2021年全国各地高考物理模拟题汇编：18 力学实验(学生版+解析版)

专题18力学实验（原卷版）

一、实验题（本大题共12小题）

“2021年湖北省龙泉中学、宜昌一中高考物理联考试卷（2月份）］在完成了“探究加速度与力、质量之间

的关系”的书本实验后，某同学想办法设计了一个新的实验用于进一步验证上述物理量的关系，具体操作

过程如下：

A.用天平称出小车质量为M=0.26kg,弹簧测力计质量为m=0.0465kg.（g取9.8m/s2）

6.接通打点计时器电源，让小车从一具有一定倾角。的平整斜面上由静止开始加速下滑，用纸带记录下

它的运动情况，以便求出它的加速度a.

C撤掉打点计时器，在小车尾部用细线与一个弹簧测力计和水桶连接，在水桶中加入适量水，使轻推

小车时，能使其沿斜面向下做匀速直线运动.当小车到达斜面底部静止后，读出此时弹簧测力计的读数

F.

〃改变斜面的倾角，重复以上实验几次，通过几组数据来验证三个物理量之间的关系.

请回答下列问题：

（1）下面这条纸带，是在某次实验中得到的（每5个点取一个计数点），可求出此时小车的加速度

a=.

（2）小车由静止开始匀加速下滑过程中所受到的合力为（用本题中所给的物理量符号表示）.

（3）在该同学的这个验证实验中，—（选填“需要”或“不需要”）保证小车质量远大于所挂物体的总

质量.

2/2021年山东省新高考物理模拟试卷］伽利略斜面实验被誉为物理学史上最美实验之一、研究小组尝试使

用等时性良好的“节拍法”来重现伽利略的斜面实验，研究物体沿斜面运动的规律。实验所用节拍频率是

每秒2拍，实验装置如图（a）所示。在光滑倾斜的轨道上装有可沿轨道移动的框架，框架上悬挂轻薄小金属

片，滑块下滑撞击金属片会发出“叮”的声音（金属片对滑块运动的影响可忽略）。实验步骤如下：

①从某位置（记为4。）静止释放滑块，同时开始计拍调节框架的位置，使相邻金属片发出的“叮”声恰

好间隔1个拍，并标记框架在轨道上的位置为、人2、&……；

③将测量数据记录于下表，并将节拍数〃转换成对应时间t的平方。

n123456

s/cm9.538.586.2153.2240.3346.4

t2/s20.251.00C4.006.259.00

（1）表格中"C1'处的数据应为；

（2）由表中数据分析可得，s与t?成关系（填“线性”或“非线性”）；

（3）滑块的加速度大小为m/s2（结果保留2位小数）。

3.［2021年江苏省常州市高考物理调研试卷（一模）］某同学用图甲所示装置，测量系统运动过程中所受阻

力的大小.已知m=460g、M=520g的两物体用细线连接，跨过光滑轻质小滑轮.在卬下端接上纸带,

接通打点计时器电源，让"从高处由静止开始下落，如图乙为实验打出的一条纸带，每相邻两计数点间还

有4个点（图中未标出），g取9.8TH/S2,请测量并求出运动过程中系统受到的阻力大小.（结果保留两位有效

数字）

j打点if时器

4J2021年安徽省阜阳市高考物理质检试卷］某同学用图示装置测量木块与水平木板间的动摩擦因数。图中

牵拉木块的细线与木板平行。该同学测得木块的质量是祛码（含祛码盘）质量的4倍，根据打出的纸带求出木

块运动的加速度大小为a。

木块打点计时器

12~

祛码盘--⑥

（1）已知当地的重力加速度大小为&根据测得的物理量，木块与木板间的动摩擦因数表示为

〃=»

（2）本实验测得的结果（选填“大于”、“小于”或“等于”）木块与木板间的实际动摩擦因数。

5J2021年陕西省安康市高考物理第二次质检试卷］某同学利用如图甲所示的装置来验证机械能守恒定律。

将宽度为，的挡光片水平固定在物体4上，将物体46同时由静止释放，释放时挡光片上端与光电门之间

的高度差为力，让质量较大的物体6通过细线绕过轻质定滑轮带着/一起运动，挡光片通过光电门的时间为

t,已知当地的重力加速度大小为g。回答下列问题。

/、

o

精确困0.1

光电，口«

10

由4

甲乙

(1)该同学用游标卡尺测挡光片的宽度时，测量情况如图乙所示，则挡光片的宽度d=腼。

(2)由于没有天平，不能直接测出两物体的质量，该同学找来了一个质量为的标准祛码和一根弹簧，将标

准祛码、物体4(包括挡光片)和物体6分别静止悬挂在弹簧下端，用刻度尺测出弹簧的伸长量分别为右、马、

xB,则物体4的质量7nzi=一。

(3)用挡光片通过光电门的平均速度表示挡光片上端到达光电门时的速度，若运动过程中物体/、8组成的系

统机械能守恒，则应满足关系式QB-打)9h=(用题中已测得或已知的物理量的字母表示)

6/2021年湖北省九师联盟高考物理巩固试卷(2月份)］某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量

的关系.

细绳M纣带

端

重

有

一

物

滑小车打点计时器

轮

定

长

木

板

的实验台

(1)下列不必要的实验要求是.

A.应使小车从靠近打点计时器位置释放

B.滑轮与小车间的细绳应与木板平行

C应先接通电源，后释放小车

D.应使小车质量必远大于重物质量m

£在调节木板倾斜度平衡小车受到的滑动摩擦力时，将重物通过定滑轮拴在小车上

(2)某条纸带测量数据如图所示，0、4B、aD、E、尸为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间

还有四个点未画出.量出相邻的计数点之间的距离分别为S]=4.22cm、s2=4.65cm、s3=5.08cm、

s4=5.49cm、s5=5.91cm,s6=6.34cm.已知打点计时器的工作频率为50Hz,则小滑车的加速度值

为a=_________m/s2(结果保留两位有效数字)

(3)实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度.根据测得的多组数据画出

a-尸关系图象，如图所示.此图象的16段明显偏离直线，造成此现象的主要原因是

7.[2021年广东省新高考“八省联考”高考物理适应性试卷]为了验证小球在竖直平面内摆动过程的机械能

是否守恒，利用如图(a)装置，不可伸长的轻绳一端系住一小球，另一端连接力传感器，小球质量为卬，球

心到悬挂点的距离为。小球释放的位置到最低点的高度差为h,实验记录轻绳拉力大小随时间的变化如图

(b),其中7是实验中测得的最大拉力值，重力加速度为g,请回答以下问题：

(1)小球第一次运动至最低点的过程，重力势能的减少量AEp=_______,动能的增加量△

Ek=_______.(均用题中所给字母表示)

(2)观察图(b)中拉力峰值随时间变化规律，试分析造成这一结果的主要原因：。

(3)为减小实验误差，实验时应选用密度(选填“较大”或“较小”)的小球。

8.[2021年江苏省淮安市清江浦区淮阴中学高考物理模拟试卷]某实验小组利用如图甲所示的实验装置来测

量匀加速直线运动的加速度。滑块上的左右端各有一个完全一样的遮光板。若光线被遮光板遮挡，光电传

感器会输出高电平。滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光板1、2分别经过光电传感器时，通过计算机

可以得到如图乙所示的电压随时间变化的图像。

(1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，则图乙中的“、t2>t3,t4间满足关

系,则说明气垫导轨已经水平。

(2)如图丙所示，用游标卡尺测量遮光板的宽度d,挂上钩码后，将滑块由如图甲所示位置释放，通过

光电传感器和计算机得到的图像如图乙所示，若ti、t2、13、。和d已知，则遮光板1和遮光板2在经

过光电传感器过程中的平均速度分别为、(用已知量的字母表示)。

(3)在(2)情况下，滑块运动的加速度a=(用已知量的字母表示)。

9.［2021年安徽省蚌埠市高考物理二模试卷］某同学利用图a所示装置验证动能定理。

(1)把木板的一端垫高，以补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力。调节木板的倾斜度，使小车在不

受牵引时能拖动纸带沿木板做运动。将槽码、小车、打点计时器、纸带安装好。接通电源，

槽码下落，带动小车运动并打出纸带。

(2)某次实验得到的纸带及相关数据如图6所示，相邻两点的时间间隔为0.02s,从图(b)给出的数据中

可以得到，打出6点时小车的速度大小外=m/s,打出2点时小车的速度大小

Up=m/s.若槽码的质量为50g,g取9.8m/s2,则从6到0的过程中，合力对小车做的功

勿=/.(结果均保留2位小数)

(3)根据该方案计算出小车动能的增量总会略小于W,其原因是。

10J2021年云南师大附中高考物理适应性试卷(七)］某同学用如图甲所示装置“验证机械能守恒定律”时，

得到如图乙所示的纸带。选取纸带上打出的连续五个点4B、C、D、E,测出/点距起始点。的距离为So,

点0、C间的距离为sr点。、£间的距离为S2,测得重物的质量为加已知当地重力加速度为g,打点计时

器打点周期为T.

(1)下列做法正确的有________(填正确答案序号)。

A.必须要称出重物和夹子的质量

B.图中两限位孔必须在同一竖直线上

C将连着重物的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计时器

D.数据处理时，可以选择任一点迹清晰的点作为。点

£数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置

(2)选取。、。两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少的重力势能是，重物增加的动

能是;在误差允许范围内若两者相等，即验证了机械能守恒定律。

11.[2021年安徽省A10联盟高考物理开年试卷]某同学用如图甲所示装置研究物块的匀变速直线运动。

电源插头

(1)实验所用的打点计时器如图乙所示，该打点计时器所用的电源是()

44〜6P的交流电B.4〜6V的直流电C.220I/的交流电

(2)实验中得到一条清晰的纸带如下图所示，并在其上取4、B、aD、E、F、67个点。

"£?£fq

1111111

♦1jII111

生"2?_!11

U-------43-7-*11

二以,入二_11

—1

1,U6,

以打1点为计时零点，以t为横坐标、m（其中d为各点到/点的距离，力表示1点到各点的运动时间）为

纵坐标，得到图象的斜率为4,则加速度的大小为;图线与纵轴的交点表示的物理意义是:

（3）该同学认为：图象中的图线与时间轴围成的面积表示物块在匕时间内运动的位移大小。他的观

点是（选填“正确”或“错误”）的。

12.（2021年山东省聊城一中高考物理模拟试卷（2月份）］某实验小组做“探究加速度与力的关系”实验时,

先采用如图甲所示的常规实验方案，处理数据时发现误差比较明显。该小组经过分析讨论，对实验方案进

行了改进和优化，采用如图乙所示实验方案，具体实验操作步骤如下:

4挂上托盘和祛码，调整垫块位置，使质量为."的小车拖着纸带沿木板匀速下滑；

6.取下托盘和祛码，用天平测出其总质量为勿，查出并记录当地重力加速度g;

C把小车放回木板上原位置，让小车沿木板加速下滑，测出其下滑的加速度a；

〃改变祛码质量和垫块位置，多次测量7和a,通过作图可得到a—F的关系。

⑴比较甲、乙两实验方案，实验时需要满足条件Mm的实验方案是（选填“甲”、“乙”或“甲

和乙”）;

（2）采用乙实验方案，在作a—F关系时，小车受到的合外力尸=；

（3）在一次实验操作中，获得如图丙所示的纸带，力、B、C、D、£■为计数点，其中相邻两计数点间均有四个

点未画出，所用交变电源的频率为50应，则在打下C点时小车的速度大小i?c=m/s,由纸带可

求得小车运动的加速度a=m/s2（计算结果均保留两位有效数字）。

BDE

「11|小甲11|1叩川即甲坤1111叫川（U|l川p川即,1“叫I川即甲“1川|川1叫,11|11中II『叩ll|l

0I2345678910II1213

cm

丙

（4）图丁是该小组先后采用甲、乙两个实验方案描绘出的a-F关系图象，图象中（选填①或②）是

乙实验方案得到的a—F关系图象。

专题18力学实验（解析版）

一、实验题（本大题共12小题）

1.[2021年湖北省龙泉中学、宜昌一中高考物理联考试卷（2月份）]在完成了“探究加速度与力、质量之间

的关系”的书本实验后，某同学想办法设计了一个新的实验用于进一步验证上述物理量的关系，具体操作

过程如下：

A.用天平称出小车质量为M=0.26kg,弹簧测力计质量为m=0.0465kg.（g取9.8m/s2）

B.接通打点计时器电源，让小车从一具有一定倾角。的平整斜面上由静止开始加速下滑，用纸带记录下

它的运动情况，以便求出它的加速度搐

C撤掉打点计时器，在小车尾部用细线与一个弹簧测力计和水桶连接，在水桶中加入适量水，使轻推

小车时，能使其沿斜面向下做匀速直线运动,当小车到达斜面底部静止后，读出此时弹簧测力计的读数

F.

〃改变斜面的倾角，重复以上实验几次，通过几组数据来验证三个物理量之间的关系.

请回答下列问题:

(1)下面这条纸带，是在某次实验中得到的(每5个点取一个计数点)，可求出此时小车的加速度

a=,

0123

(2)小车由静止开始匀加速下滑过程中所受到的合力为(用本题中所给的物理量符号表示).

(3)在该同学的这个验证实验中，一(选填“需要”或“不需要”)保证小车质量远大于所挂物体的总

质量.

【答案】(1)2.00m/s2(l.80~2.20m/sZ之间)；(2)mg+尸；(3)不需要。

【解析】

本题考查了实验数据处理、实验误差分析，实验误差分析是本题的难点；应知道小车受到的合力提供拉力，

难度不大，属于基础题。

(1)由刻度尺读出相连两点间的距离，根据Zx=。产求得加速度；

(2)在弹簧拉力存在时，根据共点力平衡列出平衡式，当小车向下加速运动时，根据沿斜面上的合力提供小

车做加速运动，求得合力；

(3)此实验是通过共点力平衡求得小车受到的合力，即可判断。

【解答】

⑴由刻度尺可知相连两点间的距离依次为匕=4.00cm=0.0400m,x2=6.00cm=0.0600m,x3=

8.00cm=0.0800m

相邻两点间的距离之差=x2-xt=x3-x2=0.0200m

根据d%="2可知。=詈=0^°m/s2=2.00m/s2；

(2)小车向下匀速运动时，对小车受力分析，根据共点力平衡可知Mgsin。=/+mg+尸

当下车向下加速运动时，小车受到的合力为尸合=MgsinO-f

联立解得?合=山。+?；

(3)此实验是通过共点力平衡求得小车受到的合力，不需要保证小车质量远大于所挂物体的总质量。

故答案为：(1)2.00m/s2(l.80〜2.20m/s2之间)；(2)mg+F；(3)不需要。

2.[2021年山东省新高考物理模拟试卷]伽利略斜面实验被誉为物理学史上最美实验之一、研究小组尝试使

用等时性良好的“节拍法”来重现伽利略的斜面实验，研究物体沿斜面运动的规律。实验所用节拍频率是

每秒2拍，实验装置如图（a）所示。在光滑倾斜的轨道上装有可沿轨道移动的框架，框架上悬挂轻薄小金属

片，滑块下滑撞击金属片会发出“叮”的声音（金属片对滑块运动的影响可忽略）。实验步骤如下：

①从某位置（记为4。）静止释放滑块，同时开始计拍调节框架的位置，使相邻金属片发出的“叮”声恰

好间隔1个拍，并标记框架在轨道上的位置4、^2、人3……；

③将测量数据记录于下表，并将节拍数〃转换成对应时间t的平方。

n123456

s/cm9.538.586.2153.2240.3346.4

t2/s20.251.00C4.006.259.00

（1）表格中“C”处的数据应为；

（2）由表中数据分析可得，s与产成关系（填“线性”或“非线性”）；

（3）滑块的加速度大小为m/s2（结果保留2位小数）。

【答案】（1）2.25；（2）线性；（3）.0.76〜0.78。

【解答】（1）实验所用节拍频率是每秒2拍，所以每两拍之间的时间间隔为0.5s,所以当n=3时，t=3x

0.5s=1.5s,

则t2=2.25s2,故C处数据应为2.25；

(2)分析表格中数据，n=l时，=38cm/s2,n=2时，=38.5cm/s2,n=3时，«38.3cm/s2,n=4

时*=38.3cm/s2,n=5时，2右38.4cm/s2,n=6时，38.5cm/s2,所以s与t2的比值基本在38cm/s2〜

38.5cm/s2之间，考虑到误差的存在，s与t2成线性关系；

（3）对（2）中己取平均值可得提x38cm/s2=0.38m/s2,因为s=1at2,所以a=1=0.76m/s2.

3.[2021年江苏省常州市高考物理调研试卷（一模）]某同学用图甲所示装置，测量系统运动过程中所受阻

力的大小.己知m=460g、M=520g的两物体用细线连接，跨过光滑轻质小滑轮.在卬下端接上纸带,

接通打点计时器电源，让"从高处由静止开始下落，如图乙为实验打出的一条纸带，每相邻两计数点间还

有4个点（图中未标出），g取9.8m/s2,请测量并求出运动过程中系统受到的阻力大小.（结果保留两位有效

数字）

A

M

力打点计时器

0123456

|iiii|iiii|iiii|iiiip^|IIHipni|iiii|iiii|iiii|iiii|ibl|hHjltll|hii|iiii|iiii|iiii|iiii|iiii|

纸带0cm12345678910

甲乙

【答案】9.8x10-2No

【解析】

根据逐差法，利用纸带数据求出加速度，之后根据牛顿第二定律求解，较为简单。

【解答】

△工工06—2工Q3人.八.9

x03=2.75cm,x06=10.00cm,T=0.1s,得0=2=~77772~=0.50叫次,

)(61)

根据牛顿第二定律，(M-m)g-f=(M+m)a,得f=9.8xIO-N。

4,[2021年安徽省阜阳市高考物理质检试卷]某同学用图示装置测量木块与水平木板间的动摩擦因数。图中

牵拉木块的细线与木板平行。该同学测得木块的质量是祛码（含祛码盘）质量的4倍，根据打出的纸带求出木

块运动的加速度大小为a。

（1）已知当地的重力加速度大小为g，根据测得的物理量，木块与木板间的动摩擦因数表示为

M=。

（2）本实验测得的结果________（选填“大于”、“小于”或“等于"）木块与木板间的实际动摩擦因数。

【答案】（1）吃詈旦（2）大于。

Kg

【解析】

对木块、祛码盘和祛码进行受力分析，运用牛顿第二定律求出木块与木板间的动摩擦因数。由产生误差的

原因分析。

掌握实验原理及误差分析是求解的关键。

【解答】

（1）设祛码（含祛码盘）的质量为m,

对木块、祛码盘和祛码进行受力分析，运用牛顿第二定律得：

对木块：F—ukmg=kma

对祛码盘和祛码：mg-F=ma

由上式得：u=宜专詈；

（2）因为实验时滑轮与细线间，纸带与限位孔及复写纸间存在摩擦力，理论上小车受到的拉力大于实际中受

到的拉力，故使得实验测得的结果大于木块与木板间的实际动摩擦因数。

故答案为：（1）土若辿：（2）大于。

5.[2021年陕西省安康市高考物理第二次质检试卷]某同学利用如图甲所示的装置来验证机械能守恒定律。

将宽度为d的挡光片水平固定在物体1上，将物体46同时由静止释放，释放时挡光片上端与光电门之间

的高度差为力，让质量较大的物体6通过细线绕过轻质定滑轮带着力一起运动，挡光片通过光电门的时间为

t,已知当地的重力加速度大小为g。回答下列问题。

(1)该同学用游标卡尺测挡光片的宽度时，测量情况如图乙所示，则挡光片的宽度(/=W.

(2)由于没有天平，不能直接测出两物体的质量，该同学找来了一个质量为tn。的标准祛码和一根弹簧，将标

准祛码、物体做包括挡光片)和物体8分别静止悬挂在弹簧下端，用刻度尺测出弹簧的伸长量分别为与、4、

XB,则物体A的质量血4=。

(3)用挡光片通过光电门的平均速度表示挡光片上端到达光电门时的速度，若运动过程中物体/、6组成的系

统机械能守恒，则应满足关系式QB-XA)gh=(用题中已测得或已知的物理量的字母表示)

【答案】(1)2.4(2)等(3)汽浮

【解析】

解答：(1)由题图乙可知，挡光片的宽度d=2mm4-4x0.1mm=2.4mm。

(2)根据胡克定律有mog=kx(),mAg=kxA,mBg=kxB,解得mA=詈\

(3)用挡光片通过光电门的平均速度表示挡光片上端到达光电门时的速度，则挡光片通过光电门的时的速度

Ud

为：V=；，

2

根据机械能守恒定律有OB-mA)gh=1(mA+mB)v,

可得(XB_XA)gh=%*f。

故答案为：(1)2.4(2)*(3)(XA+x；)d[

解决本题的关键掌握游标卡尺的读数方法，知道实验中抓住系统重力势能的减小量和系统动能的增加量是

否相等进行验证，知道光电门测瞬时速度的原理，难度不大。

6.[2021年湖北省九师联盟高考物理巩固试卷(2月份)]某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量

的关系.

细绳M绒带

/____________赤-----/

ft

重

端f有

物小车

轮

滑打点计时器

木

长实验台

(1)下列不必要的实验要求是.

A.应使小车从靠近打点计时器位置释放

B.滑轮与小车间的细绳应与木板平行

C应先接通电源，后释放小车

D.应使小车质量材远大于重物质量m

£在调节木板倾斜度平衡小车受到的滑动摩擦力时，将重物通过定滑轮拴在小车上

(2)某条纸带测量数据如图所示，0、4、B、aD、E、产为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间

还有四个点未画出.量出相邻的计数点之间的距离分别为S]-4.22cm、s2-4.65cm>s3-5.08cm>

s4=5.49cm,s5=5.91cm,s6=6.34cm.已知打点计时器的工作频率为50Hz,则小滑车的加速度值

为a=m/s2(结果保留两位有效数字).

(3)实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度.根据测得的多组数据画出

a-尸关系图象，如图所示.此图象的段明显偏离直线，造成此现象的主要原因是

a/(m-s-2)

B

°IZF/N

【答案】(l)E(2)0.42(3)所挂钩码的总质量过大

【解析】

本题主要考查探究加速度与力、质量的关系实验。考查操作的规范性以及对实验数据的分析能力，对实验

本身的特点充分掌握方可轻松解题。

(1)在利用纸带进行实验的过程中，一方面要考虑实验数据的准确性，另一方面不能浪费纸带，与此同时还

要充分考虑到实验操作的规范性；

(2)纸带实验中求解加速度，一般情况均采用逐差法即可；

(3)按照牛顿第二定律的内容可以知道加速度和合外力之间的关系，在实验中认为细绳的张力F等于钩码的

重力mg,因此会造成图像有偏差。

【解答】

(1)A.应使小车从靠近打点计时器位置释放，这样可以充分利用纸带；

B.滑轮与小车间的细绳应与木板平行，这样在运动过程中，摩擦力是一个恒力，细绳拉力减去摩擦力是一

个恒力，小车做匀加速运动；

C.为避免浪费纸带，应先打开电源，再释放纸带，如先释放纸带，有可能纸带上打出的点太少，不足研究

使用；

D.为使小车所受合外力大小和悬挂重物重力相等，要求小车质量M远大于重物质量m；

E.在调节木板倾斜度平衡摩擦力时应拿掉重物，E错误。

本题选择不必要的实验要求，故选E。

(2)根据从纸带上得到6个相邻相等时间内的位移，利用逐差法得a=母山嗡江吐辿，代入数据，解得

a=0.42m/s2；

(3)在实验中认为细绳的张力F等于悬挂生物的重力mg,实际上，细绳张力甲=Ma,mg-F'=ma,即F'=

焉口，a=^"mg=^F-所以当M»m时，a«F,a-F图象为直线；当m增大时，a、F不再成

正比例，必定减小，便有a-F图象的斜率逐渐变小偏离直线。

故答案为：(1)E：(2)0.42；(3)所挂钩码的总质量过大。

7.[2021年广东省新高考“八省联考”高考物理适应性试卷]为了验证小球在竖直平面内摆动过程的机械能

是否守恒，利用如图(a)装置，不可伸长的轻绳一端系住一小球，另一端连接力传感器，小球质量为例球

心到悬挂点的距离为。小球释放的位置到最低点的高度差为h,实验记录轻绳拉力大小随时间的变化如图

(b),其中7是实验中测得的最大拉力值，重力加速度为g,请回答以下问题：

(1)小球第一次运动至最低点的过程，重力势能的减少量AEp=,动能的增加量△

Ek=_____.(均用题中所给字母表示)

(2)观察图(b)中拉力峰值随时间变化规律，试分析造成这一结果的主要原因：.

(3)为减小实验误差，实验时应选用密度(选填“较大”或“较小”)的小球。

【答案】(l)mgh；i(Fm-mg)L；(2)小球在运动过程中受到空气阻力的作用，机械能减少，每次经过最低

点时速度越来越小；(3)较大。

【解析】

(1)明确摆动过程重力所做的功，从而得到重力势能的减小量；再根据向心力公式进行分析，由牛顿笫二定

律列式求解动能的增加量；

(2)拉力的峰值随时间的增加而减小，说明机械能在减少，由此分析实验误差的原因；

(3)为减小实验误差，应选用密度较大的小球。

本题利用小球摆动过程中重力势能和动能的变化验证机械能守恒定律，要注意明确重力势能和动能的推导

过程，明确向心力公式的应用。

【解答】

(1)小球释放的位置到最低点的高度差为h,小球第一次运动到最低点的过程中，重力做正功mgh,故重力

势能减少量为△Ep=mgh,

设小球第一次运动到最低点时速度大小为V,轻绳拉力和重力的合力提供向心力，由牛顿第二定律及圆周运

2

动知识得：Fm-mg=%

故小球的动能增加量为：AE*=-mg)L；

(2)根据图(b)可知，拉力的峰值随时间的增加而减小，经分析可知小球在运动过程中受到空气阻力的作用，

机械能减少，每次经过最低点时速度越来越小。

(3)为了减小小球所受空气阻力，应选用密度较大的小球。

故答案为：(l)mgh；i(Fm-mg)L;(2)小球在运动过程中受到空气阻力的作用，机械能减少，每次经过最

低点时速度越来越小；(3)较大。

8.[2021年江苏省淮安市清江浦区淮阴中学高考物理模拟试荀某实验小组利用如图甲所示的实验装置来测

量匀加速直线运动的加速度。滑块上的左右端各有一个完全一样的遮光板。若光线被遮光板遮挡，光电传

感器会输出高电平。滑块在细线的牵引下向左加速运动,遮光板1、2分别经过光电传感器时，通过计算机

可以得到如图乙所示的电压随时间变化的图像。

(1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，则图乙中的t2,打、Q间满足关

系,则说明气垫导轨已经水平。

(2)如图丙所示，用游标卡尺测量遮光板的宽度d,挂上钩码后，将滑块由如图甲所示位置释放，通过

光电传感器和计算机得到的图像如图乙所示，若口、t2、t3、t4和d已知，则遮光板1和遮光板2在经

过光电传感器过程中的平均速度分别为、(用已知量的字母表示)。

(3)在(2)情况下，滑块运动的加速度a=(用已知量的字母表示)。

【答案】(1"4-t3=­(2)—^—：~；⑶J：--(7^~T~r^T-)°

t2-tit4-t3t4+t3-t2-ti\t4-t3t2-ti/

【解析】

【分析】

(1)如果遮光条通过光电门的时间相等，说明遮光条做匀速运动，即说明气垫导轨已经水平。

(2)根据v=W求出平均速度。

(3)根据a=三求解加速度。

掌握游标卡尺的读数方法，了解光电门测量瞬时速度的原理，注意求解加速度时时间的选取。

【解答】

(1)开始实验前，必须对装置进行调节，使气垫导轨处于水平状态，调节后轻推滑块，滑块将做匀速运动。

故滑块前后两块宽度相同的遮光板通过光电传感器的时间是相等的，即t4-t3=t2-t*

(2)挂上钩码后，滑块做加速运动，由丫=答，则有遮光板1和遮光板2在经过光电传感器过程中的平均速

度分别为高和会

(3)取ti到t2的时间中点，t3到t4的时间中点，由加速度的定义a=£得：2=(消；一六)/(空一晋)=

2d(六一六)

故答案为：(I)t4-t3=t2-ti；(2)六；六；(3)一六)。

9.[2021年安徽省蚌埠市高考物理:模试卷|某同学利用图a所示装置验证动能定理。

(1)把木板的一端垫高，以补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力。调节木板的倾斜度，使小车在不

受牵引时能拖动纸带沿木板做运动。将槽码、小车、打点计时器、纸带安装好。接通电源，

槽码下落，带动小车运动并打出纸带。

(2)某次实验得到的纸带及相关数据如图6所示，相邻两点的时间间隔为0.02s,从图(b)给出的数据中

可以得到，打出6点时小车的速度大小为=m/s,打出。点时小车的速度大小

2

vP=m/s.若槽码的质量为50g,^^9.8m/s,则从8到。的过程中，合力对小车做的功

W=__________/.(结果均保留2位小数)

(3)根据该方案计算出小车动能的增量/Ek总会略小于他其原因是o

【答案】(1)匀速(或匀速宜线)；(2)0.36,1.80,0.25；(3)小车所受的合力(细线的拉力)小于槽码所受的重

力(其他合理答案均可)。

【解析】

【分析】

本题考查了验证动能定理的实验，解决实验问题，主要是知道实验原理，掌握实验步骤，会处理实验数据

以及误差分析。

【解答】

(1)平衡摩擦力最终使使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动；

(2)根据匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等

于这段时间内的平均速度可得B点和P点的速度

分别为：

(4.00-2.56)XIO7(57.86-50.66)X10-2

v=--------------m/s=0.36m/sv=-------■---------m/s=1.80m/s

B乙nnX7U.U4P乙U.U/

2

从B到P的过程中，合力对小车做的功W=mglBP=0.05x9.8x(54.20-3.22)x10-J=0.25J；

(3)挂上槽码之后，二者仪器加速运动，槽码的重力大于绳子的拉力，所以根据该方案计算出小车动能的增

量△Ek总会略小于W,其原因是小车所受的合力(细线的拉力)小于槽码所受的重力。

10.[2021年云南师大附中高考物理适应性试卷(七)]某同学用如图甲所示装置“验证机械能守恒定律”时，

得到如图乙所示的纸带.选取纸带上打出的连续五个点/、B、aD、E,测出/点距起始点。的距离为So,

点。、C间的距离为Si，点0、E间的距离为S2,测得重物的质量为加已知当地重力加速度为g,打点计时

器打点周期为。

电磁打点

计时器

纸带

限位孔

重物

甲

(1)下列做法正确的有(填正确答案序号)。

A.必须要称出重物和夹子的质量

B.图中两限位孔必须在同一竖直线上

C将连着重物的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计时器

D.数据处理时，可以选择任一点迹清晰的点作为。点

£数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置

(2)选取。、。两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少的重力势能是，重物增加的动

能是________;在误差允许范围内若两者相等，即验证了机械能守恒定律。

【答案】(1)B；(2)mgs「(m(*)。

【解析】

本题主要考查了“验证机械能守恒定律”的实验的原理，要求同学们J'解其实验仪器及实验过程，会根据

机械能守恒定律求出图象的函数表达式。

(1)根据实验原理与实验注意事项分析解答；

(2)重物减少的重力势能为mgh,根据在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速

度，可以求出打下记数点C时的速度大小，应用动能的计算公式求出动能大小。

【解答】

(1)A.由于质量可以约掉，故不用称出重物和夹子的质量，故A错误；

B.为了减小纸带与限位孔之间的摩擦图甲中两限位孔必须在同一竖直线，故B正确；

C.为了保证纸带在竖直方向做自由落体，实验前，手应提住纸带上端，并使纸带竖直，且让重物靠近打点

计时器，故C错误：

D.实验时，由于0点为开始下落的点，速度为零，故0点不能任意选取，故D错误；

E.为了减小测量数据h的相对误差，数据处理时，应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置，故E错

误。

故选：B；

(2)重物减少的重力势能为：△Ep=mgh=mgs］；

打下C点时的速度：vc=鬻，

2

2

打下C点时的动能；Ek=|mvc«

故答案为：(1)B；(2)mgsr|m(^)。

11.［2021年安徽省A10联盟高考物理开年试卷］某同学用如图甲所示装置研究物块的匀变速直线运动。

纸^插头

甲

(1)实验所用的打点计时器如图乙所示，该打点计时器所用的电源是()

44〜6,的交流电B.4〜6V的直流电C.220V的交流电

(2)实验中得到一条清晰的纸带如下图所示，并在其上取4、B、aD、E、F、67个点。

q

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以打/点为计时零点，以e为横坐标、式其中d为各点到/点的距离，力表示4点到各点的运动时间)为

纵坐标，得到图象的斜率为％则加速度的大小为:图线与纵轴的交点表示的物理意义是：

(3)该同学认为：图象中的图线与时间轴围成的面积表示物块在力时间内运动的位移大小。他的观

点是(选填“正确”或“错误”)的。

【答案】(1)C；(2)2k；打A点时物块的速度；(3)错误

【解析】

本题主要考查实验：研究匀变速直线运动的规律，解题的关键是熟悉相关仪器，掌握实验原理，由实验原

理出发去进行解题。

(1)由图可知，打点计时器有墨粉纸盘，是电火花打点计时器，所用电为220V交流电。

(2)由位移公式分析图象的斜率以及纵轴交点的物理意义。

(3)纵轴F表示的是一段时间内的平均速度，故图象中图象与时间轴围成的面积不能