力學(xué)實驗及創(chuàng)新（解析版）-2021年高考物理二輪復(fù)習(xí)突破

專題六物理實驗

第一講力學(xué)實驗及創(chuàng)新

高考真題

1.（2020高考全國理綜II）

一細(xì)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(yùn)動的加速度。

????????

令兩小球靜止，細(xì)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(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(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高考全國理綜I）某同學(xué)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(dǎo)軌、滑塊（上方安裝有寬度為d的遮光片）、兩個與計算機(jī)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(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌，輕推滑塊，當(dāng)滑塊上的遮光片經(jīng)過兩個光電門的遮光

時間時，可認(rèn)為氣墊導(dǎo)軌水平；

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

（3）用細(xì)線跨過輕質(zhì)定滑輪將滑塊與祛碼盤連接，并讓細(xì)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(yùn)動，和計算機(jī)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(yùn)動到B所用的時間外2；

（5）在遮光片隨滑塊從A運(yùn)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(jié)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(dāng)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(yùn)動，可以認(rèn)為氣墊導(dǎo)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(yùn)動的初速度。把白紙和復(fù)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(fù)寫紙,

在白紙上記錄鋼球的落點(diǎn)。

調(diào)“螺旋

圖I

①為了正確完成實驗，以下做法必要的是o

A.實驗時應(yīng)保持桌面水平

B.每次應(yīng)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(yuǎn)離桌子的方向移動0.2m,在白紙上記錄了鋼球的4個落點(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(yīng)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(yuǎn)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(diǎn)的時間

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

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，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(yīng)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(diǎn)計時器

電火花計時器使用的是220V交流電源；電磁打點(diǎn)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(xué)為驗證機(jī)械能守恒定律，利用光電門等裝置設(shè)計了

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

的鉤碼A和B（B左側(cè)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(zhì)量比B大，實驗開始前用一細(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(yùn)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(dāng)擋光片寬度很小時，可以將平均速度當(dāng)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(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮間。

⑦為驗證機(jī)械能守恒定律，請寫出還需測量的物理量（并給出相應(yīng)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(zhì)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(jī)械能守恒，主要步驟如下：

①鉤碼的質(zhì)量為〃?，用天平測量滑塊和遮光條的總質(zhì)量為M,用游標(biāo)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(diào)節(jié)旋鈕使氣墊導(dǎo)軌水平，同時調(diào)節(jié)輕滑輪使細(xì)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(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)過光電門A和光電門B的速度分別為:

d

d

vK-——

ZB

要驗證的關(guān)系式為:

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

即mgs-g{M+m)(

突破2.“紙帶”類實驗

紙帶的三大應(yīng)用

1.由紙帶確定時間

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

一般每5個點(diǎn)取1個計數(shù)點(diǎn),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(yùn)動的物體在一段時間內(nèi)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(diǎn)的瞬時速度，只需在這一點(diǎn)的前后各取相同時間間隔T的兩段位移品和則

打n點(diǎn)時的速度方=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(zhì)量檢測)某同學(xué)在驗證機(jī)械能守恒定律

的實驗中，設(shè)計了如圖甲所示的拓展實驗裝置，其中“、氏c是三個質(zhì)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(dāng)位置，c的下方拖著一條穿過打點(diǎn)計時器的紙帶。

實驗時，先把c移到靠近打點(diǎn)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(diǎn)間還有4

個點(diǎn)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(yùn)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(jié)果均保留3位有效數(shù)字)，在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，機(jī)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(yùn)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(diǎn)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(guān)限位孔

一打點(diǎn)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(zhì)量

B.兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對正

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)計時器接到打點(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)計時器打出的計時點(diǎn)，其中。點(diǎn)為紙帶上打出的第一個點(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(zhì)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(yīng)該相對質(zhì)量較大、體積較小的物體，這樣能減少空氣阻力的影響，

從而減小實驗誤差，故C正確；實驗時，先接通打點(diǎn)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(yùn)動規(guī)律可得

S2一再=8?。?/p>

(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”類實驗

1.橡皮條、彈簧的彈力大小與伸長量之間的關(guān)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(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.動量守恒

實驗裝置圖操作要領(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(zhì)量

動量

②起點(diǎn)：斜槽末端上的測量和小球平拋運(yùn)

方/處動的水平位移的測量

守恒

，?'、.，?-、，-、

0?::?::?;

'1③速度：應(yīng)用小球平③考結(jié)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(xué)調(diào)聯(lián)盟高三第二次調(diào)研）在探究彈力和彈簧伸長的

關(guān)系時，某同學(xué)先按圖1對彈簧甲進(jìn)行探究，然后把彈簧甲和彈簧乙并聯(lián)起來按圖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(fèi)

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(jié)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(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

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