新高考物理二輪復習重難點專練重難點13 力學實驗（原卷版）

重難點13力學實驗1.命題情境具有一定的問題性、真實性、探究性或開放性。試題的任務(wù)情境呈現(xiàn)出類型多樣、、具有一定復雜程度和開放性等特點的真實情境。2.命題中實驗資源不僅限于實驗室的現(xiàn)有儀器和設(shè)備，日常用品、廢舊材料也是重要的實驗室資源。實驗考查經(jīng)常利用日常用品和材料來替代實驗材料，其實驗現(xiàn)象更明顯、直觀，或者利用這些材料創(chuàng)新物理實驗，引導學生有更多動手做實驗的機會，更多親歷實驗演示的機會。3.命題中更多出現(xiàn)數(shù)字實驗，創(chuàng)新實驗方式等數(shù)字實驗室系統(tǒng)，它們利用傳感數(shù)據(jù)采集器等收集實驗數(shù)據(jù)，用計算機軟件分析實驗數(shù)據(jù)、得出實驗結(jié)論。試題經(jīng)常出現(xiàn)利用數(shù)字實驗或云技術(shù)平揮決一些用常規(guī)方法難以實現(xiàn)的疑難實驗，或利用手機等信息技術(shù)工具捷地解決某些物理學習問題。4.依據(jù)全國范圍真題特點，實驗考查的知識范圍為課標要求必做的21個實驗，同時結(jié)合創(chuàng)新情境或裝置注重考查實驗方法的遷移和靈活運用。復習期間，除了需要鞏固對實驗基本能力點(器材基本使用、儀器讀數(shù)、數(shù)據(jù)原理分析)外，還需要對創(chuàng)新實驗進一步練習，達到知識靈活遷移的目標。試題命題還呈現(xiàn)出實驗?zāi)康牡纳罨?，實驗器材的生活化等特點。（建議用時：30分鐘）1．（2023·陜西·校聯(lián)考一模）如圖所示的實驗裝置可以用來驗證機械能守恒定律，彈簧上端連接一個力傳感器，力傳感器固定在鐵架臺橫梁上，彈簧下端連接一枚鋼球。鋼球上固定一個擋光片，鋼球和擋光片總質(zhì)量為m。調(diào)整兩個光電門的位置，使得鋼球由靜止釋放后能夠通過光電門A和光電門B。測出光電門A、B與彈簧自然狀態(tài)時最下端距離分別為SKIPIF1<0、SKIPIF1<0，重力加速度g。（1）用螺旋測微器測量光電門擋光片厚度如圖所示，則光電門擋光片厚度SKIPIF1<0SKIPIF1<0．（2）實驗過程中測得遮光片經(jīng)過光電門A、B時力傳感器的讀數(shù)分別為SKIPIF1<0、SKIPIF1<0，遮光片經(jīng)過光電門A、B時的擋光時間分別為SKIPIF1<0、SKIPIF1<0，若SKIPIF1<0則表明小球從A到B過程動能（填“增加”或“減少”）（3）小球從光電門A運動到光電門B的過程中，由于彈簧彈力與伸長量成正比，可用平均力計算克服彈力所做的功SKIPIF1<0；然后根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出小球機械能減少量SKIPIF1<0，比較W和SKIPIF1<0，若兩者在誤差范圍內(nèi)近似相等，則小球和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒。2．（2023·黑龍江·校聯(lián)考模擬預(yù)測）某同學為了測量小物塊與木板間的動摩擦因數(shù)，就地取材設(shè)計了如下實驗。

實驗步驟：（1）如圖甲所示，選擇合適高度的墊塊，使木板的傾角為37°，在其上表面固定一把與小物塊下滑路徑平行的刻度尺（圖中未畫出）。（2）調(diào)整手機使其攝像頭正對木板表面，開啟視頻錄像功能。將小物塊從木板頂端釋放，用手機記錄下小物塊沿木板向下做加速直線運動的情況。然后通過錄像的回放，選擇小物塊運動路徑上合適的一點作為測量參考點，得到小物塊相對于該點的運動距離L與運動時間t的數(shù)據(jù)。（3）該同學選取部分實驗數(shù)據(jù)，畫出了SKIPIF1<0圖像，如圖乙所示。由圖像可得，物塊過測量參考點時的速度大小為m/s，小物塊下滑的加速度大小為m/s2。（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）

（4）根據(jù)上述數(shù)據(jù)，可得小物塊與木板間的動摩擦因數(shù)為。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，當?shù)氐闹亓铀俣却笮?.8m/s2，sin37°=0.60，cos37°=0.80）3．（2022·吉林白山·撫松縣第一中學?？既＃┠承〗M同學用如圖甲所示的DIS二維運動實驗系統(tǒng)研究單擺在運動過程中機械能的轉(zhuǎn)化和守恒（忽略空氣阻力），實驗時，使發(fā)射器（相當于擺球）偏離平衡位置后由靜止釋放，使其在豎直平面內(nèi)擺動，系統(tǒng)每隔0.02s記錄一次發(fā)射器的位置，多次往復運動后，在計算機屏幕上得到的發(fā)射器在豎直平面內(nèi)的運動軌跡如圖乙所示，在運動軌跡上選取適當區(qū)域后，點擊“計算數(shù)據(jù)”，系統(tǒng)即可計算出擺球在所選區(qū)域內(nèi)各點的重力勢能、動能，并繪出對應(yīng)的圖線，如圖丙所示。（當?shù)氐闹亓铀俣萭=10m/s2）（1）此單擺的周期為s；（2）在圖丙中畫出0~0.50s內(nèi)擺球機械能的變化關(guān)系圖線；（3）發(fā)射器的質(zhì)量為kg（此結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。4．（2023·湖南·校聯(lián)考模擬預(yù)測）傳感器在現(xiàn)代生活中有著廣泛的應(yīng)用。某學習小組利用傳感器研究“小車（含拉力傳感器）質(zhì)量一定時，加速度與合外力關(guān)系”，實驗步驟如下：①細繩一端繞在電動機上，另一端系在拉力傳感器上。將小車放在長板的SKIPIF1<0位置，調(diào)整細繩與長板平行，啟動電動機，使小車沿長板向下做勻速運動，記錄此時拉力傳感器的示數(shù)SKIPIF1<0；②撤去細繩，讓小車從SKIPIF1<0位置由靜止開始下滑，設(shè)此時小車受到的合外力為SKIPIF1<0，通過位移傳感器可得到小車與位移傳感器的距離隨時間變化的SKIPIF1<0圖像，并求出小車的加速度SKIPIF1<0。（1）某段時間內(nèi)小車的SKIPIF1<0圖像如圖乙，根據(jù)圖像可得小車的加速度大小為SKIPIF1<0（計算結(jié)果保留兩位小數(shù)）。（2）實驗中（不增加實驗器材）只需要改變圖甲中，重復步驟①②可得多組SKIPIF1<0、SKIPIF1<0的數(shù)據(jù)，就能完成相關(guān)實驗內(nèi)容。（3）某次實驗中步驟①拉力傳感器的示數(shù)SKIPIF1<0，小車（含拉力傳感器）質(zhì)量為SKIPIF1<0，長板與水平面的夾角為SKIPIF1<0，重力加速度為SKIPIF1<0，則小車與斜面的動摩擦因數(shù)表達式為SKIPIF1<0。（用SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0表示）5．（2023·四川瀘州·統(tǒng)考一模）某實驗小組利用無線力傳感器和光電門傳感器探究“動能定理”。將無線力傳感器和擋光片固定在小車上，用不可伸長的細線通過一個定滑輪與重物相連，無線力傳感器記錄小車受到拉力的大小。在水平軌道上A、B兩點各固定一個光電門傳感器，用于測量小車的速度v1和v2，如圖所示。在小車上放置砝碼來改變小車質(zhì)量，用不同的重物來改變拉力的大小。

實驗主要步驟如下：（1）測量小車和拉力傳感器的總質(zhì)量M1。正確連接所需電路，接下來（填“需要”或“不需要”）平衡小車的摩擦力。（2）按合理要求操作后，把細線的一端固定在力傳感器上，另一端通過定滑輪與重物相連；將小車停在點C，由靜止開始釋放小車，小車在細線拉動下運動，除了光電門傳感器測量速度和力傳感器測量細線拉力的數(shù)據(jù)以外，還應(yīng)該測量的數(shù)據(jù)是；（3）改變小車的質(zhì)量或重物的質(zhì)量，重復（2）的操作。下表是實驗所得的部分數(shù)據(jù)。次數(shù)M/kgSKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<010.6000.8400.2520.5000.25020.6001.40SKIPIF1<00.8380.41930.6002.500.7501.492W3（4）表格中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量之和，SKIPIF1<0為小車、拉力傳感器及車中砝碼的動能變化量，F(xiàn)是拉力傳感器的拉力，W是F在A、B間所做的功。表中的SKIPIF1<0=J，W3=J（結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）。（5）該小組組員發(fā)現(xiàn)每組數(shù)據(jù)始終有W<SKIPIF1<0，排除偶然因素造成誤差外，最可能出現(xiàn)以上結(jié)果的原因是。6．（2023·山東青島·統(tǒng)考模擬預(yù)測）利用DIS實驗裝置驗證變力作用下的動量定理時，組裝了如圖所示的裝置。調(diào)整軌道水平，將力傳感器、光電傳感器接入計算機，將遮光片的寬度和小車質(zhì)量輸入計算機。推動小車使其與力傳感器測力點發(fā)生碰撞，通過傳感器在計算機中描繪出碰撞中作用力隨時間變化的圖像，得出小車受到此力的沖量。由光電傳感器測量的時間得到小車動量的變化量。比較小車受到的力的沖量和動量變化量，來驗證動量定理。某次驗證實驗時測得的數(shù)據(jù)如圖乙所示。（1）由圖乙中數(shù)據(jù)可求出碰撞過程小車動量的變化量為SKIPIF1<0，小車受到的力的沖量為SKIPIF1<0。（2）恢復系數(shù)e是指碰撞后、前兩物體的分離速度與接近速度之比。實驗中如果碰撞的恢復系數(shù)e大于95%，則可認為此碰撞為彈性碰撞。根據(jù)圖乙中數(shù)據(jù)可判斷本次實驗時小車和力傳感器間是碰撞（選填“彈性”或“非彈性”）。7．（2023·廣東佛山·統(tǒng)考模擬預(yù)測）2023年8月新推出的某國產(chǎn)手機擁有多項先進技術(shù)，其連拍功能可實現(xiàn)每隔SKIPIF1<0拍一張照.某實驗探究小組利用該手機的連拍功能來探究平拋運動規(guī)律。（1）該小組用手機對一做平拋運動的小球進行連拍，取從拋出點開始連拍的5張照片進行電腦合成，得到圖甲.進一步作圖后，得到圖乙所示圖像，經(jīng)測量，發(fā)現(xiàn)水平方向相鄰小球的間距幾乎相等，說明小球在水平方向做運動.（2）若小球的實際直徑為D，照片上相鄰小球間距均為x，照片上小球直徑為d，則小球平拋的初速度表達式v0=.

（用題中字母表示）（3）利用游標卡尺測得小球的實際直徑如圖丙所示，則小球的直徑D=cm，用刻度尺測得照片（圖乙）中小球直徑d=0.56cm，通過計算，可得實際長度與照片中的長度之比為.（4）用刻度尺測得照片（圖乙）中y1=0.94cm，y2=1.21cm，y3=1.48cm，y4=1.75cm,通過計算,小球在豎直方向運動的加速度a=m/s2（結(jié)果保留三位有效數(shù)字），若該值與當?shù)刂亓铀俣却笮∠嘟?，又因小球做平拋運動豎直方向初速度為零，則說明小球在豎直方向做自由落體運動.8．（2023·陜西延安·校考一模）圖甲為利用“類牛頓擺”驗證“碰撞過程中的動量守恒”的實驗裝置。實驗器材如下：支架，兩個半徑相同的球1和球2，細線若干，坐標紙，托盤天平，刻度尺等。實驗所在地重力加速度大小為g。

實驗步驟如下：（1）測得小球1、2的質(zhì)量分別為SKIPIF1<0、SKIPIF1<0，將小球各用兩細線（彈性忽略不計）懸掛于水平支架上，使兩小球球心位于同一水平面，如圖甲。（2）將坐標紙豎直固定在一個水平支架上，使坐標紙與小球運動平面平行且盡量靠近小球。坐標紙每一小格是相同的正方形。將小球1拉至某一位置SKIPIF1<0，由靜止釋放，在垂直坐標紙方向用手機高速連拍。（3）如圖乙所示，分析連拍照片得出，球1從SKIPIF1<0點由靜止釋放，在最低點與球2發(fā)生水平方向的正碰，球1碰后到達的最高位置為SKIPIF1<0，球2向右擺動的最高位置為SKIPIF1<0，測得SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0到最低點高度差分別為SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0。（4）若滿足關(guān)系式，則能證明碰撞過程中系統(tǒng)總動量守恒。（5）定義SKIPIF1<0，SKIPIF1<0為碰撞前球1的動能，SKIPIF1<0為碰撞后兩球的動能之和，若SKIPIF1<0小于SKIPIF1<0，則在誤差允許的范圍內(nèi)兩小球發(fā)生的是彈性碰撞。某次測量得到的一組數(shù)據(jù)為：SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0取SKIPIF1<0?？傻肧KIPIF1<0%（保留兩位有效數(shù)字），可知本次碰撞（選填“是”或“不是”）彈性碰撞。一、速度與加速度的測量①利用平均速度求瞬時速度：vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)＝eq\f(dn＋1－dn－1,2T).②利用逐差法求解平均加速度a1＝eq\f(x4－x1,3T2)，a2＝eq\f(x5－x2,3T2)，a3＝eq\f(x6－x3,3T2)?a＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3,9T2).③利用速度—時間圖像求加速度a．作出速度—時間圖像，通過圖像的斜率求解物體的加速度；b．剪下相鄰計數(shù)點的紙帶緊排在一起求解加速度．二、胡克定律實驗原理(2)用刻度尺測出彈簧在不同鉤碼拉力下的伸長量x，建立直角坐標系，以縱坐標表示彈力大小F，以橫坐標表示彈簧的伸長量x，在坐標系中描出實驗所測得的各組(x，F(xiàn))對應(yīng)的點，用平滑的曲線連接起來，根據(jù)實驗所得的圖線，就可探知彈力大小與形變量間的關(guān)系．三、平行四邊形定則實驗原理(1)等效法：一個力F′的作用效果和兩個力F1、F2的作用效果都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到同一點，所以一個力F′就是這兩個力F1和F2的合力，作出力F′的圖示，如圖所示．(2)平行四邊形定則：根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示．(3)驗證：比較F和F′的大小和方向，若在誤差允許的范圍內(nèi)相等，則驗證了力的平行四邊形定則．四、牛頓第二定律實驗原理(1)保持質(zhì)量不變，探究加速度跟合外力的關(guān)系．(2)保持合外力不變，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系．(3)作出a－F圖像和a－eq\f(1,m)圖像，確定a與F、m的關(guān)系．五、平拋運動實驗原理計算平拋物體的初速度情景1：若原點O為拋出點，利用公式x＝v0t和y＝eq\f(1,2)gt2即可求出多個初速度v0＝xeq\r(\f(g,2y))，最后求出初速度的平均值，這就是做平拋運動的物體的初速度．情景2：若原點O不是拋出點①在軌跡曲線上取三點A、B、C，使xAB＝x