2025届高考物理二轮复习：力学热学和光学实验习题

模块七实验技能及创新

专题十九力学、热学和光学实验

［专题复习定位］

1.掌握力学实验的基本原理和方法，并借助基本实验分析拓展创新实验。

2.掌握热学实验、光学实验和单摆测重力加速度的实验原理和方法。

高考真题-再..现....................

命题点1探究小车速度随时间变化的规律

1.(2023•全国甲卷，T23)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。

单位:cm

图⑹

(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/点时小车位置为

初始位置，将打出以aD、E、分各点时小车的位移Ax填到表中，小车发生对应位移和平

均速度分别为Ax和v,表中AXAD=cm,vAD=cm/so

位移区间ABACADAEAF

A0cm6.6014.60AXAD34.9047.30

v/(cm/s)66.073.0VAD87.394.6

⑵根据表中数据得到小车平均速度r随时间△力的变化关系，如图(c)所示。在图(c)

中补全实验点。

105

95

85

75

65

55

00.10.20.30.40.50.6

图(c)

⑶从实验结果可知，小车运动的r—△方图线可视为一条直线，此直线用方程r=

2

kNt+b表示,其中A=cm/s,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,得到打出力点时小车速度大

小口=，小车的加速度大小片o(结果用字母A、6表示)

解析：(1)由题图(b)中纸带的相关数据可知△XAD=&.60cm+8.00cm+9.40cm=24.00

70.0cm/s2,

截距6=59.0cm/so

1V--1

(4)小车做匀加速直线运动，有x=的力+5at2,变形可得I=v=匹+]at,故小车

在t=0时，即打出4点时小车的速度大小以=6,小车的加速度大小a满足1a—k,即a=

2k。

答案：(1)24.0080.0(2)见解析图

(3)70.059.0⑷62k

命题点2探究加速度与力和质量的关系(或者测定动摩擦因数)

2.(2024•江西卷，T11)某小组探究物体加速度与其所受合外力的关系。实验装置如图

(a)所示，水平轨道上安装两个光电门，小车上固定一遮光片，细线一端与小车连接，另一

端跨过定滑轮挂上钩码。

(1)实验前调节轨道右端滑轮高度，使细线与轨道平行，再适当垫高轨道左端以平衡小

车所受摩擦力。

(2)小车的质量M=320g。利用光电门系统测出不同钩码质量加时小车加速度a。钩码

所受重力记为凡作出a—6图像，如图(b)中图线甲所示。

a/(m*s-2)

(3)由图线甲可知，户较小时，a与尸成正比；尸较大时，a与户不成正比。为了进一步

探究，将小车的质量增加至肠=470g,重复步骤(2)的测量过程，作出a—/图像，如图(b)

中图线乙所示。

(4)与图线甲相比，图线乙的线性区间,非线性区间o再将小车的质

量增加至胭=720g,重复步骤(2)的测量过程，记录钩码所受重力尸与小车加速度a,如表

所示(表中第9~14组数据未列出)。

序号12345

钩码所受重力夕⑼8N)0.0200.0400.0600.0800.100

小车加速度a/(m•s-2)0.260.550.821.081.36

钩码所受重力77(9.8N)0.1200.1400.160...0.300

小车加速度a/(m•s-2)1.671.952.20...3.92

(5)请在图(b)中补充描出第6至8三个数据点，并未卜充完成图线丙。

(6)根据以上实验结果猜想和推断：小车的质量________时，a与户成正比。结合所学

知识对上述推断进行解释:

解析：(4)由题图(b)分析可知，与图线甲相比，图线乙的线性区间较大，非线性区间较

小。

(5)在坐标系中进行描点，结合其他点用平滑的曲线拟合，使尽可能多的点在线上，不

在线上的点均匀分布在线的两侧，如图所示。

a/(m*s-2)

00.100.200.30打(9.8N)

(6)设绳子拉力为7,对钩码根据牛顿第二定律有

F-T=ma

对小车根据牛顿第二定律有T=Ma

联立解得F=（M+而a

变形得。=占F

当成＜〃时，可认为m+M=M

皿1

则a=M-F

即a与户成正比。

答案：（4）较大较小（5）图像见解析（6）远大于钩码质量见解析

命题点3探究平抛运动的特点

3.（2024•河北卷，T12）图1为探究平抛运动特点的装置，其斜槽位置固定且末端水平,

固定坐标纸的背板处于竖直面内，钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出，落在倾斜的

挡板上挤压复写纸，在坐标纸上留下印迹。某同学利用此装置通过多次释放钢球，得到了如

图2所示的印迹，坐标纸的y轴对应竖直方向，坐标原点对应平抛起点。

0246810121416x/cm

（1）每次由静止释放钢球时,钢球在斜槽上的高度（选填“相同”或“不同”兀

（2）在坐标纸中描绘出钢球做平抛运动的轨迹。

（3）根据轨迹，求得钢球做平抛运动的初速度大小为m/s（当地重力加速度g取

9.8m/s2,保留2位有效数字）。

解析：（1）为保证钢球每次做平抛运动的初速度相同，必须让钢球在斜槽上同一位置由

静止释放，故高度相同。

（2）描点连线用平滑曲线连接，钢球做平抛运动的轨迹如图所示。

（3）因为抛出点在坐标原点，为方便计算，在图线上找到较远的点为研究位置，如坐标

为（14.0cm,19.0cm）的点，根据平抛运动规律了=诙3g/,解得的仁0.71m/s。

答案：（1）相同（2）图像见解析（3）0.71

命题点4验证动量守恒定律

4.（2024-山东卷，T13）在第四次“天宫课堂”中，航天员演示了动量守恒实验。受此

启发，某同学使用如图甲所示的装置进行了碰撞实验，气垫导轨两端分别安装a、分两个位

移传感器，a测量滑块/与它的距离的，6测量滑块6与它的距离须。部分实验步骤如下：

①测量两个滑块的质量，分别为200.0g和400.0g；

②接通气源，调整气垫导轨水平；

③拨动两滑块，使/、8均向右运动；

④导出传感器记录的数据，绘制的、&随时间变化的图像，分别如图乙、图丙所示。

传感器a滑块4滑块B传感器5

回答以下问题：

（1）从图像可知两滑块在t=s时发生碰撞。

⑵滑块6碰撞前的速度大小/=m/s（保留2位有效数字）。

（3）通过分析，得出质量为200.0g的滑块是（选填或"B"）。

解析：（1）由x—力图像中图线的斜率表示速度可知两滑块的速度在力=1.0s时发生突

变，即这个时刻发生了碰撞。

(2)根据x—t图像中图线斜率的绝对值表示速度大小可知碰撞前瞬间6的速度大小―

90-110,,

j--cm/s=0.20m/So

(3)由题图乙知，碰撞前"的速度大小以=0.50m/s,碰撞后力的速度大小约为”=

0.36m/s,由题图丙可知，碰撞后6的速度大小引=0.50m/s,/和6碰撞过程动量守恒,

则有―—如“+初引,代入数据解得嬴-2,所以质量为200.°g的滑块是反

答案：(1)1.0(2)0.20(3)6

命题点5实验创新与拓展

5.(2024•广西卷，T11)单摆可作为研究简谐运动的理想模型。

“山口外刈山小

图甲图乙图丙

(1)制作单摆时，在图甲、图乙两种单摆的悬挂方式中，选择图甲方式的目的是要保持

摆动中不变。

(2)用游标卡尺测量摆球直径，测得读数如图丙，则摆球直径为cm。

(3)若将一个周期为7的单摆，从平衡位置拉开5。的角度释放，忽略空气阻力，摆球

的振动可看为简谐运动。当地重力加速度为g,以释放时刻作为计时起点，则摆球偏离平衡

位置的位移X与时间t的关系为O

解析：(1)选择题图甲方式的目的是要保持摆动中摆长不变。

(2)摆球直径。，=1.0cm+6X0.1mm=l.06cm。

(3)根据单摆的周期公式7=2KA/-,可得单摆的摆长/=卓，从平衡位置拉开5。

的角度处释放，可得振幅A=Lsin5。，以该位置为计时起点，根据简谐运动规律可得摆

球偏离平衡位置的位移X与时间力的关系为x=Acos。—丁『一cos(―t)o

答案：(1)摆长(2)1.06(3).=二,卜，—cos(-yt)

6.(2024•湖北卷，T12)某同学设计了一个测量重力加速度大小g的实验方案，所用器

材有：2g祛码若干、托盘1个、轻质弹簧1根、米尺1把、光电门1个、数字计时器1台

等。

具体步骤如下:

①将弹簧竖直悬挂在固定支架上，弹簧下面挂上装有遮光片的托盘，在托盘内放入一个

祛码，如图(a)所示。

图(a)图(b)

②用米尺测量平衡时弹簧的长度】，并安装光电门。

③将弹簧在弹性限度内拉伸一定长度后释放，使其在竖直方向振动。

④用数字计时器记录30次全振动所用时间to

⑤逐次增加托盘内祛码的数量，重复②③④的操作。

该同学将振动系统理想化为弹簧振子。已知弹簧振子的振动周期,其中左

为弹簧的劲度系数，〃为振子的质量。

(1)由步骤④，可知振动周期T=o

(2)设弹簧的原长为4,则/与g、卜、7的关系式为/=o

(3)由实验数据作出的7—7图线如图(b)所示，可得g=m/s"保留3位有效

数字，it?取9.87)。

(4)本实验的误差来源包括(双选，填标号)。

A.空气阻力

B.弹簧质量不为零

C.光电门的位置稍微偏离托盘的平衡位置

解析：(1)30次全振动所用时间t,则振动周期7=5o

(2)弹簧振子的振动周期7=2可得振子的质量,振子平衡时，根据

rjlrrl

平衡条件磔=4△/可得△/=金滔，则，与g、Jo、7的关系式为，=/o+△^T。

rrl

(3)根据/=4+片整理可得/=/。+景•『，贝I7—7图像斜率#=亲=

0.542-0.474

解得产9.59m/s2o

0.58-0.3

(4)空气阻力的存在会影响弹簧振子的振动周期，是实验的误差来源之一，故A正确；

弹簧质量不为零导致振子在平衡位置时弹簧的长度变化，不影响其他操作，根据(3)中处理

方法可知对实验结果没有影响，故B错误；根据实验步骤可知光电门的位置稍微偏离托盘的

平衡位置会影响振子周期的测量，是实验的误差来源之一，故C正确。

答案：⑴面t(2)-Zo+“fp(3)9.59(4)AC

命题点6热学和光学实验

7.(2023•山东卷，T13)利用图甲所示的实验装置可探究等温条件下气体压强与体积的

关系。将带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上，注射器内封闭一定质量的空气，下端通过

塑料管与压强传感器相连。活塞上端固定一托盘，托盘中放入祛码，待气体状态稳定后，记

录气体压强O和体积，(等于注射器示数%与塑料管容积A，之和)。逐次增加祛码质量，采

集多组数据并作出拟合曲线如图乙所示。

200

180

160

140

120

图乙

回答下列问题：

(1)在实验误差允许范围内，图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线，说明在等温情况

下，一定质量的气体。

A.0与，成正比B.。与彳成正比

(2)若气体被压缩到-10.0mL,由图乙可读出封闭气体压强为Pa(保留3位

有效数字)o

(3)某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了AK则在计算0/乘积时，他的

计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随P的增大而(选填

“增大”或“减小”)»

解析：(1)在实验误差允许范围内，题图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线，说明在

等温情况下，一定质量的气体"与:成正比。

(2)若气体被压缩到r=10.0mL,则有：mL-1=100><103mL-1

由题图乙可读出封闭气体压强0=204X1()3pa=2.(MX1。，Pao

(3)根据〃(%+△分一K可知他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结

果之差的绝对值会随p的增大而增大。

答案：⑴B(2)2.04X105(3)增大

8.(2024•河北卷，T11)某同学通过双缝干涉实验测量单色光波长，实验装置如图所示,

其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。

该同学调整好实验装置后，分别用红色、绿色滤光片，对干涉条纹进行测量，并记录第

一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数，如表所示:

单色光类别xi/mm照/mm

单色光110.6018.64

单色光28.4418.08

根据表中数据，判断单色光1为(选填“红光”或“绿光”)。

L一4n,d\x.18.64—10.60

解析：根据Ay,可得A=——,由表中数据可知bx\=-------------mm=

dL5

18.08-8.44

1.608mm,△X2=-----------mm=l.928mm,故△xKAx?,贝!]41＜几2,已知绿光的波长

小于红光的波长，则单色光1是绿光。

答案：绿光

9.(2024•湖北卷，T11)某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率，具体步骤如下:

图(a)图(b)

①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线41'和加'，交点为。。将半圆柱体玻璃

砖的平直边紧贴A4',并使其圆心位于。点，画出玻璃砖的半圆弧轮廓线，如图(a)所示。

②将一细激光束沿3方向以某一入射角射入玻璃砖，记录折射光线与半圆弧的交点〃。

③拿走玻璃砖，标记3光线与半圆弧的交点P。

④分别过以P作BB，的垂线加、勿'，"、*是垂足，并用米尺分别测量加、

PP'的长度x和外

⑤改变入射角，重复步骤②③④，得到多组x和y的数据。根据这些数据作出y—x图

像，如图(b)所示。

(1)关于该实验，下列说法正确的是(单选，填标号)。

A.入射角越小，误差越小

B.激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差

C.选择圆心。点作为入射点，是因为此处的折射现象最明显

(2)根据y—x图像，可得玻璃砖的折射率为(保留3位有效数字)。

(3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果

(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

解析：(1)入射角适当即可，不能太小，入射角太小，导致折射角太小，测量的误差会

变大，故A错误；激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差，故B正确；相同的

材料在各点的折射效果都一样，故C错误。

(2)设半圆柱体玻璃砖的半径为尼根据几何关系可得入射角的正弦值为sin/=§,折

射角的正弦值为sinr*,折射率〃=旦上工=』，可知y—x图线斜率大小等于折射率，

Rsinrx

r44

即n=—^1.57o

Zo

(3)根据(2)中数据处理方法可知若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，

则折射率的测量结果不变。

答案：(1)B(2)1.57(3)不变

题型分类讲练

题型一力测量类实验

考向1探究弹簧弹力与形变量的关系

1某实验小组用橡皮筋探究影响其伸长量的有关因素，探究方案如下：

①取4根材料、粗细相同的橡皮筋(单根橡皮筋的横截面积为S,其中3根等长，另一

根的长度只有前三根长度的一半，将它们按图示方式悬挂(其中第1组是两根并用)；

②在每组下端扎线的地方各拴一个红色塑料签，并在支架衬贴的白纸上标出签的原始位

置。(即橡皮筋的原长)；

③先分别悬挂100g钩码，然后在橡皮筋“2”下加挂100g钩码，记下各次标签的位

置，g取10m/s2,测量结果见下表。

橡皮筋编号1234

原长Z/cm10.0010.005.0010.00

外力F/N1112

橡皮筋横截面积2ssSS

伸长量△L/cm2.515.012.50010.02

回答下列问题：

(1)以上探究过程使用了的实验方法。

(2)伸长量A/在记录数据中出现错误的是(填具体数据)。

(3)根据上述探究过程，橡皮筋的伸长量与相关因素可能的关系为。

(4)一原长为上的橡皮筋，两端施加大小为户的拉力时，橡皮筋伸长了AZ；把它从中

央剪断，取其中的一段，给两端施加2户的拉力，此时这段橡皮筋的长度为(不超过

弹性限度)。

［解析］(1)影响橡皮筋伸长量的因素涉及多个物理量，应使用控制变量法进行实验。

(2)伸长量△/在记录数据中出现错误的是2.500cm,应该测量结果精确到1mm,再估

读到毫米的下一位，应为2.50cm。

(3)由实验数据可知，橡皮筋“1”“2”原长相同、受力相同，横截面积越大伸长量越

小，伸长量与横截面积成反比关系；橡皮筋“2”“3”受力相同、横截面积相同，原长越长

伸长量越大，伸长量与原长成正比关系；橡皮筋“2”“4”原长相同、横截面积相同，受力

越大伸长量越大，伸长量与力成正比关系；根据上述探究过程，橡皮筋的伸长量与相关因素

pj

可能的关系为A/8节。

(4)设比例系数为4,横截面积为S,根据题意有AZ=Ay,从中央剪断，橡皮筋的原

L

L哗

长变为5,此时施加的力为2凡橡皮筋的伸长量RU,解得=^L,此时

橡皮筋的长度”=1+AZo

FL

［答案］⑴控制变量法⑵2.500⑶A

(4)|+

考向2探究两个互成角度的力的合成规律

2用图甲所示的装置做“研究共点力的合成”实验，其中/为固定橡皮筋的图

钉，。为橡皮筋与细绳的结点，如和在为细绳。

单位：N

图甲图乙

(1)本实验采用的科学方法是

A.理想实验法

B.等效替代法

C.控制变量法

(2)某次实验中，其中一个弹簧测力计的示数如图乙所示，则该弹簧测力计的拉力为

No

(3)本实验中若用细长的橡皮筋替代两根细绳，你认为该办法是(选填“可行”

或“不可行”)的。

［解析］(1)在“研究共点力的合成”实验的同一次实验中，研究两个弹簧测力计对橡

皮筋的拉力大小与用一个弹簧测力计使橡皮筋发生同样的形变时的力的大小之间的关系，属

于等效替代法，故选B。

(2)弹簧测力计最小分度为0.2N,读到本位，故读数为4.0N。

(3)本实验中若用细长的橡皮筋替代两根细绳，不影响弹簧测力计的读数和方向的记录,

所以可行。

［答案］(1)B(2)4.0(3)可行

题型二纸带类实验

考向1探究小车速度随时间变化的规律

3据报道，中国航母的电磁弹射技术已经领先世界。若某次做模拟直线弹射实

验时，从某时刻(方=0)开始的一段时间内，利用传感器每隔0.5s测量一次模型机的位置,

坐标为x,结果见下表。

t/S00.511.52

x/m05.120.245.180.2

(1)由表格中的数据可知，该模型机做(选填“匀加速”“匀速”或“匀减速”)

直线运动。

(2)在0.5s至IJ1.5s内，该模型机的平均速度大小了=m/s(结果保留2

位有效数字)。

(3)这段时间内该模型机的加速度大小a=m/s"结果保留2位有效数字)。

［解析］(1)根据表格中的数据可以看出从开始相邻相同时间内的位移差约为常数Ax

=加一为=(20.2-5.1)-5.1(45.1—20.2)一(20.2-5.1)^(80.2-45.1)一(45.1—

20.2),所以该模型机做匀加速直线运动。

(2)根据平均速度公式，可得0.5s到1.5s内，该模型机的平均速度大小了=

45.1—5.1

Im/s=40m/so

AY

⑶根据逐差法可知，这段时间内该模型机的加速度大小a=五下=

(802—20.2)—20.2

Fm/s乜40m/s%

［答案］(1)匀加速(2)40(3)40

考向2探究加速度与物体受力、物体质量的关系

4图a为探究“小车加速度与力、质量的关系”的装置，某实验小组发现利用

该装置还可以测量小车的质量现实验时，将长木板右端适当垫高，在不受牵引的情况下小

车拖动纸带恰能沿木板匀速运动，贝。：

(1)为了使小车受到细绳的拉力尸近似等于钩码受到的总重力侬(细绳平行于斜面)，钩

码的总质量应_______（选填“远大于”“等于”或“远小于”）小车的质量。

（2）若平衡摩擦力过度（即木板右端垫的过高），此时长木板与桌面的倾角为9.由实验

测得数据作出a—户图像如图b所示，截距为匈，此时的滑动摩擦力为£重力加速度为g,

则M=（用f、小、g表示），该测量值比真实值________（选填“偏大”“偏

小”或“不变”）=

M1

［解析］（1）根据牛顿第二定律有T=Ma,mg—T=ma,解得7=加i侬=mg,只

M

有当啰小时才可认为T=mg,即为了使小车受到细绳的拉力7近似等于钩码受到的总重力

侬（细绳平行于斜面），钩码的总质量应远小于小车的质量。

（2）根据牛顿第二定律可知，当尸=0时加速度为3o,则Mgsin9—f^Man,解得M=

——一，考虑到小车下滑时空气阻力以及纸带的摩擦阻力的影响，?值小于小车受的

gsinc/—ao

所有阻力的值，则〃的测量值偏小。

［答案］（1）远小于⑵——一偏小

gsinu—5o

5如图甲所示，可用轻杆、小球和硬纸板等制作一个简易加速度计，粗略测量

运动物体的加速度。在轻杆上端装上转轴，固定于竖直纸板上的。点，轻杆下端固定一小球,

杆可在竖直平面内自由转动。将此装置固定于运动物体上，当物体向右加速（减速）运动时，

杆便向左（向右）摆动。为了制作加速度计的刻度盘，同学们进行了如下操作：

（1）让重锤做自由落体运动，利用打点计时器打出的纸带测量当地的重力加速度。实验

中得到一条较理想的纸带（如图乙），纸带上记录的点为打点计时器（频率50Hz）打的点。根

据数据求出重力加速度g=m/s"保留3位有效数字）。

（2）测量当地重力加速度后还应测量的物理量是（填入所选物理量前的字母）。

A.小球的质量加

B.轻杆的长度/

C.小球的直径d

D.轻杆与竖直方向的夹角9

(3)写出加速度与⑴、⑵中被测物理量之间的关系式a(用被测物理量的字

母表示)。

［解析］(1)由逐差法可得

重力加速度g

(12.52-7.05)XKT?—(7.05-3.14)X10-2

m/s2

4X0.022

=9.75m/s2o

(2)假设小球由于加速发生了偏转，轻杆与竖直方向的夹角为e,由牛顿第二定律得侬

tan9—ma,解得a=gtan9,可知，为了在表盘上标上对应的加速度，还需要测量轻杆

与竖直方向的夹角e,故选D。

(3)由(2)可知加速度与重力加速度和轻杆与竖直方向的夹角的关系式为a=gtan

［答案］(1)9.75(2)D(3)gtan9

考向3测定动摩擦因数

典例日(2023•湖北卷，T11)某同学利用测质量的小型家用电子秤，设计了测量木块

和木板间动摩擦因数〃的实验。

如图(a)所示，木板和木块/放在水平桌面上，电子秤放在水平地面上，木块/和放在

电子秤上的重物6通过跨过定滑轮的轻绳相连。调节滑轮，使其与木块/间的轻绳水平，与

重物8间的轻绳竖直。在木块4上放置〃(〃=0,1,2,3,4,5)个祛码(电子秤称得每个祛

码的质量周为20.0g),向左拉动木板的同时，记录电子秤的对应示数0。

木粕毛码里轮

木板4F,,

I」］一重物

JIIJ^子秤

图㈤

⑴实验中，拉动木板时(选填“必须”或“不必”)保持匀速。

⑵用处和◎分别表示木块力和重物6的质量，则0和如mu、nh、〃、〃所满足的关

系式为m=_______________________

(3)根据测量数据在坐标纸上绘制出〃一〃图像，如图(b)所示，可得木块/和木板间的

动摩擦因数N=(保留2位有效数字)。

［解析］(1)木块/与木板间的滑动摩擦力与两者之间的相对速度无关，则实验拉动木

板时不必保持匀速。

(2)对木块4祛码以及重物6分析可知

〃(nh+n而什mg=mug

解得m—mB—ii(如+加)。

(3)根据m=niB—limA—〃外〃

59—1Q

结合图像可知U/no=--g=8g

0

则〃=0.40。

［答案］⑴不必⑵枕一4（处+〃加

(3)0.40

考向4验证机械能守恒定律

典例目用图甲所示的实验装置验证细线连着的钩码以、钩码改组成的系统的机械能

守恒，仍从高处由静止开始自由下落，以拖着纸带打出一系列的点，对纸带上的点进行测量,

即可验证机械能守恒定律。图乙所示的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每

相邻两个计数点间还有四个点（未画出）。已知0=50g、仍=150g。（重力加速度g取9.8m/s2,

打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz）

一

叼

打

点

铁

计

纸

架

时

带

台

器

图甲

7.2016.7926.40

（0门：T7?％单位:,如（

AlM----MI-----MI

2.4012.0121.61

图乙

（1）在纸带上打下计数点5时，钩码的速度大小为m/s（计算结果保留2位有效

数字）。

（2）在纸带上打下计数点0到计数点5的过程中系统动能增加量为J,重力势

能减小量为J（计算结果保留2位有效数字）。

［解析］（1）根据速度公式得

21.61+26.40,

琢=---„„.---X10m/S5«2.4m/so

zXU.1

（2）在纸带上打下计数点。到计数点5的过程中系统动能增加量Afi=|（而+双）诵〜

0.58Jo

重力势能减小量△瓦=(必一加gA)5七0.59Jo

［答案］(1)2.4(2)0.580.59

题型三力学其他实验

考向1验证动量守恒定律

典例◎(2023•辽宁卷，T11)某同学为了验证对心碰撞过程中的动量守恒定律，设计

了如下实验：用纸板搭建如图所示的滑道，使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上，其中

力为水平段。选择相同材质的一元硬币和一角硬币进行实验。

测量硬币的质量，得到一元和一角硬币的质量分别为血和场(0>双)。将硬币甲放置在

斜面某一位置，标记此位置为反由静止释放甲，当甲停在水平面上某处时，测量甲从。点

到停止处的滑行距离砒将硬币乙放置在。处，左侧与。点重合，将甲放置于8点由静止

释放。当两枚硬币发生碰撞后，分别测量甲、乙从。点到停止处的滑行距离加和四保持

释放位置不变，重复实验若干次，得到OP、OM、卯的平均值分别为国、乐S2。

⑴在本实验中，甲选用的是(选填“一元”或“一角”)硬币。

(2)碰撞前，甲到。点时速度的大小可表示为(设硬币与纸板间的动摩擦因数为

〃，重力加速度为g)。

(3)若甲、乙碰撞过程中动量守恒，则正邛(用以和团表示)，然后通

7sz

过测得的具体数据验证硬币对心碰撞过程中动量是否守恒。

(4)由于存在某种系统或偶然误差，计算得到碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化

量大小的比值不是1,写出一条产生这种误差可能的原因：

［解析］(1)根据题意可知，甲与乙碰撞后没有反弹，可知甲的质量大于乙的质量，故

甲选用的是一元硬币。

(2)甲从。点到户点，根据动能定理

12

—PHhgSo=O--UhVo

解得碰撞前，甲在。点时速度的大小

Pb=-^2LiffSoo

(3)同理可得，碰撞后甲的速度和乙的速度分别为

.=>2Ngs、,.=>2pgsz

若动量守恒，则满足周玲=周历十必艺

整理可得叶瓜=丝。

7s2仍

(4)由于存在某种系统或偶然误差，计算得到碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化

量大小的比值不是1,产生这种误差可能的原因有：

①测量误差，因为无论是再精良的仪器总是会有误差的，不可能做到绝对准确；

②碰撞过程中，我们认为内力远大于外力，动量守恒，实际上碰撞过程中，两个硬币组

成的系统所受合外力不为零。

［答案］⑴一元⑵但水⑶丝⑷见解析

nh

考向2探究平抛运动的特点

小哈同学利用图1所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用手机连

拍功能对做平抛运动的小球进行拍摄,手机每秒拍摄7张照片并能自动将拍摄到图片进行叠

加处理在一张照片中，图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所

在平面平行，其上每个方格的边长为10emo

(1)下列说法正确的是(填字母)o

A.实验所用斜槽应尽量光滑

B.斜槽末端必须保持水平

C.必须无初速度释放小球

(2)图3是实验中小球从斜槽上不同位置由静止释放获得的两条轨迹，图线①所对应的

小球在斜槽上释放的位置________(选填“较低”或“较高”)。

(3)某次拍摄后得到的照片如图2所示，小球做平抛运动的初速度大小7»=

m/s(g取10m/s2)o

(4)该小组利用实验数据绘制y—f图线，发现是一条过原点的直线，由此判断小球下

落的轨迹是抛物线，并求得斜率"，当地的重力加速度表达式为g=(用斜率"和初

速度外表示)。

［解析］(1)实验所用斜槽不需要尽量光滑，A错误；斜槽末端必须保持水平，使物体

做平抛运动，B正确；本实验使用手机连拍功能对做平抛运动的小球进行拍摄，故无须静止

释放小球，C错误。

(2)由题图3可知两小球做平抛运动下落相同高度时，图线①水平位移更大，故图线①

所对应的小球初速度较大，在斜槽上释放的位置较高。

(3)由频闪照片可得，小球在竖直方向相邻位移之差

Ay=2X10cm=0.2m

根据匀变速直线运动特点可得

由水平分运动Rx=v(>T,

-Ax4X10X10-2

可得vb=—F,r--m/so

T0.1^/2

(4)根据平抛运动规律可得入=及力，

2

联立可得T痣)___g

~2^~

可知y-/图像的斜率

/V6

当地的重力加速度表达式为g=2A诵o

［答案］(DB⑵较高(3)272⑷2储

考向3探究影响向心力大小的因素

典例m某同学用图甲所示的装置做“探究向心力大小与角速度大小关系”的实验。

水平直杆随竖直转轴一起转动，滑块套在水平直杆上，用细线将滑块与固定在竖直转轴上的

力传感器连接，细线处于水平伸直状态，当滑块随水平直杆一起匀速转动时，拉力的大小可

以通过力传感器测得，滑块转动的角速度可以通过角速度传感器测得。

度

角

速

竖

传

感

器

力传

//百

感

转

滑器

线

细

轴

|人

_

水平宜杆

图甲

(1)滑块和角速度传感器的总质量为20g,保持滑块到竖直转轴的距离不变，改变竖直

转轴转动的快慢，测得多组力传感器的示数/及角速度传感器的示数。，根据实验数据得

到的图像尸一/如图乙所示，图线没有过坐标原点的原因是

滑块到竖直转轴的距离为m(计算结果保留3位有效数字)。

(2)若去掉细线，仍保持滑块到竖直转轴的距离不变，则转轴转动的最大角速度为

_________________________rad/so

［解析］(1)若水平直杆不光滑，则滑块转动过程中当角速度较小时只有静摩擦力提供

向心力，随着角速度增大摩擦力逐渐增大，当摩擦力达到最大值时继续增大转速绳子开始出

现拉力，则有尸+£ax=ZZZT32,则有々"/—Tax,图线不过坐标原点。由题图乙可知斜率

0.9

k=/nr=-^—去，解得257m

200—25o

(2)当F=0时，然，G)\=25(rad/s)2,解得转轴转动的最大角速度以=5

rad/so

［答案］(1)水平直杆不光滑0.257(2)5

考向4用单摆测量重力加速度

国(2023•新课标卷，T10)一学生小组做“用单摆测量重力加速度的大小”实

(1)用实验室提供的螺旋测微器测量摆球直径。首先，调节螺旋测微器，拧动微调旋钮

使测微螺杆和测砧相触时，发现固定刻度的横线与可动刻度上的零刻度线未对齐，如图(a)

所示，该示数为mm；螺旋测微器在夹有摆球时示数如图(b)所示，该示数为

mm,则摆球的直径为mm。

(2)单摆实验的装置示意图如图(c)所示，其中角度盘需要固定在杆上的确定点。处，摆

线在角度盘上所指的示数为摆角的大小。若将角度盘固定在。点上方，则摆线在角度盘上所

指的示数为5。时，实际摆角(选填“大于"或‘‘小于")5°。

(3)某次实验所用单摆的摆线长度为81.50cm,则摆长为cm。实验中观测到从

摆球第1次经过最低点到第61次经过最低点的时间间隔为54.60s,则此单摆周期为

S,该小组测得的重力加速度大小为m/s2„(结果均保留3位有效数字，/

取9.870)

［解析］(1)题图(a)中，螺旋测微器固定刻度读数为0.0mm,可动刻度部分读数为

0.8X0.01mm=0.008mm,所以读数为0.008mm；题图(b)中，螺旋测微器固定刻度读数为

20.0mm,可动刻度部分读数为3.5X0.01mm=0.035mm,所以读数为20.035mm；摆球的

直径<7=20.035mm—0.008mm=20.027mm。