高考物理二轮复习八力学实验教学案

专题八力学实验

考情分析

202020202020

T11：探究小磁铁在铜管

TU：验证机械能守恒定T10；探究恒力做功与物

力学实验中下落时受电磁阻尼作

律体动能变化的关系

用的运动规律

命题解读

本专题有五个实验，分别为“速度随时间变化的规律”、“力的平行四边形定则”、“加速度与物体质

量、物体受力的关系”、“探窕动能定理”、“验证机械能守恒定律”，其中“探究动能定理”为2020

年江苏考纲新增实验。从三年命题情况看，命题特点为：

(1)注重基础。如各种器材的特性、使用等，一般穿插在综合问题中命题。

(2)提倡创新。如以考纲中的几个实验原理为立足点，合理创新，考查学生的实验能力，突出选拔功能。

整体难度偏难，命题指数★★★★★,复习目标是达B冲A。

I课前演练I一轮复习哈收明确於局方向

1.(2020•江苏清江中学模拟)在“探究力的平行四边形定则”的实验中，两只弹簧测力计拉力R(4个格

长)和F2已于图中作出了他们的图示，0点是橡皮条的一个端点，图中每格长度代表1N。

(1)用作图法作出合力F的图示；

(2)合力方向与R的夹角为；

(3)保持0点位置不变，Fi方向也不变，让R、尺夹角由90°逐渐增大，则R大小(填“增大”

或“减小”)。

解析(1)以R和F?为邻边作平行四边形，与R和F2共点的对角线表示合力F,标上箭头，具体如图甲所

ZJSo

F，3

(2)合力方向与Fi的夹角为tan6=F=7»即。=37°。

ri4

(3)因为合力不变，用的方向不变，当Fi、&的夹角增大时，如图乙所示，可知R增大。

答案(D如解析图所示(2)37°(3)增大

2.(2020•江苏七校联考)在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的

纸带，如图2所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G等7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点

图中没有画出。打点计时器接频率为f=50Hz的交流电源。

4(1)每两个相邻的计数点的时间间隔为S,打点计时器使用的是.(选填“交流”或“直

流”)电源;

ABCDEFG

fTrTTTT

-----4一•

:•"，一

图2

=

(2)打下E点时纸带的速度vE(用题中给定字母表示);

m/s2；

(3)若测得de=65.00cm,d3=19.00cm,物体的加速度a=

(4)如果当时电网中交变电流的频率f>50Hz,但当时做实验的同学并不知道，那么测得的加速度值比真

实值(选填“偏大”或“偏小”)。

解析(1)每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出，所以相邻的计数点之间的时间间隔为At=5T

=0.1s,打点计时器使用的是交流电源。

-

ds—d3(dsda)f

(2)利用匀变速直线运动的推论得VE

10T10

(3)根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT?可得

XDG-XAD________(d6―(13)—d3.2

a=(3X5T)2=(3X0.1)2=3,00*°

(4)如果在某次实验中，交流电的频率f>50Hz,那么实际打点周期变小，根据运动学公式Ax=aT2知真

实的加速度值就会偏大，所以测量的加速度值与真实的加速度值相比是偏小。

答案(1)0.1s交流(2)f(3)3.00m/s?

10

(4)偏小

3.(2020•江苏徐州市徐州、宿迁、连云港、淮安四市模拟)用图3所示装置验证机械能守恒定律。实验

前调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门。实验中通过断开电磁铁开关使小球从A点下落，

经过光电门B,记录挡光时间At,测出小球在AB间下落的距离h。竖直平移光电门B,重复上述步骤，

测得多组h及相应的At,已知当地重力加速度为g。

图3

(1)实验中还需测量的物理量是»

(2)小球通过光电门速度的表达式为v=。

(3)根据测量数据描绘/一h图象，能否仅依据图象是过原点的直线就得出机械能守恒的结论？

，理由是O

解析(D题中要验证的关系式是mgh=5v2,即v?=2gh,其中的v由通过光电门求得v=g,可知实验

中还需测量的物理量是小球的直径do

(2)小球通过光电门速度的表达式为v=1p

⑶根据v?=2gh,即借，=2gh,即(六)=翁

I9g

可知中一h图象是一条过原点且斜率为d的直线，但仅依据图象是过原点的直线不能得出机械能守恒的

结论，还要看斜率是否近似等于当。

a

答案(1)小球直径d(2)—(3)不能；斜率近似等于子，才能判断小球下落过程中机械能守恒

考京突破I热点高效突破提升应试技能

考向n基本仪器的使用和读数

i.关于基本仪器的使用

(1)游标卡尺：测外径或厚度在卡脚下方测量，不能将小测量物靠近主尺放置；要认准游标“0”刻度在

哪，读数时应轻轻“锁定”游标。

(2)螺旋测微器：测量长度较小的物体；要注意0.5mm刻度线在上方还是下方；听到“咯、咯”声之后要

换用微调；读数时应轻轻“锁定”可动部分。

（3）弹簧测力计：使用前应校零，选择弹簧测力计时，要选力的方向通过弹簧轴线的，必要时要选对拉时

读数相同的弹簧测力计。

（4）打点计时器：电火花打点计时器使用的是220V交流电源；电磁打点计时器使用的是低压6V以下交

流电源。

2.关于基本仪器的读数

（1）注意使用的刻度尺或弹簧测力计的最小分度值，应估读到其最小分度的看，读数或测量值为：整数部

分（单位）+*格最小分度（单位），统一单位后得最后结果。

（2）游标卡尺的读数：注意游标卡尺的精度是多少（即游标部分格数的倒数），测量时还要注意看准是第几

（用n表示）条游标刻度线与主尺上的某条刻度线对齐，三种游标卡尺的读数见下表

游标尺/mm

刻度总长每小格与1精度测量结果（游标尺上第n个刻线与

刻度格数

度毫米差/mm主尺上的某刻度线对正时）/mm

1090.10.1主尺上读的毫米数+0.In

20190.050.05主尺上读的毫米数+0.05n

50490.020.02主尺上读的毫米数+0.02n

注意：①读数最后的“0”不能丢。如20分度的游标卡尺游标尺上偶数条刻度线与主尺上的某一刻度线

对齐或50分度的游标卡尺游标尺上“5”的整数倍条刻度线与主尺上的某一刻度线对齐等。

②读数时两次单位要统一，都用mm,最后根据题目要求转换单位。

③游标卡尺不需要估读。

（3）螺旋测微器的读数：测量值=固定刻度整毫米数+半毫米数+可动刻度读数（含估读）0.01mm。

【例1】（2020•江苏泰州中学高三5月质检）（1）如图4甲所示，螺旋测微器的读数为mmo

（2）某学习小组在探究加速度与力、质量的关系时，采用图乙所示的装置，通过改变小托盘和祛码总质量

m来改变小车受到的合外力，通过加减钩码来改变小车总质量Mo

①实验中需要平衡摩擦力，应当取下（选填“小车上的钩码”“小托盘和硅码”或“纸带”）,

将木板右端适当垫高，直至小车在长木板上运动时，纸带上打出来的点。

1)1235

x,»|«X3.V|—

丙

图4

②图丙为实验中得到的一条纸带的一部分，0、1、2、3、4、5、6为计数点，相邻两计数点间还有4个打

点未画出，所用交流电的频率为50Hz,从纸带上测出xi=3.20cm,x2=4.74cm,x3=6.30cm,x<=7.85

（结果保留三位有效数字）

cm,X5=9.41cm,xe=10.96cm,小车运动的加速度大小为.

解析（1）螺旋测微器的读数为

d=5.5mm+17.00.01mm=5.670mm.

（2）①实验中需要平衡摩擦力，应当取下小托盘和祛码，将木板右端适当垫高，直至小车在长木板上运动

时，纸带上打出来的点间距相等。

2

②根据匀变速直线运动的推论公式Ax=aT>其中T=0.1s,可以求出加速度的大小，x4-x1=3a1T,x5

ai+a?+a3

-x=3aT2,X6—X3=3a3T2,为了更加准确的求解加速度，我们对三个加速度取平均值，a=

223

解得a=l.55m/s2o

答案（1）5.670mm（2）①小托盘和祛码间距相等②1.55m/s?

【变式11（2020•南京、盐城高三一模）（1）用游标卡尺测量小球的直径如图5甲、乙所示。测量方法正

确的是.（选填“甲”或“乙”）。

图5

（2）用螺旋测微器测量合金丝的直径，如图6,此示数为mm。

图6

（3）在“用打点计时器测速度”的实验中，交流电源频率为50Hz,打出一段纸带如图7所示。纸带经过

计数点2时，测得的瞬时速度丫=m/s,若实验时交流电源频率大于50Hz,则纸带经过2号点的

实际速度.（选填“大于”“小于”“等于”）测量速度。

24

・•单仅:[cm

3.523.68X83-

图7

解析(1)甲图中夹小球的两个测爪为外测爪，测物体的外径，所以甲正确。

(2)由螺旋测微器的读数方法，可知d=6.5mm+20.00.01mm=6.700mm.

/c、““上c由田生xi+xz(3.52+3.68)XIO-xdx2(xi+xz)f»°

=

(3)计数点2的速度v=01v(->1in/s—0.36m/s；flffv—„vRT77，若f

ZAtzAu.1ZXbl1U

>50Hz,则实际速度大于测量速度。

答案(1)甲(2)6.700(3)0.36大于

考向2基本实验方法与数据处理

1.力学实验的基本方法

力学实验的基本方法就是测量力、位移、时间等的方法。测力可以用弹簧测力计，也可以用天平测出质

量求得力，还可以根据牛顿运动定律或动能定理等测出相关物理量来求得力。测位移主要用到打点计时

器、频闪照相、位移传感器结合示波器或给定图象和用测长度的仪器测量，也可以根据牛顿运动定律或

动能定理等求得相关物理量来求得位移。测时间主要用到打点计时器、秒表、光电门等仪器，也可根据

题目中已知装置、图象结合相关规律求得时间。

2.数据处理方法

(1)作图法。作图必须规范，要有两个箭头、两个物理量及单位，标度必须标注完整，要使图线分布在坐

标纸的较大区域内，要根据两个坐标轴物理量间的关系考虑是拟合直线还是平滑的曲线，还要考虑截距

的物理意义。

(2)数学方法。

①“平均速度法”求速度：

②“逐差法”求加速度：设相邻相同时间T内物体的位移分别为XI、X2…Xn,加速度

(X4+X5+X6)—(X1+X2+X3)

a=0

3.有效数字的位数：从左侧第一个不为零的数字起到最末一位数字止，共有几个数字，就是几位有效数

字。

4.误差

(1)由于仪器不精确、方法粗略、原理不完善等产生的是系统误差，特点是测量值总偏大或偏小。

(2)由于各偶然因素对实验者、测量仪器、被测量的影响而产生的误差是偶然误差，特点是有时偏大有时

偏小，可用多次测量求平均值减小偶然误差。

[例2](2020•南通高三第二次调研)探究外力做功与物体动能变化关系的实验装置如图8所示，根据

实验中力传感器读数和电磁打点计时器打出纸带的测量数据等可分别求得外力对小车做功和小车动能的

变化。

(1)关于该实验，下列说法正确的有。

A.调整垫块的高度，改变钩码质量，使小车能在木板上做匀速运动

B.调整滑轮的高度，使连接小车的细线与木板平行

C.实验中要始终满足钩码的质量远小于小车质量

D.若纸带上打出的是短线，可能是小车运动的速度过快

(2)除了图中所注明的器材外，实验中还需要交流电源、导线、刻度尺和o

(3)某次实验中打出了一根纸带，其中一部分如图9所示，各个打点是连续的计时点，A、B、D、E、F各

点与0点的距离如图，若小车质量为m、打点周期为T,且已读出这次实验过程中力传感器的读数F,则

A、E两点间外力做功讨=,小车动能变化AEk=;在不同次实验中测得多组外力做功队

和动能变化AE"的数据，作出W-AEk图象如图10所示，图线斜率约等于1,由此得到结论是

(4)每次实验结果显示，拉力F做的功W总略小于小车动能的变化AEk,请分析出现这种情况的可能原因

_____________________________________________________________.(写出］条)

解析(1)调整垫块的高度，不挂钩码使小车能在木板上做匀速运动，A项错误；调整滑轮的高度，使连

接小车的细线与木板平行，确保拉力与小车运动方向平行，B项正确；因为实验中用的拉力传感器，所以

不需要满足实验中要始终满足钩码的质量远小于小车质量，C项错误；若小车运动的速度过快或者振针距

离纸带太近，都会造成纸带上打出的是短线，D项正确。

(2)需要天平测量小车的质量。

(3)力传感器的读数F,位移为S4-S”所以钩码对小车拉力做功为F(S4-SJ。小车动能变化一

1m力=死前2一零)2=错误!。若拉力做功与动能变化量相等，说明外力对物体所做的功等于物体

动能的增量。

(4)拉力F做的功W总略小于小车动能的变化△Ek,说明有其他动力做功，即平衡摩擦力时木板垫得偏

高。

答案(1)BD(2)天平(3)F(s,-sJ错误！

外力对物体所做的功等于物体动能的增量(4)平衡摩擦力时木板垫得偏高

【变式2](2020•海安、南外、金陵三校联考)某同学采用如图11所示的装置研究匀变速直线运动。打

点计时器工作频率为50Hz,

该同学的操作步骤如下：

a.将木板的左端垫起，平衡小车的摩擦力；

b.在小车中放入祛码，纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；

c.将小车停在打点计时器附近，接通电源，释放小车，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一系列

的点，断开电源：

d.改变钩码或小车中祛码的质量，更换纸带，重复b、c操作。

(1)设钩码质量为叫、祛码和小车总质量为叫，重力加速度为g,则小车的加速度为a=(用题中

所给字母表示)O

(2)图12是某次实验中得到的一条纸带，在纸带上取计数点0、A、B、C、D和E,用最小刻度是毫米的刻

度尺进行测量，读出各计数点对应的刻度x,通过计算得到各计数点到0的距离s以及对应时刻小车的瞬

时速度V。某同学不小心将计数点C的数据弄模糊了，请你将C点对应的数据填在下表中的相应位置。

|[411|¥川1市1|111向力帮中川|川东|甲1114甲叫11片111|11【1向1即甲|品|

|。I23-567KI。II12巾|

图12

计数点x/cms/cmv/(m•s-1)

01.000.30

A2.341.340.38

B4.043.040.46

C

D8.337.330.61

E10.909.900.70

图13

（3）实验小组通过绘制△v2-s图线来分析运动规律（其中△v2=v2-v?,v是各计数点对应时刻小车的瞬时

速度，V。是0点对应时刻小车的瞬时速度）。他们根据实验数据在图中标出了0、A、B、C、D、E对应的坐

标点，请你在图13中画出Av'-s图线。

（4）绘制的Av'-s图线的斜率k=（用题中所给字母表示），若发现该斜率大于理论值，其原因可

能^________________________________________________

答案（1）」詈（2）6.005.000.54（3）图线如图所示

叫十1112

Afr/(m2,s-2)

0.2

°46B10.5/cm

⑷聋

木板的左侧垫得过高

nh十m2

考向3力学实验设计

“长木板（带滑轮）、小车、纸带、打点计时器”体系装置，主要来研究速度随时间的变化、加速度与物

体质量、物体受力的关系、探究动能定理、验证机械能守恒以及测定动摩擦因数等几个实验。“长木

板、小车、纸带、打点计时器”实验装置中的细节及注意事项如下：

（1）在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”、“探究动能定理”的实验中，都需要平衡摩擦力。

平衡摩擦力的方法是将小车放在木板上，把木板不带滑轮的一端垫高，在小车后面接一条纸带，穿过打

点计时器，让小车在没有牵引力的情况下恰能匀速下滑。

(2)在测定动摩擦因数的实验中，木板必须水平，细线必须与长木板平行，这样才能使压力等于木块的重

力，细线对木块的拉力沿水平方向。

(3)小车在长木板上做匀加速直线运动时，绳上的拉力并不等于悬挂物的重力，只有当M车挂时，绳上

的力近似等于悬挂物的重力。如果绳上连接着力传感器或测力器，则可直接读出绳上的拉力，不需要M车

»m挂。

(4)对于纸带，常见有以下三大应用：①由纸带确定时间；②求解瞬时速度；③用“逐差法”求加速度。

但有些实验用光电门代替打点计时器来完成瞬时速度和加速度的测量，具体做法如下：①求瞬时速度：

把遮光条(宽度为d)通过光电门的时间At内的平均速度看做物体经过光电门的瞬时速度，即v=[p②

求加速度：若两个光电门之间的距离为L,则利用速度与位移的关系可求加速度，即2=错误!。

[例3](2020•常州一模)如图14为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实际装置示意图。实验步骤

如下：

①用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m,用游标卡尺测量遮光片的宽度d,用米尺测量两

光电门之间的距离s。

光电门光电门

遮光片n3细在«

物种。细线q卡|

&重物

图14

②调整轻滑轮，使细线水平。

③让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时

间AtA和AtB,求加速度a。

④多次重复步骤③，求a的平均值a。

⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数Uo

回答下列问题：

(1)用20分度的游标卡尺测量d时的示数如图15所示，其读数为<

123

05101520

图15

(2)物块的加速度a可用d、s、△匕和公如表示为@=.

(3)动摩擦因数u可用M、m、a和重力加速度g表示为u=。

(4)如果滑轮略向下倾斜，使细线没有完全调节水平，由此测得的口(填“偏大”或'‘偏小”)；

这一误差属于(填“偶然误差”或“系统误差”)。

解析(1)游标卡尺的游标尺第10根与主尺相齐，故读数为0.9cm+0.05mml0=0.950cm。

(2)根据2as=M—v；和丫=喘

(3)根据mg-PMg=(M+m)a得出u=mg-\

Mg

(4)倾斜细线的拉力有垂直板向下的分量，实际增大了正压力，实验结论则是测得的U偏大，这是由于

器材和实验原理造成的误差，是系统误差。

答案(1)0.950⑵笠图2一圈2]

mg—(M+m)a...

(3)-----r;------(4)偏大系统误差

Mg

【变式3](2020•江苏扬州中学高三期初考)(1)如图16所示为某同学所安装的“验证牛顿第二定律”

的实验装置。

①在“验证牛顿第二定律”的实验中，为了使小车受到合外力等于祛码和祛码盘的总重量，通常采用如

下两个措施：

A.平衡摩擦力：将长木板无滑轮的一端下面垫一小木块，反复移动木块的位置，直到小车在祛码盘的拉

动下带动纸带与小车一起做匀速直线运动；

B.在调整祛码多少的过程中，要保证祛码和祛码盘的总质量m远小于小车和祛码的总质量Mo

以上哪一个措施中有何重大错误？(说明错误点)

②如图17是上述实验打出的一条纸带，已知打点计时器的打点周期是0.02s,结合图中给出的数据(单

位cm),求出小车运动加速度的大小为m/s%并求出纸带中P点瞬时速度大小为m/s»

(计算结果均保留2位有效数字)

OABCDPE

Wtt.4丁&行9.6«*10.33土10.95"

图17

(2)某实验小组设计了如图18(a)所示的实验装置，通过改变重物的质量，利用计算机可得滑块运动的加

速度a和所受拉力F的关系图象。他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a-F

图线，如图⑹所示。

图18

①图线是在轨道左侧抬高成为斜面情况下得到的(选填“甲”或“乙”)；

②滑块和位移传感器发射部分的总质量m=kg；滑块和轨道间的动摩擦因数N=o

解析(1)①A有错误，平衡摩擦力时不能悬挂祛码盘。

②设0到A之间的距离为x“以后各段分别为X2、X3、X”、xs、X6,根据匀变速直线运动的推论公式Ax=

22

aT?可以求出加速度的大小，得X4—xi=3aiT,x5—x2=3a2T；x6—x3=3a3T；为了更加准确的求解加速

度，我们对三个加速度取平均值得a=；(ai+az+a3),即小车运动的加速度计算表达式为

(0.0968+0.1033+0.1095)-(0.0774+0.0841+0.0905),2,八.2

a=9X(0.04)21n/s=4,0m/s'

纸带中P点瞬时速度大小为VP=^^m/s=2.6m/s

U.UZAZ

(2)①由图象可知，当F=0时，aWO。也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度，该同学实验操作

中平衡摩擦力过度，即倾角过大，平衡摩擦力时木板的右端垫得过高。所以图线甲是在轨道左侧抬高成

为斜面情况下得到的。

F

②根据F=ma得a=-,所以滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图象斜率等于滑块和位移传感器发

m

射部分的总质量的倒数。由图形b得加速度a和所受拉力F的关系图象斜率k=2,所以滑块和位移传感

器发射部分的总质量m=0.5kg；由图形b得在水平轨道上F=1N时，加速度a=0,根据牛顿第二定

律得F—umg=O,解得u=0.2。

答案(1)①A有错误，平衡摩擦力时不能悬挂祛码盘

②4.02.6(2)①甲②0.50.2

课后作业I精选模拟演练保B冲A必做

1.(2020•江苏启东中学高三月考)在探究求合力的方法时，先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一

端系上带有绳套的两根细绳。实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度

地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条。

(1)实验对两次拉伸橡皮条的要求中，下列哪些说法是正确的()

A.将橡皮条拉伸相同长度即可

B.将橡皮条沿相同方向拉即可

C.将弹簧秤都拉伸到相同刻度

D.将橡皮条和绳的结点拉到相同位置

(2)同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是()

A.两细绳必须等长

B.弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行

C.用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大

D.拉橡皮条的细绳要短些

解析(1)本实验的目的是为了验证力的平行四边形定则，即研究合力与分力的关系。根据合力与分力是

等效的，本实验橡皮条两次沿相同方向拉伸的长度要相同。故A、B错误；在白纸上标下第一次橡皮条和

绳的结点的位置，第二次将橡皮条和绳的结点拉到相同位置，表明两次效果相同，即两个拉力和一个拉

力等效，而弹簧秤不必拉到相同刻度，故C错误，D正确。

(2)细线的作用是能显示出力的方向，所以不一定等长。故A错误；弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平

行，故B正确；用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数适当大一些，但是不需要示数之差尽可能大，故C

错误；为了减小误差，拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些，故D错误。

答案(1)D(2)B

2.(2020•江苏泰兴中学高三阶段性检测)某实验小组利用如图1所示的气垫导轨实验装置来探究合力一

定时，物体的加速度与质量之间的关系。

(1)做实验时，将滑块从图所示位置由静止释放，由数字计时器(图中未画出)可读出遮光条通过光电门

1、2的时间(遮光条的遮光时间)分别为△七、At2；用刻度尺测得两个光电门中心之间的距离x,遮光条

宽度do则滑块经过光电门1时的速度表达式V1=；经过光电门2时的速度表达式v2=

,滑块加速度的表达式a=。(以上表达式均用已知字母表示)。

(2)为了保持滑块所受的合力不变，可改变滑块质量M和气垫导轨右端高度h。关于“改变滑块质量M和

气垫导轨右端高度h”的正确操作方法是.

A.M增大时，h增大，以保持二者乘积增大

B.M增大时，h减小，以保持二者乘积不变

C.M减小时，h增大，以保持二者乘积不变

D.M减小时，h减小，以保持二者乘积减小

解析（1）滑块经过光电门1时的速度表达式5=条，经过光电门2时的速度表达式刈=七，滑块加速

度

a=错误!=错误!。

（2）滑块的合力F杳=M£,为了保持滑块所受的合力不变，所以M和h不能同时增大或减小。故选B、C。

答案。味此邕阂②BC

3.（2020•江苏仪征中学期初考）某实验小组利用弹簧秤和刻度尺，测量滑块在木板上运动的最大速度。

实验步骤如下：

①用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力，记作G；

②将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上，通过水平细绳和固定弹簧秤相连，如图2甲所示。在A端向右拉

动木板，等弹簧秤读数稳定后，将读数记作F；

③改变滑块上橡皮泥的质量，重复步骤①②；实验数据如下表所示：

G/N1.502.002.503.003.504.00

F/N0.620.830.991.221.371.61

④如图乙所示，将木板固定在水平桌面上，滑块置于木板上左端C处，细绳跨过定滑轮分别与滑块和重

物P连接，保持滑块静止，测量重物P离地面的高度h；

⑤滑块由静止释放后开始运动，最终停在木板上D点（未与滑轮碰撞），测量C、D间距离s.

完成下列作图和填空：

（1）根据表中数据在给定的坐标纸上作出F-G图线。

FZN

（Hn1.52.0253.03.51.04.5G/N

（2）由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数N=（保留2位有效数字）。

（3）滑块最大速度的大小v=（用h、s、口和重力加速度g表示）。

图2

解析(1)根据描点法在F-G图象上描出各点，再连接起来，如图所示。

Z7N

.8

.(»

2

(I

?：

(，

IO152D2530354X)4.5G/N

16—04

(2)由图甲可知F=RG,则F—G图象上的直线的斜率代表P值的大小,由F-G图象可知N=“E=

0.40,

(3)当重物P刚好下落到地面时，滑块的速度v最大，此时滑块的位移为h,此后滑块做加速度为Ng的

匀减速运动，由公式v2-v？=2as知滑块的最大速度v皿满足：

VL=2ug(s—h),则&=弋2Jg(s—h)。

答案(1)见解析图(2)0.40(0.38、0.39、0.41、0.42均正确)(3)d2ug(s-h)

4.(2020•南京、盐城高三二模)如图3所示，某研究性学习小组为探究“物体的动能与速度关系”设计

了如下实验：平直轨道B固定在水平桌面上。弹射装置A固定于轨道上，小球被劲度系数较大的压缩弹簧

弹出后从轨道端点0滑出做平抛运动落到地面。已知弹簧的弹性势能的表达式为瓦=权*2,式中的k为弹

簧的劲度系数，x为弹簧的形变量。

AC

B0

图3

(1)为减少实验误差，弹射装置距离轨道端点0应该(选填“近些”或“远些”)。

(2)要探究动能与速度的关系，实验中是否一定要测量桌面的高度，(选填“是”或“否”).

(3)在实验过程中改变弹簧的压缩量x,并测出与其对应的小球做平抛运动的水平位移s。实验数据如下

表所示。

次数12345

x(cm)1.02.03.04.05.0

s（m）0.320.650.951.081.60

在坐标纸中根据已描出的点作出合理的图线。

s/m

12X45x/cm

（4）根据（3）中所作出的图象，可以得出动能Ek与速度v的关系：o请简要说明理由，。

解析（D为了减小摩擦力做功，弹射装置距离轨道端点0应该近点。

（2）要探窕动能与速度的关系，实验中是不要测量桌面的高度。

答案（1）近些（2）否（3）如图所示（4）Ek8V2或者Ek=kv2理由：能量守恒Ek=E”由题意

所以Ep^x?,由图x°=s,由平抛运动s°=v,所以Ek8V2。

s/m

12345”cm

5.（2020•江苏泰州中学段考）如图4甲所示的装置叫做阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德

（G•Atwood1746—1807）创制的一种著名力学实验装置，用来研窕匀变速直线运动的规律。某同学对该

装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示。

图4

（1）实验时，该同学进行了如下步骤:

①将质量均为M（A的含挡光片、B的含挂钩）的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态。测量

出________（填“A的上表面”“A的下表面”或“挡光片中心”）到光电门中心的竖直距离h«

②在B的下端挂上质量为m的物块C,让系统（重物A、B以及物块C）中的物体由静止开始运动，光电门记

录挡光片挡光的时间为At。

③测出挡光片的宽度d,计算有关物理量，验证机械能守恒定律。

(2)如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒，应满足的关系式为(已知重力加速

度为g).

(3)引起该实验系统误差的原因有___________________________________________

(写一条即可)。

(4)验证实验结束后，该同学突发奇想：如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒，不断增大物块C

的质量m,重物B的加速度a也将不断增大，那么a与m之间有怎样的定量关系？a随m增大会趋于一个

什么值？请你帮该同学解决。

①写出a与m之间的关系式(还要用到M和g)：。

②a的值会趋于.

解析(1)验证机械能守恒定律的原理是系统重力势能的减少量等于系统动能的增加量。即需要测量系统

重力势能的变化量，则应该测量出挡光片中心到光电门中心的距离。

(2)系统重力势能的减小量AEp=mgh,系统的末速度为丫=£,系统动能的增加量为AEk=J(2M+m)v2=

若系统机械能守恒，则有mgh=，(2M+m)(［，。

(3)系统机械能守恒的条件是只有重力做功，引起实验误差的原因可能有：绳子有质量、滑轮与绳子之间

有摩擦、重物运动受到空气阻力等。

(4)根据牛顿第二定律得，系统所受的合力为mg,由牛顿第二定律mg=(2M+m)a,则系统加速度为a=

悬;=/-,当m不断增大，则a趋向于g。

十mZM

一+1

m

答案⑴挡光片中心⑵mgh="(2M+m)Kj(3)绳子有质量、滑轮与绳子之间有摩擦、重物运动

受到空气阻力等(4)①②重力加速度g

6.(2020•江苏南通市如东县、徐州市丰县高三联考)如图5所示，用光电门等器材验证机械能守恒定

律。直径为d、质量为m的金属小球由A处静止释放，下落过程中经过A处正下方的B处固定的光电门，

测得A、B间的距离为H(H»d),光电门测出小球通过光电门的时间为t,当地的重力加速度为g,则

A<?金属球

古一1光电门

数据采集器

图5

(1)小球通过光电门B时的速度表达式；

(2)多次改变高度H,重复上述实验，描点作出±随H的变化图象，若作出的图线为通过坐标原点的直线，

且斜率为,可判断小球下落过程中机械能守恒；

(3)实验中发现动能增加量AEk总是小于重力势能减少量增加下落高度后，贝！1(AAE。将

(选填”增加”“减小”或“不变”)；

(4)小明用AB段的运动来验证机械能守恒时，他用VB=］萩计算与B点对应的重锤的瞬时速度，得到动

能的增加量，你认为这种做法正确还是错误？

答:。理由是。

解析(1)小球通过光电门B时的速度v=|)

(2)若减小的重力势能等于增加的动能时，可以认为机械能守恒，则有mgH=1mv2,即2gH=限)，解得/

=靠，故±—H变化图象的斜率1<=条

(3)由于该过程中有阻力做功，而高度越高，阻力做功越多；故增加下落高度后，则AEp—AEk将增大。

(4)小明用AB段的运动来验证机械能守恒时，他用VB=4获计算与B点对应的重锤的瞬时速度，得到动

能的增加量，这种做法是错误的，此做法已默认机械能守恒。

答案(l)v=7(2)爷(3)增加(4)错误此做法已默认机械能守恒(只要意思正确即给分)

td

高考理综物理模拟试卷

注意事项：

1.答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2.选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清

楚。

3.请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答

题无效。

4.保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题

1,太阳能是一种清洁的能源，现在太阳能已广泛应用于科技和生活中。太阳能是由太阳内部激烈进行的

多种核聚变反应而产生的，其中一种聚变反应是一个兄核（:H）和一个瓶核（；H）聚变产生一个氮核（；He）,

下列关于太阳内部的这种核聚变反应的叙述正确的是（）

A.该核聚变反应的方程为；H+；H-：He+：e

B.若气核（；H）的结合能为瓦，瓶核（；H）的结合能为E2,氢核（：He）的结合能为ES,则这个反应中释放出

的核能为△E=E3-El-E2

C,原子核聚变反应过程中释放出了核能，所以反应后原子核的质量数一定减少

D.聚变反应是核子间距离很小时，这些核子在强大的库仑力和万有引力作用下紧密结合在一起的过程

2.在水平的足够长的固定木板上，一小物块以某一初速度开始滑动，经一段时间£后停止，现将该木板

改置成倾角为45°的斜面，让小物块以相同的初速度沿木板上滑，若小物块与木板之间的动摩擦因数为4

则小物块上滑到最高位置所需时间与£之比为

3.下述说法中正确的是

A.一个物体的重力势能从一2J变化到一6J,重力势能增加了

B.弹簧弹力做负功，弹簧系统的弹性势能一定减小

C.一个物体所受合外力为零，它的机械能不一定守恒

D.合外力对物体做正功，物体的动能可能减小

4.如图所示，直线OAC为某一直流电源的总功率随电流I变化的图线，曲线OBC表示同一直流电源内部

的热功率随电流I变化的图线。已知该直流电源内阻不随温度变化。由图线可知

A.当电路中的电流为1A时，电源的输出功率为3W

B.当电路中的电流为2A时，电源的输出功率为2W

C.电源的最大输出功率为2W

D.当电路中的电流为1.5A时，电源效率最高

5.从t=0时刻开始，甲沿光滑水平面做直线运动，速度随时间变化如图甲；乙静止于光滑水平地面，从

t=0时刻开始受到如图乙所示的水平拉力作用。则在0〜4s的时间内（）

A.甲物体所受合力不断变化

B.甲物体的速度不断减小

C.2s末乙物体改变运动方向

D.2s末乙物体速度达到最大

6.如图，在光滑绝缘水平面上，三个带电小球a、b和c分别位于边长为1的正三角形的三个顶点上；a、

b带正电，电荷量均为q,c带负电。整个系统置于方向水平的匀强电场中。已知静电力常量为k。若三

个小球均处于静止状态，则匀强电场场强的大小为（）

C.加.要

二、多项选择题

7.如图所示，匝数为n的正方形线圈abed的电阻为r,线圈外接电阻R,理想电压表与电阻R并联。线

圈ab边和cd边的中点连线OO',恰好位于磁感应强度为B的匀强磁场的边界上。线圈绕OO'为轴以角

速度3匀速转动，电压表的示数为U,下列说法中正确的是（）

A.从图示位置开始计时，电动势的表达式为e=JJusinm

B.穿过线圈的磁通量的最大值为8=:取*口：

mnRa

C.线圈从图示位置转过90。的过程中通过电阻R的电荷量为回

D.线圈从图示位置转到90。位置时，电阻R的瞬时功率为亘

R

8.如图所示，一轻质弹簧固定在光滑杆的下端，弹簧的中心轴线与杆重合，杆与水平面间的夹角始终=60°,

质量为m的小球套在杆上，从距离弹簧上端0点的距离为的A点静止释放，将弹簧压至最低点B,压

缩量为',不计空气阻力，重力加速度为g。下列说法正确的是：（）

A.小球从接触弹簧到将弹簧压至最低点B的过程中，其加速度一直减小

B.小球运动过程中最大动能可能为1电”

后呷

c.弹簧劲度系数大于弋.

36

D.弹簧最大弹性势能为丁3、

9.某能量探测器的简化装置如图所示，探测屏可通过传感器显示打到屏上各点的粒子动能。P是个微粒

源，能持续水平向右发射质量相同、初速度不同的微粒。高度为h的探测屏AB竖直放置，离P点的水平

距离为L,上端A与P点的高度差也为h。若在地球上打开探测器，发现打在探测屏A、B两点的微粒的动

能相等均为E,将此仪器放在月球表面探测时，测得打在探测屏A、B