力學實驗及創(chuàng)新（解析版）-2021年高考物理二輪復習突破

專題六物理實驗

第一講力學實驗及創(chuàng)新

高考真題

1.（2020高考全國理綜II）

一細繩跨過懸掛的定滑輪，兩端分別系有小球A和8,如圖所示。一實驗小組用此裝置

測量小球8運動的加速度。

????????

令兩小球靜止，細繩拉緊，然后釋放小球，測得小球B釋放時的高度%=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）。

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

大小為g=9.80m/s2o根據(jù)牛頓第二定律計算可得小球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，除實驗中的偶然誤差外，寫出一條可能產生這一結果的

原因：o

【答案】1.841.96滑輪的軸不光滑（或滑輪有質量）

【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高考全國理綜I）某同學用如圖所示的實驗裝置驗證動量定理，所用器材包括：氣

墊導軌、滑塊（上方安裝有寬度為d的遮光片）、兩個與計算機相連接的光電門、祛碼盤和

祛碼等。

實驗步驟如下：

（1）開動氣泵，調節(jié)氣墊導軌，輕推滑塊，當滑塊上的遮光片經(jīng)過兩個光電門的遮光

時間時，可認為氣墊導軌水平；

（2）用天平測祛碼與祛碼盤的總質量叫、滑塊（含遮光片）的質量機2；

（3）用細線跨過輕質定滑輪將滑塊與祛碼盤連接，并讓細線水平拉動滑塊；

（4）令滑塊在祛碼和聯(lián)碼盤的拉動下從左邊開始運動，和計算機連接的光電門能測量

出遮光片經(jīng)過A、B兩處的光電門的遮光時間△小42及遮光片從A運動到B所用的時間外2；

（5）在遮光片隨滑塊從A運動到B的過程中，如果將祛碼和祛碼盤所受重力視為滑塊

所受拉力，拉力沖量的大小/=,滑塊動量改變量的大小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。計算可得/=N-s,Ap=

kg-m-s-1；（結果均保留3位有效數(shù)字）

（7）定義6==亞、100%,本次實驗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)當滑塊上的遮光片經(jīng)過兩個光電門的遮光時間相等時，說明滑塊上的遮光片經(jīng)過兩個

光電門時的速度相等，滑塊做勻速直線運動，可以認為氣墊導軌水平。

(5)將祛碼和祛碼盤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)過光電門A時速度vA=(!/△tp經(jīng)過光電門B時速度vB=d/At2,滑塊動量改變

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)本次實驗3=xlOO%=4%。

3.(2020?天津卷)某實驗小組利用圖1所示裝置測定平拋運動的初速度。把白紙和復寫紙疊

放一起固定在豎直木板上，在桌面上固定一個斜面，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，通過碰撞復寫紙,

在白紙上記錄鋼球的落點。

調“螺旋

圖I

①為了正確完成實驗，以下做法必要的是o

A.實驗時應保持桌面水平

B.每次應使鋼球從靜止開始釋放

C.使斜面的底邊M與桌邊重合

D.選擇對鋼球摩擦力盡可能小的斜面

②實驗小組每次將木板向遠離桌子的方向移動0.2m,在白紙上記錄了鋼球的4個落點，相

鄰兩點之間的距離依次為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方便調整木板保持在豎直平面上

【解析】①A.實驗過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

保證鋼球拋出時速度相同，每次應使鋼球從同一位置靜止釋放，故B正確；CD.實驗只要

每次鋼球拋出時速度相同即可，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

對于每次拋出的速度無影響，故C錯誤，D錯誤。故選AB。

②每次將木板向遠離桌子的方向移動0.2m,則在白紙上記錄鋼球的相鄰兩個落點的時間

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

隔為丁二產-1°s=0.1s，剛球在水平方向上做勻速直線運動，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.螺旋測微器的讀數(shù)

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

3.彈簧測力計

使用前應校零，選擇彈簧測力計時，要選力的方向通過彈簧軸線的，必要時要選對拉時

讀數(shù)相同的彈簧測力計。

4.打點計時器

電火花計時器使用的是220V交流電源；電磁打點計時器使用的是6V以下低壓交流電

源。

例題1.（2020-東北三校模擬）一位同學為驗證機械能守恒定律，利用光電門等裝置設計了

如下實驗。使用的器材有：鐵架臺、光電門1和2、輕質定滑輪、通過不可伸長的輕繩連接

的鉤碼A和B（B左側安裝擋光片）。

實驗步驟如下:

①如圖1,將實驗器材安裝好，其中鉤碼A的質量比B大，實驗開始前用一細繩將鉤

碼B與桌面相連接，細繩都處于豎直方向，使系統(tǒng)靜止。

②用剪刀剪斷鉤碼B下方的細繩，使B在A帶動下先后經(jīng)過光電門1和2,測得擋光

時間分別為“、立。

③用螺旋測微器測量擋光片沿運動方向的寬度d,如圖2,則d=mm。

④用擋光片寬度與擋光時間求平均速度，當擋光片寬度很小時，可以將平均速度當成瞬

時速度。

⑤用刻度尺測量光電門1和2間的距離L（L?J）o

⑥查表得到當?shù)刂亓铀俣却笮間。

⑦為驗證機械能守恒定律，請寫出還需測量的物理量（并給出相應的字母表

示）,用以上物理量寫出驗證方程。

例題2.（2020屆福建省南平市高三第一次合質檢）某實驗小組用圖甲實驗裝置驗證鉤碼與

滑塊組成的系統(tǒng)機械能守恒，主要步驟如下：

①鉤碼的質量為〃?，用天平測量滑塊和遮光條的總質量為M,用游標卡尺測量遮光條的寬

度d,用刻度尺測量兩光電門之間的距離s；

②調節(jié)旋鈕使氣墊導軌水平，同時調節(jié)輕滑輪使細線水平；

③釋放滑塊，用計時器分別測出遮光條經(jīng)過光電門A和光電門B所用的時間△以和△tB。

請回答下列問題:

（1）測遮光條的寬度d時，游標卡尺的示數(shù)如圖乙所示，則4=cm。

（2）若系統(tǒng)機械能守恒，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)過光電門A和光電門B的速度分別為:

d

d

vK-——

ZB

要驗證的關系式為:

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

即mgs-g{M+m)(

突破2.“紙帶”類實驗

紙帶的三大應用

1.由紙帶確定時間

要區(qū)別打點計時器打出的點與人為選取的計數(shù)點之間的區(qū)別與聯(lián)系，便于測量和計算,

一般每5個點取1個計數(shù)點,這樣時間間隔加=0.02x5s=0.1So

2.求解瞬時速度

利用做勻變速運動的物體在一段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度。如圖所示,

求打某一點的瞬時速度，只需在這一點的前后各取相同時間間隔T的兩段位移品和則

打n點時的速度方=也當粵。

3.用“逐差法''求加速度

如圖所示:

S4—S155一$2S6-S3

因為q]=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量檢測)某同學在驗證機械能守恒定律

的實驗中，設計了如圖甲所示的拓展實驗裝置，其中“、氏c是三個質量均為500g的重物，

它們掛在跨過定滑輪的一條輕繩上三個適當位置，c的下方拖著一條穿過打點計時器的紙帶。

實驗時，先把c移到靠近打點計時器的地方，并測出此時“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,其中相鄰兩計數(shù)點間還有4

個點未畫出，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做運動;

(2)從開始下落到a將要落地的過程中，依氏c系統(tǒng)減少的重力勢能為J,增加的動能

為J(結果均保留3位有效數(shù)字)，在實驗誤差允許的范圍內，機械能守恒定律得到驗

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，旦運動時間相同，故AO段c做勻速直線;

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

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增加的動能為

1,

E.=3--mv2=1.17J

k2

例題4.（2020屆四川省綿陽市高三四模）如圖甲所示，打點計時器固定在鐵架臺上，重物

帶動紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置測量本地重力加速度。

鐵關限位孔

一打點計時裝

m儲

甲

（1）下列操作中對減小實驗誤差有利的是

A.精確測量出重物的質量

B.兩限位孔在同一豎直面內上下對正

C.重物選用質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）打點計時器接到打點周期為7的交流電源上，按正確操作得到了-一條完整的紙帶，紙帶

上各點是打點計時器打出的計時點，其中。點為紙帶上打出的第一個點，A、B、C、。、E、

F、G是連續(xù)且清晰的點，如圖乙所示。

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

。葭ABCb:尸G)

乙

①若測得A8占的長度為s”8c的長度為S2,則本地重力加速度的計算式g=

②若測得8。的長度為63,EG的長度為S4,則本地重力加速度的計算式g=。

【答案】BC甘黃

【解析】

(DU1本實驗中不用測量重物的質量，故A錯誤；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，從而減小實驗誤差，故B

正確；實驗供選擇的重物應該相對質量較大、體積較小的物體，這樣能減少空氣阻力的影響，

從而減小實驗誤差，故C正確；實驗時，先接通打點計時器電源再放手松開紙帶，對減小

實驗誤差沒有影響，故D錯誤。故選BC；

(2)[2]根據(jù)勻變速直線運動規(guī)律可得

S2一再=8??？

(3)[3]C點的速度為

v=—

c2T

F點的速度為

vF=—

「2T

則有

丹=%+。?3T

聯(lián)立解得

突破3.“彈簧”“橡皮條”“碰撞”類實驗

1.橡皮條、彈簧的彈力大小與伸長量之間的關系滿足胡克定律，實驗數(shù)據(jù)處理時一般

選用圖像法。

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

彈性限度，正比關系不再成立。

3.動量守恒

實驗裝置圖操作要領考查熱點

①考裝置：器材安裝、

①安裝：斜槽末端切小球選取、。點確定

驗證

戒火射小球線必須沿水平方向

二^被撞小球②考測量：小球質量

動量

②起點：斜槽末端上的測量和小球平拋運

方/處動的水平位移的測量

守恒

，?'、.，?-、，-、

0?::?::?;

'1③速度：應用小球平③考結論：根據(jù)實驗

定律MPN

拋的水平位移替代數(shù)據(jù)判斷兩球碰撞過

程中動量是否守恒

例題5.（2020屆廣東省廣州、深圳市學調聯(lián)盟高三第二次調研）在探究彈力和彈簧伸長的

關系時，某同學先按圖1對彈簧甲進行探究，然后把彈簧甲和彈簧乙并聯(lián)起來按圖2進行探

究.在彈性限度內，將質量為機=50g的鉤碼逐個掛在彈簧下端，分別測得圖甲、圖乙中彈

簧的長度4、4如下表所示.

彈彈

黃費

甲乙

4

2

數(shù)

鉤碼個

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

數(shù)據(jù)

測量

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

或“不

“能”

據(jù)（填

中數(shù)

由表

字）.

有效數(shù)

留兩位

結果保

N/m（

k=

.

系數(shù)

勁度

能

】49

【答案

】

【解析

,

長1cm

度伸

簧長

，彈

一個

增加

碼每

為鉤

關系

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

長度

彈簧

碼，

個鉤

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