2023届高考物理一轮复习知识点精讲与2022高考题模考题训练53 验证物理规律或测量物理量实验(解析版)

2023高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练

第十章力学创新实验

专题53验证物理规律或测量物理量实验

第一部分知识点精讲

高中物理中有些物理规律可以利用常用器材进行实验验证，例如动量定理、弹性势能表

达式、库仑定律、理想气体状态方程等等。有些物理量通过设计实验进行测量，例如怎样测

量很大圆弧的半径，怎样在完全失重状态下测量物体的质量等。

实验验证物理规律或测量物理量实验试题情境的设计与创新

对于创新型实验的处理，最根本的方法是要把其从新情境中分离出来，找出与常规实验

的相通之处，然后运用熟悉的实验原理和数据处理方法进行解答.例如.利用平抛运动探究功

与速度变化的关系.•利用钢球摆动验证机械能守恒定律..研究物体所受空气阻力与运动速度

的关系等。.

第二部分最新高考题精选

1.(2021高考江苏物理卷)小明利用如图1所示的实验装置验证动量定理.将遮光条安装

在滑块上，用天平测出遮光条和滑块的总质量V=2(X).0g,槽码和挂钩的总质量

加=50.0g.实验时，将滑块系在绕过定滑轮悬挂有槽码的细线上.滑块由静止释放，数字

计时器记录下遮光条通过光电门1和2的遮光时间△4和,以及这两次开始遮光的时间

间隔At,用游标卡尺测出遮光条宽度，计算出滑块经过两光电门速度的交化量Av.

数字计时器

光电门2

(I)游标卡尺测量遮光条宽度如图2所示，其宽度d=mm；(2)打开气泵，带

气流稳定后调节气垫导轨，直至看到导轨上的滑块能在短时间内保持静止，其目的是

（3）多次改变光电门2的位置进行测量，得到加和Au的数据如下表请根据表中数据，在

_______m/s2；

（5）实验结果发现，图线斜率的实验值总

小于理论值，产生这一误差的两个可能原因时

A.选用的槽码质量偏小

B.细线与气垫导轨不完全平行

C.每次释放滑块的位置不同

D.实验中4的测量值偏大

【名师解析】（1）根据游标卡尺读数规则，遮光条的宽度为l（）mm+4xO.05mm=lO.2Omm。

（2）调节气垫导轨，直至看到滑块能保持静止，其目的是将气垫导轨调至水平。

（3）将表中各组数据，利用描点法，先描出各个点，然后过尽可能多的点作出直线。

（4）由动量定理，mgAt=（M+m）Av,变化为Av=-"冬—At,Av-Zkt图像斜率的理论值

M+m

为卜=一丝一=1.963520）由此可知，选用的槽码质量m偏大，可使斜率实验值偏大，选项

M+m

A错误：细线与气垫导轨不完全平行，则作用力小于mg,导致斜率实验值小于真实值，选

项B正确；每次释放滑块的位置不同，不影响实验测量，选项C错误：实验中At测量值偏

大，将导致图线斜率减小，实验值小于理论值，选项D正确。

【参考答案】(1)10.20(2)将气垫导轨调至水平(3)如图。(4)1.96(5)BD

(9分)(2020高考全国理综D

某同学用如图所示的实验装置验证动量定理，所用器材包括：气垫导轨、滑块(上方安

装有宽度为d的遮光片)、两个与计算机相连接的光电门、祛码盘和祛码等。

实验步骤如下:

(1)开动气泵，

调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间时，可认

为气垫导轨水平；

(2)用天平测祛码与祛码盘的总质量加、滑块(含遮光片)的质量机2；

(3)用细线跨过轻质定滑轮将滑块与祛码盘连接，并让细线水平拉动滑块；

(4)令滑块在祛码和祛码盘的拉动下从左边开始运动，和计算机连接的光电门能测量

出遮光片经过4、8两处的光电门的遮光时间△小川2及遮光片从A运动到8所用的时间“2；

(5)在遮光片随滑块从A运动到B的过程中，如果将祛码和祛码盘所受重力视为滑块

所受拉力，拉力冲量的大小1=,滑块动量改变量的大小即=;(用题中

给出的物理量及重力加速度g表示)

(6)某次测量得到的一组数据为：«/=1.000cm,，M=1.50X10-2kg,如=0.400kg,△八=3.900

xl(y2s,A/2=1.270x10-2s,Zi2=1.50s,取g=9.80m/s?。计算可得/=N•s,Xp=

kg,in,s-|；(结果均保留3位有效数字)

(7)定义6=］方［xlOO%,本次实验於%(保留1位有效数字)。

【参考答案】(1)大约相等(5)如gMm2d(l/A^-l/At.).

(6)0.2210.212(7)4

【名师解析】

(1)当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间相等时，说明滑块上的遮光片经过两个

光电门时的速度相等，滑块做匀速直线运动，可以认为气垫导轨水平。

(5)将祛码和祛码盘所受重力视为滑块所受拉力，则拉力为F=mg,拉力冲量大小为/中42=

如g加.滑块经过光电门A时速度vA=d/At,.经过光电门B时速度V,=d/Z\t2,滑块动量改

变量大小△p=m2vi)-m2VA=m2d(1/At2-1/Ati).

(6)拉力冲量大小1=0g加=1.50X102X9.80X1.50N•s=0.221N•s»滑块动量改变量

22

大小Ap=m2d(1/At2-1/Ati)=0.400X1.000X(1/(l.270xIO)-1/(3.900x10-))=0.212

kg,m,s1；

(7)本次实验S=|与包卜100%=4%。

3(2020海南高考)滑板运动场地有一种常见的圆弧形轨道，其截面如图，某同学用一辆

滑板车和手机估测轨道半径R(滑板车的长度远小于轨道半径)。

主要实验过程如下：

①用手机查得当地的重力加速度g;

②找出轨道的最低点O,把滑板车从。点移开一小段距离至P点，由静止释放，用手机测

出它完成n次全振动的时间t,算出滑板车做往复运动的周期T=；

③将滑板车的运动视为简谐运动，则可将以上测量结果代入公式R=(用T、g表示)

计算出轨道半径。

【名师解析】②滑板车围绕平衡位置的运动可以等效为单摆的简谐运动，滑板车做往复运动

的周期T=t/n。

③滑板车的运动与摆长为R的单摆运动等效，根据单摆周期公式T=2%g，可得

Vg4乃2/

【参考答案】②刃

4万“

4.（6分）（2015全国理综I•22）某物理小组的同学设计了一个粗侧玩具小车通过凹形

桥最低点时的速度的实验。所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器（圆弧部

分的半径为R=0.20m）„

凹形桥模拟器

托盘秤

图（a）图（b）完成下列填空:

（1）将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图（a）所示，托盘秤的示数为1.00kg;

（2）将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图（b）所示，该示数为

_____kg;

（3）将小车从将凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧，此过程中托

盘秤的最大示数为m；多次从同一位置释放小车，记录各次的m值如下表所示：

序号12345

m(kg)1.801.751.851.751.90

可求出小车经过将凹形桥最低点时对桥的压力为—N,小车经过将凹形桥最低点时的速度

大小为—m/s,（重力加速度大小取9.80m/s2.计算结果保留2位有效数字）【参考答案】（2）

1.40（2分）（4）7.9（2分）1.4（2分）

【命题意图】本题主要考查设计性实验、质点在竖宜面的圆周运动及其相关的知识点，意

在考查考生综合运用相关知识分析解决问题的能力。

【解题思路】由于托盘秤的最小刻度为0.1kg,测量读数要估读到0.01kg,所以由图示刻

度可读出玩具小车静置于凹形桥的最低点时托盘秤的示数为1.40kg。

求出5次实验记录的m值的平均值，得m=1.81kg,减去凹形桥模型的质量1kg,可得玩具

小车对凹形桥的压力为（1.81-1）x9.80N=7.9N.由牛顿第三定律，在最低点，凹形桥对玩具

小车的支持力F=7.9N.

根据题述，可知玩具小车质量m=1.40kg-1.00kg=0.4kg,在最低点，由牛顿第二定律，F-mg=m

V2y2

—,BP7.9N-0.40x9.80N=0.4x—,解得:v=1.4m/s»

R0.2

【易错点拨】解答此题的易错点主要有：一是托盘秤读数没有估读到0.01kg；二是把测量出

的质量看作是压力；三是把测量的m平均值直接乘以g得到玩具小车对凹形桥的压力；四

是把托盘秤示数1.40kg当作玩具小车质量0

第三部分最新模拟题精选

1.(2022山西考前适应性测试)(5分)回力车，施压拖动后轮卷紧弹簧，放手后弹簧恢复，通过

传动系统驱动小车前进。为探究弹簧卷紧后具有的弹性势能，某同学用图(a)所示的方式进行

了实验。在长木板的左端垫:上小木块，微调木板的倾斜程度以补偿阻力。拖动后轮卷紧弹簧，

接通电源后释放小车，让小车沿木板开始运动。得到的纸带如图(b)所示。0~9是从某点开始

选取的计数点，相邻两点间还有四个点未标出，其问距如图所示。已知打点计时器使用交流

电的频率为50Hz，测得小车的质量为40.0g,

Co123456789(

7•3.87•5.27•6.52•7.54•8.35•8.95•9.20•9.20•9.20•、

(单位:cm)

图(b)

完成下列填空：

(1)从图示时刻开始，在弹簧逐渐释放的过程中，小车做加速度(填“不变””逐渐增

大”“逐渐减小”“先增大后减小”或"先减小后增大”)的加速直线运动；

(2)在打下____两个相邻计数点的过程中，弹瞥恢复到初始状态；

(3)不考虑传动系统的阻力，可估算出弹簧卷紧时具有的弹性势能为J。(保留2位有效

数字)

【参考答案】(1)逐渐减小(2)5、6(3)1.7X10-2

【名师解析】(1)由于纸带上相邻点迹之间的位移差越来越小，由可知，从图示

时刻开始，在弹簧逐渐释放的过程中，小车做加速度逐渐减小。

(2)由纸带上数据可知，在打下5、，6两个相邻计数点的过程中，弹簧恢复到初始状态；

(3)v7=9.2m/So根据能量守恒定律，不考虑传动系统的阻力,可估算出弹簧卷紧时

具有的弹性势能为Ep=1mv72=1.7XlOUo

2.（2022吉林长春重点高中质检）一细绳跨过悬挂的定滑轮，两端分别系有小球A和8,

如图所示。一实验小组用此装置测量小球B运动的加速度。

令两小球静止，细绳拉紧，然后释放小球，测得小球8释放时的高度

加=0.590m,下降一段距离后的高度/『0.100m；由/?（）下降至〃所用的（与

时间T=0.730s。由此求得小球B加速度的大小为。=______m/s2（保留〕

3位有效数字）。

从实验室提供的数据得知，小球A、8的质量分别为100.0g和150.0g,AI

当地重力加速度大小为g=9.80m/s2。根据牛顿第二定律计算可得小球B

加速度的大小为。'=m/s2（保留3位有效数字）。

可以看出，。'与〃有明显差异，除实验中的偶然误差外，写出一条可能产生这一结果的原因：

【参考答案】1.841.96滑轮的轴不光滑，绳和滑轮之间有摩擦（或滑轮有质量）

【名师解析】

①有题意可知小球下降过程中做匀加速直线运动，故根据运动学公式有为-九=*

代入数据解得a=1.84m/s2；

②根据牛顿第二定律可知对小球A有

T-mAg=11M对小球B有

2

mRg-T=w/C带入已知数据解得a£=1.96nVs;

③在实验中绳和滑轮之间有摩擦会造成实际计算值偏小。

3.（6分）（2021吉林名校四模）为测量弹簧劲度系数，某探究小组设计了如下实验，实

验装置如下图（1）图（2）所示，角度传感器与可转动"T”形螺杆相连，“T”形螺杆

上套有螺母，螺母上固定有一个力传感器，力传感器套在左右两个固定的套杆（图2

中未画出）上，弹簧的一端挂在力传感器下端挂钩上，另一端与铁架台底座的固定点相

连。当角度传感器顶端转盘带动"T”形螺杆转动时，力传感器会随着“T”形螺杆旋转而

上下平移，弹簧长度也随之发生变化。

图图1

d=4.0xl0-3m,当其旋转300。时，力传感器在竖直方向移动m。（结果保留

2位有效数字）

（2）该探究小组操作步骤如下：

①旋转螺杆使初状态弹簧长度大于原长

②记录初状态力传感器示数Fo以及角度传感器示数仇

③旋转“T”形螺杆使弹簧长度增加，待稳定后，记录力传感器示数Q，其增加值

△。角度传感器示数81,其增加值△仇=仇-仇

④多次旋转“T”形螺杆，重复步骤③的操作，在表格中记录多组△?、△。值：

序号△F（单位：N）△0（单位：°）

10.121499.7

20.247999.9

30.3731500.5

40.4982000.2

50.6232500.6

60.7473000.3

下图已描出5个点，请将剩余点在图中描出并连线。

AF/N

⑤若上图中的直线斜率。，则

用4。写出弹簧的劲度系数的表达式为2=

22.

【参考答案】（1）

（2）作图（2分）

.360。

(3)k=---（2分）

d

【名师解析】（1）［当其旋转360。时，力传感器在竖直方向移动k4.0xl（y3m,则当其旋转

300x4.0x107io

JOUaisu

—图像斜率为a=旦，解得我=型区

360360d

4.（2021湖南郴州三模）某同学想测量某地重力加速度g的大小和圆弧轨道的半径R。

所用装置如图甲所示，一个倾角为37°的固定斜面与竖直放置的光滑圆弧轨道相切，

一个可以看作质点、质量为m的滑块从斜面上某处由静止滑下，滑块上有一个宽度为d

的遮光条，在圆弧轨道的最低点有一光电门和压力传感器（没有画出），可以记录挡光

时间t和传感器受到的压力F。

（1）o若某次挡光时间为to，则此时遮光条速度片；

丁J（2）实验过程中

从斜面的不同位置释放滑块，然后记录对应的遮光时间t和压力传感器的示数F,得到

多组数据，该同学通过图像法来处理数据，得到如图乙所示的图像，但忘记标横轴表示

的物理量，请通过推理补充，横轴表示的物理量为。（选填“尸、“1/t”、

"产’或"1/产”）

（3）已知图乙中图线的斜率为k,纵截距为b,则可知某地重力加速度且=；

圆弧轨道的半径R=。（用已知物理量符号表示）

【参考答案】（1）4（2）4（3）b/m【名师解析】（1）遮光条速度

t0tk

d

v=一

’0

（2）由牛顿第二定律,

J21

由牛顿笫三定律有：FN=F,联立解得：F-tng^m-----

Rt

所以横轴表示的物理量为

d21d2

(3)由Fumg+m-----,对比图乙可知，k=m—b=mg,

Rt~R

d2

解得g=b/m,R=m—

5.（9分）（2022云南师大附中质检）某实验小组利用如图16甲所示装置来验证机械能守恒

定律。A、B是两个相同的小物块，用天平测得其质量均为m,C是内部装有祛码的托盘，

其总质量为M.A、B间用轻弹簧拴接，B、C间用轻质且不可伸长的细绳相连。物块A静止

放置在一压力传感器上，C的正下方放置一测速仪，该测速仪能测出C的速率，压力传感

器与测速仪相连，对应数据可向计算机输出。整个实验过程中弹簧均处于弹性限度内，弹簧

的弹性势能只与弹簧本身及形变量有关，不计滑轮与细绳的摩擦，当地的重力加速度为g。

（1）开始时，系统在外力作用下保持静止，细

绳拉直但张力为零。现自由释放C,当C向下运动到某一位置时，压力传感器示数为零,

测速仪显示的对应速率为v,且v不为零。其中M和m大小关系应满足Mm（填“小

于”“等于”或“大于”），才能实现上述过程。

（2）保持A、B质量m不变，增加C中祛码的个数，即增大托盘和祛码的总质量M,重复步骤

（1）,当压力传感器示数再次为零时，C下落的高度为一（设弹簧的劲度系数为k）,与前

一次相比C下落的高度将（填“增加”“减少”或“不变

（3）重复上述操作，得到多组不同M下对应的V。根据所测数据，为更直观地验证机械能守

恒定律，作出F——!_图线如图乙所示，图线在纵轴上的截距为b,则弹簧的劲度系数

M+m

k=（用题目中的已知量表示）。

【参考答案】.（除特殊标注外，每空2分，共9分）

（1）大于

⑵既不变

k

（3）出酸（3分）

b

【名师解析】（1）根据题意，压力传感器的示数为零，且。不为0,因此C减少的重力

势能大于B增加的重力势能，C下落的高度等于8物体上升的高度，所以C的质量M

大于8的质量加。

（2）刚释放C时，弹簧处于压缩状态/若使压力传感器示数为零，则弹

簧处于拉长状态，拉力为4=5="归，因此弹簧的形变量为

以=司+左=螫+整=&坦，增加M的质量，使也下落，由于压力传感器的示数再

'-kkk

次为零，不论C的质量如何，要使压力传感器示数为零，则2物体上升了弛，C下

k

落的高度为网c下落的高度不变。

k

(3)从释放到压力传感器示数为零，弹簧的弹性势能不变，重力势能的减小量等于动能

的增加量，则有-(M+m'fv2=(M-m)gh=(M-m)g.,即

2k

力=遮迪二型=一卫士+运！，可知纵轴截距6=出吧，解得人=曳望

(M+in)k(M+m)kkkb

6.(6分)(2020高考模拟示范卷2)某同学准备利用如图装置探究劲度系数较大的轻质弹

簧T的弹性势能与其压缩量之间的关系.图中B为一固定在桌面.带有刻度的平直光滑导

轨，小盒C用轻绳悬挂于O点，弹簧T左端固定，用小球A沿导轨B向左挤压弹簧，释放

后球A弹出，射入一较重的小盒C中与小盒C一起向右摆动，摆动的最大角度0可以被准

确测出.球A射入盒C后两者的重心重合，重心距悬点O的距离为L.试问：

(1)欲完成此探究实验，该同学在实验过程中除了要测量最大摆角0和重心距悬点O的距

离L外，还需要测量哪些物理量？写出这些物理量及其字母代号.

(2)通过上述的物理量可求出弹簧T将球A弹出时释放的弹性势能EP.写出其计算表达

式(无需书写推导过程).____________________________

(3)下