高考物理复习：力学实验（解析版）

专题17力学实验

目录

近年真题对比

考向一弹簧、橡皮类实验

考向二“纸带类”实验

考点三光电门、传感器类实验

命题规律解密

名校模拟探源

易错易混速记

一

,真题考查解读

【命题意图】I立足教材，侧重考查完成实验的能力。主要涉及基本仪器的使用（含读数）、实验原理和测量方

法的理解、实验条件的控制、实验步骤的编排，以及实验数据的处理、实验误差的分析。“新”可以更加有效

地考查学生分析问题的能力，区分度也加大了。主要表现在：（1）实验器材的等效与替换，如用气垫导轨代

替长木板、光电门和频闪照相机代替打点计时器等。（2）实验结论的拓展与延伸，如通过实验装置测出物体

的加速度，再利用牛顿第二定律求动摩擦因数等。（3）试题情景的设计与创新。

【考查要点】（1）探究小车速度随时间变化的规律；

（2）探究加速度与物体受力、物体质量的关系；

（3）验证机械能守恒定律；

（4）验证动量守恒定律.

（5）探究弹簧弹力与形变量的关系；

（6）探究两个互成角度的力的合成规律；

（7）探究平抛运动的特点；

【课标链接】①熟知各种器材的特性，重视对基本仪器的读数、构造原理、重要实验方法，灵活运用图象

与表格分析处理实验数据.

2.熟悉课本上的实验，将教材中的学生实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到情景新颖的实验中去.

1.（2023全国乙卷）在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有：木板、白纸、两个标准弹簧

测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干。完成下列实验步骤：

①用图钉将白纸固定在水平木板上。

②将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一

端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两

个测力计的示数得到两拉力耳和工的大小，并。（多选，填正确答案标号）

A.用刻度尺量出橡皮条的长度

B.用刻度尺量出两细线的长度

C.用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置

D.用铅笔在白纸上标记出两细线的方向

③撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到,由测力计的示数得到拉力E的大小，沿

细线标记此时R的方向。

④选择合适标度，由步骤②的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作£和B的合成图，得出合力F'

的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力R的图示。

⑤比较P和R的,从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。

【答案】①.CD##DC②.相同位置③.大小和方向

【解析】②[1]将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，

它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环

停止时由两个测力计的示数得到两拉力耳和心的大小，还需要用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置以及用

铅笔在白纸上标记出两细线的方向。

故选CDo

③[2]撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到相同位置，由测力计的示数得到拉力R的大小,

沿细线标记此时E的方向；

⑤[3]比较P和歹的大小和方向，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。

2.（2023浙江6月卷）如图所示，某同学把A、B两根不同的弹簧串接竖直悬挂，探究A、B弹簧弹力

与伸长量的关系。在B弹簧下端依次挂上质量为〃的钩码，静止时指针所指刻度/、尾的数据如表。

钩码个数12•・・

7.8.9.

AA/CID•

755330

161820

Wcm•

.45.52.60

钩码个数为2时，弹簧A的伸长量cm,弹簧B的伸长量AXB=cm,两根弹簧

弹性势能的增加量八弓mg（Ax4+Axfl）（选填“=”、或“>”）。

【答案】①.0.78②.1.29③.>

【解析】［1］钩码个数为2时，弹簧A的伸长量

AXA=8.53cm-7.75cm=0.78cm

［2］弹簧B的伸长量

=18.52cm-16.45cm-0.78cm=1.29cm

D

［3］根据系统机械能守恒定律可知两根弹簧的重力势能减少量和钩码减少的重力势能等于弹簧增加的

弹性势能

AEp>mg（AxA+AXB）

3.（2023湖南卷）某同学探究弹簧振子振动周期与质量的关系，实验装置如图（a）所示，轻质弹簧

上端悬挂在铁架台上，下端挂有钩码，钩码下表面吸附一个小磁铁，其正下方放置智能手机，手机中的磁

传感器可以采集磁感应强度实时变化的数据并输出图像，实验步骤如下：

（1）测出钩码和小磁铁的总质量心;

（2）在弹簧下端挂上该钩码和小磁铁，使弹簧振子在竖直方向做简谐运动，打开手机的磁传感器软件,

此时磁传感器记录的磁感应强度变化周期等于弹簧振子振动周期;

(3)某次采集到的磁感应强度B的大小随时间/变化的图像如图(b)所示，从图中可以算出弹簧振子

振动周期7=(用“％”表示)；

(4)改变钩码质量，重复上述步骤；

(5)实验测得数据如下表所示，分析数据可知，弹簧振子振动周期的平方与质量的关系是(填

“线性的”或“非线性的”)；

m/kg10T/sT/sT21s2

0.0152.430.2430.059

0.0253.140.3140.099

0.0353.720.3720.138

0.0454.220.4220.178

0.0554.660.4660.217

(6)设弹簧的劲度系数为左，根据实验结果并结合物理量的单位关系，弹簧振子振动周期的表达式可

能是(填正确答案标号)；

A.2万B.2/rJ^-C.2兀1mkD.2欣乐1

(7)除偶然误差外，写出一条本实验中可能产生误差原因：.

【答案】①.*②.线性的③.A④.空气阻力

【解析】(3)[1]从图中可以算出弹簧振子振动周期7=已

(5)[2]分析数据可知，弹簧振子振动周期的平方与质量的比值接近于常量3.95,则弹簧振子振动周

期的平方与质量的关系是线性的；

(6)[3]因2万的单位为医==s

NkVN/m\kg-m/s2

因为s(秒)为周期的单位，则其它各项单位都不是周期的单位，故选A。

（7）[4]除偶然误差外，钩码振动过程中受空气阻力的影响可能会使本实验产生误差。

考向二“纸带类”实验

4.（2023浙江1月卷）在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，实验装置如图1所示.

图1

①需要的实验操作有（多选）；

A.调节滑轮使细线与轨道平行

B.倾斜轨道以补偿阻力

C.小车靠近打点计时器静止释放

D.先接通电源再释放小车

②经正确操作后打出一条纸带，截取其中一段如图2所示。选取连续打出的点0、1、2、3、4为计数

点，则计数点1的读数为cm。已知打点计时器所用交流电源的频率为50Hz,则打计数点2时

小车的速度大小为：m/s（结果保留3位有效数字）。

•0•12•3•4•

[TnnnTT]nn|nnjnnnnTjTTTnnnjnTT|TTTTpn|nTT]nnnTTTjnn|nnpnnnnjTTnnnTjTnT|TTnjnn|nTT]

0cm23456789101112

图2

【答案】①.ACD②.2.751.48

【解析】①实验需要调节滑轮使细线与轨道平行，选项A正确；该实验只要使得小车加速运动即可，

不需要倾斜轨道补偿阻力，选项B错误；为了充分利用纸带，则小车靠近打点计时器静止释放，选项C正

确；先接通电源再释放小车，选项D正确。

②根据刻度尺读数规则，计数点1的读数为2.75cm。已知打点计时器所用交流电源的频率为50Hz,

则打点周期T=0.02s,则打计数点2时小车的速度大小为岭='=-2.75）x10m/s=i.48m/s

22T0.04

5.（2023全国甲卷）某同学利用如图（a）所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时间的

关系。让小车左端和纸带相连。右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连。钩码下落，带动小车运动，打点计时

器打出纸带。某次实验得到的纸带和相关数据如图（b）所示。

打点计时器纸带小车

（1）已知打出图（b）中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1s.以打出4点时小车位置为初始位置,

将打出6、。、久£、尸各点时小车的位移Ax填到表中，小车发生应位移所用时间和平均速度分别为加和%,

表中州旬=cm,VAD=cm/s。

义.60力-8.00->f<--9.40»j<10.90——12.40—

5CbEF\

单位:cm

图(b)

位移区间ABACADAEAF

Ax(cm)6.6014.60&AQ34.9047.30

v(cm/s)66.073.0VAD87.394.6

（2）根据表中数据得到小车平均速度3随时间加的变化关系，如图（c）所示。题卡上的图中补全实

图(c)

（3）从实验结果可知，小车运动的加图线可视为一条直线，此直线用方程S=左。表示，其中

k=cm/s2,b=cm/so（结果均保留3位有效数字）

（4）根据（3）中的直线方程可以判定小车做匀加速直线运动，得到打出4点时小车速度大小七=

，小车的加速度大小。=（结果用字母4、6表示）

【答案】①.24.00②.80④.70.0⑤.

59.0©.b⑦.2k

【解析】

【详解】(1)[1]根据纸带的数据可得

^xAD=xAB+xBC+xCD=6.60cm+8.00cm+9.40cm=24.00cm

[2]平均速度为:

%=1^=80cm/s

(2)[3]根据第(1)小题结果补充表格和补全实验点图像得

，图像为

此直线用方程[=左加+人表示，由图像可知其中

k=1°1°_^^cm/s2=70.0cm/s2，b=59.0cm/s

0.6

1,

(4)[6][7]小球做匀变速直线运动，由位移公式%=%，+万成2,整理得

X1

7=Vo+2at

即

_1

v=v+—at

A2

故根据图像斜率和截距可得

vA=b9a=2k

『近年真题对比£

考向一弹簧、橡皮类实验

1.（2022•湖南卷小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等，设计了如图（a）

所示的实验装置，测量冰墩墩玩具的质量。主要实验步骤如下：

橡

刻

支

度

架

皮

尺

筋

料

塑W

（1）查找资料，得知每枚硬币的质量为6.05g；

（2）将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋，测量每次稳定后橡皮筋的长度/,记录数据如下表:

序号12345

硬币数量九/枚510152025

长度Z/cm10.5112.0213.5415.0516.56

（3）根据表中数据在图（b）上描点，绘制图线；

（4）取出全部硬币，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，稳定后橡皮筋长度的示数如图（c）所示，此时橡皮筋

的长度为cm；

（5）由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为g（计算结果保留3位有效数字）。

【答案】①.见解析②.15.35③.127

【解析】

（3）[1]根据表格标点连线如图

17

16

15

14

13

12

II

1051015202530”/枚

（4）⑵由图可知刻度尺的分度值为1mm,故读数/=15.35cm；

（5）[3]设橡皮筋的劲度系数为太原长为xo,则

n1mg=k（l]_Xo）

出mg-k{l5-x0）

设冰墩墩的质量为mi,则有

mxg=k[l-x0）

联立各式代入数据可得叫工42.69g。

考向二“纸带类”实验

2.（2022•河北•T11）某实验小组利用铁架台、弹簧、钩码、打点计时器、刻度尺等器材验证系统机械能

守恒定律，实验装置如图1所示。弹簧的劲度系数为k,原长为Lo,钩码的质量为m。已知弹簧的弹性势能

表达式为E=一去2,其中k为弹簧的劲度系数，X为弹簧的形变量，当地的重力加速度大小为g。

2

弹簧

钩

码

打点计时器

（1）在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置，测得此时弹簧的长度为上接通打点计时器电源。从静止

释放钩码，弹簧收缩，得到了一条点迹清晰的纸带。钩码加速上升阶段的部分纸带如图2所示，纸带上相

邻两点之间的时间间隔均为T（在误差允许范围内，认为释放钩码的同时打出A点）。从打出A点到打出F

点时间内，弹簧的弹性势能减少量为，钩码的动能增加量为,钩码的重力势能增加量为o

~~H~CDE7（F1

*-111->

<h4---------------------------------------------->

■»k------------------------------------*■

（2）利用计算机软件对实验数据进行处理，得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分别与钩码上

升高度八的关系，如图3所示。由图3可知，随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，主要原因是

②.叫％-小③.mghs④.见解析

8T2

【解析】

（1）田从打出A点到打出F点时间内，弹簧的弹性势能减少量为

11

△Ep弹=万k（L-L）9-3k（L-国）9

整理有

1,

^^弹=k(L-LJhs-]kh5

⑵打F点时钩码的速度为

%-h,

v——1

F2T

由于在误差允许的范围内，认为释放钩码的同时打出A点，则钩码动能的增加量为

19m(h.

AEk=-mv；-O=LJ)

28T2

⑶钩码的重力势能增加量为

AEp重=mghs

（2）⑷钩码机械能的增加量，即钩码动能和重力势能增加量的总和，若无阻力做功则弹簧弹性势能的减少

量等于钩码机械能的增加量。现在随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，而两条曲线在纵向的间

隔即阻力做的功，则产生这个问题的主要原因是钩码和纸带运动的速度逐渐增大，导致空气阻力逐渐增大，

以至于空气阻力做的功也逐渐增大。

3.（2022•全国乙卷・T22）用雷达探测一高速飞行器的位置。从某时刻（f=0）开始的一段时间内，该飞

行器可视为沿直线运动，每隔1s测量一次其位置，坐标为方结果如下表所示：

t/s0123456

x/m050710941759250533294233

回答下列问题：

（1）根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动，判断的理由是：；

（2）当x=5O7m时，该飞行器速度的大小丫=m/s；

（3）这段时间内该飞行器加速度的大小。=m/s2（保留2位有效数字）。

【答案】①.相邻1s内的位移之差接近A『80m②.547③.79

【解析】

（1）[1]第1s内的位移507m,第2s内的位移587m,第3s内的位移665m,第4s内的位移746m,第5s内

的位移824m,第6s内的位移904m,则相邻Is内的位移之差接近Ax=80m,可知判断飞行器在这段时间内

做匀加速运动；

（2）⑵当x=507m时飞行器的速度等于0-2s内的平均速度，则

1094

匕=m/s=547m/s

2

(3)[3]根据

X,,-4233-2x1759.2”/2

a=3603=-------------------------------m/s2»79m/s-

2

9T29xl

4.（2022•浙江6月卷•T17）（1）①“探究小车速度随时间变化的规律”实验装置如图1所示，长木板水

平放置，细绳与长木板平行。图2是打出纸带的一部分，以计数点。为位移测量起点和计时起点，则打计

数点8时小车位移大小为cm。由图3中小车运动的数据点，求得加速度为m/s?（保留两位有

图1图2

利用图1装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验，需调整的是

A.换成质量更小的车B.调整长木板的倾斜程度

C.把钩码更换成祛码盘和祛码D.改变连接小车的细绳与长木板的夹角

图3图4

(2)“探究求合力的方法”的实验装置如图4所示，在该实验中,

①下列说法正确的是;

A.拉着细绳套的两只弹簧秤，稳定后读数应相同

B.在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的两点

C.测量时弹簧秤外壳与木板之间不能存在摩擦

D.测量时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板

②若只有一只弹簧秤，为了完成该实验至少需要(选填“2”、“3”或“4”)次把橡皮条结点拉到

Oo

【答案】①.6.15~6.25②.③.BC##CB④.D⑤.3

【解析】

(1)[1]依题意，打计数点2时小车位移大小为6.20cm,考虑到偶然误差，6.15cm~6.25cm也可；

[2]由图3中小车运动的数据点，有

.4J05—0.30i9mzs2

A?0.4

考虑到偶然误差，1.7m/s2~2.1m/s2也可；

[3]A.利用图1装置”探究加速度与力、质量的关系”的实验时，需要满足小车质量远远大于钩码质量，

所以不需要换质量更小的车，故A错误；

B.利用图1装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，需要利用小车斜向下的分力以平衡其摩擦阻

力，所以需要将长木板安打点计时器一端较滑轮一端适当的高一些，故B正确；

C.以系统为研究对象，依题意“探究小车速度随时间变化的规律”实验时有

M+m

考虑到实际情况，即/'《mg,有

L9zs2。*

mM+m

则可知

Ma4m

而利用图1装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时要保证所悬挂质量远小于小车质量，即机

可知目前实验条件不满足，所以利用当前装置在“探究加速度与力、质量的关系”时，需将钩码更换成祛

码盘和祛码，以满足小车质量远远大于所悬挂物体的质量，故C正确；

D.实验过程中，需将连接祛码盘和小车的细绳应跟长木板始终保持平行，与之前的相同，故D错误。

故选BC。

（2）⑷A.在不超出弹簧测力计的量程和橡皮条形变限度的条件下，使拉力适当大些，不必使两只测力计

的示数相同，故A错误；

B.在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的一个点就可以了，故B错误;

C.实验中拉弹簧秤时，只需让弹簧与外壳间没有摩擦，此时弹簧测力计的示数即为弹簧对细绳的拉力相等，

与弹簧秤外壳与木板之间是否存在摩擦无关，故C错误；

D.为了减小实验中摩擦对测量结果的影响，拉橡皮条时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板，故

D正确。

故选D。

若只有一只弹簧秤，为了完成该实验，用手拉住一条细绳，用弹簧称拉住另一条细绳，互成角度的拉橡

皮条，使其结点达到某一点。，记下位置。和弹簧称示数B和两个拉力的方向；交换弹簧称和手所拉细绳

的位置，再次将结点拉至。点，使两力的方向与原来两力方向相同，并记下此时弹簧称的示数尸2；只有一

个弹簧称将结点拉至。点，并记下此时弹簧称的示数E的大小及方向；所以若只有一只弹簧秤，为了完成

该实验至少需要3次把橡皮条结点拉到。

考点三光电门、传感器类实验

5.（2022•广东卷・T11）某实验小组为测量小球从某一高度释放，与某种橡胶材料碰撞导致的机械能损失，

设计了如图Q）所示的装置，实验过程如下：

（1）让小球从某一高度由静止释放，与水平放置的橡胶材料碰撞后竖直反弹。调节光电门位置，使小球从

光电门正上方释放后，在下落和反弹过程中均可通过光电门。

（2）用螺旋测微器测量小球的直径，示数如图"）所示，小球直径d=mm。

（3）测量时，应__________（选填"A”或"B"，其中A为“先释放小球，后接通数字计时器”，B为“先

接通数字计时器，后释放小球”）。记录小球第一次和第二次通过光电门遮光时间。和

（4）计算小球通过光电门的速度，已知小球的质量为〃7,可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失AE=

（用字母机、d、0和表示）。

（5）若适当调高光电门的高度，将会（选填“增大”或“减小”）因空气阻力引起的测量误差。

【答案】①.7.883##7.884②.B③.1m（y）2④.增大

【解析】

（2）口］依题意，小球的直径为

d=7.5mm+38.4x0.01mm=7.884mm

考虑到偶然误差，7.883mm也可以。

（3）［2］在测量时，因小球下落时间很短，如果先释放小球，有可能会出现时间记录不完整，所以应先接通

数字计时器，再释放小球，故选B。

（4）［3］依题意，小球向下、向上先后通过光电门时的速度分别为必、V2,则有

d

则小球与硅胶材料碰撞过程中机械能的损失量为

AE=-mvf--mvl=—zn（—）2--/n（—）2

2t2

（5）［4］若调高光电门的高度，较调整之前小球会经历较大的空中距离，所以将会增大因空气阻力引起的测

量误差。

6.（2022•湖北•T12）某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验。一根轻绳一端连接固

定的拉力传感器，另一端连接小钢球，如图甲所示。拉起小钢球至某一位置由静止释放，使小钢球在竖直

平面内摆动，记录钢球摆动过程中拉力传感器示数的最大值Max和最小值图皿。改变小钢球的初始释放位置，

重复上述过程。根据测量数据在直角坐标系中绘制的5ax-r11n图像是一条直线，如图乙所示。

（1）若小钢球摆动过程中机械能守恒。则图乙中直线斜率的理论值为O

（2）由图乙得:直线的斜率为，小钢球的重力为N„（结果均保留2位有效数字）

（3）该实验系统误差的主要来源是（单选，填正确答案标号）。

A.小钢球摆动角度偏大

B.小钢球初始释放位置不同

C.小钢球摆动过程中有空气阻力

^/NA

1.80-

图甲图乙

【答案】①.-2②.-2.1③.0.59④.C

【解析】

(1)田设初始位置时，细线与竖直方向夹角为仇则细线拉力最小值为

="ZgCOS〃

到最低点时细线拉力最大，则

12

mgl(l-cos0)=—mv

联立可得

Znax=3777g_24nhi

即若小钢球摆动过程中机械能守恒。则图乙中直线斜率的理论值为-2；

(2)⑵⑶由图乙得直线的斜率为

^_L57-L35=_21

0.2

3mg=1.77

则小钢球的重力为

mg=0.59

(3)⑷该实验系统误差的主要来源是小钢球摆动过程中有空气阻力，使得机械能减小，故选C

67(2022•浙江1月卷・T23)“探究碰撞中的不变量”的实验装置如图所示，阻力很小的滑轨上有两辆小

车A、B,给小车A一定速度去碰撞静止的小车B,小车A、B碰撞前后的速度大小可由速度传感器测得。

BA

①实验应进行的操作有O

A.测量滑轨的长度

B.测量小车的长度和高度

C.碰撞前将滑轨调成水平

②下表是某次实验时测得的数据：

碰撞后B的速

碰撞前A的速度大碰撞后A的速度

A的质量/kgB的质量/kg度大小/

小/（m-s-1）大小/（m-s-1）

（m-s-1）

0.2000.3001.0100.2000.800

由表中数据可知，碰撞后小车A、B所构成系统的总动量大小是kg-m/s»（结果保留3位有效数字）

【答案】①.C②.0.200

【解析】

①［1］碰撞前将滑轨调成水平，保证碰撞前后A、B做匀速直线运动即可，没有必要测量滑轨的长度和小车

的长度、高度。

故选Co

②⑵由表中数据可知小车A的质量小于B的质量，则碰后小车A反向运动，设碰前小车A的运动方向为正

方向，则可知碰后系统的总动量大小为

p'^mBvB-mAv\

解得

p'=0.200kgm/s

8.（2022•山东卷•T13）在天宫课堂中、我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。受此

启发。某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质

量的实验，如图甲所示。主要步骤如下:

①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块上;

②接通气源。放上滑块。调平气垫导轨;

加速度传感器

占传感器

］滑块气垫导轨气源

OA

»»>A11111111II11

图甲

③将弹簧左端连接力传感器,右端连接滑块o弹簧处于原长时滑块左端位于。点。A点到。点的距离为5.00cm,

拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时;

④计算机采集获取数据，得到滑块所受弹力R加速度“随时间r变化的图像，部分图像如图乙所示。

回答以下问题（结果均保留两位有效数字）：

（1）弹簧的劲度系数为N/m„

（2）该同学从图乙中提取某些时刻尸与。的数据，画出a—P图像如图丙中I所示，由此可得滑块与加速度

传感器的总质量为kg。

（3）该同学在滑块上增加待测物体，重复上述实验步骤，在图丙中画出新的a—F图像H,则待测物体的

质量为kg。

【答案】①.12②.0.20③.0.13

【解析】

（1）[1]由题知，弹簧处于原长时滑块左端位于。点，A点到。点的距离为5.00cm。拉动滑块使其左端处

于A点，由静止释放并开始计时。结合图乙的尸一/图有

Ar=5.00cm,F=0.610N

根据胡克定律

Ax

计算出

k-12N/m

（2）⑵根据牛顿第二定律有

F=ma

则。一P图像的斜率为滑块与加速度传感器的总质量的倒数，根据图丙中I,则有

3-0

kg1=5kg-1

m~0^6

则滑块与加速度传感器的总质量为

m=0.20kg

（3）[3]滑块上增加待测物体，同理，根据图丙中n,则有

11.5-0

kg1=3kg1

m'0.5

则滑块、待测物体与加速度传感器的总质量为

m'=0.33kg

则待测物体的质量为

命题规律解密

o从近年的高考合题可以看出，力学实验多考查创新实验。主要表现在：（1）实验器材的等效与替换，如用

气垫导轨代替长木板、光电门和频闪照相机代替打点计时器等。（2）实验结论的拓展与延伸，如通过实验装

置测出物体的加速度，再利用牛顿第二定律求动摩擦因数等。（3）试题情景的设计与创新。

名校模拟探源

1.（2023•广东江门一模）某同学做“用单摆测重力加速度”的实验，实验装置如图甲所示，在摆球

的平衡位置处安放一个光电门，连接数字计时器，记录小球经过光电门的次数。

双于VTTJ命

甲乙

（1）下列说法中正确的是

A.测出摆球做一次全振动的时间作为周期的测量值

B.质量相同的铁球和软木球，应选用铁球作为摆球

C.可将摆球从平衡位置拉开一个任意角度然后释放摆球

D.可以选择有弹性细绳作为摆线

（2）在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺测得从悬点至摆球顶端的长度为L,再用游标卡尺测量

摆球直径，结果如图乙所示，则摆球直径声cm；

（3）将摆球从平衡位置拉开一个合适的角度，静止释放摆球，摆球在竖直平面内稳定摆动后，启动数

字计时器，摆球通过平衡位置时从1开始计数，同时开始计时，当摆球第〃次（为大于3的奇数）通过光

电门时停止计时，记录的时间为t,此单摆的周期伫（用t、〃表示）,重力加速度的大小为

（用L、d和7表示）；

（4）实验中该同学测得的重力加速度值经查证明显大于当地的重力加速度值，下列原因可能的是

A.摆线上端未牢固地系于悬点，实验过程中出现松动，使摆线长度增加了

B.计算时用L+d作为单摆的摆长

C.摆球的振幅偏小

D.把〃当作单摆全振动的次数

【答案】①.B②.1.07③.④.^r[L+(^⑤.BD##DB

【解析】(1)[1]A.为了减小实验误差应测多次全振动的时间，再求出一次全振动的时间作为周期,

根据公式计算重力加速度会增大实验误差，故A错误；

B.为减小实验误差，提高测量精度，相同质量下应选择体积小的铁球做为摆球，故B正确；

C.单摆在摆角小于5°时的振动才是简谐振动，因此单摆的摆角不能过大，故C错误；

D.根据单摆的周期公式T=2乃

可知，单摆的周期跟摆线与摆球半径之和有关，若使用弹性绳，在摆球下降或是上升的过程中，式中

的/会不断发生变化，从而导致重力加速度测量不准确，故D错误。故选B。

(2)[2]该游标游标卡尺的游标尺为10分度值，因此最小精度为0.1mm,则读数可得

d=lcm+0.1x7mm=1.07cm

77—1

(3)[3][4]由题意可知在时间/内摆球全振动的次数为——，则可得小球做简谐振动的周期为

2

2

由单摆的周期公式T=2再，其中/=L+邑

\g2

可得

(4)[5]A.摆线上端未牢固地系于悬点，实验过程中出现松动，使摆线长度增加了，则实际所测摆线

长度偏小，所测重力加速度将偏小，故A不符合题意；

B.若计算重力加速度时用L+d作为单摆的摆长，则摆长比实际偏大，因此计算的得到的重力加速度

值比实际偏大，故B符合题意；

C.摆球的振幅偏小不影响重力加速度的测量，故C不符合题意；

D.若把〃当作单摆全振动的次数，则会导致测量周期偏小，从而导致所测重力加速度偏大，故D符合

题意。

故选BDo

2.(2023•福建莆田二模)某实验小组利用如图甲装置做“用单摆测量重力加速度”的实验。在铁架

台上端用摆线悬挂一摆球，铁架台下端固定一个激光源，发出的激光方向与水平面平行，在摆球的右边与

摆球中心等高的位置固定一智能手机，使得激光的中心与摆球的中心以及智能手机的光线接收口在同一水

平直线上。利用手机光线传感器接收到的光照强度随时间变化情况，测出摆球的周期。

摆线

铁架台

甲

(1)实验主要过程如下：

①按图甲安装实验装置，下列有关器材的选择和安装最合理的是________

1□/铁夹4铁夹粗的金属杆粗的金属杆

/......../........

()|)()1)

A.一弹性棉绳B.1细丝线C.D.

Y弹性棉绳.细丝线

1-铁球,厂铁球厂塑料球(L铁球

②]如图乙，用游标卡尺测出摆球的直径d=cm；用刻度尺测出摆线长度7算出摆长/；

0cmI2

111川11,111“I〔Ij门।

0510

乙

③打开激光光源和手机传感器，运行软件；

④让单摆做简谐运动，采集数据；

⑤改变摆线长度重复步骤④；

⑥导出数据获得单摆振动周期T,从而得到对应的72与/的数据如下表:

123456

Z/cm38.0048.0058.0068.0078.0088.00

7/s1.241.391.531.661.781.89

T2/S21.541.932.342.763.173.57

丙

⑧请在图丙中绘出/_乙图线,并根据图像求出当地的重力加速度夕m/s2o(%2取

9.87,结果保留三位有效数字）

（2）下列关于本实验的误差中,属于系统误差的有

A.测量摆长引起的误差B.描绘图线引起的误差

C.摆线具有伸缩性引起的误差D.利用手机测量周期引起的误差

【答案】①B②.1.149.72⑤.CD##DC

【解析】（1）①[1]摆线悬点应固定，摆线应选择质量小、不易伸长的细丝线，摆球应选择体积小、

质量大的铁球。故选B。

②[2]摆球直径为d=llmm+0.1rnmx4=11.4nim=1.14cm

Ayr2400

图线斜率为k=—^=的而得g=9-72m/s2

（2）[5]AB.测量摆长引起的误差和描绘图线引起的误差是由于不稳定随机因素造成，属于偶然误差，

AB错误；

CD.摆线具有伸缩性和手机测量周期引起的误差是由于仪器不完善、测量方法不准确等因素造成，属

于系统误差，CD正确。

故选CDo

3.（2023•辽宁省教研联盟一模）某物理兴趣小组通过自由落体运动测量重力加速度。该小组利用“手

机物理工坊”软件中的声学秒表功能记录物体的运动时间。该小组在铁架台上固定一个铁圈，充入空气的

气球下方悬挂一个物体，放在铁圈上，如图甲所示。用针刺破气球时发出爆破音，手机上的传感器接收到

声音信号开始计时，物体同时做自由下落。物体落地后发出声音，传感器再次接收到信号停止计时，记录

了物体下落的时间t,如图乙所示。

甲乙

（1）要想计算重力加速度，还需要测量的物理量是;

（2）重力加速度的表达式为（用测量的物理量表达）；

（3）为减少实验误差，改变铁圈的固定位置，多次测量。以/为横坐标，为纵坐标建立坐

标系，图线的斜率为重力加速度。

【答案】①.物体下端距地面的高度/，②,g二千③.2力

【解析】（1）【I]根据力