力學(xué)實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)新（解析版）-2021年高考物理二輪復(fù)習(xí)突破

專題六物理實(shí)驗(yàn)

第一講力學(xué)實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)新

高考真題

1.（2020高考全國(guó)理綜II）

一細(xì)繩跨過(guò)懸掛的定滑輪，兩端分別系有小球A和8,如圖所示。一實(shí)驗(yàn)小組用此裝置

測(cè)量小球8運(yùn)動(dòng)的加速度。

????????

令兩小球靜止，細(xì)繩拉緊，然后釋放小球，測(cè)得小球B釋放時(shí)的高度%=0.590m,下

降一段距離后的高度/?=0.100m；由%下降至力所用的時(shí)間T=0.730s?由此求得小球B加

速度的大小為。=_______m/s2（保留3位有效數(shù)字）。

從實(shí)驗(yàn)室提供的數(shù)據(jù)得知，小球A、8的質(zhì)量分別為100.0g和150.0g,當(dāng)?shù)刂亓铀俣?/p>

大小為g=9.80m/s2o根據(jù)牛頓第二定律計(jì)算可得小球B加速度的大小為d=m/s?（保

留3位有效數(shù)字）。

可以看出，,與〃有明顯差異，除實(shí)驗(yàn)中的偶然誤差外，寫(xiě)出一條可能產(chǎn)生這一結(jié)果的

原因：o

【答案】1.841.96滑輪的軸不光滑（或滑輪有質(zhì)量）

【解析】lilh()-h=-aT2,解得a=1.94m/s2。

2

由牛頓第二定律，(0.150-0.100)x9.8N=(0.150+0.100)a',解得a'=L96m/s2。

產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因是：受到空氣阻力，滑輪摩擦阻力等。

2.（2020高考全國(guó)理綜I）某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證動(dòng)量定理，所用器材包括：氣

墊導(dǎo)軌、滑塊（上方安裝有寬度為d的遮光片）、兩個(gè)與計(jì)算機(jī)相連接的光電門(mén)、祛碼盤(pán)和

祛碼等。

實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）開(kāi)動(dòng)氣泵，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌，輕推滑塊，當(dāng)滑塊上的遮光片經(jīng)過(guò)兩個(gè)光電門(mén)的遮光

時(shí)間時(shí)，可認(rèn)為氣墊導(dǎo)軌水平；

（2）用天平測(cè)祛碼與祛碼盤(pán)的總質(zhì)量叫、滑塊（含遮光片）的質(zhì)量機(jī)2；

（3）用細(xì)線跨過(guò)輕質(zhì)定滑輪將滑塊與祛碼盤(pán)連接，并讓細(xì)線水平拉動(dòng)滑塊；

（4）令滑塊在祛碼和聯(lián)碼盤(pán)的拉動(dòng)下從左邊開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，和計(jì)算機(jī)連接的光電門(mén)能測(cè)量

出遮光片經(jīng)過(guò)A、B兩處的光電門(mén)的遮光時(shí)間△小42及遮光片從A運(yùn)動(dòng)到B所用的時(shí)間外2；

（5）在遮光片隨滑塊從A運(yùn)動(dòng)到B的過(guò)程中，如果將祛碼和祛碼盤(pán)所受重力視為滑塊

所受拉力，拉力沖量的大小/=,滑塊動(dòng)量改變量的大小Ap=；（用題中給

出的物理量及重力加速度g表示）

2

（6）某次測(cè)量得到的一組數(shù)據(jù)為：4=1.000cm,〃?i=1.50x10-kg,w2=0.400kg,△“=3.900

x10-2s,加2=L270x10“s,42=1.50s,取g=9.80m/s2。計(jì)算可得/=N-s,Ap=

kg-m-s-1；（結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）

（7）定義6==亞、100%,本次實(shí)驗(yàn)3=%（保留1位有效數(shù)字）。

【答案】（1）大約相等（5）勖2.m2d（1/△（2-1/Atj）.

(6)0.2210.212(7)4

【解

(1)當(dāng)滑塊上的遮光片經(jīng)過(guò)兩個(gè)光電門(mén)的遮光時(shí)間相等時(shí)，說(shuō)明滑塊上的遮光片經(jīng)過(guò)兩個(gè)

光電門(mén)時(shí)的速度相等，滑塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，可以認(rèn)為氣墊導(dǎo)軌水平。

(5)將祛碼和祛碼盤(pán)所受重力視為滑塊所受拉力，則拉力為F=mlg,拉力沖量大小為/=/2=

"?店”2.滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)A時(shí)速度vA=(!/△tp經(jīng)過(guò)光電門(mén)B時(shí)速度vB=d/At2,滑塊動(dòng)量改變

量大小△p=m2VB-m2VA=m2d(!/△t2-l/Atj).

(6)拉力沖量大小1=gg“2=L50xl(y2x9.80xl.50N-s=0.221N-s?滑塊動(dòng)量改變量大小Ap

22

=m2d(1/△t2-l/At])=0.400x1.OOOx(1/(1.270xIO-)-1/(3.900xIO-))=0.212kg-ms'；

(7)本次實(shí)驗(yàn)3=xlOO%=4%。

3.(2020?天津卷)某實(shí)驗(yàn)小組利用圖1所示裝置測(cè)定平拋運(yùn)動(dòng)的初速度。把白紙和復(fù)寫(xiě)紙疊

放一起固定在豎直木板上，在桌面上固定一個(gè)斜面，斜面的底邊而與桌子邊緣及木板均平

行。每次改變木板和桌邊之間的距離，讓鋼球從斜面頂端同一位置滾下，通過(guò)碰撞復(fù)寫(xiě)紙,

在白紙上記錄鋼球的落點(diǎn)。

調(diào)“螺旋

圖I

①為了正確完成實(shí)驗(yàn)，以下做法必要的是o

A.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保持桌面水平

B.每次應(yīng)使鋼球從靜止開(kāi)始釋放

C.使斜面的底邊M與桌邊重合

D.選擇對(duì)鋼球摩擦力盡可能小的斜面

②實(shí)驗(yàn)小組每次將木板向遠(yuǎn)離桌子的方向移動(dòng)0.2m,在白紙上記錄了鋼球的4個(gè)落點(diǎn)，相

鄰兩點(diǎn)之間的距離依次為15.0cm、25.0cm、35.0cm，示意如圖2。重力加速度g=lOm/sz,

鋼球平拋的初速度為m/s?

圖2

③圖1裝置中，木板上懸掛一條鉛垂線，其作用是o

【答案】AB2方便調(diào)整木板保持在豎直平面上

【解析】①A.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要保證鋼球水平拋出，所以要保持桌面水平，故A正確；B.為

保證鋼球拋出時(shí)速度相同，每次應(yīng)使鋼球從同一位置靜止釋放，故B正確；CD.實(shí)驗(yàn)只要

每次鋼球拋出時(shí)速度相同即可，斜面底邊外與桌面是否重合和鋼球與斜面間的摩擦力大小

對(duì)于每次拋出的速度無(wú)影響，故C錯(cuò)誤，D錯(cuò)誤。故選AB。

②每次將木板向遠(yuǎn)離桌子的方向移動(dòng)0.2m,則在白紙上記錄鋼球的相鄰兩個(gè)落點(diǎn)的時(shí)間

間隔相等，剛球拋出后在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)，根據(jù)Ar=g72可知相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間

隔為丁二產(chǎn)-1°s=0.1s，剛球在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以小球初速度

為v=之x=—02m/s=2m/s,③懸掛鉛垂線的目的是方便調(diào)整木板保持在豎直平面上。

T0.1

核心突破

突破1.基本儀器的使用與讀數(shù)

1.游標(biāo)卡尺的讀數(shù)

10分度主尺上讀的毫米數(shù)+0.1"

20分度主尺上讀的毫米數(shù)+0.05〃

50分度主尺上讀的毫米數(shù)+0.02〃

2.螺旋測(cè)微器的讀數(shù)

測(cè)量值=固定刻度整毫米數(shù)+半毫米數(shù)+可動(dòng)刻度讀數(shù)（含估讀）x0.01mnio

3.彈簧測(cè)力計(jì)

使用前應(yīng)校零，選擇彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)，要選力的方向通過(guò)彈簧軸線的，必要時(shí)要選對(duì)拉時(shí)

讀數(shù)相同的彈簧測(cè)力計(jì)。

4.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

電火花計(jì)時(shí)器使用的是220V交流電源；電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是6V以下低壓交流電

源。

例題1.（2020-東北三校模擬）一位同學(xué)為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，利用光電門(mén)等裝置設(shè)計(jì)了

如下實(shí)驗(yàn)。使用的器材有：鐵架臺(tái)、光電門(mén)1和2、輕質(zhì)定滑輪、通過(guò)不可伸長(zhǎng)的輕繩連接

的鉤碼A和B（B左側(cè)安裝擋光片）。

實(shí)驗(yàn)步驟如下:

①如圖1,將實(shí)驗(yàn)器材安裝好，其中鉤碼A的質(zhì)量比B大，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前用一細(xì)繩將鉤

碼B與桌面相連接，細(xì)繩都處于豎直方向，使系統(tǒng)靜止。

②用剪刀剪斷鉤碼B下方的細(xì)繩，使B在A帶動(dòng)下先后經(jīng)過(guò)光電門(mén)1和2,測(cè)得擋光

時(shí)間分別為“、立。

③用螺旋測(cè)微器測(cè)量擋光片沿運(yùn)動(dòng)方向的寬度d,如圖2,則d=mm。

④用擋光片寬度與擋光時(shí)間求平均速度，當(dāng)擋光片寬度很小時(shí)，可以將平均速度當(dāng)成瞬

時(shí)速度。

⑤用刻度尺測(cè)量光電門(mén)1和2間的距離L（L?J）o

⑥查表得到當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮間。

⑦為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，請(qǐng)寫(xiě)出還需測(cè)量的物理量（并給出相應(yīng)的字母表

示）,用以上物理量寫(xiě)出驗(yàn)證方程。

例題2.（2020屆福建省南平市高三第一次合質(zhì)檢）某實(shí)驗(yàn)小組用圖甲實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證鉤碼與

滑塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，主要步驟如下：

①鉤碼的質(zhì)量為〃?，用天平測(cè)量滑塊和遮光條的總質(zhì)量為M,用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬

度d,用刻度尺測(cè)量?jī)晒怆婇T(mén)之間的距離s；

②調(diào)節(jié)旋鈕使氣墊導(dǎo)軌水平，同時(shí)調(diào)節(jié)輕滑輪使細(xì)線水平；

③釋放滑塊，用計(jì)時(shí)器分別測(cè)出遮光條經(jīng)過(guò)光電門(mén)A和光電門(mén)B所用的時(shí)間△以和△tB。

請(qǐng)回答下列問(wèn)題:

（1）測(cè)遮光條的寬度d時(shí)，游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖乙所示，則4=cm。

（2）若系統(tǒng)機(jī)械能守恒，則mg6=（用M、〃八d、和表示）

【答案】0.52g（M+

【解析】

(I)[I]由圖可知"=0.5cm+0.1mmx2=().52cm；

(2)[2]遮光條經(jīng)過(guò)光電門(mén)A和光電門(mén)B的速度分別為:

d

d

vK-——

ZB

要驗(yàn)證的關(guān)系式為:

mgs=g+tri)Vg-g(M+in)v\

即mgs-g{M+m)(

突破2.“紙帶”類實(shí)驗(yàn)

紙帶的三大應(yīng)用

1.由紙帶確定時(shí)間

要區(qū)別打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)與人為選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的區(qū)別與聯(lián)系，便于測(cè)量和計(jì)算,

一般每5個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),這樣時(shí)間間隔加=0.02x5s=0.1So

2.求解瞬時(shí)速度

利用做勻變速運(yùn)動(dòng)的物體在一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度。如圖所示,

求打某一點(diǎn)的瞬時(shí)速度，只需在這一點(diǎn)的前后各取相同時(shí)間間隔T的兩段位移品和則

打n點(diǎn)時(shí)的速度方=也當(dāng)粵。

3.用“逐差法''求加速度

如圖所示:

S4—S155一$2S6-S3

因?yàn)閝]=3r?a2-27^的=3「'

+〃2+〃3M+S5+S6-S]一$2一$3

所以。=

39r

例題3.(2020屆福建泉州市普通高中高三第一次質(zhì)量檢測(cè))某同學(xué)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

的實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的拓展實(shí)驗(yàn)裝置，其中“、氏c是三個(gè)質(zhì)量均為500g的重物，

它們掛在跨過(guò)定滑輪的一條輕繩上三個(gè)適當(dāng)位置，c的下方拖著一條穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，先把c移到靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方，并測(cè)出此時(shí)“離地面的高度為25.00cm,接著

接通電源，釋放c,得到如圖乙所示的紙帶，電源頻率為50Hz,其中相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4

個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，重力加速度為9.8016：

甲

QABCDI

廣?；；；i；款位ml

146K\l15I1SO12.SO1250

乙

(1)由圖乙可知，。落地后，C做運(yùn)動(dòng);

(2)從開(kāi)始下落到a將要落地的過(guò)程中，依氏c系統(tǒng)減少的重力勢(shì)能為J,增加的動(dòng)能

為J(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)

證。

【答案】勻速直線1.231.17.

【解析】

(1川］由圖乙可知A8、BC、CO間的距離相等，旦運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同，故AO段c做勻速直線;

⑵⑵從開(kāi)始卜落到a將要落地的過(guò)程中，a、尻c系統(tǒng)減少的重力勢(shì)能為

Ep=Amgh=0.5x9.8x0.25J=1.23J

[3]重物c的速度

x0.125,,__,

u=—=-------m/s=1.25m/s

t0.1

重物a、b、c增加的動(dòng)能為

1,

E.=3--mv2=1.17J

k2

例題4.（2020屆四川省綿陽(yáng)市高三四模）如圖甲所示，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，重物

帶動(dòng)紙帶從靜止開(kāi)始自由下落，利用此裝置測(cè)量本地重力加速度。

鐵關(guān)限位孔

一打點(diǎn)計(jì)時(shí)裝

m儲(chǔ)

甲

（1）下列操作中對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有利的是

A.精確測(cè)量出重物的質(zhì)量

B.兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對(duì)正

C.重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘

D.用手托穩(wěn)重物，接通電源后，撒手釋放重物

（2）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到打點(diǎn)周期為7的交流電源上，按正確操作得到了-一條完整的紙帶，紙帶

上各點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的計(jì)時(shí)點(diǎn)，其中。點(diǎn)為紙帶上打出的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C、。、E、

F、G是連續(xù)且清晰的點(diǎn)，如圖乙所示。

????????????k

。葭ABCb:尸G)

乙

①若測(cè)得A8占的長(zhǎng)度為s”8c的長(zhǎng)度為S2,則本地重力加速度的計(jì)算式g=

②若測(cè)得8。的長(zhǎng)度為63,EG的長(zhǎng)度為S4,則本地重力加速度的計(jì)算式g=。

【答案】BC甘黃

【解析】

(DU1本實(shí)驗(yàn)中不用測(cè)量重物的質(zhì)量，故A錯(cuò)誤；為了減小紙帶與限位孔之間的摩擦圖甲中

兩限位孔必須在同一豎直線，這樣可以減小紙帶與限位孔的摩擦，從而減小實(shí)驗(yàn)誤差，故B

正確；實(shí)驗(yàn)供選擇的重物應(yīng)該相對(duì)質(zhì)量較大、體積較小的物體，這樣能減少空氣阻力的影響，

從而減小實(shí)驗(yàn)誤差，故C正確；實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源再放手松開(kāi)紙帶，對(duì)減小

實(shí)驗(yàn)誤差沒(méi)有影響，故D錯(cuò)誤。故選BC；

(2)[2]根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得

S2一再=8??？

(3)[3]C點(diǎn)的速度為

v=—

c2T

F點(diǎn)的速度為

vF=—

「2T

則有

丹=%+。?3T

聯(lián)立解得

突破3.“彈簧”“橡皮條”“碰撞”類實(shí)驗(yàn)

1.橡皮條、彈簧的彈力大小與伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系滿足胡克定律，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)一般

選用圖像法。

2.胡克定律描述的是在彈性限度內(nèi)，橡皮條（彈簧）的彈力與形變量成正比，如果超出

彈性限度，正比關(guān)系不再成立。

3.動(dòng)量守恒

實(shí)驗(yàn)裝置圖操作要領(lǐng)考查熱點(diǎn)

①考裝置：器材安裝、

①安裝：斜槽末端切小球選取、。點(diǎn)確定

驗(yàn)證

戒火射小球線必須沿水平方向

二^被撞小球②考測(cè)量：小球質(zhì)量

動(dòng)量

②起點(diǎn)：斜槽末端上的測(cè)量和小球平拋運(yùn)

方/處動(dòng)的水平位移的測(cè)量

守恒

，?'、.，?-、，-、

0?::?::?;

'1③速度：應(yīng)用小球平③考結(jié)論：根據(jù)實(shí)驗(yàn)

定律MPN

拋的水平位移替代數(shù)據(jù)判斷兩球碰撞過(guò)

程中動(dòng)量是否守恒

例題5.（2020屆廣東省廣州、深圳市學(xué)調(diào)聯(lián)盟高三第二次調(diào)研）在探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的

關(guān)系時(shí)，某同學(xué)先按圖1對(duì)彈簧甲進(jìn)行探究，然后把彈簧甲和彈簧乙并聯(lián)起來(lái)按圖2進(jìn)行探

究.在彈性限度內(nèi)，將質(zhì)量為機(jī)=50g的鉤碼逐個(gè)掛在彈簧下端，分別測(cè)得圖甲、圖乙中彈

簧的長(zhǎng)度4、4如下表所示.

彈彈

黃費(fèi)

甲乙

4

2

數(shù)

鉤碼個(gè)

3

1

33.02

32.02

31.04

30.00

￡1/cm

m

k/c

30.30

29.97

29.65

29.33

度系數(shù)

甲的勁

算彈簧

，計(jì)

數(shù)據(jù)

測(cè)量

利用

多地

可能

求盡

2,要

.8m/s

度g=9

加速

重力

已知

簧乙的

算出彈

能”）計(jì)

或“不

“能”

據(jù)（填

中數(shù)

由表

字）.

有效數(shù)

留兩位

結(jié)果保

N/m（

k=

.

系數(shù)

勁度

能

】49

【答案

】

【解析

,

長(zhǎng)1cm

度伸

簧長(zhǎng)

，彈

一個(gè)

增加

碼每

為鉤

關(guān)系

量的

簧常

量和彈

鉤碼數(shù)

中，

析圖1

空.分

第一

N

049

w

Fm

/m.

=49N

上屋

空=

亍一

=三

系數(shù)K

勁度

彈簧

所以

.01m

L0

[L

即

cm,

約0.3

伸長(zhǎng)

長(zhǎng)度

彈簧

碼，

個(gè)鉤

加一

每增

得，

圖2可

.分析

第二空

.

系數(shù)

的勁度

簧乙

出彈

可以求