2021-2025年高考物理真题知识点分类汇编之力学实验（三）

第90页（共90页）2021-2025年高考物理真题知识点分类汇编之力学实验（三）一．实验题（共20小题）1．（2023•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F1和F2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F的大小，沿细线标记此时F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F1和F2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F的图示。⑤比较F′和F的，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。2．（2023•湖南）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m；（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t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T＝（用“t0”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/sT2/s20.0152.430.2430.0590.0253.140.3140.0990.0353.720.3720.1380.0454.220.4220.1780.0554.660.4660.217（6）设弹簧的劲度系数为k，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.2πmB.2πkC.2πmkD.2πkm（7）除偶然误差外，写出一条本实验中可能产生误差的原因：。3．（2023•重庆）某实验小组用单摆测量重力加速度。所用实验器材有摆球、长度可调的轻质摆线、刻度尺、50分度的游标卡尺、摄像装置等。（1）用游标卡尺测量摆球直径d。当量爪并拢时，游标尺和主尺的零刻度线对齐。放置摆球后游标卡尺示数如图1甲所示，则摆球的直径d为mm。（2）用摆线和摆球组成单摆，如图1乙所示。当摆线长度l＝990.1mm时，记录并分析单摆的振动视频，得到单摆的振动周期T＝2.00s，由此算得重力加速度g为m/s2（保留3位有效数字）。（3）改变摆线长度l，记录并分析单摆的振动视频，得到相应的振动周期。他们发现，分别用l和l+d2作为摆长，这两种计算方法得到的重力加速度数值的差异大小Δg随摆线长度l的变化曲线如图2所示。由图可知，该实验中，随着摆线长度l的增加，Δg的变化特点是，原因是4．（2023•天津）（1）某同学利用图甲的气垫导轨实验装置验证机械能守恒定律，主要实验步骤如下：A.将桌面上的气垫导轨调至水平；B.测出遮光条的宽度d；C.将滑块移至图示位置，测出遮光条到光电门的距离l；D.由静止释放滑块，读出遮光条通过光电门的遮光时间Δt；E.称出托盘和砝码的总质量m1、滑块（含遮光条）的质量m2。已知当地重力加速度为g，回答以下问题（用题中所给的字母表示）：①遮光条经过光电门时的速度大小为；②遮光条由静止运动至光电门的过程，系统重力势能减少了；遮光条经过光电门时，滑块、托盘和砝码的总动能为；③通过改变滑块的释放位置，测出多组l、Δt数据，利用实验数据绘制出(dΔt)2-l图像如图乙。若图乙中直线的斜率近似等于（2）某同学测量金属丝的电阻。①首先使用多用电表的欧姆挡进行粗测，用“×1”挡正确测量，指针偏转如图丙所示，对应的读数为Ω；②该同学设计了如图丁所示的电路，再次开展测量，除学生电源（输出电压为4V）、滑动变阻器、开关、导线外，还提供如下器材：A.电压表（量程0～15V，内阻约15kΩ）；B.电压表（量程0～3V，内阻约3kΩ）；C.电流表（量程0～3A，内阻约0.025Ω）；D.电流表（量程0～0.6A，内阻约0.125Ω）。（i）为了测量准确，实验时应选用测量电压U，应选用测量电流I；（填器材前对应的字母）（ii）关于该实验，下列哪些说法是正确的。A.电压表内阻分流引起的误差是系统误差B.闭合开关前滑动变阻器的滑片应置于b端C.滑动变阻器采用图示接法电压U可以调为零D.通过测量多组数据绘制U﹣I图像可减小系统误差5．（2023•河北）某实验小组利用图1装置测量重力加速度。摆线上端固定在O点，下端悬挂一小钢球，通过光电门传感器采集摆动周期。（1）关于本实验，下列说法正确的是。（多选）A．小钢球摆动平面应与光电门U形平面垂直B．应在小钢球自然下垂时测量摆线长度C．小钢球可以换成较轻的橡胶球D．应无初速度、小摆角释放小钢球（2）组装好装置，用毫米刻度尺测量摆线长度L，用螺旋测微器测量小钢球直径d。螺旋测微器示数如图2，小钢球直径d＝mm，记摆长l=（3）多次改变摆线长度，在小摆角下测得不同摆长l对应的小钢球摆动周期T，并作出l﹣T2图像，如图3。根据图线斜率可计算重力加速度g＝m/s2（保留3位有效数字，π2取9.87）。（4）若将摆线长度误认为摆长，仍用上述图像法处理数据，得到的重力加速度值将（填“偏大”“偏小”或“不变”）。6．（2023•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。（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A点时小车位置为初始位置，将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移Δx填到表中，小车发生相应位移所用时间和平均速度分别为Δt和v。表中ΔxAD＝cm，vAD＝cm/s。位移区间ABACADAEAFΔx（cm）6.6014.60ΔxAD34.9047.30v（cm/s）66.073.0vAD87.394.6（2）根据表中数据得到小车平均速度v随时间Δt的变化关系，如图（c）所示。在答题卡上的图中补全实验点。（3）从实验结果可知，小车运动的v-Δt图线可视为一条直线，此直线用方程v=kΔt+b表示，其中k＝cm/s2，b＝cm/s。（结果均保留（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A点时小车速度大小vA＝，小车的加速度大小a＝。（结果用字母k、b表示）7．（2023•浙江）（1）在“探究平抛运动的特点”实验中①用图1装置进行探究，下列说法正确的是。A．只能探究平抛运动水平分运动的特点B．需改变小锤击打的力度，多次重复实验C．能同时探究平抛运动水平、竖直分运动的特点②用图2装置进行实验，下列说法正确的是。A．斜槽轨道M必须光滑且其末端水平B．上下调节挡板N时必须每次等间距移动C．小钢球从斜槽M上同一位置静止滚下③用图3装置进行实验，竖直挡板上附有复写纸和白纸，可以记下钢球撞击挡板时的点迹。实验时竖直挡板初始位置紧靠斜槽末端，钢球从斜槽上P点静止滚下，撞击挡板留下点迹0，将挡板依次水平向右移动x，重复实验，挡板上留下点迹1、2、3、4。以点迹0为坐标原点，竖直向下建立坐标轴y，各点迹坐标值分别为y1、y2、y3、y4。测得钢球直径为d，则钢球平抛初速度v0为。A．（x+d2B．（x+d2C．（3x-d2D．（4x-d2（2）如图4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m的钩码，静止时指针所指刻度xA、xB的数据如表。钩码个数012…xA/cm7.758.539.30…xB/cm16.4518.5220.60…钩码个数为1时，弹簧A的伸长量ΔxA＝cm，弹簧B的伸长量ΔxB＝cm，两根弹簧弹性势能的增加量ΔEpmg（ΔxA+ΔxB）（选填“＝”、“＜”或“＞”）。8．（2023•上海）如图所示，是某小组同学“用DIS研究加速度与力的关系”的实验装置（已平衡摩擦力），实验过程中可近似认为钩码受到的总重力等于小车所受的拉力。先测出钩码所受的重力为G，之后改变绳端的钩码个数，小车每次从同一位置释放，测出挡光片通过光电门的时间Δt。（1）实验中是否必须测出小车质量m车。A.是B.否（2）为完成实验还需要测量①；②。（3）实际小车受到的拉力小于钩码的总重力，原因是。（4）若导轨保持水平，滑轮偏低导致细线与轨道不平行，则细线平行时加速度a1，与不平行时加速度a2相比，a1a2。（选填“大于”、“小于”或“等于”）9．（2022•天津）某同学验证两个小球在斜槽末端碰撞时的动量守恒，实验装置如图1所示。A、B为两个直径相同的小球。实验时，不放B，让A从固定的斜槽上E点自由滚下，在水平面上得到一个落点位置；将B放置在斜槽末端，让A再次从斜槽上E点自由滚下，与B发生正碰，在水平面上又得到两个落点位置。三个落点位置标记为M、N、P。（1）为了确认两个小球的直径相同，该同学用10分度的游标卡尺对它们的直径进行了测量，某次测量的结果如图2所示，其读数为mm。（2）下列关于实验的要求哪个是正确的。A．斜槽的末端必须是水平的B．斜槽的轨道必须是光滑的C．必须测出斜槽末端的高度D．A、B的质量必须相同（3）如果该同学实验操作正确且碰撞可视为弹性碰撞，A、B碰后在水平面上的落点位置分别为、。（填落点位置的标记字母）10．（2022•广东）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（a）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（b）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的遮光时间t1和t2。（4）计算小球通过光电门的速度，已知小球的质量为m，可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失ΔE＝（用字母m、d、t1和t2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。11．（2022•河北）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L0，钩码的质量为m，已知弹簧的弹性势能表达式为E=12kx2，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（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L。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。（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h的关系，如图3所示。（3）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。12．（2022•浙江）“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。（1）实验应进行的操作有。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：A的质量/kgB的质量/kg碰撞前A的速度大小/（m•s﹣1）碰撞后A的速度大小/（m•s﹣1）碰撞后B的速度大小/（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）13．（2022•甲卷）利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为m1的滑块A与质量为m2的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞，碰撞时间极短，比较碰撞后A和B的速度大小v1和v2，进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。完成下列填空：（1）调节导轨水平。（2）测得两滑块的质量分别为0.510kg和0.304kg。要使碰撞后两滑块运动方向相反，应选取质量为kg的滑块作为A。（3）调节B的位置，使得A与B接触时，A的左端到左边挡板的距离s1与B的右端到右边挡板的距离s2相等。（4）使A以一定的初速度沿气垫导轨运动，并与B碰撞，分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间t1和t2。（5）将B放回到碰撞前的位置，改变A的初速度大小，重复步骤（4）。多次测量的结果如表所示。12345t1/s0.490.671.011.221.39t2/s30.400.46k=0.31k20.330.330.33（6）表中的k2＝（保留2位有效数字）。（7）v1v2的平均值为（8）理论研究表明，对本实验的碰撞过程，是否为弹性碰撞可由v1v2判断。若两滑块的碰撞为弹性碰撞，则v1v2的理论表达式为（用m1和m2表示），本实验中其值为（保留2位有效数字）；若该值与（14．（2022•江苏）小明利用手机测量当地的重力加速度，实验场景如图1所示，他将一根木条平放在楼梯台阶边缘，小球放置在木条上，打开手机的“声学秒表”软件，用钢尺水平击打木条使其转开后，小球下落撞击地面，手机接收到钢尺的击打声开始计时，接收到小球落地的撞击声停止计时，记录下击打声与撞击声的时间间隔t．多次测量不同台阶距离地面的高度h及对应的时间间隔t．（1）现有以下材质的小球，实验中应当选用．A．钢球B．乒乓球C．橡胶球（2）用分度值为1mm的刻度尺测量某级台阶高度h的示数如图2所示，则h＝cm．（3）作出2h﹣t2图线，如图3所示，则可得到重力加速度g＝m/s2．（4）在图1中，将手机放在木条与地面间的中点附近进行测量．若将手机放在地面A点，设声速为v，考虑击打声的传播时间，则小球下落时间可表示为t'＝（用h、t和v表示）．（5）有同学认为，小明在实验中未考虑木条厚度，用图像法计算的重力加速度g必然有偏差．请判断该观点是否正确，简要说明理由．15．（2022•浙江）在“研究平抛运动”实验中，以小钢球离开轨道末端时球心位置为坐标原点O，建立水平与竖直坐标轴。让小球从斜槽上离水平桌面高为h处静止释放，使其水平抛出，通过多次描点可绘出小球做平抛运动时球心的轨迹，如图所示。在轨迹上取一点A，读取其坐标（x0，y0）。（1）下列说法正确的是。A.实验所用斜槽应尽量光滑B.画轨迹时应把所有描出的点用平滑的曲线连接起来C.求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据（2）根据题目所给信息，小球做平抛运动的初速度大小v0＝。A.2B.2C.x0gD.x0g（3）在本实验中要求小球多次从斜槽上同一位置由静止释放的理由是。16．（2022•浙江）（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O为位移测量起点和计时起点，则打计数点B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/s2（保留两位有效数字）。②利用图1装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验，需调整的是（多选）。A．换成质量更小的小车B．调整长木板的倾斜程度C．把钩码更换成砝码盘和砝码D．改变连接小车的细绳与长木板的夹角（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（单选）；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O点。17．（2022•山东）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；③将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块，弹簧处于原长时滑块左端位于O点，A点到O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F，加速度a随时间t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F与a的数据，画出a﹣F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Ⅱ，则待测物体的质量为kg。18．（2022•重庆）如图1为某小组探究两滑块碰撞前后的动量变化规律所用的实验装置示意图。带刻度尺的气垫导轨右支点固定，左支点高度可调，装置上方固定一具有计时功能的摄像机。（1）要测量滑块的动量，除了前述实验器材外，还必需的实验器材是。（2）为减小重力对实验的影响，开动气泵后，调节气垫导轨的左支点，使轻推后的滑块能在气垫导轨上近似做运动。（3）测得滑块B的质量为197.8g，两滑块碰撞前后位置x随时间t的变化图像如图所示，其中①为滑块B碰前的图线。取滑块A碰前的运动方向为正方向，由图中数据可得滑块B碰前的动量为kg•m•s﹣1（保留2位有效数字），滑块A碰后的图线为（选填“②”“③”“④”）。19．（2022•北京）某同学利用自由落体运动测量重力加速度，实验装置如图1所示，打点计时器接在频率为50.0Hz的交流电源上。使重锤自由下落，打点计时器在随重锤下落的纸带上打下一系列点迹。挑出点迹清晰的一条纸带，依次标出计数点1，2，…，8，相邻计数点之间还有1个计时点。分别测出相邻计数点之间的距离x1，x2，…，x7，并求出打点2，3，…，7时对应的重锤的速度。在坐标纸上建立v﹣t坐标系，根据重锤下落的速度作出v﹣t图线并求重力加速度。（1）图2为纸带的一部分，打点3时，重锤下落的速度v3＝m/s（结果保留3位有效数字）。（2）除点3外，其余各点速度对应的坐标点已在图3坐标系中标出，请在图中标出速度v3对应的坐标点，并作出v﹣t图线。（3）根据图3，实验测得的重力加速度g＝m/s2（结果保留3位有效数字）。（4）某同学居家学习期间，注意到一水龙头距地面较高，而且发现通过调节水龙头阀门可实现水滴逐滴下落，并能控制相邻水滴开始下落的时间间隔，还能听到水滴落地时发出的清脆声音。于是他计划利用手机的秒表计时功能和刻度尺测量重力加速度。为准确测量，请写出需要测量的物理量及对应的测量方法。20．（2022•福建）某实验小组利用图（a）所示装置验证小球平抛运动的特点，实验时，先将斜槽固定在贴有复写纸和白纸的木板边缘，调节槽口水平并使木板竖直；把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点O，建立xOy坐标系，然后从斜槽上固定的位置释放小球，小球落到挡板上并在白纸上留下印迹，上下调节挡板进行多次实验，实验结束后，测量各印迹中心点O1、O2、O3…的坐标，并填入表格中，计算对应的x2值。O1O2O3O4O5O6y/cm2.956.529.2713.2016.6119.90x/cm5.958.8110.7412.4914.0515.28x2/cm235.477.6115.3156.0197.4233.5（1）根据上表数据，在图（b）给出的坐标纸上补上O4数据点，并绘制“y﹣x2”图线。（2）由y﹣x2图线可知，小球下落的高度y，与水平距离的平方x2成（填“线性”或“非线性”）关系，由此判断小球下落的轨迹是抛物线。（3）由y﹣x2图线求得斜率k，小球平抛运动的初速度表达式为v0＝（用斜率k和重力加速度g表示）。（4）该实验得到的y﹣x2图线常不经过原点，可能的原因是。

2021-2025年高考物理真题知识点分类汇编之力学实验（三）参考答案与试题解析一．实验题（共20小题）1．（2023•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F1和F2的大小，并CD。（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同一位置，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F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F1和F2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F的图示。⑤比较F′和F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。【考点】探究两个互成角度的力的合成规律．【专题】实验题；定性思想；等效替代法；平行四边形法则图解法专题；推理论证能力．【答案】②CD；③同一位置；⑤大小和方向。【分析】②③合力与分力为等效替代关系，要验证力的平行四边形定则，应使两个力和一个力作用效果相同，根据实验原理和注意事项分析即可；⑤要比较两力是否相同，应比较力的大小和方向是否均相同。【解答】解：②AB、不需要用刻度尺量出橡皮条的长度和细线的长度，故AB错误；C、合力与分力是等效替代的关系，作用效果相同，用一个弹簧测力计拉小圆环时，应拉到同一位置，则需要用铅笔记录小圆环的位置，故C正确；D、需要记录两个拉力的大小和方向，则需要用铅笔在白纸上标记出两细线的方向，故D正确。故选：CD。③合力与分力是等效替代的关系，作用效果相同，用一个弹簧测力计拉小圆环时，应拉到同一位置；⑤力是矢量，既有大小也有方向，则需要比较F′和F的大小和方向。故答案为：②CD；③同一位置；⑤大小和方向。【点评】本题考查验证力的平行四边形定则实验，解题关键是掌握该实验的实验原理和注意事项。2．（2023•湖南）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m；（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t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T＝t010（用“t（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线性的（填“线性的”或“非线性的”）；m/kg10T/sT/sT2/s20.0152.430.2430.0590.0253.140.3140.0990.0353.720.3720.1380.0454.220.4220.1780.0554.660.4660.217（6）设弹簧的劲度系数为k，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A（填正确答案标号）；A.2πmB.2πkC.2πmkD.2πkm（7）除偶然误差外，写出一条本实验中可能产生误差的原因：空气阻力的影响。【考点】探究弹簧振子的周期和小球质量的关系；简谐运动的表达式及振幅、周期、频率、相位等参数．【专题】实验题；定量思想；推理法；简谐运动专题；实验探究能力．【答案】（3）t010；（5）线性的；（6）A；（【分析】（3）根据图（b）中的数据得出周期的表达式；（5）根据图实验数据推断弹簧振子振动周期的平方随质量的增大是否均匀增大，据此判断振动周期的平方与质量的关系是否是线性的；（6）根据量纲逐项分析出对应的单位并完成分析；（7）根据实验原理分析出另外可能产生误差的原因。【解答】解：（3）根据图（b）所示，可知0～t0时间内弹簧振子完成了10次全振动，故弹簧振子振动周期为：T=t（5）分析实验的数据，可知质量逐次增加0.01kg，对应弹簧振子振动周期的平方逐次近似增加0.04s2，可知在误差允许的范围内，弹簧振子振动周期的平方随质量的增大而均匀增大，即弹簧振子振动周期的平方与质量的关系是线性的；（6）根据量纲法可知，周期的单位为s，则周期的正确表达式单位也是s，选项A的表达式2πmk的单位为：kgNm=kg×mkg×m/s2=s，对比选项B、C故选：A。（7）本实验中除偶然误差外可能产生误差的原因为：空气阻力的影响。故答案为：（3）t010；（5）线性的；（6）A；（【点评】本题考查了探究弹簧振子振动周期与质量的关系的实验，根据实验原理掌握正确的实验操作，要掌握实验数据的分析和处理的方法，特别是量纲法的应用，整体难度不大。3．（2023•重庆）某实验小组用单摆测量重力加速度。所用实验器材有摆球、长度可调的轻质摆线、刻度尺、50分度的游标卡尺、摄像装置等。（1）用游标卡尺测量摆球直径d。当量爪并拢时，游标尺和主尺的零刻度线对齐。放置摆球后游标卡尺示数如图1甲所示，则摆球的直径d为19.20mm。（2）用摆线和摆球组成单摆，如图1乙所示。当摆线长度l＝990.1mm时，记录并分析单摆的振动视频，得到单摆的振动周期T＝2.00s，由此算得重力加速度g为9.86m/s2（保留3位有效数字）。（3）改变摆线长度l，记录并分析单摆的振动视频，得到相应的振动周期。他们发现，分别用l和l+d2作为摆长，这两种计算方法得到的重力加速度数值的差异大小Δg随摆线长度l的变化曲线如图2所示。由图可知，该实验中，随着摆线长度l的增加，Δg的变化特点是随着摆长的增大Δg逐渐减小，原因是l越接近l+d【考点】用单摆测定重力加速度；游标卡尺的使用与读数．【专题】定量思想；推理法；单摆问题；分析综合能力．【答案】（1）19.20；（2）9.86；（3）随着摆长的增大Δg逐渐减小，摆长越大时，l越接近l+【分析】（1）根据游标卡尺的精度读数；（2）根据单摆的周期公式解得重力加速度；（3）根据图像结合单摆的特点分析。【解答】解：（1）游标卡尺的精度为0.02mm，固定尺读数为19mm，游标尺读数为10×0.02mm，则摆球的直径d＝19mm+0.20mm＝19.20mm；（2）单摆的摆长为：L＝l+12d=990.1mm+1根据单摆的周期公式T＝2πLg，代入解得：g＝（3）由图可知Δg的变化特点是随着摆长的增大Δg逐渐减小，摆长越大时，l越接近l+d故答案为：（1）19.20；（2）9.86；（3）随着摆长的增大Δg逐渐减小，摆长越大时，l越接近l+【点评】解决本题的关键知道实验的原理，掌握单摆的周期公式，会通过公式求解重力加速度的大小。4．（2023•天津）（1）某同学利用图甲的气垫导轨实验装置验证机械能守恒定律，主要实验步骤如下：A.将桌面上的气垫导轨调至水平；B.测出遮光条的宽度d；C.将滑块移至图示位置，测出遮光条到光电门的距离l；D.由静止释放滑块，读出遮光条通过光电门的遮光时间Δt；E.称出托盘和砝码的总质量m1、滑块（含遮光条）的质量m2。已知当地重力加速度为g，回答以下问题（用题中所给的字母表示）：①遮光条经过光电门时的速度大小为dΔt②遮光条由静止运动至光电门的过程，系统重力势能减少了m1gl；遮光条经过光电门时，滑块、托盘和砝码的总动能为12（m1+m2）（dΔt）2③通过改变滑块的释放位置，测出多组l、Δt数据，利用实验数据绘制出(dΔt)2-l图像如图乙。若图乙中直线的斜率近似等于（2）某同学测量金属丝的电阻。①首先使用多用电表的欧姆挡进行粗测，用“×1”挡正确测量，指针偏转如图丙所示，对应的读数为7Ω；②该同学设计了如图丁所示的电路，再次开展测量，除学生电源（输出电压为4V）、滑动变阻器、开关、导线外，还提供如下器材：A.电压表（量程0～15V，内阻约15kΩ）；B.电压表（量程0～3V，内阻约3kΩ）；C.电流表（量程0～3A，内阻约0.025Ω）；D.电流表（量程0～0.6A，内阻约0.125Ω）。（i）为了测量准确，实验时应选用B测量电压U，应选用D测量电流I；（填器材前对应的字母）（ii）关于该实验，下列哪些说法是正确的AC。A.电压表内阻分流引起的误差是系统误差B.闭合开关前滑动变阻器的滑片应置于b端C.滑动变阻器采用图示接法电压U可以调为零D.通过测量多组数据绘制U﹣I图像可减小系统误差【考点】验证机械能守恒定律．【专题】定量思想；比较思想；机械能守恒定律应用专题；推理论证能力．【答案】（1）①dΔt，②m1gl，12（m1+m2）（dΔt）2；③2m1gm1+m2；（2）①7，②【分析】（1）①根据光电门求速度的公式解答；②根据重力势能减少量的公式和动能的表达式列式求解；③根据机械能守恒写出相应表达式，结合图像斜率进行解答；（2）①根据欧姆表的读数规则完成读数；②（i）根据电源电压和估算的最大电流选择电压表和电流表；（ii）根据滑动变阻器的分压式接法和电流表的外接法分析系统误差和偶然误差，以及实验操作时的注意事项和电压变化情况。【解答】解：（1）①根据光电门求速度的公式有v=d②托盘和砝码的高度降低，滑块在水平面上滑动，系统重力势能减少量等于托盘和砝码的重力势能减少量，为m1gl，遮光条经过光电门时，滑块、托盘和砝码的总动能等于12（m1+m2）（dΔt）③如果系统满足机械能守恒，则有m1gl=12（m1+m2）（dΔt）2，即（dΔt）2=2m（2）①根据欧姆表的读数规则，起读数为7×1Ω＝7Ω；②（i）因为电源电压才4V，故电压表选择B即可，金属丝电阻约为7Ω，则电流的可能最大值为Im=UR=47A＝0.57A（ii）A.测量电阻时采用了滑动变阻器的分压式接法和电流表的外接法，电流表的外接法中电压表内阻分流引起的误差是系统误差，故A正确；B.为了保证电流表的绝对安全，闭合开关前滑动变阻器的滑片应置于a端，故B错误；C.滑动变阻器的分压式接法电压U可以调为零，故C正确；D.通过测量多组数据绘制U﹣I图像可减小偶然误差，故D错误。故选：AC。故答案为：（1）①dΔt，②m1gl，12（m1+m2）（dΔt）2；③2m1gm1+m2；（2）①7，②【点评】考查系统机械能守恒和伏安法测电阻、电表的选择等问题，会根据题意进行准确分析和解答。5．（2023•河北）某实验小组利用图1装置测量重力加速度。摆线上端固定在O点，下端悬挂一小钢球，通过光电门传感器采集摆动周期。（1）关于本实验，下列说法正确的是ABD。（多选）A．小钢球摆动平面应与光电门U形平面垂直B．应在小钢球自然下垂时测量摆线长度C．小钢球可以换成较轻的橡胶球D．应无初速度、小摆角释放小钢球（2）组装好装置，用毫米刻度尺测量摆线长度L，用螺旋测微器测量小钢球直径d。螺旋测微器示数如图2，小钢球直径d＝20.035mm，记摆长l=（3）多次改变摆线长度，在小摆角下测得不同摆长l对应的小钢球摆动周期T，并作出l﹣T2图像，如图3。根据图线斜率可计算重力加速度g＝9.87m/s2（保留3位有效数字，π2取9.87）。（4）若将摆线长度误认为摆长，仍用上述图像法处理数据，得到的重力加速度值将不变（填“偏大”“偏小”或“不变”）。【考点】用单摆测定重力加速度；螺旋测微器的使用与读数．【专题】实验题；实验探究题；定量思想；实验分析法；单摆问题；基本实验仪器；实验探究能力．【答案】（1）ABD；（2）20.035；（3）9.87；（4）不变。【分析】（1）根据实验原理、正确操作步骤和注意事项分析作答；（2）螺旋测微器的精确度为0.01m，测量值＝固定刻度上对应示数（mm）+可动刻度上对齐格数（估读一位）×精确度；（3）根据单摆周期公式求l﹣T2，结合l﹣T2图像求重力加速度；（4）若将摆线长度L误认为摆长l，根据单摆周期公式求解l﹣T2结合图像分析斜率，然后作答。【解答】解：（1）A．使用光电门测量时，光电门U形平面与被测物体的运动方向垂直是光电门使用的基本要求，故A正确；B．测量摆线长度时，要保证绳子处于伸直状态，故B正确；C．单摆是一个理想化模型，若采用质量较轻的橡胶球，空气阻力对摆球运动的影响较大，故C错误；D．无初速度、小摆角释放的目的是保持摆球在竖直平面内运动，不形成圆锥摆，且单摆只有在摆角很小的情况下才可视为简谐运动，使用T=2πl故选：ABD。（2）螺旋测微器的精确度为0.01mm，小钢球直径d＝20mm+3.5×0.01mm＝20.035mm（3）单摆周期公式T整理得l结合l﹣T2图像可知，图像的斜率k解得g＝9.87m/s2（4）若将摆线长度L误认为摆长l，有T则得到的图线为L仍用上述图像法处理数据，图线斜率不变，仍为g4π2故答案为：（1）ABD；（2）20.035；（3）9.87；（4）不变。【点评】本题考查了螺旋测微器的读数，考查了单摆测量重力加速度；掌握单摆的周期公式是解题的关键；注意实验时要让单摆在同一竖直平面摆动。6．（2023•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。（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A点时小车位置为初始位置，将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移Δx填到表中，小车发生相应位移所用时间和平均速度分别为Δt和v。表中ΔxAD＝24.00cm，vAD＝80.0cm/s。位移区间ABACADAEAFΔx（cm）6.6014.60ΔxAD34.9047.30v（cm/s）66.073.0vAD87.394.6（2）根据表中数据得到小车平均速度v随时间Δt的变化关系，如图（c）所示。在答题卡上的图中补全实验点。（3）从实验结果可知，小车运动的v-Δt图线可视为一条直线，此直线用方程v=kΔt+b表示，其中k＝70.0cm/s2，b＝59.0cm/s。（结果均保留（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A点时小车速度大小vA＝b，小车的加速度大小a＝2k。（结果用字母k、b表示）【考点】探究小车速度随时间变化的规律．【专题】定量思想；推理法；直线运动规律专题；运动学中的图象专题；推理论证能力．【答案】（1）24.00，80.0；（2）见解析；（3）70.0，59.0；（4）b，2k。【分析】（1）根据图（b）求解小车的位移，根据平均速度公式求解平均速度；（2）根据数据描点即可；（3）在图中做v-Δt（4）对比匀变速直线运动速度—时间公式和小车的运动公式，求解即可。【解答】解：（1）由图（b）得，ΔxAD＝xAB+xBC+xCD＝6.60cm+8.00cm+9.40cm＝24.00cmAD段的平均速度vAD=ΔxAD（2）如图（3）在v-Δt由图像得：k=ΔvΔt=101-59b＝59.0cm/s（4）小车做匀加速直线运动，由匀变速直线运动位移—时间公式得：x＝vAt+整理得：xt即：v则打出A点时小车速度大小vA＝b小车的加速度大小为a＝2k故答案为：（1）24.00，80.0；（2）见解析；（3）70.0，59.0；（4）b，2k。【点评】本题考查匀变速直线运动，解题关键是掌握匀变速直线运动规律，掌握平均速度的定义式，结合题意分析即可。7．（2023•浙江）（1）在“探究平抛运动的特点”实验中①用图1装置进行探究，下列说法正确的是B。A．只能探究平抛运动水平分运动的特点B．需改变小锤击打的力度，多次重复实验C．能同时探究平抛运动水平、竖直分运动的特点②用图2装置进行实验，下列说法正确的是C。A．斜槽轨道M必须光滑且其末端水平B．上下调节挡板N时必须每次等间距移动C．小钢球从斜槽M上同一位置静止滚下③用图3装置进行实验，竖直挡板上附有复写纸和白纸，可以记下钢球撞击挡板时的点迹。实验时竖直挡板初始位置紧靠斜槽末端，钢球从斜槽上P点静止滚下，撞击挡板留下点迹0，将挡板依次水平向右移动x，重复实验，挡板上留下点迹1、2、3、4。以点迹0为坐标原点，竖直向下建立坐标轴y，各点迹坐标值分别为y1、y2、y3、y4。测得钢球直径为d，则钢球平抛初速度v0为D。A．（x+d2B．（x+d2C．（3x-d2D．（4x-d2（2）如图4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m的钩码，静止时指针所指刻度xA、xB的数据如表。钩码个数012…xA/cm7.758.539.30…xB/cm16.4518.5220.60…钩码个数为1时，弹簧A的伸长量ΔxA＝0.78cm，弹簧B的伸长量ΔxB＝1.29cm，两根弹簧弹性势能的增加量ΔEp＜mg（ΔxA+ΔxB）（选填“＝”、“＜”或“＞”）。【考点】探究平抛运动的特点．【专题】定量思想；推理法；平抛运动专题；分析综合能力；实验探究能力．【答案】（1）①B；②C；③D；（2）0.78；1.29；＜【分析】（1）①此装置只能分析出两球竖直方向上的运动特点，为了保证多次实验验证，需要改变小球的初速度；②为了保证小球的初速度相同，要让小球从同一位置静止下滑，轨道是否光滑对实验无影响，挡板N不需要等间距移动；③根据平抛运动不同方向上的运动特点，结合运动学公式得出初速度的表达式；（2）根据指针刻度和弹簧伸长量的关系得出弹簧的伸长量，根据功能关系判断系统机械能如何变化，得出弹性势能增加量和重力势能减小量的大小关系。【解答】解：（1）①用图1装置进行探究，只能探究平抛运动竖直方向上的运动特点，为了保证小球的水平速度不同，需改变小锤击打的力度，多次重复实验，故B正确，AC错误；故选：B。②用图2装置进行实验，则：A、斜槽轨道不一定要光滑，但末端要水平，故A错误；B、上下调节挡板N时不需要保证等间距移动，故B错误；C、为了保证小钢球的初速度相同，则需要让小钢球从斜槽M上同一位置静止滚下，故C正确；故选：C。③根据平抛运动的特点可知：在竖直方向上：y在水平方向上：4联立解得：v0＝（4x-d2）g2y4故选：D。（2）弹簧A的伸长量可由刻度xA的变化得到，则ΔxA＝8.53cm﹣7.75cm＝0.78cm。弹簧B的伸长量等于刻度xB与刻度xA的差值，则ΔxB＝18.52cm﹣16.45cm﹣0.78cm＝1.29cm。在B弹簧下端挂上钩码到系统在无外力作用而处于静止状态的过程，需要有外力迫使系统最终处于静止状态，外力对系统要做负功，系统的机械能是减少的，故两根弹簧弹性势能的增加量小于钩码减小的重力势能，即ΔEp＜mg（ΔxA+ΔxB）。故答案为：（1）①B；②C；③D；（2）0.78；1.29；＜【点评】本题主要考查了平抛运动的相关应用，根据实验原理掌握正确的实验操作，结合平抛运动的特点即可完成解答。8．（2023•上海）如图所示，是某小组同学“用DIS研究加速度与力的关系”的实验装置（已平衡摩擦力），实验过程中可近似认为钩码受到的总重力等于小车所受的拉力。先测出钩码所受的重力为G，之后改变绳端的钩码个数，小车每次从同一位置释放，测出挡光片通过光电门的时间Δt。（1）实验中是否必须测出小车质量m车B。A.是B.否（2）为完成实验还需要测量①小车释放点到光电门的距离；②遮光条的宽度。（3）实际小车受到的拉力小于钩码的总重力，原因是钩码有向下的加速度，拉力小于重力。（4）若导轨保持水平，滑轮偏低导致细线与轨道不平行，则细线平行时加速度a1，与不平行时加速度a2相比，a1大于a2。（选填“大于”、“小于”或“等于”）【考点】探究加速度与力、质量之间的关系．【专题】参照思想；推理法；方程法；基本实验仪器；实验探究能力．【答案】（1）B；（2）小车释放点到光电门的距离；遮光条的宽度（3）钩码有向下的加速度，拉力小于重力（4）大于【分析】（1）本实验研究小车加速度与力的关系，只要保持小车的质量不变即可，所以没必要测出小车的质量；（2）利用运动学公式2ax=v（3）小车和钩码从静止释放做加速度运动，钩码的加速度竖直向下，可知钩码拉力和重力的大小关系，由绳子拉力大小与钩码绳子拉力大小相等，可知小车拉力大小与钩码重力大小关系；（4）本实验已经平衡摩擦力，当绳子与导轨平行，小车的合力等于绳子拉力大小，当绳子与导轨不平行，利用受力分析图，由牛顿第二定律可比较两个加速度的大小。【解答】解：（1）实验的研究对象是小车，研究小车的加速度和合力的关系，只要保持小车的质量不变即可，所以没必要测出小车的质量，故选B；（2）小车经过光电门的速度v=dΔt，由2ax＝v2﹣0可得小车的加速度a=d（3）钩码受重力和拉力，钩码向下做加速运动，加速度竖直向下，所以钩码的拉力小于钩码的重力，钩码的拉力大小等于小车绳子拉力的大小，所以实际小车受到的拉力小于钩码的总重力；（4）本实验已平衡摩擦力，设导轨垫高的夹角为θ，则有mgsinθ＝f＝μmgcosθ，细线平行时由牛顿第二定律有：T＝ma1，若滑轮偏低导致细线与轨道不平行，受力方向如下图所示：由牛顿第二定律有：Tcosβ+mgsinθ﹣μ（mgcosθ+Tsinβ）＝ma2，把mgsinθ＝f＝μmgcosθ代入上式，可得Tcosβ﹣μTsinβ＝ma2，故a1＞a2故答案为：（1）B；（2）小车释放点到光电门的距离；遮光条的宽度（3）钩码有向下的加速度，拉力小于重力（4）大于【点评】本实验研究加速度与力的关系，注意本实验已经平衡摩擦力，所以小车的合力等于绳子的拉力。9．（2022•天津）某同学验证两个小球在斜槽末端碰撞时的动量守恒，实验装置如图1所示。A、B为两个直径相同的小球。实验时，不放B，让A从固定的斜槽上E点自由滚下，在水平面上得到一个落点位置；将B放置在斜槽末端，让A再次从斜槽上E点自由滚下，与B发生正碰，在水平面上又得到两个落点位置。三个落点位置标记为M、N、P。（1）为了确认两个小球的直径相同，该同学用10分度的游标卡尺对它们的直径进行了测量，某次测量的结果如图2所示，其读数为10.5mm。（2）下列关于实验的要求哪个是正确的A。A．斜槽的末端必须是水平的B．斜槽的轨道必须是光滑的C．必须测出斜槽末端的高度D．A、B的质量必须相同（3）如果该同学实验操作正确且碰撞可视为弹性碰撞，A、B碰后在水平面上的落点位置分别为M、P。（填落点位置的标记字母）【考点】验证动量守恒定律；游标卡尺的使用与读数．【专题】实验题；实验探究题；定性思想；实验分析法；动量与动能定理或能的转化与守恒定律综合；实验探究能力．【答案】（1）10.5；（2）A；（3）M；P。【分析】（1）游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标尺读数，不需估读；（2）根据实验原理确定实验中应注意的事项；（3）根据碰撞前后小球的速度大小确定落点的位置。【解答】解：（1）游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标尺读数，游标卡尺是10分度，精确度为0.1mm，主尺读数为：10mm，游标尺读数为：0.1×5mm＝0.5mm，则读数为：10mm+0.5mm＝10.5mm；（2）A、为了保证小球做平抛运动，斜槽末端必须水平，故A正确；B、斜槽光滑与否实验不产生影响，同时也无法使接触面绝对光滑，故B错误；C、实验中两小球做平抛运动，下落时间相同，不需要测量斜槽末端的高度，故C错误；D、为了防止入射球反弹，应使入射球的质量大于被碰球的质量，故D错误。故选：A；（3）两球为弹性碰撞，N点为小球A单独滑下时的落点；碰撞后A球速度减小，B球速度增大，故A球落点为M点，B球落点为P点。故答案为：（1）10.5；（2）A；（3）M；P。【点评】本题主要考查了机械能守恒定律的验证实验，根据实验原理掌握正确的实验操作，结合平抛运动的特点和动量守恒定律分析出需要验证的表达式即可。10．（2022•广东）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（a）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（b）所示，小球直径d＝7.885mm。（3）测量时，应B（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的遮光时间t1和t2。（4）计算小球通过光电门的速度，已知小球的质量为m，可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失ΔE＝12m(dt1)2-12m(（5）若适当调高光电门的高度，将会增大（选填“增大”或“减小”）因空气阻力引起的测量误差。【考点】验证机械能守恒定律．【专题】定量思想；推理法；动量与动能定理或能的转化与守恒定律综合；推理论证能力．【答案】（2）7.885；（3）B；（4）12m(【分析】（2）根据螺旋测微器的读数规则得出小球的直径；（3）根据实验原理掌握正确的实验操作；（4）理解机械能的定义，利用光电门测出小球的速度，结合动能的计算公式完成分析；（5）根据实验原理结合功的计算公式完成对实验误差的分析。【解答】解：（2）根据螺旋测微器的示数可求出小球的直径为：d＝7.5mm+38.5×0.01mm＝7.885mm；（3）因为小球到光电门的距离不算太高，下落时间较短，如果先释放小球再打开数字计时器可能导致小球已经通过光电门或正在通过光电门，造成测量误差，故在测量时，要先接通数字计时器，后释放小球，故选B；（4）在光电门位置，小球的重力势能相等，则小球在此处的动能之差即为小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失。在极短时间内，物体的瞬时速度等于该过程中物体的平均速度，则小球第一次经过光电门的速度为v1=dt1，小球第二次经过光电门的速度为（5）若适当调高光电门的高度，则空气阻力做功将变大，将会增大因空气阻力引起的测量误差。故答案为：（2）7.885；（3）B；（4）12m(【点评】本题主要考查了能量守恒定律的相关应用，理解光电门测量速度的原理，结合能量守恒定律完成对实验的分析。11．（2022•河北）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L0，钩码的质量为m，已知弹簧的弹性势能表达式为E=12kx2，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（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L。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12k(L-L0)2-12k(L-L0-h（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h的关系，如图3所示。（3）由图3可知，随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，主要原因是随着h增加，钩码克服空气阻力的做功在增加。【考点】验证机械能守恒定律；弹性势能的定义和性质．【专题】定量思想；推理法；机械能守恒定律应用专题；推理论证能力．【答案】（1）12k(L-L0)2-12【分析】（1）根据弹性势能的表达式分析出不同位置的弹性势能，从而得到弹性势能的减小量；根据运动学公式计算出钩码在F点的速度，结合动能计算公式完成分析；根据重力势能的表达式得出重力势能的增加量；（3）根据实验原理和实验装置的特点分析出产生对应图像的可能原因。【解答】解：（1）弹簧的长度为L的弹性势能为E到F点时弹簧的弹性势能为EpΔEp=根据纸带的特点可知，vF则动能的增加量为ΔEk=12mvF2（3）随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，主要原因随着h增加，钩码克服空气阻力的做功在增加。故答案为：（1）12k(L-L0)2-12【点评】本题主要考查了机械能守恒定律的验证实验，熟悉不同能量的计算方法和变化特点，学会简单的数据分析即可，整体难度不大。12．（2022•浙江）“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。（1）实验应进行的操作有C。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：A的质量/kgB的质量/kg碰撞前A的速度大小/（m•s﹣1）碰撞后A的速度大小/（m•s﹣1）碰撞后B的速度大小/（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0.200kg•m/s。（结果保留3位有效数字）【考点】验证动量守恒定律．【专题】实验题；实验探究题；定量思想；动量和能量的综合；实验探究能力．【答案】（1）C；（2）0.200。【分析】（1）系统所受合外力为零，系统动量守恒，根据题意分析答题。（2）根据实验数据应用动量的计算公式求出系统的总动量大小。【解答】解：（1）AB、实验需要测量小车的速度与质量，不需要测量滑轨的长度、不需要测量小车的长度和高度，故AB错误；C、系统所受合外力为零系统动量守恒，碰撞前将滑轨调成水平，故C正确。（2）由于A的质量小于B的质量，碰撞后A反弹，以碰撞前A的速度方向为正方向，碰撞后小车A、B所构成的系统总动量大小p＝mAvA+mBvB＝0.200×（﹣0.200）kg•m/s+0.300×0.800kg•m/s＝0.200kg•m/s故答案为：（1）C；（2）0.200。【点评】理解实验原理、知道实验注意事项是解题的前提，解题时要注意正方向的选择。13．（2022•甲卷）利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为m1的滑块A与质量为m2的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞，碰撞时间极短，比较碰撞后A和B的速度大小v1和v2，进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。完成下列填空：（1）调节导轨水平。（2）测得两滑块的质量分别为0.510kg和0.304kg。要使碰撞后两滑块运动方向相反，应选取质量为0.304kg的滑块作为A。（3）调节B的位置，使得A与B接触时，A的左端到左边挡板的距离s1与B的右端到右边挡板的距离s2相等。（4）使A以一定的初速度沿气垫导轨运动，并与B碰撞，分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间t1和t2。（5）将B放回到碰撞前的位置，改变A的初速度大小，重复步骤（4）。多次测量的结果如表所示。12345t1/s0.490.671.011.221.39t2/s30.400.46k=0.31k20.330.330.33（6）表中的k2＝0.31（保留2位有效数字）。（7）v1v2的平均值为0.32（8）理论研究表明，对本实验的碰撞过程，是否为弹性碰撞可由v1v2判断。若两滑块的碰撞为弹性碰撞，则v1v2的理论表达式为m2-m12m1（用m1和m2表示），本实验中其值为【考点】验证动量守恒定律．【专题】实验题；定量思想；动量与动能定理或能的转化与守恒定律综合；分析综合能力．【答案】（2）0.304（6）0.31（7）0.32（8）m2-【分析】用动量守恒定律分析一维碰撞问题，验证是否为弹性碰撞必然要用到机械能守恒定律和动量守恒定律，需要对碰撞前后的状态进行分析，判断是否同时满足机械能守恒定律和动量守恒定律。【解答】解：（2）两滑块的质量分别为0.510kg和0.304kg，要想使碰撞后两滑块运动方向相反，则A滑块质量要小，才有可能反向运动，故选0.304kg的滑块作为A。（6）因为位移相等，所以速度之比等于时间之比的倒数，由表中数据可得，k2=t2（7）v1v2的平均值为：k=（8）由机械能守恒定律和动量守恒定律可得：12m1v02=12m1v12+联立解得：v1v2=【点评】本题考查用动量守恒定律去分析一维碰撞问题，需要对学生动量定理和机械能守恒定律有较深刻的认识，明确实验原理和内容。14．（2022•江苏）小明利用手机测量当地的重力加速度，实验场景如图1所示，他将一根木条平放在楼梯台阶边缘，小球放置在木条上，打开手机的“声学秒表”软件，用钢尺水平击打木条使其转开后，小球下落撞击地面，手机接收到钢尺的击打声开始计时，接收到小球落地的撞击声停止计时，记录下击打声与撞击声的时间间隔t．多次测量不同台阶距离地面的高度h及对应的时间间隔t．（1）现有以下材质的小球，实验中应当选用A．A．钢球B．乒乓球C．橡胶球（2）用分度值为1mm的刻度尺测量某级台阶高度h的示数如图2所示，则h＝61.20cm．（3）作出2h﹣t2图线，如图3所示，则可得到重力加速度g＝9.31m/s2．（4）在图1中，将手机放在木条与地面间的中点附近进行测量．若将手机放在地面A点，设声速为v，考虑击打声的传播时间，则小球下落时间可表示为t'＝t+hv（用h、t和（5）有同学认为，小明在实验中未考虑木条厚度，用图像法计算的重力加速度g必然有偏差．请判断该观点是否正确，简要说明理由．【考点】探究小车速度随时间变化的规律．【专题】实验题；实验探究题；定量思想；推理法；直线运动规律专题；实验探究能力．【答案】（1）A；（2）61.20；（3）9.31；（4）t+hv；（【分析】（1）应选择质量大而体积小的球进行实验。（2）根据图示刻度尺读数。（3）应用运动学公式求出图像的函数表达式，然后根据图示图像求解。（4）求出声音传播的时间，然后求解。（5）考虑木条的厚度，求出图像的函数表达式，然后答题。【解答】解：（1）为减小空气阻力对实验的影响，应选择质量大而体积小的球进行实验，故选A。（2）刻度尺的分度值是1mm，由图示刻度尺可知，h＝61.20cm（3）小球做自由落体运动，位移h=12gt2则2h﹣t2图像的斜率k＝g=（4）将手机放在地面A点时，打击木条的声音传到手机处的时间与小球落地时的声音传到手机的时间相等，此时所测时间t等于小球做自由落体运动的时间，手机放在地面上时，打击木条的声音传到手机需要的时间t1=hv，掌握小球的下落时间t'＝（5）设木条的厚度为d，小球下落过程位移：h+d=12gt2，整理得：2h＝gt2﹣2d，2h﹣t2故答案为：（1）A；（2）61.20；（3）9.31；（4）t+hv；（【点评】要掌握常用器材的使用方法与读数方法；立即实验原理、知道实验注意事项是解题的前提，应用运动学公式求出图像的函数表达式即可解题。15．（2022•浙江）在“研究平抛运动”实验中，以小钢球离开轨道末端时球心位置为坐标原点O，建立水平与竖直坐标轴。让小球从斜槽上离水平桌面高为h处静止释放，使其水平抛出，通过多次描点可绘出小球做平抛运动时球心的轨迹，如图所示。在轨迹上取一点A，读取其坐标（x0，y0）。（1）下列说法正确的是C。A.实验所用斜槽应尽量光滑B.画轨迹时应把所有描出的点用平滑的曲线连接起来C.求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据（2）根据题目所给信息，小球做平抛运动的初速度大小v0＝D。A.2B.2C.x0gD.x0g（3）在本实验中要求小球多次从斜槽上同一位置由静止释放的理由是小球到达斜槽末端时的速度相同，确保多次运动的轨迹相同。【考点】探究平抛运动的特点．【专题】实验题；实验探究题；定量思想；推理法；平抛运动专题；实验探究能力．【答案】（1）C；（2）D；（3）小球到达斜槽末端时的速度相同，确保多次运动的轨迹相同。【分析】（1）根据实验注意事项分析答题。（2）应用平抛运动规律求出小球的初速度大小。（3）为使小球到达斜槽末端时速度相等，小球应从斜槽的同一位置由静止释放。【解答】解：（1）A、只要小球从斜槽同一位置由静止释放，小球做平抛运动从初速度就相同，实验所用斜槽应不必光滑，故A错误；B、画轨迹时应把尽可能多的描出的点用平滑的曲线连接起来，故B错误；C、为减小实验误差，求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据，故C正确。故选：C。（2）小球做平抛运动，设运动时间为t，水平方向x0＝v0t竖直方向y0=解得：v0＝x0g2y0，故ABC故选：D。（3）实验中要求小球多次从斜槽上同一位置由静止释放的理由是小球到达斜槽末端时的速度相同，确保多次运动的轨迹相同。故答案为：（1）C；（2）D；（3）小球到达斜槽末端时的速度相同，确保多次运动的轨迹相同。【点评】理解实验原理是解题的前提，掌握基础知识、应用平抛运动规律即可解题。16．（2022•浙江）（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O为位移测量起点和计时起点，则打计数点B时小车位移大小为6.21cm。由图3中小车运动的数据点，求得加速度为1.9m/s2（保留两位有效数字）。②利用图1装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验，需调整的是BC（多选）。A．换成质量更小的小车B．调整长木板的倾斜程度C．把钩码更换成砝码盘和砝码D．改变连接小车的细绳与长木板的夹角（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D（单选）；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3（选填“2”、“3”或“4”）次把橡皮条结点拉到O点。【考点】探究小车速度随时间变化的规律；探究加速度与力、质量之间的关系；力的平行四边形定则；牛顿第二定律的简单应用．【专题】定量思想；推理法；直线运动规律专题；实验探究能力．【答案】（1）①6.21；1.9；②BC；（2）①D；②3【分析】（1）根据刻度尺的读数规则得出对应的示数，结合v﹣t图像的斜率得出加速度；根据实验原理分析出不同实验中的实验装置的差别并完成分析；（2）根据实验原理掌握正确的实验操作；理解只有一只弹簧秤的实验步骤，由此得出需要完成的步骤次数。【解答】解：（1）①刻度尺的分度值为0.1cm，需要估读到分度值的下一位，根据图2可知，打计数点B时小车的位移大小为6.21cm；根据图3的数据可知，小车的加速度为a=②A、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，所以需要将长木板靠近打点计时器的一端垫高一些，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1.9m考虑到实际情况，即f远小于mg，有1.9m则可知M＝4m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，可知目前实验条件尚不满足，所以利用当前装置在进行实验时，需要将钩码更换成砝码盘和砝码，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，需将连接砝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）①A、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，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。②若只有一只弹簧秤，为了完成该实验，用手拉住一条细绳，用弹簧秤拉住另一条细绳，互成角度的拉橡皮条，使其结点到达某一点O，记下位置O和弹簧秤示数F1和两个拉力的方向；交换弹簧秤和手所拉细绳的位置，再次将结点拉至O点，使两力的方向与原来两力方向性相同，并记下此时弹簧秤的示数F2，只有一个弹簧秤将结点拉至O点，并记下此时的弹簧秤示数F的大小和方向；所以若只有一只弹簧秤，为了完成该实验至少需要3次把橡皮条结点拉至O。故答案为：（1）①6.21；1.9；②BC；（2）①D；②3【点评】本题主要考查了力合成的平行四边形定则的验证实验，根据实验原理掌握正确的实验操作，结合牛顿第二定律即可完成分析。17．（2022•山东）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