的時(shí)間分別為“和f2,小球擋光寬度為d,

則有。尸W，O2=g,可得軌道對(duì)小球的支持力提供向心力，有FN=?A,則可得

1\12C/21]1/

到向心力與線速度的平方成正比，根據(jù)牛頓第三定律，傳感器記錄的壓力大小等于軌道對(duì)小

、FiDi24

球的支持力大小，故可知傳感器記錄的壓力比為丁=773=7.

⑶設(shè)先后兩次的軌道半徑分別為功和廠2,由于光電門(mén)記錄的時(shí)間相同，可知兩次小球做勻速

圓周運(yùn)動(dòng)的線速度o大小相等，軌道對(duì)小球的支持力提供向心力，有心=加7，則可得到向

心力與半徑的倒數(shù)成正比，根據(jù)牛頓第三定律，傳感器記錄的壓力大小等于軌道對(duì)小球的支

持力大小，故可知傳感器記錄的壓力比為*=2=*

3.（2022?江西九江市一模）用如圖所示的裝置，來(lái)完成“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)中

使用的小球1和2半徑相等，用天平測(cè)得質(zhì)量分別為如、，也在水平木板上鋪一張白紙，白

紙上面鋪放復(fù)寫(xiě)紙，記下重垂線所指的位置O.先不放小球2，使小球1從斜槽上某一點(diǎn)5

由靜止?jié)L下，落到水平木板P點(diǎn).再把小球2靜置于斜槽軌道末端，重復(fù)上述操作，小球1

和小球2碰撞后分別落在水平木板上，在白紙上留下各自落點(diǎn)的痕跡.

（1）實(shí)驗(yàn)中，直接測(cè)定小球碰撞前后的速度是不容易的，可以通過(guò)測(cè)量小球做平拋運(yùn)動(dòng)的水平

射程來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題.確定碰撞前后落點(diǎn)的位置P、M、N,用刻度尺測(cè)量出水平射程O(píng)P、

OM、ON.

①本實(shí)驗(yàn)必須滿足的條件是.

A.斜槽軌道必須是光滑的

B.斜槽軌道末端必須是水平的

C.小球1每次必須從同一位置由靜止釋放

②實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備時(shí)，為確保小球I碰后不彈回，要求見(jiàn)_____加2（選填或“="）.

③若兩球相碰前后的動(dòng)量守恒，其表達(dá)式為：OP=（用如、m2、OM.ON表示）.

（2）在上述實(shí)驗(yàn)中換用不同材質(zhì)的小球，其他條件不變，記錄下小球的落點(diǎn)位置.下面三幅圖

中，可能正確的是.

答案⑴①BC②〉③OM+肅ON（2）B

解析（1）①因小球在斜槽末端的速度與平拋的水平位移成正比，所以斜槽是否光滑不影響實(shí)

驗(yàn)結(jié)果，故A錯(cuò)誤；斜槽末端保持水平，是為了保證它們?cè)谒脚鲎埠笞銎綊佭\(yùn)動(dòng)，故B正

確；小球1每次必須從同一位置由靜止釋放，盡可能保證每次碰撞情況相同，故C正確.②

為確保小球1碰后不彈回，要求

③小球離開(kāi)斜槽末端做平拋運(yùn)動(dòng)，豎直方向滿足》=%產(chǎn)，下落高度一定，則運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同：

水平方向滿足X=W,水平位移與平拋初速度成正比，兩球相碰前后的動(dòng)量守恒，其表達(dá)式可

表示為mvOP^mvOM+myON,即OP^OM+^ON.

(2)將OP=OM+合-0N變形得色=無(wú)端，由于如>機(jī)2,則而%>1，圖A中比值為

o25

負(fù)值，故A錯(cuò)誤；圖B中比值為1>1,故B正確；圖C中，比值為寧>1,但OP+OMV

ON,不符合能量守恒定律，故C錯(cuò)誤.

4.(2022.廣東深圳市一模)在“探究共點(diǎn)力的平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中，將三個(gè)細(xì)繩套系于一點(diǎn)，

在水平桌面上用三只彈簧測(cè)力計(jì)互成角度地水平拉細(xì)繩套，使結(jié)點(diǎn)靜止在紙面上。點(diǎn)，如圖

甲所示.

彈簧測(cè)

彈簧測(cè)力計(jì)2

力計(jì)1Q.

彈簧測(cè)

力計(jì)3

(1)彈簧測(cè)力計(jì)-1的指針位置如圖甲所示，其讀數(shù)為N,彈簧測(cè)力計(jì)2和3的讀數(shù)分

別為1.30N和1.25N.

(2)取0.5cm代表1N,請(qǐng)?jiān)趫D乙虛線框內(nèi)作出三個(gè)力的圖示，并借助平行四邊形定則作圖，

求出其中兩個(gè)力的合力.

(3)改變?nèi)粡椈蓽y(cè)力計(jì)的彈力方向和大小，多次實(shí)驗(yàn).

(4)在誤差允許范圍內(nèi)，可歸納出這三個(gè)共點(diǎn)力的平衡條件是.

答案(1)2.30(2)見(jiàn)解析圖(4)見(jiàn)解析

解析(1)由于彈簧測(cè)力計(jì)的最小刻度是0.1N,因此彈簧測(cè)力計(jì)1的示數(shù)為2.30N;

(2)由題，作出力的圖示，根據(jù)平行四邊形定則，可作出任意兩個(gè)力的合力，以下三個(gè)圖中任

意一個(gè)均正確.

?2=1.3ON

F；,=1.25N

尸i=2.30N

尸2=1.30.N/

FI=2.3ON

用=1.25

（4）其中一個(gè)力與另兩力的合力等值反向（或“三個(gè)共點(diǎn)力的合力等于零”“合力等于

零”“合外力等于零”“兩個(gè)共點(diǎn)力的合力與第三個(gè)力大小相等，方向相反，在同一條直線

上”“兩力的合力與第三力等大反向共線”等）

5.（2022?遼寧葫蘆島市普通高中高三期末）某同學(xué)用如圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置“探究彈簧的彈力和

伸長(zhǎng)量的關(guān)系”.直尺和光滑的細(xì)桿（未畫(huà)出）水平固定在鐵架臺(tái)上，一根彈簧穿在細(xì)桿上，

其左端固定，右端與細(xì)繩連接.細(xì)繩跨過(guò)光滑定滑輪，其下端可以懸掛鉤碼.實(shí)驗(yàn)時(shí)先測(cè)出

不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長(zhǎng)度，再將5個(gè)鉤碼逐個(gè)掛在繩子的下端，每次測(cè)出對(duì)應(yīng)的彈簧總長(zhǎng)

度心并將所掛鉤碼的重力大小作為彈簧的彈力大小F.彈簧伸長(zhǎng)均在彈性限度內(nèi).

（1）把以上測(cè)得的數(shù)據(jù)描點(diǎn)連線，如圖乙所示，則該彈簧的原長(zhǎng)￡。=cm,勁度系

數(shù)k=N/m.（結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）

（2）若該同學(xué)先把彈簧豎直懸掛，下端不掛鉤碼測(cè)出彈簧原長(zhǎng)為L(zhǎng)，再按照?qǐng)D甲所示方法懸掛

鉤碼,測(cè)出彈簧伸長(zhǎng)后長(zhǎng)度3以乙-6作為彈簧伸長(zhǎng)量x,以鉤碼重力大小作為彈力尸大小.由

于彈簧自身重力的影響，得到的圖線可能是圖中的________.

答案(1)5.0013.3(2)B

解析（1）彈簧彈力為零時(shí)，彈簧總長(zhǎng)度即為彈簧原長(zhǎng)，故Lo=5.OOcm,

彈簧勁度系數(shù)仁笠=普而N/m

-13.3N/m.

（2）由于彈簧自身重力的影響，當(dāng)x等于零時(shí)，彈簧有一定的彈力，但彈簧勁度系數(shù)不變，則

4=總不變，即F—x圖像斜率不變.故選B.

［爭(zhēng)分提能練］

6.(2022.山東卷J3)在天宮課堂中、我國(guó)航天員演示了利用牛頓第二定律測(cè)量物體質(zhì)量的實(shí)

驗(yàn).受此啟發(fā).某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌、力傳感器、無(wú)線加速度傳感器、輕彈簧和待測(cè)物體等

器材設(shè)計(jì)了測(cè)量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)，如圖甲所示.主要步驟如下：

①將力傳感器固定在氣墊導(dǎo)軌左端支架上，加速度傳感器固定在滑塊上：

②接通氣源，放上滑塊.調(diào)平氣墊導(dǎo)軌；

加速度傳感器

氣墊導(dǎo)軌連氣源

0.

1

1118''

甲

③將彈簧左端連接力傳感器，右端連接滑塊.彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)滑塊左端位于。點(diǎn).A點(diǎn)到O

點(diǎn)的距離為5.00cm,拉動(dòng)滑塊使其左端處于A點(diǎn)，由靜止釋放并開(kāi)始計(jì)時(shí);

④計(jì)算機(jī)采集獲取數(shù)據(jù)，得到滑塊所受彈力尸、加速度。隨時(shí)間f變化的圖像，部分圖像如

圖乙所示.

乙丙

回答以下問(wèn)題(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)：

(1)彈簧的勁度系數(shù)為N/m.

(2)該同學(xué)從圖乙中提取某些時(shí)刻尸與。的數(shù)據(jù)，畫(huà)出a—F圖像如圖丙中I所示，由此可得

滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量為kg.

(3)該同學(xué)在滑塊上增加待測(cè)物體，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，在圖丙中畫(huà)出新的。一尸圖像II,則

待測(cè)物體的質(zhì)量為kg.

答案(1)12(2)0.20(3)0.13

解析(1)由題知，彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)滑塊左端位于O點(diǎn)，A點(diǎn)到。點(diǎn)的距離為5.00cm.拉動(dòng)滑

塊使其左端處于A點(diǎn)，由靜止釋放并開(kāi)始計(jì)時(shí).結(jié)合題圖乙的尸一f圖像有

Ax=5.00cm,F=0.610N

根據(jù)胡克定律1€=夭

可得％&12N/m

⑵根據(jù)牛頓第二定律有F=ma

則〃一尸圖像的斜率表示滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量的倒數(shù)，根據(jù)題圖丙中I,則有

13.00-0

m=0.60kg=5kg

則滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量為

加=0.20kg

(3)滑塊上增加待測(cè)物體，同理，根據(jù)題圖丙中II,則有-"1.需。kg』3kgr

mUQUJ

則滑塊、待測(cè)物體與加速度傳感器的總質(zhì)量為

m'弋0.33kg

則待測(cè)物體的質(zhì)量為△〃?=?!'—?;?=0.13kg.

7.(2022?湖北武漢市武昌區(qū)檢測(cè))用實(shí)驗(yàn)測(cè)量小滑塊與木板表面間的動(dòng)摩擦因數(shù)"，已知當(dāng)?shù)?/p>

重力加速度為g.

遮光條光電門(mén)

(1)第一實(shí)驗(yàn)組采用如圖甲所示的裝置測(cè)量.將足夠長(zhǎng)的固定木板水平放置，彈簧的一端與固

定擋板相連，另一端緊靠帶有遮光條的小滑塊但不與之拴接，彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)整個(gè)彈簧都在

光電門(mén)左側(cè).先用小