力学基础实验与创新实验（解析版）

2021届高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练

专题45力学基础实验与创新实验

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目录

热点题型一“纸带类”问题的处理...................................................................1

热点题型二“橡皮条、弹簧类”实脸.................................................................6

热点题型三“光电门类''实验......................................................................11

热点题型四力学创新实验........................................................................15

【题型归纳】

热点题型一“纸带类”问的处理

I.常规计时仪器的测量方法

计时仪器测量方法

秒表秒表的读数方法：测量值(/)=短针读数(川+长针读数。2)，无估读

表示打点的时间间隔的个数，7表示打点周期)；

打点计时器

(2)打点频左(周期)与所接交流电的频率(周期)相同

2.两个关键点

(1)区分计时点和计数点：计时点是指打点计时器在纸带上打下的点.计数点是指测量和计算时在纸带上所

选取的点.要注意“每五个点取一个计数点''与"每隔四个点取一个计数点”的取点方法是一样的.

(2)涉及打点计时器的实验均是先接通打点计时器的电源，待打点稳定后，再释放纸带.

3.纸带的三大应用

(1)判断物体运动性质.

①若Ar=O,则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动.

②若AA•不为零且为定值，则可判定物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动.

(2)求解瞬时速度.

做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度.如图所示，求打某一点的瞬时速

度，只需在这一点的前后各取相同时间间隔7的两段位移.工和力田，则打〃点时的速度/

(3)用“逐差法”求加速度.

如图所示

0123456

中心—X4—X]_X5-X2-X6—X3

因力m—、，42—、，。3—、

3/3/3T2

_aI+_(X4+xs+X6)­(X1+X2+X3)

所以。

39〃

【例1】(2020•四省名校高三第二次联考)实验小组的同学利用如图中所示的装置做“探究加速度与力、质国

的关系”实验，认为细绳对小车的拉力厂等于砂和砂桶的总重力，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点

求得。

乙

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(1)实验室准备有下列器材：电磁打点计时器、秒表、天平(带有一套祛码)、纸带、复写纸、细绳、低压直流

电源、小车、一端带滑轮的长木板、砂桶、砂子、垫木、导线。实验中不需要的器材是,

缺少的器材是，

(2)由于小车所受阻力/的大小难以测量，为了尽量减小实验的误差，需尽可能降低小车所受阻力/的影响，

以下采取的措施必要的是。

A.适当垫高长木板无滑轮的一端，使未挂砂桶时小车被轻推后恰能拖着纸带匀速下滑

B.应使砂和砂桶的总质量m远小于小车(含祛码)的总质量M

C.定滑轮的轮轴要尽量光滑

D.适当增大砂和砂桶总质量加

(3)实验中使用的交变电流的频率为50Hz,图乙给出的是实验中获得的一条纸带，计数点间的距离已标出。

则小车运动的加速度为m«2,打下计数点5时小车运动的速度大小为m/s.(结果保留三位

有效数字)

【答案】(1)秒表，低压直流电源刻度尺，低压交流电源(2)AC(3)0.4610.412

【解析】(1)本实验不需要用秒表计时，打点计时器应接交流电源，故不需要的器材是秒表、低压直流电源。

需要刻度尺测量纸带的长度，故江需要刻度尺、低压交流电源。(2)适当垫高长木板无滑轮的一端，使未挂

砂桶时小车被轻推后恰能拖着纸带匀速下滑，这样可以通过重力的分力消除滑动摩擦力的影响，定滑轮的

轮轴要尽量光滑以减小摩擦。⑶由逐差法知a=(481+4.35+3.89)-(：.42+2.98+2.5O)x]0_2m/s2uO.461

9x012

”3.89+4.35-，八…,

m/s-,V5=xio2m/s=0.412m/so

2x0.1

【变式1】某同学利用如图甲所示装置研究匀变速直线运动规律，某次实验通过电磁打点计时器打出纸带的

一部分如图乙所示，图中力、B、C、D、£为相邻的计数点，每两个相邻计数点间有4个计时点没有画出，

打点计时器所接交流电源频率为5()Hz。分别测出/点到仄C、D、七点之间的距离为打、也、为、小，以

片点作为计时起点，算出小车位移与对应运动时间的比值“，并作出图象如图丙所示。

/t

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(1)实验中下列措施必要的是(填正确答案标号)。

A.打点计时器接220V交流电源

B.平衡小车与长木板间的摩擦力

C.细线必须与长木板平行

D.小车的质量远大于钩码的质量

(2)由图丙求出小车加速度。=m/s2,打/点时小车的速度%=m/so(结果均保留两位有

效数字)

【答案】(1)C(2)5.00.40

【解析】(1)电磁打点计时器接4〜6V交流电源，A错误；实验时不需要平衡小车与长木板间的摩擦力，

B错误；细线必须与长木板平行，C正确；实验中小车做匀加速运动即可，没必要小车的质量远大于钩码的

质量，D错误。

(2)根据x=vot+可得'=此)+1〃/,由图象可知：n()=%=0.40m/s,。=2%=2乂"84mzs2=5.0m/s?。

2/20.4

【变式2】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，如图所示，并

在其上取了力、B、C、D、E、F、G共7个计数点，图中每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，打点

计时器接频率/=50Hz的交流电源.

(1)汀下E点时纸带的速度v£=(用给定字母表示)；

⑵若测得d6=65.00cm,<6=19.00cm,物体的加速度。=m/s2；

(3)如果当时交变电流的频率户50Hz,但当时做实验的同学并不知道，那么测得的加速度值和真实值相比

(选填“偏大'或“偏小”).

5

【答案】：⑴“渭/(2)3.00(3)偏小

【解析】：(1)由于图中每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点之间的时间间隔为5T

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，利用匀变速直线运动的推论得%=办—"3=35—"3V

ior10

(2)根据匀变速直线运动的推论右=。〃可得a=^G-x?=(46—⑹-f=3()0m/s2

(3x57)2(3x0.1s)2

(3)皿果在某次实验中，交流电的频率户＞50Hz,则实际打点周期变小，根据运动学公式得，测量的

加速度值和真实的加速度值相比偏小.

【变式3】在用如图所示的装置“验证牛顿第二定律”的实验中，保持小车质量一定时，验证小车加速度。与

合力厂的关系.

电火花

小车计时器

砥码和

祛码盘

(1)除了电火花计时器、小车、祛玛、祛码盘、细线、附有定滑轮的长木板、垫木、导线及开关外，在下列

器材中必须使用的有(选填选项前的字母).

A.22()V、5()Hz的交流电源

B.电压可调的直流电源

C.刻度尺

D.秒表

E.天平(附跌码)

(2)为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，以下操作正确的是.

A.调整长木板上滑轮的高度使细线与长木板平行

B.在调整长木板的倾斜度平衡摩擦力时，应当将祛码和祛码盘通过细线挂在小车上

C.在调整长木板的倾斜度平衡摩擦力时，应当将穿过打点计时器的纸带连在小车上

(3)某同学得到了如图所示的一条纸带，由此得到小车加速度的大小a=m/S2.

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AHI)

|0123456789101112131415cmi

(4)在本实验中认为细线的拉力E等于祛码和祛码盘的总重力mg,由此造成的误差是(选填"系统误

差”或"偶然误差”).设拉力的真实值为少”小车的质量为M，为了使“陪一,夫<5%,应当满足的条件是

F久

m<

M--------

【答案】：(l)ACE(2)AC(3)15(4)系统误差5%

【解析】：(1)打点计时器接交流电源，处理纸带时要用刻度尺测出计数点间的距离，还要用到天平测祛码和

祛码盘的质量，故选A、C、E.

(2)在平衡摩擦力时，不能挂盘；要保证细线和纸带与木板平行,，先接通电源，再释放小车，若纸带做匀速

直线运动，则纸带上的点间距是均匀的，即说明平衡了摩擦力，故选A、C.

CF—AC

(3)由图知4c=6.40cm,CE=8.80cm,CE-AC=a(2T)2,得o=1=15m/s2.

4尸

(4)小车在做匀加速直线运动时，祛码和跌码盘也在做匀加速直线运动，细线的拉力厂•定小于祛码和诙码

盘的总重力〃?g,此误差不可避免，为系统误差：小车与祛码和破码盘都在做加速度为，7的匀加速直线运动,

对祛码和祛码盘有制g—尸广机a,对小车有小代入"陪一户。5%,得〃，5%.

F式M

热点题型二“橡皮条、弹簧类”实验

I.橡皮条、弹簧的弹力大小与伸长量之间的关系满足胡克定律，实验的数据处理中一般选用图象法.

2.胡克定律描述的是在弹性限度内，橡皮条(弹簧)的弹力与形变量成正比，如果超出弹性限度，正比关系

不再成立.

3.弹簧测力计读数时要先看量程和分度值，再根据指针所指的位置读出所测力的大小.如分度值为01N,

则耍估读，即有两位小数，如分度值为0.2N,则小数点后只能有一位小数.

4.图象法处理数据的要求

(1)作图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定.

(2)要标明坐标轴名，单位，在坐标轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值.

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(3)图上的连线不一定通过所有的数据点，应尽量使数据点合理地分布在线的两侧.

(4)作图时常通过选取适当的坐标轴使图象线性化，即“变曲为直

(5)有些时候，为了使坐标纸有效使用范围增大，坐标原点可以不从“0”开始.

【例2】(2020•河北六校第一次联考)两个实验小组做了如下两个实验，请回答下列问题:

甲

(1)一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用两根不同的轻质弹簧。和b,得到弹力与弹

簧长度的关系图象如图甲所示。下列说法正确的是o

A.。的原长比的长

B.a的劲度系数比。的大

C.a的劲度系数比力的小

D.测得的弹力与弹籥的长度成正比

(2)另一个实验小组利用图乙所示的实验装置完成“探究求合力的方法”的实验。

①下列说法正确的是o

A.在测量同一组数据为、B和合力户的过程中，橡皮条结点。的位置不能变化

B.弹簧测力”拉细线时，拉力方向必须竖直向下

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C.E、B和合力E的大小都不能超过弹簧测力计的量程

D.为减小测量误差，Fi、B方向间夹角应为90。

②弹簧测力计的指针如图丙所示，由图可知拉力的大小为No

③本实验采用的科学方法是。

A.理想实验法B.控制变量法

C.等效替代法D.建立物理模型法

【答案】（1）B（2）AC4.00C

【解析】（1）根据图甲可知，”与£的关系为/=#（£—〃）），弹力与弹簧长度的关系图象在横轴上的截距等于

弹簧原长，即弹力等丁•零时弹簧的长度，图线斜率等于弹簧的劲度系数h由此可知，。的原长比人的短，

a的劲度系数比〃的大，选项A、C错误，B正确；测得的弹力与弹簧的长度呈线性关系，测得的弹力与弹

簧的伸长量成正比，选项D错误。

（2）在“探究求合力的方法”的实验中，测量同一组数据B、B和合力/时.，橡皮条结点。的位置不能变化，

选项A正确；弹簧测力计拉细线时，拉力方向可以任意，选项B错误；拉力分、B和合力户的大小都不能

超过弹簧测力计的量程，否则就不能测出力的大小，选项C正确：为了减小测量误差，/、B的夹角不能

太大，也不能太小，但不是必须为90。，选项D错误。根据弹簧测力计读数规则，最小刻度为0.1N,需要

估读到0.01N,所以拉力大小为4.00N。本实验采用的科学方法是等效替代法，选项C正确。

【变式1］（2020•安徽合肥高三上一诊）以下是某实验小组探究“二力合成规律”的过程。

⑴首先进行如下操作：

①图甲，轻质小圆环挂在橡皮条的一端，另一端固定，橡皮条的长度为GE；

②如图乙，用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。小圆环在拉力K、入的共同作用下，位于。点，橡

皮条伸长的长度为EO-,

③撤去回、后，改用一个力/单独拉住小圆环，仍使其位于。点，如图丙。

甲乙内T

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同学们发现，力/单独作用与B、尸2共同作用的效果是一样的，都使小圆环在。点保持静止。由于两次橡

皮条伸长的长度相同，即,所以?等于~、6的合力。

（2）然后实验小组探究了合力尸与分力a、B的关系：

①由纸上。点出发，用力的图示法画出拉力B、尸2和尸（三个力的方向沿各自拉线的方向，三个力的大小由

弹簧测力计读出）；

②用虚线将拉力”的箭头端分别与八、”2的箭头端连接，如图丁，得到的启示是；

③多次改变拉力四、月的大小和方向，重做上述实验，通过画各力的图示，进一步检验所围成的图形。实

验小组发现：在两个力合成时，以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角

线就代表合力的大小和方向，这个规律叫做。

上述实验中，如果把图乙和图丙的操作顺序对调，即先用拉力F将圆环拉到。点，再用拉力八和6共同

拉圆环产生相同效果，则a和入就是尸的,此实验可以探究规律。

【答案】（1）橡皮条对小圆环的拉力相同

（2）②可构成平行四边形③平行四边形定则分力力的分解

【解析】（1）两次橡皮条伸长的长度相等，即两次橡皮条对小圆环的拉力相同，说明单个力尸的作用效果

与臼、尸2共同作用的效果相同。

（2）②用虚线将拉力F的箭头端分别与E、B的箭头端连接,

可构成平行四边形，a和后为邻边，/为与E和3共顶点的对角线；③多次改变拉力臼、尸2的大小和方

向，重做上述实验，在两个力合成时，以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间

的对角线就代表合力的大小和方向，这个规律叫做平行四边形定则。如果把图乙和图丙的操作顺序对调，

即先用拉力厂将圆环拉到。点，再用拉力为和出共同拉圆环产生相同效果，则a和B就是尸的分力，此

实验可以探究力的分解规律。

【变式2］（2019•海南高考）某同学利用图（a）的装置测量轻弹簧的劲度系数。图中一光滑的细杆和直尺水平固

定在铁架台上，一轻弹簧穿在细杆上，其左端固定，右端与细绳连接；细绳跨过光滑定滑轮，其下端可以

悬挂法码（实验中，每个成码的质量均为〃?=50.0g）。弹簧右端连有一竖直指针，其位置可在宜尺上读出。

实验步骤如卜.：

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(a)

①在绳下端挂上一个砖码，调整滑轮，使弹簧与滑轮间的细绳水平且弹簧与细杆没有接触;

②系统静止后，记录跌码的个数及指针的位置;

③逐次增加祛码个数，并重复步骤②(保持弹簧在弹性限度内);

④用〃表示跌码的个数，/表示相应的指针位置.，将获得的数据记录在表格内。

回答下列问题:

⑴根据如表的实验数据在图(b)中补充数据点并作出l-n图象。

n12345

//cm10.4810.9611.4511.9512.40

(b)

(2)弹簧的劲度系数k可用祛码质量〃八重力加速度大小为g及l-n图线的斜率a表示,表达式为k=

若g取9.80m/s2,则本实验中左=N/m(结果保留3位有效数字)。

【答案】3101

a

【解析】(1)根据题表的实验数据在图(b)中补齐数据点并作出。〃图象如图所示。

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//cm

⑵/-〃图线的斜率(!=△/,所以左=〃mg=mg,

nA/a

nnig6x5()x10-3x9.80

k==N/m=IOIN/m。

△I(12.9—10.0610-2

热点题型三“光电门类”实验

1.光电门的结构

光电门是一个像门样的装置，一边安装发光装置，一边安装接收装置并与计时装置连接.

2.光电门的原理

当物体通过九电门时九被挡住，计时器JT始计时，当物体离开时停止计时，这样就可以根据物体大小与运

动时间计算物体运动的速度.

⑴计算速度：如果挡光片的宽度为"，挡光时间为4,则物体经过光电门时的瞬时速度片j

高计算加速度.

(2)计算加速度：利用两光电门的距离L及

【例3】某学习小组利用图1所示的装置测量弹簧的弹性势能。一斜面上安装有两个光电门甲和乙，当一带

有遮光片的滑块从斜面上下滑，通过光电门时光电计时器可以显示出遮光片遮光的时间,一与斜面平行的

轻弹簧上端固定，在自然状态时下端在。点。用天平测得滑块及遮光片的总质量为小。

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图1

图2

请完成下列实验步骤：

（I）用游标卡尺测量遮光片的宽度乩其示数如图2所示，则"=mm；

（2）滑块靠在弹簧的下端向上移到4点后释放，滑块下滑，通过光电门甲、乙的遮光时间分别为小。反复

调整斜面的倾角直至M/2（选填”或“<”），这样操作的目的是

（3）按正确步骤操作，让滑块紧吊弹簧从。点上方某点2由静止释放沿斜面下滑，记下通过甲、乙时对应的

i和r值，则滑块在P点时弹簧的弹性势能为。（用题中测量的物理量表示）

【答案】⑴3.6。（2）=平衡摩擦力⑶4%力

【解析】（1）主尺的读数为3mm,游标尺的读数为।^nx12=0.60mm,则d=3mm+0.60mm=3.60mmc

（2）反复调整斜面倾角以平衡摩擦力，使八=/2,说明滑块离开弹簧后做匀速直线运动，根据功能关系可知滑

块离开弹簧后，滑块的动能等于弹簧的弹性势能。（3）弹簧的弹性势能绢=；〃吹2,而v=；得弓=:；，又

t=i\也可表示为Ep=；（

【变式1]（2020•广西桂林、贺州、崇左高三下学期3月联合调研）某同学用如图甲所示的装置测定当地的重

力加速度。步骤如下：

（1）先用校准后的游标卡尺测量金属小球的直径。图乙为用游标卡尺测量时的示数，则金属球的直径”

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=cm；

(2)按图甲安装好器材，测得小球被电磁铁吸住时球心到光电门的距离为人控制电磁铁释放小球，记下金属

小球通过光电门的时间人则金属球通过光电门时的速度大小丫=;(用字母表示)

(3)改变光电门到小球球心的距离方得到与之对应的/,取得若干组实验数据。以1为纵坐标，以力为横坐标,

t2

描绘出;力图象是一条倾斜直线，若直线斜率为左，则当地重力加速度g=。(用字母表示)

【答案】(1)0.50(2)；⑶

【解・析】(1)小球的直径为：5mm+OxO.lmm=5.0mm=0.50cmo

(2)小球经过光电门的时间极短，平均速度可视为金属小球经过光电门的瞬时速度，故、，=4

/

(3)小球由静止到经过光电门这一过程，根据运动学公式有：=2gh,整理有;=*由题可知

k(P

则g=

2

【变式2](2020•安徽联盟)在“验证牛顿运动定律”的实验中，某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行实

验。

丙

⑴用20分度的游标卡尺测出挡光片的宽度如图乙所示，则宽度4=<

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(2)接通气源，调节气垫导轨水平，让滑块从不同位置由静止释放，记录挡光片通过光电门的挡光时间测

出释放点到光电门的间距为s,以s为纵轴，I为横轴作图，得到的图像是一条过原点的倾斜直线，且斜率

户

为h则滑块的加速度。=(用d、〃表示)。

(3)若以测得的滑块加速度。为纵轴，所挂钩码的重力代替拉力片作出如图内中图线1。为了减小误差，该

兴趣小组将一个力传感器安装在滑块上(传感器的质量可忽略不计)，从力传感器中得出拉力3作出。一产

图像是图丙中的图线(填“2”或"3”)o

【答案】⑴0.940(2);(3)2

2k

【解析】(1)游标卡尺读数为:0.9cm4-8x0.005cm=0.940cm；

(2)滑块做匀加速直线运动，有2而=1汽又□=",可得已知斜率为左，可得。=,；

t2at-2k

(3)因钩码及滑块做加速运动，可知细线的拉力应比钩码的重力小，向用传感器测出的是滑块出受的实际的

拉力，此时。一歹图像应为图线2。

【变式3](2020•山东临沂十九中高三上学期第六次调研)如图甲是实验室测定水平面和小物块之间动摩擦因

数的实验装置，曲面力8与水平面相切于4点且固定。带有遮光条的小物块自曲面上某一点释放后沿水平面

滑行，最终停在C点，。为光电计时器的光电门，已知当地重力加速度为g。

甲乙

(I)利用游标卡尺测得遮光条的宽度如图乙所示，则遮光条的宽度d=

(2)实验中除了测定遮光条的宽度外，还需要测量的物理量有；

A.小物块质量用

B.遮光条通过光电门的时间/

C.光电门到。点的距离s

D.小物块释放点的高度力

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(3)为了减小实验误差，同学们采用图象法来处理实验数据，他们根据(2)测量的物理量，建立图丙所示的坐

标系来寻找关系，其中合理的是。

II

77

(/---------------►a--------j

AB

1m

内

【答案】(1)1.060(2)BC(3)B

【解析】(1)主尺的刻度为1cm,游标尺上的第12个刻度与主尺的刻度对齐,读数是0.05x12mm=0.60mm,

总读数为10mm+0.60nun=10.60min=1.060cm。

(2)实验的原理：根据遮光条的宽度与物块通过光电门的时间即可求得物块经过B点的速度为、，=",B到C

/

的过程中，摩擦力对物块做负功，根据动能定理得：一"?gS=0一1八兄联立以上两式得动摩擦因数的表达

式故还需要测量的物理量是：光电门到C点的距离s与遮光条通过光电门的时间1,B、C正确，

2gs产

A、D错误。

(3)由动摩擦因数的表达式可知，〃与产和s的乘积成反比，所以I与s的关系图线是过原点的直线，应该建

立的坐标系为：纵坐标为物理量I，横坐标为物理量s,故B正面，A、C、D错误。

I2

热点题型四力学创新实验

1.创新型实验的特点

(1)以基本的力学模型为载体，依托运动学规律和力学定律设计实验。

(2)用实验的基本方法——控制变量法，处理数据的基本方法——图像法、逐差法，融入到实验的综合分析

之中。

2.创新型实验的解法

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（1）根据题忖情境，提取相应的力学模型，明确实验的理论依据和实验目的。

（2）应用原理公式或图像法处理实验数据，结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行分析。

【例4】（2020•淄博市高三模拟考试）我国桥梁建设取得了举世瞩目的成就，如图甲所示，是建造某大桥时将

长百米、重千余吨的钢梁从江水中吊起的情景。施工时采用了将钢梁与水面成一定倾角出水的起吊方案，

为了探究该方案的合理性，某研究性学习小组做了两个模拟实验。

实验1：研究将钢板从水下水平拉出的过程中总拉力的变化情况。

实验2：研究将钢板从水下以一定倾角拉出的过程中总拉力的变化情况。

甲乙

（1）必要的实验器材有：钢板、细绳、水盆、水、支架、刻度尺、计时器和等。

（2）根据图乙中的曲线可知，实验2中的最大总拉力比实验1中的最大总拉力降低了N,钢板完全

浸没在水中时受到的浮力是No（结果均保留两位有效数字）

⑶根据分子动理论，实验1中最大总拉力明显增大的原因是

O

【答案】（1）弹簧测力计（或力传感器）（2）0.600.35（3）分子之间存在引力，当钢板平着出水面时，接触面

积大，出水瞬间分子间的作用力比较大

【解析】（1）根据已有器材：钢板、细绳、水盆、水、支架、刻度尺、计时器，可知要测钢板从水面下拉出

时不同情况下的总拉力变化情况，就必须有测量力方面的仪器，如弹簧测力计。（2）根据题中实验测得的两

种恃况下的数据可以看出，实验2中的最大总拉力比实验1中的最大总拉力降低了4.35N—3.75N=0.60N,

钢板完全浸没在水中时受到的浮力为3.75N-3.40N=（）.35N。（3）分子之间存在引力,当钢板平看出水面时,

接触面积大，出水瞬间分子间的作用力比较大。

【变式1］（2020•河北衡水中学高三二调）

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如图甲（侧视图只画了一个小车）所示的实验装置可以用来验证“牛顿第二定律“，两个相同的小车放在光滑水

平桌面上，右端各系一条细绳，跨过定滑轮各挂一个小盘，增减盘中的祛码可改变小车受到的合外力，增

减车上的跌码可改变小车的质量。两车左端各系一条细线用一个黑板擦把两细线同时按在固定、粗糙的水

平垫片上，使小车静止（如图乙）。拾起黑板擦两车同时运动，在两车尚未碰到滑轮前，迅速按下黑板擦，两

车立刻停止，测出两车位移的大小。

（1）该实验中，盘和盘中祛码的总质量应（填“远大于”“远小于'2等于"）小车的总质量。

（2）图丙为某同学在验证“合外力不变，加速度与质量成反比”时的实验记录，已测得小车1的总质量M=100

g,小车2的总质量M2=200g。由图可读出小车1的位移xi=5.00cm,小车2的位移处=cm,可

以算出（结果保留三位有效数字）；在实验误差允许的范围内，"I（填"大于”"小于'…等

02（12

于‘塔。

M）

【答案】⑴远小于（2）2.47（2.45〜2.49均可）2.02（2.01〜2.04均可）等于

【解析】（1）因为实验的研究对象是小车，设小车的总质审为M,盘和盘中破码的总质量为凡实验需要

验证小车的加速度。但实际实验中小车的加速度为。=mg，为了达到研究目的需要满足盘和

盘中祛码的总质量远小于小车的总质量。

（2）由题图丙可知，小车2的位移为2.47cm,由匀加速直线运动的位移公式可知，x=）凡即由于

2t2

时间相等，可得内=»=：吧幺02,可见在误差允许范围内，内=中，即两小车的加速度之比等于质量的反

aiX22.47aiMi

比。

【变式2】（2020•潍坊市高三第二次模拟考试）一小组同学到仓储站劳动实践，在调试如图甲所示的谷物传送

机时，发现启动阶段水平放置的传送带不是匀速运动。为探究传送带在启动阶段的运动性质，该小组同学

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进行了以下操作:

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甲

①用细绳一端拴盛有小米的纸质漏斗，做成一个单摆;

②一同学站在传送带旁边，手持绳的另一端于传送带中线的正上方不动，漏斗尽量贴近传送带；

③将漏斗适当拉离平衡位置，撕开漏斗下部，让小米流出，同时放开漏斗，使漏斗始终垂直二传送带中线

运动；

④启动传送带，一段时间后，摆动的漏斗撒出的小米在传送带上留下的痕迹如图乙所示。

已知重力加速度g=l（）m/s2,请叵答以下问题：

乙

（1）用亳米刻度尺测量图片中Of的长度，长度为mm,为判断传送带在启动阶段的运动性质，还需要

测出的长度；

⑵根据上述测量数据得出的结论是，理由是

【答案】（1）8.6〜8.9均可08和。C（或48和8C）

（2）传送带在启动阶段的运动可看做匀加速直线运动在误差允许的范围内，传送带在连续相等的时间段内

的位移差相等

【解析】（1）用亳米刻度尺测量图片中OA的长度，根据亳米刻度尺读数规则，读出OA的长度，记录的数

据要包括估读的数值。可根据做匀变速直线运动的物体在连续相等时间内的位移差是恒量，又判断传送带

在启动阶段的运动性质，故还需耍测量0B和0C的长度（或者AB和BC的尺度）。（2）若满足BC-AB=AB

-0A,则传送带在启动阶段的运动可看做匀加速直线运动。其理由是：在误差允许的范闱内，传送带在连

续相等时间段内的位移差相等。

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【变式3】.某班物理小组计划用一台具有摄像功能的数码相机来研究弹簧做功的规律。该小组设计的装置

如图甲所示，光滑水平桌面（厚度不计）离地高度为〃=0.8m,轻质弹簧左端固定于竖直挡板上，挡板到桌面

右端的距离恰好等于弹簧的原长。

实验时将•质量为〃?=200g的小球（可视为质点）置于被压缩弹簧的右端，释放后小球在弹力的作用下向右

运动，并离开桌面做平抛运动（不计空气阻力），用数码相机将小球运动过程拍成视频，改变小球的释放位置

再拍，获得多个视频，每个视频都由相同时间间隔的照片连贯而成，通过电脑将这些照片按时间顺序制作

成频闪照片（如图乙所示），筛选出5张频闪照片，用刻度尺测得照片中的桌面离地高度力=50.0mm,再测

出5张照片中的x和s,记录到下表中，取重力加速度g=10m/s。

频闪照片序号12345

x/mm408.012.016.018.0

5/mm32.064.295.9128.6143.3

（1）分析图乙中小球位置的分布规律，可知该相机每秒能拍摄张照片。

（2）根据表中数据在图内中作出图象。

丙

（3）若测得图象的斜率为k,则弹簧对小球做的功田可以表示成（填选项前的字母）,

A.B.噜中咚

4〃4A2

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c.T*咚D“*

【解析】(1)由平抛运动规律可得，小球落地时间，=s=0.4s,由图乙可知，相机在0.4s

g10

内拍摄了6张照片，则数码相机在1s内能拍摄的照片数〃=[x6=15张。

0.4

(3)由题意可知，小球在平抛运动过程中实际运动的水平距离U="s,又由平抛运动规律有s，=W,联立可得

h

y=s'=S，gO则弹簧做的功力=)储=〃啰:因尸人代入可得力=摩华I,故选C。

t2H24H4炉

【变式4],某同学设计了如图⑶所示的装置验证小球摆动过程中的机械能守恒。实验中小球到达B位置时,

恰好与桌面接触但没有弹力，。点的箭头处放一锋利的刀片，细线到达竖直位置时被割断，小球做平抛运

动落到地面，尸是一刻度尺。该同学方案的优点是只需利用刻度尺测量4位置到桌面的高度、桌面到地面

的高度H及平抛运动的水平位移Lo

(1)用游标卡尺测出小球的直径力如图(b)所示，d=

(2)为了得到小球从4到8下降的百度儿若不测小球的直径d,则需测量从位置/中(选填“球的下

边沿”或“球心”)到桌面的距离;

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(3)实验中改变人多测几次/?和心的数值，作出如图(c)所示的图线1,则该图线的斜率左=,可证

明小球F摆过程中的机械能守恒；

(4)若作出的图象为如图(c)所示的图线2,原因是。

【答案】(1)1.140(2)球的下边沿(3)4"(4)方的测显值偏大

【解析】(1)游标卡尺的读数为1.1x10mm+8x0.05mm=l1.40mm=1.140cm。

(2)为了得到小球从4到8下降的高度，可测量小球的直径d和从位置.力中球心到桌面的距离，若不测d,

则只需测量从位置4中球的下边沿到桌面的距离。

(3)球做圆周运动时有〃陪〃=]落球做平抛运动有〃=)凡L=vt,联立解得£2=4〃〃，即斜率左=4〃，可

证明球下摆过程中的机械能守恒。

(4)若作出的图象为如图(c)所示的图线2,纵截距不为零，原因是〃的测量值偏大。

【变式5](2020•银川一模)物理兴趣小组的同学在研究弹簧弹力的时候，测得弹力的大小厂和弹簧长度/的

关系如图所示，则由图线可知：

(1)弹簧的劲度系数为N/mo

(2)为了用弹簧测定两木块Z和8间的动摩擦因数〃，两位同学分别设计了如图6—1—25所示的甲、乙两种

方案。

①为了用某一弹簧测力计的示数表示4和B之间的滑动摩擦力的大小，你认为方案更合理。

②若力和4的重力分别为10.0N和20.0N.当力被拉动时，弹簧测力计。的示数为6.0N,6的示数为1L0

N,c的示数为4.0N,则力和8的动摩擦因数为o

【答案】(1)30()(2)甲(3)0.30

【解析】(1)由图读出，弹簧的弹力产=0时，弹簧的长度为£o=2Ocm,即弹簧的原长为20cm,由图读

出弹力为R)=60N,弹簧的长度为Lo=4Ocm,弹簧伸长的长度xo=L-Lo=4O-20=20cm=().2m；由胡

克定律得弹簧的劲度系数为攵=£=瞿=30()N/m：

xo0.2

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(2)①甲乙两种方案，在拉着物体/运动的过程中，拉力的弹簧测力计由于在不断地运动，示数可能会变化，

读数不是很准，弹簧测力计4是不动的，指针稳定，便于读数，故甲方案更合理；

②由于弹簧测力计。示数为6.0N,所以力、8间的动摩擦因数"=/=6=0.30.

msg20

【变式5](2020•四川广元高三第一次高考适应性考试)利用气垫导轨验证动能定理，实验装置示意图如图所

示.

遮光条光电门1光电32

滑块产匕细线定滑轮

气垫导轨口拉力传感器口/太祛码

托盘

实验主要步骤如下：

①在水平桌面上放置气垫导轨，将它调至水平；

②用游标卡尺测量遮光条的宽度d;

③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离£；

④将滑块移至光电门1左侧某处，待托盘静止不动时，释放滑块，从固定在滑块上的拉力传感器读出细线

拉力的大小巴从数字计时器读出遮光条通过光电门1的时间△力，通过光电门2的时间加2；

⑤用天平称出滑块、遮光条和拉力传感器的总质量

回答下列问题:

(I)以滑块(包含遮光条和拉力传感器)为研究对象，在实验误差允许的范围内，若满足关系式(用

测量的物理量的字母表示)，则可认为验证了动能定理；

(2)关于本实验，某同学提出如下观点，其中正确的是；

A.理论上，遮光条的宽度越窄，遮光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度

B.牵引滑块的细绳应与导轨平行

C.需要考虑托盘和跌码受到的空气阻力对实验结果产生的影响

D.托盘和祛码的总质量〃?必须远小于滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M

(“不计空气阻力,已知重力加速度g和实验测得的物理量.根据

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“，可以计算托盘和跌码的总质量小.若不考虑遮光条宽度的影响，计算出托盘和诙码的总质量为如；若考

虑遮光条宽度的影响，计算出托盘和祛码的总质量为a2,则如加2(选填“大于”“等于”或“小于”).

【答案】：(1)厘=1〃(")2一】M(d)2(2)AB(3)大于

2A/22Az।

【蟀析I⑴滑块经过两光电门的速度分别为「人片*对滑块运用动能定理有