2027届新高考物理热点精准复习力学实验

2027届新高考物理热点精准复习力学实验原理公式是理论的骨,实验探究是实践的魂,数据是答案的线索,操作是通向真理的桥梁。在每一

次测量与分析中,解开物理世界的真相!真题解码

(2024贵州,11,5分)智能手机内置很多传感器,磁传感器是其中一种。现用智能手机内的磁传感器结合

某应用软件,利用长直木条的自由落体运动测量重力加速度。主要步骤如下:

真题试练(1)在长直木条内嵌入7片小磁铁,最下端小磁铁与其他小磁铁间的距离如图(A)所示。(2)开启磁传感器,让木条最下端的小磁铁靠近该磁传感器,然后让木条从静止开始沿竖直方向自由下落。(3)以木条释放瞬间为计时起点,记录下各小磁铁经过传感器的时刻,数据如表所示:h(m)0.000.050.150.300.500.751.05t(s)0.0000.1010.1750.2470.3190.3910.462(4)根据表中数据,补全图(B)中的数据点,并用平滑曲线绘制下落高度h随时间t变化的h-t图线。(5)由绘制的h-t图线可知,下落高度随时间的变化是

(填“线性”或“非线性”)关系。(6)将表中数据利用计算机拟合出下落高度h与时间的二次方t2的函数关系式为h=4.916t2(SI)。据此函数

可得重力加速度大小为

m/s2。(结果保留3位有效数字)解析(4)由表中数据在图(B)中描点画图,如图所示。

(5)由绘制的h-t图线可知,下落高度随时间的变化是非线性关系。答案(4)见解析(5)非线性(6)9.83(6)如果长直木条做自由落体运动,则满足h=

gt2,由h=4.916t2(SI)可得

g=4.916m/s2,解得g=9.832m/s2≈9.83m/s2。

探究1拓展设问设问:根据真题启示,你觉得还可以有哪些方法能测量当地的重力加速度?请简要说明一个测量重力加

速度的实验方案。思维探秘答案只要测出有重力加速度的表达式中的其余物理量,就可以借此求解重力加速度,当然还要考虑实

验的可行性,综合考虑可用下列方法测出重力加速度。(1)测已知质量物体的重力,通过G=mg可求出g;(2)利用打点计时器得到做自由落体运动的物体对应的纸带,根据纸带进行数据分析得到重力加速度,

如探究2的T1;(3)利用自由落体运动测重力加速度,如真题试练中“2024贵州,11”,还可用滴水法测重力加速度,如探

究2的T2;(4)利用单摆测重力加速度,如探究2的T3;(5)利用抛体运动测重力加速度,测出做平抛运动或斜抛运动的物体在竖直方向上的加速度即重力加速度。1.纸带分析测重力加速度

(2022北京,16节选)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。

图1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图线并求探究2多向设计重力加速度。(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)。解析(1)由于交流电源频率f=50.0Hz,相邻计数点间还有一个计时点,则相邻计数点间时间间隔为T=2×

=0.04s,故v3=

=

cm/s≈1.15m/s。(2)描点并作出v-t图线如图所示

答案(1)1.15(2)见解析(3)9.75(3)由v-t图线的斜率表示加速度可得重力加速度为g=

=

m/s2=9.75m/s2。2.滴水法测重力加速度

(2022北京,16节选)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。答案见解析解析需要测量的物理量:水滴下落的高度h和下落的时间t。测量h的方法:用刻度尺测量水龙头出水口到地面的高度,多次测量取平均值。测量t的方法:调节水龙头阀门,使一滴水开始下落的同时,恰好听到前一滴水落地时发出的清脆声音。

用手机测量n滴水下落的总时间tn,则t=

。3.单摆测重力加速度科技文化节中,某兴趣小组做了如下实验。利用单摆测量重力加速度,

实验操作如下:(1)使用游标卡尺测量实心钢球的直径,如图丁所示,钢球直径的读数为d=

mm;

(2)将器材按甲图方式连接,用刻度尺测量出悬点与钢球最上端间细线长度为l;使钢球按照乙图方式运

动,摆角小于5°,钢球第1次经过最低点处开始计时,至第n次经过最低点时测得经历的时间为t,则重力加

速度g=

(用测得的物理量表示);(3)若钢球实际按图丙方式在水平面内做圆周运动,但仍然视作单摆,则测量出的重力加速度值

(填“偏大”或“偏小”)。(4)某同学又将钢球换成沙摆,如图戊所示,薄木板被沿箭头方向水平拉出的过程中,沙摆漏出的沙在板

上形成的一段曲线如图己所示,当沙摆摆动经过最低点时开始计时(记为第1次),当它第20次经过最低

点时测得经历的时间为19s(忽略摆长的变化),取当地重力加速度g=10m/s2,则:

a.该沙摆的摆长约为

m(结果保留2位有效数字)b.由图己可知薄木板做的是匀加速直线运动,且加速度大小约为

m/s2(结果保留2位有效数字)。解析(1)20分度的游标卡尺精度为0.05mm,则钢球直径的读数为d=12mm+7×0.05mm=12.35mm(2)根据题意可知单摆的摆长为L=l+

钢球第1次经过最低点处开始计时,至第n次经过最低点时测得经历的时间为t,则单摆的周期为T=

=

由单摆的周期公式T=2π

,可得重力加速度为g=

(3)设细线与竖直方向的夹角为θ,由牛顿第二定律有mgtanθ=m

·Lsinθ答案(1)12.35(2)

(3)偏大(4)a.1.0b.3.1×10-2

解得圆锥摆的周期为T1=2π

<T,故在时间t内经过最低点的次数变多,由此测量出的重力加速度偏大。(4)a.当沙摆摆动经过“最低点”时开始计时(记为第1次),当它第20次经过最低点时测得所需的时间为

19s,周期T2=

s=2s根据T2=2π

,解得摆长L'≈1.0mb.根据Δx=a

,解得a=3.1×10-2m/s2

素能进阶实验设计的基本思路1.明确实验目的,进行广泛联系。①要求测定的物理量或要求验证、探究的规律就是实验目的,是实验设计的出发点。②明确实验目的后,再应用所学知识进行广泛联系,主要看要测定的物理量或要探究的物理规律在哪些

内容中出现过,与哪些物理现象有关,跟哪些物理量有直接的联系。如在测量性实验中,要分析被测的

量通过什么规律并需要用哪些物理量来定量地表示;在验证性实验中,要分析在相应的物理现象中,哪

些定量关系成立,才能达到验证规律的目的;在探究性实验中,要分析在相应的物理现象中,涉及哪些物

理量……这些都是应该分析的内容,以此来确定实验的原理。2.选择实验方案,要求科学、安全、精确、简便。对于同一个实验目的,可能存在多种实验原理,进而形成多种可供选择的实验方案。在弄清哪些物

理量是直接测量的、哪些物理量是间接测量的之后,一般常根据以下四条原则,选择不同的实验方案。①科学性原则:设计的方案应有科学的依据,符合物理学的基本原理。②安全性原则:按设计方案实施时,应安全可靠,不会对人造成危害或损坏器材;所需装备和器材要易于

置备,且成功率高。③准确性原则:在选择实验方案时,应对各种可能的方案进行初步的误差分析,尽可能选用精确度高的

方案。④简便原则:设计的实验方案应便于实验操作,便于进行数据处理,便于实验者直观、明显地观察。3.依据实验方案,选择实验器材。实验方案选定后,再考虑该方案需要哪些器材。根据被测定量与哪些物理量有直接的定量关系,分

别需用什么器材来测定,来确定实验所用的器材。4.拟定实验步骤,合理有序做实验。实验之前要做到心中有数:如何组装器材,哪些量先测,哪些量后测,应从正确的操作和提高效率的

角度拟定一个合理、有序的实验步骤,并在实验中调整改进。5.进行数据处理和误差分析灵活应用常用的数据处理方法(如平均值法、列表法、图像法等)和误差分析方法(如绝对误差和

相对误差等)。为了便于探讨分析,我们将本单元内容分为力学实验、电学实验、热学光学实验三个专题。专题1力学实验目录(2024江西,11,8分)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。

解法探秘真题试练1:探究加速度与力质量的关系验证机械能守恒定律(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)小车的质量为M1=320g。利用光电门系统测出不同钩码质量m时小车加速度a。钩码所受重力记为

F,作出a-F图像,如图(B)中图线甲所示。(3)由图线甲可知,F较小时,a与F成正比;F较大时,a与F不成正比。为了进一步探究,将小车的质量增加

至M2=470g,重复步骤(2)的测量过程,作出a-F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

。再将小车的质

量增加至M3=720g,重复步骤(2)的测量过程,记录钩码所受重力F与小车加速度a,如表所示(表中第9~14

组数据未列出)。序号123456789~1415钩码所

受重力F

/(9.8N)0.0200.0400.0600.0800.1000.1200.1400.160……0.300小车加

速度a/

(m·s-2)0.260.550.821.081.361.671.952.20……3.92(5)请在图(B)中补充描出第6至8三个数据点,并补充完成图线丙。(6)根据以上实验结果猜想和推断:小车的质量

时,a与F成正比。结合所学知识对上

述推断进行解释:

。答案(4)较大较小(5)如图所示(6)远大于钩码的质量见解析

解析(4)由题图(B)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。(6)对小车和钩码组成的系统应用牛顿第二定律得mg=(M+m)a,实验中将钩码所受重力记为F,则F=(M+

m)a,可得a=

F,随着钩码质量m的增加,图线的斜率k=

将减小,而当m≪M时可认为M+m=M,加速度a=

F,即a与F成正比。

探究1拓展设问①设问1:在探究加速度与力、质量的关系实验中,什么时候需要满足m≪M?(此处m为所挂钩码的质量,

M为小车的质量)②设问2:若已知遮光片的宽度d、遮光片通过某个光电门的时间Δt,小车通过该光电门的速度大小如何

表示?③设问3:实验中涉及的加速度也常用打点计时器和纸带来测量,那么,利用打点计时器和纸带可用来做

哪些实验?解法重构答案①当以小车为研究对象,需要将钩码的重力大小近似视为细线对小车的拉力大小时,就需要满足

m≪M。当研究对象是小车和钩码整体,则不需要满足“m≪M”的条件。②小车通过该光电门的速度大小v=

。③利用打点计时器和纸带可以求出平均速度、匀变速直线运动中的瞬时速度、加速度等物理量,有关

这些物理量的实验都可以借助打点计时器和纸带完成,比如:探究小车速度随时间变化的规律;研究自

由落体运动规律;探究加速度与力、质量的关系;测量动摩擦因数;验证机械能守恒定律。1.情境变异·运用a-F图像求质量

(2022山东,13,6分)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;探究2同类竞探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。解析(1)由F-t图像可知,弹簧伸长5.00cm时弹力F=0.610N,则k=

=

N/m≈12N/m。(2)由牛顿第二定律可知a=

,图线的斜率k=

,由题丙图中图线Ⅰ的斜率可求得m1≈0.20kg。(3)由题图丙中图线Ⅱ的斜率可求得m2≈0.33kg,则待测物体的质量m=m2-m1=0.13kg。答案(1)12(2)0.20(3)0.132.考向变异·v2-h图像验证机械能守恒定律

(2025河南,12,9分)实验小组利用图1所示装置验证机械能守恒定律。可选用的器材有:交流电源(频率5

0Hz)、铁架台、电子天平、重锤、打点计时器、纸带、刻度尺等。图1(1)下列所给实验步骤中,有4个是完成实验必需且正确的,把它们选择出来并按实验顺序排列:

(填步骤前面的序号)。①先接通电源,打点计时器开始打点,然后再释放纸带②先释放纸带,然后再接通电源,打点计时器开始打点③用电子天平称量重锤的质量④将纸带下端固定在重锤上,穿过打点计时器的限位孔,用手捏住纸带上端⑤在纸带上选取一段,用刻度尺测量该段内各点到起点的距离,记录分析数据⑥关闭电源,取下纸带(2)图2所示是纸带上连续打出的五个点A、B、C、D、E到起点的距离。则打出B点时重锤下落的速度

大小为

m/s(保留3位有效数字)。

(3)纸带上各点与起点间的距离即为重锤下落高度h,计算相应的重锤下落速度v,并绘制图3所示的v2-h关

系图像。理论上,若机械能守恒,图中直线应

(填“通过”或“不通过”)原点且斜率为

(用重力加速度大小g表示)。由图3得直线的斜率k=

(保留3位有效数字)。

(4)定义单次测量的相对误差η=

×100%,其中Ep是重锤重力势能的减小量,Ek是其动能增加量,则实验相对误差为η=

×100%(用字母k和g表示);当地重力加速度大小取g=9.80m/s2,则η=

%(保留2位有效数字),若η<5%,可认为在实验误差允许的范围内机械能守恒。答案(1)④①⑥⑤(2)1.79(3)通过2g19.1m/s2(18.9m/s2、19.0m/s2、19.2m/s2、19.3m/s2均算

对)(4)

2.6(3.6、3.1、2.0、1.5均算对)审题指导通过v2-h图像验证机械能守恒定律,关键是理解机械能守恒定律的表达式,然后进行合理变换。解析(1)需要先接通电源,再释放纸带,①正确,②错误;不需要测量重锤质量,③不是必需的;依据实验

步骤先后,正确排序应为④①⑥⑤。(2)B点的瞬时速度等于AC段的平均速度,vB=

=

m/s=1.785m/s≈1.79m/s(3)若机械能守恒,由mgh=

mv2得v2=2gh,故v2-h图像中的图线应通过原点,斜率k=2g。在图线上选点(0.29m,5.5m2·s-2)和(0.075m,1.4m2·s-2)计算斜率,可得k=

m/s2≈19.1m/s2(4)η=

×100%=

×100%=

×100%。代入k=19.1m/s2和g=9.80m/s2可得η≈2.6%。3.创新实验·Tmax-Tmin图像

(2022湖北,12,7分)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Tmax

和最小值Tmin。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Tmax-

Tmin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

。(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答案(1)-2(2)-2.10.59(3)C解析(1)小球摆至最高点时有Tmin=mgcosθ,小球摆至最低点时有Tmax=mg+m

,根据机械能守恒定律有mgL(1-cosθ)=

mv2,三式联立整理得Tmax=3mg-2Tmin,故直线斜率的理论值为-2。(2)由Tmax与Tmin的函数式可知,图像的纵截距为3mg=1.77N,则mg=0.59N,在图线上取两点坐标求斜率k=

=

=-2.1。(3)小钢球摆动过程克服空气阻力做功,使一部分机械能转化为内能,故选C。真题试练2:验证动量守恒定律(2024新课标,22,6分)某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律。将斜槽轨道固定在水平桌面上,轨道末段水平,右侧端点在水平木板上的垂直投影为O,木板上叠放着白纸和复写纸。实验时先将小球a从斜槽轨道上Q处由静止释放,a从轨道右端水平飞出后落在木板上;重复多次,测出落点的平均位置P与O点的距离xP,将与a半径相等的小球b置于轨道右侧端点,再将小球a从Q处由静止释放,两球碰撞后均落在木板上;重复多次,

分别测出a、b两球落点的平均位置M、N与O点的距离xM、xN。完成下列填空:(1)记a、b两球的质量分别为ma、mb,实验中须满足条件ma

mb(填“>”或“<”);(2)如果测得的xP、xM、xN、ma和mb在实验误差范围内满足关系式

,则验证了两小球在碰撞中满足动量守恒定律。实验中,用小球落点与O点的距离来代替小球水平飞出时的速度,依据是

。答案(1)>(2)maxP=maxM+mbxN小球a、b离开轨道后均做平抛运动,两者下落时间相同,因此可以用

水平位移代替水平飞出时的速度进行验证解析(1)为了防止小球a碰撞小球b后反弹,应让小球a的质量大于小球b的质量,即满足ma>mb;(2)小球a、b离开轨道后均做平抛运动,两者在空中的运动时间相同,其水平位移与初速度成正比,可以

用小球的水平位移代替小球的初速度,实验需要验证mav0=mav1+mbv2,则只需验证maxP=maxM+mbxN即可。

探究1拓展设问设问:该实验有哪些注意事项?解法重构解析(1)碰撞时两小球应保证“水平”和“正碰”;(2)选质量较大的小球作为入射小球;(3)斜槽不要

求光滑,但斜槽末端必须水平;(4)每次让入射小球从斜槽上同一位置由静止滚下;(5)实验过程中实验

桌、斜槽和记录的白纸的位置要始终保持不变。探究2推理论证在交流分享阶段有一位同学提出,两球在斜槽末端碰撞后a球有可能静止或返回,从而影响实验,你同意

他这个说法吗?请推理说明。答案不同意。设a球在斜槽末端碰前的动量为p0、动能为Ek0,碰后a球的动量为p1、动能为Ek1,b球动

量为p2、动能为Ek2。取碰前a球的运动方向为正方向,根据动量守恒定律有p0=p1+p2。假设碰后a球反弹

或静止,则有p1≤0,可得出p2≥p0,即

≥

。又因为ma>mb,所以Ek2>Ek0,即碰撞后动能增加,这不符合能量守恒定律,所以假设不成立,即碰后a球不可能静止或返回。1.情境变异·摆球验证动量守恒

(2024北京,16,10分)如图1所示,让两个小球在斜槽末端碰撞

来验证动量守恒定律。

(1)关于本实验,下列做法正确的是

(填选项前的字母)。A.实验前,调节装置,使斜槽末端水平B.选用两个半径不同的小球进行实验C.用质量大的小球碰撞质量小的小球(2)图1中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。首先,将质量为m1的小球从斜槽上的S位置由静止释探究3同类竞探放,小球落到复写纸上,重复多次。然后,把质量为m2的被碰小球置于斜槽末端,再将质量为m1的小球从S

位置由静止释放,两球相碰,重复多次。分别确定平均落点,记为M、N和P(P为m1单独滑落时的平均落

点)。

a.图2为实验的落点记录,简要说明如何确定平均落点;图3b.分别测出O点到平均落点的距离,记为OP、OM和ON。在误差允许范围内,若关系式

成

立,即可验证碰撞前后动量守恒。(3)受上述实验的启发,某同学设计了另一种验证动量守恒定律的实验方案。如图3所示,用两根不可伸

长的等长轻绳将两个半径相同、质量不等的匀质小球悬挂于等高的O点和O'点,两点间距等于小球的直径。将质量较小的小球1向左拉起至A点由静止释放,在最低点B与静止于C点的小球2发生正碰。碰

后小球1向左反弹至最高点A',小球2向右摆动至最高点D。测得小球1、2的质量分别为m和M,弦长AB=l

1、A'B=l2、CD=l3。推导说明,m、M、l1、l2、l3满足什么关系即可验证碰撞前后动量守恒。答案(1)AC(2)a.见解析b.m1OP=m1OM+m2ON(3)ml1=-ml2+Ml3,推导过程见解析解析(1)实验前,应调节装置,使斜槽末端水平,保证小球抛出后的运动为平抛运动,A正确。为保证两

个小球发生对心正碰,选用的两个小球的半径必须相同,B错误。为保证碰后小球不反向弹回,要用质量

大的小球碰撞质量小的小球,C正确。(2)a.用圆规画一个尽可能小的圆,舍去偏离较远的落点,使尽量多的落点在圆内,圆心位置就是平均落点

位置。b.设质量为m1的小球单独滑落做平抛运动的初速度为v0,碰撞后瞬间,质量为m1的小球的速度为v1,质量

为m2的被碰小球的速度为v2,要验证动量守恒定律,即验证m1v0=m1v1+m2v2,本实验中两小球都做平抛运动,

竖直位移相同,则运动时间相同,水平方向做匀速直线运动,可得m1v0t=m1v1t+m2v2t,可知若测量的物理量

满足关系式m1OP=m1OM+m2ON,即可验证碰撞前后动量守恒。(3)设将小球1拉起至A点时轻绳与竖直方向的夹角为θ1,碰后小球1反弹到A'点时轻绳与竖直方向的夹角为θ2,小球2向右摆动到最高点D时轻绳与竖直方向的夹角为θ3,碰撞过程若满足动量守恒,则满足m

=-m

+M

,由几何关系结合三角函数知识可得l(1-cosθ1)=l1cos

=l1sin

,同理可得l(1-cosθ2)=l2sin

,l(1-cosθ3)=l3sin

,结合三角函数关系1-cosθ=2sin2

,可得ml1=-ml2+Ml3。2.考向变异·x-t图像研究碰撞规律

(2024山东,13,6分)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、b两个位移传感器,a测量滑块A与它的距离xA,b测量滑块B与它的距离xB。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A、B均向右运动;④导出传感器记录的数据,绘制xA、xB随时间变化的图像,分别如图乙、图丙所示。

回答以下问题:(1)从图像可知两滑块在t=

s时发生碰撞;(2)滑块B碰撞前的速度大小v=

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

(填“A”或“B”)。答案(1)1.0(2)0.20(3)B解析(1)根据绘制的xA、xB随时间变化的图像可知t=1.0s时斜率发生变化,即速度发生变化,故从图像

可知两滑块在t=1.0s时发生碰撞。(2)根据绘制的xB随时间变化的图像可知滑块B碰撞前的速度大小v=

m/s=0.20m/s。(3)根据绘制的xB随时间变化的图像可知滑块B碰撞后的速度大小v'=

m/s=0.50m/s,根据绘制的xA随时间变化的图像可知滑块A碰撞前的速度大小vA=

m/s=0.50m/s,滑块A碰撞后的速度大小v'A=

m/s=0.35m/s。对滑块A和滑块B,根据动量守恒定律有mAvA+mBv=mAv'A+mBv',若滑块A的质量为200.0g,代入数据不满足动量守恒定律;若滑块B的质量为200.0g,代入数据在误差允

许范围内满足动量守恒定律,故滑块B的质量为200.0g。3.创新实验·吸能材料性能测试

(2025广东,11,8分)请完成下列实验操作和计算。图1(1)在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中,用螺旋测微器测量小球的直径,示数如图1所示,读数

为

mm。(2)实验小组利用小车碰撞实验测量吸能材料的性能,装置如图2所示。图中轨道由轨道甲和乙平滑拼

接而成,且轨道乙倾角较大。

①选取相同的两辆小车,分别安装宽度为1.00cm的遮光条。②轨道调节。调节螺母使轨道甲、乙连接处适当升高,将小车在轨道乙上释放,若测得小车通过光电门A和B的

,表明已平衡小车在轨道甲上所受摩擦力及其他阻力。③碰撞测试。先将小车1静置于光电门A和B中间,再将小车2在M点由静止释放,测得小车2通过光电门A的时间为t2,碰

撞后小车1通过光电门B的时间为t1。若t2

t1,可将两小车的碰撞视为弹性碰撞。④吸能材料性能测试。将吸能材料紧贴于小车2的前端,重复步骤③,测得小车2通过光电门A的时间为10.00ms,两车碰撞后,依

次测得小车1和2通过光电门B的时间分别为15.00ms,30.00ms。不计吸能材料的质量,计算可得碰撞后

两小车总动能与碰撞前小车2动能的比值为

(结果保留2位有效数字)。答案(1)8.260(8.258~8.262均可)(2)②时间相等③等于④0.56解析(1)根据螺旋测微器的读数规则可得读数为8mm+26.0×0.01mm=8.260mm。(2)②小车通过光电门A和B的时间相等,说明小车通过光电门A和B时速度大小相等,小车做匀速直线运

动,表明已平衡小车在轨道甲上所受摩擦力及其他阻力。③两辆相同的小车,质量相同,若二者发生弹性碰撞,则碰撞后交换速度,碰撞后小车1的速度等于碰撞前

小车2的速度,即若碰撞后小车1通过光电门B的时间和碰撞前小车2通过光电门A的时间相等,则可将两

小车的碰撞视为弹性碰撞。④设两小车的质量均为m,遮光条宽度为d,碰前小车2的动能Ek=

m

,碰后两小车的总动能E'k=

m

+

m

,可得碰撞后两小车的总动能与碰撞前小车2的动能之比

=

≈0.56。物理实验方案的设计一般都是用直接测量的物理量来间接求出不便直接测量的物理量,所以我们必须

弄清楚力学实验中能直接测出的物理量有哪些?长度、时间、质量、力这些物理量都可以通过一定的

测量工具直接测量出来,通过打点计时器或频闪照片等可以同时记录物体的位移及对应的时间,这样便

可以求出速度、加速度等,应用这样的思路可以根据相应的公式来求出未知量,也就是确定所谓的实验

原理。我们在设计实验方案时,首先想想待测物理量可能在哪些公式里,然后看这个公式中其他的物理

量是否可以方便地测出来,最后看能否用可测的物理量把这个待测物理量表达出来。解法密钥底层逻辑1.力学实验中常见的创新变化(1)研究对象的变化:如以单个物体和以系统为研究对象的区别,在探究加速度与力、质量的关系的实

验中,若以小车为研究对象且将所挂钩码的重力大小视为小车所受拉力大小,则需要满足所挂钩码质量

远小于小车质量。若以小车和钩码组成的系统为研究对象则无此要求。(2)测量物理量方法的变化:例如在探究加速度与力、质量的关系的实验中由于所挂钩码受力不平衡,

钩码的重力大小近似视为细线对小车的拉力大小时要求满足所挂钩码质量远小于小车质量,若细线对

小车的拉力通过力传感器或者测力计直接测出,不存在近似关系,则不受此条件的约束。(3)器材的改进:如利用长木板做实验需平衡摩擦力时,具体措施是将其一端垫起,而运用气垫导轨做实

验时则不需要此操作。有时也采用等效替代的方法,如器材的等效作用,频闪照相机、滴水漏斗均可起

到代替打点计时器的计时作用,内阻已知的电压表可起到电流表的作用等。又如实验原理及方法的等

效,伏安法测电源电动势和内阻的实验中除使用电压表和电流表外,还可使用电压表和电阻箱,电流表思维方法和电阻箱,电压表和两个定值电阻结合等。(4)实验方法的变化:设计实验的主要思维方法仍旧是书本上实验常用的方法,如等效替代法、测量微

小量时所用的累积法、存在多个变量时所用的控制变量法、一些物理量不能直接测量时所用的转换

法、留迹法,还有平衡法、补偿法等。(5)题型变化:有时把计算题改成实验题,突出考查原理迁移、探究能力及学科素养。

实验方案举例创新思维实验原理平衡观点

将研究运动物体转化为研

究静止物体利用F弹=Ff=μFN求μ

将动摩擦因数的测量转化

为角度的测量通过逐差法求加速度a,再

利用μ=tanθ-

求μ动力学观点

将动摩擦因数的测量转化

为加速度的测量利用

-

=2ax求加速度,再利用动力学知识得到μ=

能量观点

研究对象从一个物体转化

为多个物体组成的系统,验

证机械能守恒定律(m2-m1)gh=

(m1+m2)v22.力学实验拓展示例1.“快递小哥”天舟二号货运飞船经常为空间站送去大量生活及实验(或试验)物资,航天员需要在失

重环境中测量这些物品的质量,请你为他们设计一个测量质量的实验方案,并简要说明测量思路。解法特训答案见解析解析方案1:利用牛顿第二定律结合运动学公式(或动量定理),施加一个恒力使物体加速运动一段过

程,用力传感器测出恒力F,用速度传感器测出末速度v,并测出加速时间t,利用牛顿第二定律有F=ma,利

用运动学公式有v=at(或利用动量定理有Ft=mv-0),可得物体质量为m=

。方案2:利用弹簧振子,设物体质量为m,测出弹簧的劲度系数k和没加上物体时弹簧振子的质量M,再将物

体装入弹簧振子中一起振动,测出振动周期T,由弹簧振子周期公式得T=2π

,可得物体质量为m=k

-M。方案3:利用碰撞过程中的动量守恒,先测出已知物体的质量m1和初速度v0,与静止的被测物体碰撞并粘

住,测出碰撞后一起运动的速度v,根据动量守恒定律有m1v0=(m+m1)v,可得物体质量为m=

。2.(2025陕晋青宁,11,6分)图(A)为探究加速度与力、质量关系的部分实验装置。

(1)实验中应将木板

(填“保持水平”或“一端垫高”)。(2)为探究加速度a与质量m的关系,某小组依据实验数据绘制的a-m图像如图()所示,很难直观看出图线

是否为双曲线。如果采用作图法判断a与m是否成反比关系,以下选项可以直观判断的有

。

(多选,填正确答案标号)Bm/kga/(m·s-2)0.250.6180.330.4820.400.4030.500.3171.000.152A.a-

图像B.a-m2图像C.am-m图像D.a2-m图像(3)为探究加速度与力的关系,在改变作用力时,甲同学将放置在实验桌上的槽码依次放在槽码盘上;乙

同学将事先放置在小车上的槽码依次移到槽码盘上。在其他实验操作相同的情况下,

(填

“甲”或“乙”)同学的方法可以更好地减小误差。图(B)答案(1)一端垫高(2)AC(3)乙解析(1)实验中应将木板远离定滑轮的一端垫高,平衡摩擦力,确保小车的合力等于细线的拉力。(2)a和m的关系满足a=

,其中F为细线的拉力,m为小车的质量;当F恒定时,a-

的图线为过原点的倾斜直线,可得a与m成反比,此图像可直观判断,A正确。随着小车的质量m变化,小车受到的合力ma不变,am-

m图线为平行于横轴的直线,可得a与m成反比,此图像可直观判断,C正确。a-m2与a2-m图线均为曲线,无

法直观判断a与m成反比关系。(3)甲同学的实验中,增大了槽码和槽码盘的总质量m',可能无法满足m'远小于小车的质量m,故实验误差

较大;乙同学的实验中,(m'+m)不变,系统加速度a=

,可得a与m'g成正比,故误差较小。3.在“用单摆测量重力加速度”的实验中,某实验小组在测量单摆的周期时,测得摆球经过n次全振动

的总时间为Δt,在测量单摆的摆长时,先用毫米刻度尺测得摆线长度为l,再用游标卡尺测得摆球的直径

为D。回答下列问题:

(1)(多选)如果测得的g值偏小,可能的原因是

。A.测摆长时摆线拉得过紧B.摆线上端悬点未固定,振动中出现松动,使摆线长度增加了C.开始计时,停表过迟按下D.实验时误将50次全振动记为49次(2)为了提高实验的准确度,在实验中可改变几次摆长L并测出相应的周期T,从而得出几组对应的L和T

的数值,以L为横坐标、T2为纵坐标作出T2-L图像,但同学们不小心每次都把摆线长度当作摆长,由此得

到的T2-L图线是图乙中的

(选填“①”“②”或“③”),由此测出的重力加速度

(选填

“偏大”“偏小”或“不变”)。(3)某同学在实验中操作不当,使得摆球在水平面内做圆锥摆运动,该同学计算出的重力加速度与真实

值相比

(选填“偏大”或“偏小”)。答案(1)BD(2)③不变(3)偏大解析(1)由T=2π

得g=

。测摆长时摆线拉得过紧,会使摆长测量值偏大,所测g值会偏大,A错误;摆线上端悬点未固定,振动中出现松动,使摆线长度增加,计算时代入的摆长偏小,故所测的g值会偏小,B

正确;开始计时,停表过迟按下,所测周期偏小,则所测g值会偏大,C错误;实验时误将50次全振动记为49

次,所测周期偏大,则所测的g值会偏小,D正确。(2)根据单摆周期公式可得T2=

l+

,将l当作L由此得到的T2-L图线是题图乙中的③T2-L图线的斜率为k=

由此可知k与摆长无关,所以测出的重力加速度不变。(3)设悬线与竖直方向夹角为θ,对圆锥摆根据牛顿第二定律有mgtanθ=m

r根据几何关系有r=Lsinθ联立解得T=2π

<2π

根据g=

L可知该同学计算出的重力加速度与真实值相比偏大。4.(2025北京,16,10分)利用打点计时器研究匀变速直线运动的规律,实验装置如图1所示。

(1)按照图1安装好器材,下列实验步骤正确的操作顺序为

(填各实验步骤前的字母)。A.释放小车B.接通打点计时器的电源C.调整滑轮位置,使细线与木板平行(2)实验中打出的一条纸带如图2所示,A、B、C为依次选取的三个计数点(相邻计数点间有4个点未画

出),可以判断纸带的

(填“左端”或“右端”)与小车相连。(3)图2中相邻计数点间的时间间隔为T,则打B点时小车的速度v=

。(4)某同学用打点计时器来研究圆周运动,如图3所示,将纸带的一端固定在圆盘边缘处的M点,另一端穿

过打点计时器,实验时圆盘从静止开始转动,选取部分纸带如图4所示。相邻计数点间的时间间隔为0.1

0s,圆盘半径R=0.10m,则这部分纸带通过打点计时器的加速度大小为

m/s2;打点计时器打B点

时圆盘上M点的向心加速度大小为

m/s2。(结果均保留两位有效数字)答案(1)CBA(2)左端(3)

(4)0.811.6审题指导将运用逐差法求加速度、利用纸带求瞬时速度融入圆周运动的情境中,增加对向心加速度知识的考查形式。解析(1)实验步骤中,首先调整滑轮位置使细线与木板平行,即确保小车所受拉力的方向与木板平行,

接着接通打点计时器电源,让计时器先工作,然后释放小车,故实验操作顺序为CBA。(2)小车做匀加速直线运动时,速度越来越大,纸带上相邻计数点的间距逐渐增大。题图2中纸带左端相

邻计数点的间距较小,说明纸带左端与小车相连。(3)在匀变速直线运动中,中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度。B点对应的时刻为A、C两

点间对应时间间隔的中间时刻,AC长度为x2,时间间隔为2T,所以v=

。(4)根据逐差法可知a=

=

m/s2=0.81m/s2。B点对应的速度vB=

=

m/s=0.4m/s,此时M点的向心加速度大小为an=

=

m/s2=1.6m/s2。5.(2025湖北,12,9分)某同学利用如图(A)所示的实验装置来测量重力加速度大小g,细绳跨过固定在铁架

台上不可转动的小圆柱体,两端各悬挂一个重锤。实验步骤如下:

①用游标卡尺测量遮光片的宽度d。②将遮光片固定在重锤1上,用天平测量重锤1和遮光片的总质量m、重锤2的质量M(M>m)。③将光电门安装在铁架台上,将重锤1压在桌面上,保持系统静止,重锤2离地面足够高。用刻度尺测量出遮光片中