力学实验-2021高考物理一轮复习压轴题剖析（实验部分）（解析版）

专题34力学实验

1.用打点计时器可测纸带运动的时间和位移。下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤，按照你对

实验的理解，在各步骤空白处填上适当的内容，然后按实际操作的合理顺序，将各步骤的字母代号按顺序

写在空白处。

A.在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在频率为50Hz的低压______（填

“交流”或"直流”）电源的两个接线柱上，则打两点的时间间隔为s；

B.把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过限位孔，并压在下面；

C.用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离Ax；

D.切断电源，取下纸带，如果共有"个清晰的点，则这段纸带记录的时间&=；

E.打开电源开关，再用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列小点；

Ar

F.利用公式u=—计算纸带运动的平均速度。

△t

实验步骤的合理顺序是。

【答案】交流0.02复写纸0.02（/i-l）sBAEDCF

【解析】

⑴在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在低压交流电源的两个接线柱上。

⑵电源的频率为50Hz,根据

T=-

f

解得

T=0.02s

[3]把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过限位孔，并压在复写纸下面。

图若打〃个点，则有"个时间间隔，故这段纸带记录的时间

△r=0.02（〃一l）s

⑸实验步骤的排列•般要先安装器材然后进行实验的思路进行，故实验步骤的合理顺序是BAEDCF

2.某同学利用打点计时器测量小车做匀变速直线运动的加速度。

①电磁打点计时器是一种使用（填“交流”或“直流”）电源的计时仪器，它的工作电压是4〜6V,

当电源的频率为50Hz时，它每隔s打一次点。

②使用打点计时器时，接通电源与让纸带随小车开始运动这两个操作过程的操作顺序，应该是（）

A.先接通电源，后释放纸带B.先释放纸带，后接通电源

C.释放纸带的同时接通电源D.哪个先，哪个后都可以

③实验中该同学从打出的若干纸带中选取一条纸带，如下图所示，纸带上按时间顺序取为A、B、C、。四

个计数点，每两个点之间还有四个点未画出。用尺子测得各点的距离为M=3.62cm,52=4.75cm,

..=5.88cm。

BCP

在记数点C所代表的时刻，纸带运动的瞬时速度是m/s；小车的加速度是m/s2o（以

上两空小数点后保留两位数字）

④若交流电的频率变为51Hz而未被发觉，则测得的小车的速度值与真实值比较将偏。（选填“大”

或“小”）

【答案】交流0.02A0.531.13小

【解析】

①口］［2］电磁打点计时器使用交流电源，频率为50Hz,则每隔0.02s打一个点

②⑶使用打点计时器，应先接通电源，后释放纸带，故选A

③［旬在记数点C所代表的时刻，纸带运动的瞬时速度是

“+*（4.75+5.88）x102

v=———-=---------------m/s-0.53m/s

0r2T2x0.1

［5］根据"得

Ax1.13x10-

a=m/s2=1.13m/s2

F0.12

④⑹根据T=。可知，当频率变为51Hz时，真实打点周期变小，而算速度时使用的依然是50Hz时周期,

即计算时使用的周期偏大，则速度的测量值比真实值偏小

3.小鑫同学利用打点计时器研究匀变速直线运动的实验中，得到了几条较为理想的纸带，并在每条纸带

上每5个计时点取一个计数点，依打点先后编为0、1、2、3、4、5。由于不小心，一条纸带被撕断，部分

缺失，如图所示。请根据给出的A、B、C、D四段纸带回答：

30.0mm36.0mm48.1mm54.0mm60.2mm

A8cD

(1)从纸带A上撕下的那段应该是B、C、D三段纸带中的(填字母代号)

(2)打纸带A时，小车的加速度大小是m/s2；打计数点1时，小车的速度大小是m/so

(保留两位有效数字)

(3)虽然纸带不小心被撕断，但小鑫同学却发现若在各计数点处将其剪断，然后将这些剪断的纸条粘贴在坐

标纸上，最后将纸条上端中心连起来，结果得到如图所示的一条直线。由图可知，倾斜直线与-x方向夹角

越大，说明小车加速度(填“越大”或"越小”)

【答案】C0.600.33越大

【解析】

⑴口］根据8=江2,可得

x2-芭=aT，

2

x5-x{-4aT

联立方程代入数据解得

x5=54.0mm

故选C；

⑵⑵根据可得

2

x2-X1=aT

解得

x2-x,(36.0-30.0)x10-3

a=-,'=---------------；------m/s-=0.60m/s

T20.12

［3］打计数点1时，小车的速度大小为

=A^=(30.0+36.0)xl0-3m/s=()33m/s

IT2x0.1

(3升4］因为剪断的纸带所用的时间相等，所以纸带的长度之比等于纸带的平均速度之比，而每段纸带的平均

速度等于这段纸带中间时刻的瞬时速度，最后得出结论，即纸带的长度之比等于纸带的平均速度之比，也

即纸带的高度之比等于中间时刻瞬时速度之比，所以上端中心连线即为速度一时间图像，而速度一时间图

像的斜率表示加速度，由图可知，倾斜直线与-x方向夹角越大，即斜率的绝对值越大，说明小车加速度越

大。

4.(1)如图所示是研究小车运动s-t图和v-t图的实验装置。

ttVttwa伟弓按枚4

①信号发射器和信号接收器组成传感器。

DIS实验系统除传感器外还需要的主要仪器有和计算机。

②测定加速度，通过位移传感器获得小车的运动回图像，小车在AB区域内可视为运动，如图A

点速度为0.573m/s,8点速度为0.909m/s,时间差为0.411s,此区域内小车的加速度斫m/s2,(小

数点后保留3位数字)位移是m。

(2)某同学用如图甲所示装置测当地的重力加速度，光电门A、B与光电计时器相连，记录小球经过光电门

A和光电门B所用的时间。保持光电门B的位置不变，多次改变光电门A的位置，每次均让小球从紧靠

固定挡板由静止释放，记录每次两光电门间的高度差人及小球从光电门A运动到光电门B所用的时间，作

h

出一-，图象如图丙所示，若图象斜率的绝对值为h则图象与纵轴的截距意义为一,当地的重力加速度

t

为一。

魂・门A

魂电门8

甲乙

【答案】位移传感器数据米集器匀加速直线运动0.8180.305小球经过B点的瞬时速

度2k

【解析】

(1)①[1]信号发射器和信号接收器组成位移传感器。

[2JDIS实验系统除传感器外还需要的主要仪器有数据采集器和计算机。

②[3]根据动v-t图像，小车在AB区域内可视为匀加速直线运动。

[4]根据加速度公式

匕一%0.909-0.573..

a=———-=----------------m/s2=0nQ.811Q8m/s2

t0.411

⑸根据位移公式

匕+%0.909+0.573，、…

s=-——-1=----------------x0.411m=0.305m

22

⑵⑹⑺由于挡板到光电门B的距离不变，所以小球到达光电门B的速度不变，设小球达到光电门B的速

度为V,根据速度公式得小球到达光电门A的速度为

v=vA+gt

从光电门A到光电门B,根据平均速度公式得

__h_v+v_2v-gt

]/——A―---B---------------

t22

即

hg

-=Z+v

t2

所以截距为v,即小球达到光电门B的速度，重力加速度为

5.某同学用如图所示的装置做“探究弹力与弹簧伸长的关系''的实验。

(1)实验中，他在弹簧两端各系一细绳套，利用一个绳套将弹簧悬挂在铁架台上，另一端的绳套用来挂钩码。

先测出不挂钩码时弹簧的长度，再将钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出相应的弹簧总长度L，再算出

弹簧伸长量X,并将数据填在下面的表格中。实验过程中，弹簧始终在弹性限度内。

123456

钩码的重力G/N00.51.01.52.02.5

弹簧弹力F/N00.51.01.52.02.5

弹簧总长度L/cm13.015.0517.1019.021.023.0

弹簧伸长量x/cm02.054.106.008.0010.00

在如图所示的坐标纸上已经描出了其中5次测量的弹簧弹力F与弹簧伸长量》对应的数据点，请把

第4次测量的数据对应点用“+”描绘出来，并作出F-x图像。

F/N

2.04.06.08,010.012.0

(2)根据上述的实验过程，对实验数据进行分析可知，下列说法正确的是(选填选项前的字母)。

A.弹簧弹力大小与弹簧的总长度成正比

B.弹簧弹力大小与弹簧伸长的长度成正比

C.该弹簧的劲度系数约为25N/m

D.该弹簧的劲度系数约为2500N/m

【解析】

将第4次点(6.00,1.5)描在坐标系中并连线，尽可能多的将点连在线上或均匀分布在直线两侧，见

下图

(2)⑵由尸-x图像看到是一条过原点的倾斜直线，可得知弹簧弹力大小与弹簧伸长的长度成正比，根据定律

F=kx,可知图像斜率即弹簧劲度系数，可得

AF2.50-0

=25N/m

-Ax0.100-0

故选BC。

6.为了测定木块A和木板B之间的动摩擦因数，某同学设计了一个实验，图甲为其实验装置示意图。该

同学在实验中主要操作有：

A.用弹簧测力计测出木块A的重力为G=6.00N；

B.用弹簧测力计测出木板B的重力为G=9.25N：

C.按图甲的装置安装器材，安装过程中用手按住木块和木板；

D.松开按住木块和木板的手，让其运动，并即刻读出弹簧测力计的示数

(1)该同学的上述操作中有一个步骤是多余的，有一个步骤存在错误。多余的步骤是,存在错误的

步骤是。

(2)存在错误的步骤应该修改为：o

(3)按正确方法重新操作，弹簧测力计的示数如图乙所示，其示数为N。

(4)根据该同学的测量数据，可得到木块A和木块B之间的动摩擦因数为。

【答案】BD松开按住木块和木板的手，让其运动，待木块静止后读出弹簧测力计的示数2.10

0.35

【解析】

(1)口］［2］要测量木块A和木板8之间的动摩擦因数，由摩擦力的公式知

/J=—

FN

所以要知道滑动摩擦力的大小和A对B的压力的大小，A对B的压力和A的重力相等，所以需要知道A

的质量，但B的重力没有用，所以不需要知道B的质量，多余的步骤是B；按图甲的装置安装器材，安装

过程中用手按住木块和木板C步骤正确：通过弹簧秤的示数来测量滑动摩擦力的大小，当物体刚开始运动

时，示数不稳定，此时读数带来的误差较大，所以步骤D错误。

（2）［3］正确的做法应该是：松开按住木块和木板的手，让其运动，待木块静止后读出弹簧测力计的示数。

⑶⑷由弹簧秤可以直接读出为2.I0N。

（4）⑸

F/2.10…

u=—=------=0.35

FN6

7.某同学用如图甲所示的装置研究合力与分力之间是否遵从平行四边形定则，实验步骤如下:

（1）用图钉把白纸固定在水平的木板上，将橡皮条的一端固定在板上某点，两个细绳套系在橡皮条的另

一端。

（2）用两个弹簧秤分别拉住两个细绳套，互成角度地施加水平拉力，把橡皮条与绳套的结点拉到某一位

置O,用铅笔在白纸上描下此位置，记录o图中尸2为N»

（3）用一个弹簧秤拉橡皮条，把橡皮条与绳套的结点拉到________位置，记录弹簧秤拉力尸的大小和方

向。

（4）如图乙，在白纸上已作出尸的图示及用的方向，根据图中标度作出B的图示。

（5）以OFi,0巳为邻边画平行四边形，作出所夹对角线尸'，比较尸和尸，如果满足,就可说

明合力与分力之间遵从平行四边形定则。

【答案】此时两个弹簧测力计的拉力Q、尸2的大小和方向4.50OF/:尸和尸

F

的大小和方向近似相同

【解析】

（2）［1］为了研究合力与分力的关系，应该记录两个弹簧测力计的拉力B、B的大小和方向。

［2］弹簧测力计的最小刻度为0.1N,可知弹簧科的读数为4.50N。

（3）［3］为了使一根弹簧秤的作用效果与两根弹簧秤共同的作用效果相同，应该把橡皮条与绳套的结点拉

到相同的位置，即。位置。

（4）［4］根据力的标度，按照力的方向做出力的图示，如图所示

1N义

(5)[5]如果在误差允许的范围内，实际合力厂和理论合力F'基本重合，可知合力与分力之间遵从平行四

边形定则。

8.在探究物体质量一定时加速度与力的关系实验中，小明同学做了如图甲所示的实验改进，在调节桌面

水平后，添加了用力传感器来测细线中的拉力。

打点WMSS

技之"电源

(1)关于该实验的操作，下列说法正确的是。

A.必须用天平测出砂和砂桶的质量

B.一定要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量

C.应当先释放小车，再接通电源

D.需要改变砂和砂桶的总质量，打出多条纸带

(2)实验得到如图乙所示的纸带，已知打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz,相邻两计数点之间还有

四个点未画出，由图中的数据可知，小车运动的加速度大小是m/s2。(计算结果保留三位有效数

字)

(3)由实验得到小车的加速度«与力传感器示数F的关系如图丙所示。则小车与轨道的滑动摩擦力

F尸N«

【答案】D2.401.0

【解析】

(1)[1]AB.对小车的拉力是通过力传感器得到的，故无需测量沙和沙桶的质量，也不需要满足沙利沙桶的

总质量远小于小车的质量，故AB错误；

C.使用打点计时器，应先接通电源，在释放小车，故C错误；

D.探究物体质量一定时加速度与力的关系，要改变沙和沙桶的总质量，打出多条纸带，故D正确。

故选D。

⑵⑵打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz,相邻两计数点之间还有四个点未画出，可知相邻两计数

点之间的时间间隔为

T=5x—=0.1s

f

根据Ax=aT2可得

a=—~^-xlO"2=2.40m/s2

4T2

(3)[3]根据牛顿第二定律可知

2F-Ff=ma

解得7>1.0N。

9.(1)图甲为用频闪摄影方法拍摄的研究物体做平抛运动规律的照片，图中A、B、C为三个同时由同一点

出发的小球，A4'为A球在光滑水平面上以速度v运动的轨迹；32为B球以速度v被水平抛出后的运

动轨迹；CC'为C球自由下落的运动轨迹，通过分析上述三条轨迹，你的结论是：。

(2)图乙所示为描绘平抛运动轨迹的实验，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点画出小球运动的轨迹。下

面列出了一些操作要求，你认为正确的选项有一。

A.通过调节使斜槽的末端保持水平

B.每次必须由同一位置静止释放小球

C.记录小球经过不同高度的位置时，每次必须严格地等距离下降

D.将球经过不同高度的位置记录在纸上后取下纸，用直尺将点连成折线

(3)某次实验画出小球运动的轨迹如图丙所示，A、B、C是曲线上三个点的位置，A为坐标原点取

^=10m/s2,A到8的时间T=_s,小球做平抛运动的初速度%=—m/So

【答案】平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动AB0.12

【解析】

(1)[1J由图可知，A球沿水平方向做匀速直线运动，B球做平抛运动，C球做自由落体运动，通过对比看

出，三个球运动的时间相同，所以说明平抛运动的物体水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运

动。

(2)⑵A。斜槽的末端保持水平，使得小球的初速度为水平方向，A正确；

B.每次必须由同一位置静止释放小球，可以使小球离开时具有相同的速度，B正确；

C.记录小球经过不同高度的位置时，不需要等距离下降，C错误；

D.小球的运行轨迹是平滑曲线，不能画成折线，D错误。

故选AB。

(3)[3]在竖直方向上有Ay=gT2,可得

(2°一⑼xO.o.is

[4]小球做平抛运动的初速度为

10.某同学利用如图甲所示装置“研究物体的平抛运动

(1)下列实验条件必须满足的有(请填写选项前对应的字母)

A.斜槽轨道的末端保持水平

斜槽轨道必须光滑

小球每次释放的初始位置不同

小球每次释放的初速度均为零

0

y

N

图丙

(2)图乙为某同学根据实验画出的平抛小球的运动轨迹，0、A、8为轨迹上的三点，A、B两点距离0点的

水平距离分别为回、2xo,A、B两点距离0点的竖直距离分别为yi、”，重力加速度为g。该平抛运动的

初速度大小为(用题目所给字母表示)。

(3)利用频闪照相拍摄平抛小球的运动轨迹.如图丙所示，M.P、N为频闪照片上小球的三个相邻位置。

若频闪照相的频率为人利用刻度尺量得M、N两点的距离为s,已知实物小球与照片上的小球尺寸比例为

k,则小球位于位置P时的速度大小为(用题目所给字母表示)。

【答案】A。T

【解析】

(1)[1|A.为使球从斜面滚下射出时做平抛运动，必须使斜槽轨道末端保持水平，故A正确：

B,斜槽轨道可以光滑可以粗糙，只要保证每次到达斜槽末端速度相同即可，故B错误；

CD.要保证每次小球平抛运动的轨迹相同，必须保证每次平抛运动的水平初速度相同，这就要求小球每次

必须从同一点静止释放，故C错误，D正确。

故选AD。

(2)[2]小球做平抛运动，水平方向有

竖直方向有

乂一M-M=ST2

联立方程，解得

%=%)

(3)[3]频闪照相的周期为

设N两点的水平距离为2x,则小球运动到P点的水平方向的分速度为

小球在图片尸点的竖直方向的分速度为

小球在图片P点的速度为

J(2x)2+(%—乂)2=力

实物小球与照片上的小球尺寸比例为k,则小球位于位置P时的速度大小为

vp-kv=—

11.某实验小组的同学欲“探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系”，在实验室设计了一套如图甲所

示的装置，图中A为小车，B打点计时器，C为弹簧测力计，P为小桶（内有沙子），一端带有定滑轮的

足够长的木板水平放置，不计绳与滑轮的摩擦.实验时，把长木板不带滑轮的一端垫起适当的高度，以平

衡摩擦力，先接通电源再松开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点.

（1）该同学在一条比较理想的纸带上，从点迹清楚的某点开始记为零点，顺次选取一系列点，分别测量

这些点到零点之间的距离X,计算出它们与零点之间的速度平方差△v2=v2—v02,弹簧秤的读数为F,小车

的质量为m,然后建立Av2—x坐标系，通过描点法得到的图像是一条过原点的直线，如图乙所示，则这

条直线的斜率的意义为.（填写表达式）

（2）若测出小车质量为0.4kg,结合图像可求得小车所受合外力的大小为N.

（3）本实验中是否必须满足小桶（含内部沙子）的质量远小于小车的质量一（填"是''或"否"）

2F

【答案】一；1；否；

m

【解析】

（1）由动能定理可得皿=&=j加丫2—机噂=」砥丫2—说），所以A/=——所以图像的斜率等于

222m

2F

m

（2）由图像可知其斜率为左=9史=5,由％=?,知合外力尸=!51=4'5乂0.4%=1".

0.03m22

（3）本实验不需要小桶（含内部沙子）重力代替绳子的拉力，所以不需要小桶（含内部沙子）重力远小

于下车的质量.

12.如图甲所示，气垫导轨上质量为M的滑块通过轻质细绳绕过滑轮与质量为m的钩码相连，绳子的悬

挂点与拉力传感器相连，遮光条宽度为d.气源开通后，滑块在绳子拉力的作用下由静止释放，遮光条通过

光电门的时间为加，拉力传感器的读数为F.不计滑轮质量、不计滑轮轴、滑轮与轻质细绳之间的摩擦.

乙

(1)某同学用螺旋测微器测遮光条宽度，螺旋测微器示数如图乙所示，d=mm.

(2)某学习小组的同学欲探究绳子拉力对滑块做功与滑块动能变化的关系，记录滑块释放时遮光条与光电

门的距离L及其通过光电门的时间At,得到一系列L和At的数据，通过图象法处理数据时，为了获得线

性图象应作..(选填“L--或"L—⑷产)图象，该图象的斜率k=.(用题中字

△t(△£)

母表示).

Md2

【答案】(1)3.112-3.115(2)L-——7

(。)一

【解析】解：(1)用螺旋测微器测遮光条宽度，螺旋测微器的固定刻度读数为3mm，可动刻度读数为

11.45x0.01mm,则读数为3+11.4x0.()1mm=3.114mm；

1d,Md\1

(2)由动能定理可得RL=—"(2)2,则有Lt=，•八京，则为了获得线性图像应做工w一六五图像，该

2Z2F(Af)-(4)-

图像的斜率为女=幽；

2F

13.用如图a所示装置做“验证动能定理”的实验.实验时，通过电磁铁控制小铁球从P处自由下落，小铁

球依次通过两个光电门甲、乙，测得遮光时间分别为和△4，两光电门中心点间的高度差为从

(1)用游标卡尺测得小铁球直径的示数如图b所示，则小铁球的直径4=mm；

(2)为验证动能定理，还需知道的物理量是(填物理量名称及符号)，验

证动能定理的表达式为：________________________________________________

(3)由于光电门甲出现故障，某同学实验时只改变光电门乙的高度，进行多次实验获得多组数据，分别

计算出各次小铁球通过光电门乙时的速度V,并作出庐/图像.图(C)中给出了4、氏C三条直线，他作出

的图像应该是直线；由图像得出，小铁球初始位置P到光电门甲中心点的高度差为cm,

铁球通过光电门甲时的速度为m/s(两空均保留两位有效数字).

【答案】6.30重力加速度ggh=''——a1()1.4

2(M)2(Ar,)2

【解析】

第一空.小铁球的主尺读数为6mm,游标读数为0.05x6mm=0.30mm，则小铁球的直径为6.30mm.

1,1,dd

第二空.第三空.根据动能定理知，mgh^-mv1-一加片，而畤=丁，=—＞则验证的动能定理表达

,2,2

式为gh=---------------?，可知还需要测量的物理量是重力加速度g.

2(%)2(5)2

第四空.改变光电门乙的高度，根据声一$=2g/l知，/=y：+2g/l,知正确的图线为直线

第五空.第六空.当后0时，/7=-10.0cm,小铁球到光电门甲中心点的高度差4力=卷=10cm,小铁球通过

光电门甲时的速度v=j2gA7?=V2xl0x0.1®1.4m/s.

14.某同学用如图实验装置探究重锤下落过程中动能与重力势能的转化问题。

(1)实验操作步骤如下：

A.按实验要求安装好实验装置

B.使重锤靠近打点计时器，接着先释放重锤，再接通电源，打点计时器在纸带上打下一系列的点

C.图为一条符合实验要求的纸带，。点为打点计时器打下的第一点。测出若干连续打点A、8、C与。点

之间的距离加、〃2、后.

以上A、B、C三个步骤中哪个步骤是错误的。

⑵已知打点计时器所用电源频率为50Hz,当地的重力加速度的值为9.8m/s2,测得所用重物的质量为1.0kg,

结合实验中纸带所测的加、饱、生，在纸带从。点下落到B点的过程中，重锤增加的动能为,减小

的重力势能为o(保留2位有效数字)

(3)该同学为进一步探究本实验中引起实验误差的阻力。取打下。点时重锤的重力势能为零，计算出该重锤

下落不同高度及时所对应的动能及和重力势能品，建立坐标系，横轴表示人，纵轴表示反和耳，根据以

上数据在图中绘出图线I和图线H,通过计算得到图线I和图线H斜率绝对值分别为h和小，则重锤和纸

带在下落过程中所受阻力大小片(用题目中字母心和依表示).

【答案】B7.6J7.7Jki-ki

【解析】

(1)”］实验中，要先接通电源，再释放重锤，所以错误的步骤是B；

(2)⑵打下B点时重锤的速度为

(86.59-70.99)xlO-2,八，

v„=-----L=--------------------------m/s=3.9m/s

112T2x0.02

重锤增加的动能为

A£k=；〃忧=；xl.0x3.92ja7.6J

［3］重锤减小的重力势能为

AEp=mgh,=1.0x9.8x0.7857J«7.7J

(3)⑷重力势能防随下落高度h的增加而减小，有

Ep=mgh

可知图线I的斜率

k\=ing

由于两条图线的斜率不同，说明重锤下落过程中需要克服阻力做功，由动能定理得

12

ingh—fh--mv~

整理有

12

—mv~

2

h

可知图线n斜率为

h=mg-f

联立可得

f=^-k2

15.如图，用“碰撞实验器“可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。

（1）实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是可以通过仅测量,来间接解决这个

问题；

小球1

A.小球开始释放的高度力

B.小球抛出点距地面的高度H

C.小球做平抛运动的水平位移

（2）用天平测量两个小球的质量如、mi,图中0点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影，实验时，先

让入射球如多次从斜轨上5位置静止释放；然后，把被碰小球m2静止于轨道的水平部分，再将入射小球

如从斜轨上S位置静止释放，与小球m相撞，并多次重复，分别找到小球的平均落点M、P、N,并测量

出平均水平位移。。尸、ON。若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为（用上述中测量

的量表示）；若碰撞是弹性碰撞，那么还应该满足的表达式为（用上述中测量的量表示）；

（3）完成上述实验后，某实验小组对上述装置进行了改造，如图所示。在水平槽末端与水平地面间放置

了一个斜面，斜面的顶点与水平槽等高且无缝连接。使小球1仍从斜槽上A点由静止滚下，重复实验步骤

1和2的操作，得到两球落在斜面上的平均落点M，、F、V。用刻度尺测量斜面顶点到M'、尸'、M三点的

距离分别为4、小4。则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为（用所测物理量的字母表示）。

222

[答案】C叫xOP=m,xOM+m2xON町xOP=mxxOM+m2xON或OP+OM=ON

叫“=〃4"+m2a

【解析】

验证动量守恒定律实验中，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系，直接测定小球碰撞

前后的速度是不容易的，但是通过平抛的情况来代替时：设落地时间为，，则有

x

Vo=7

落地高度不变情况下时间不变，水平射程来体现速度，故C正确，ABD错误。

故选C。

(2)[2]设落地时间为f,则有

OPOMON

匕=,，岭=7-

而动量守恒的表达式为

+m2v2

若碰撞是弹性碰撞，动能守恒的表达式为

121212

3mo%=,叫匕+]?彩

所以若两球相碰前后的动量守恒，则有

mt-OM+吗ON=m}-OP

成立。

⑶若碰撞是弹性碰撞，动能是守恒的，则有

222

-OM+m2-ON=-OP

成立。

(3)[4]碰撞前，叫落在图中的P'点，设其水平初速度为看小球㈣和加2发生碰撞后，町的落点在图中河'

点,设其水平初速度为W',加2的落点是图中的N'点，设其水平初速度为匕。设斜面8c与水平面的倾角

为a,由平抛运动规律得

r-12

Lp.sincz=­gr

Lp.cosa=卬

解得

同理

可见速度正比于JE，所以只要验证

m1a=町"+七&

即可。

16.将一单摆装置竖直悬挂于某一深度为〃（未知）且开口向下的小筒中（单摆的下部分露于筒外），如图甲所

示，将悬线拉离平衡位置一个小角度后由静止释放，设单摆振动过程中悬线不会碰到筒壁，如果本实验的

长度测量工具只能测量出筒的下端口到摆球球心的距离L，并通过改变L而测出对应的摆动周期T,再以

/为纵轴、L为横轴作出/一乙函数关系图象，那么就可以通过此图象得出小筒的深度/?和当地的重力加

速度g.

（1）如果实验中所得到的。一心关系图象如图乙所示，那么真正的图象应该是a、b、c中的；

（2）由图可知，小筒的深度力=m,当地的重力加速度g=m/s2；（计算结果保留三位有

效数字）

（3）某次停表计时得到的时间如图丙所示，则总时间为s.

【答案】a0.3159.8666.3

【解析】

（1）由单摆周期公式

L+h

T=2万

g

可得

4+.

88

纵截距大于0,图线应为题图乙中的图线。；

(2)⑵[3]分析表达式

724万之,4兀，

1=----L4------------

gg

可知斜率

4/1.26

了-31.5><10-2

变形可得

4x3.142x502xl,,

g=----------------=9n.o8z6m/s2

100.52

由图象的截距

解得〃=0.315

(3)[4]分针对应的数值为1分(60s),秒针对应数值为6.3s,则总时间为66.3s。

17.用图甲所示的装置来探究功和动能变化的关系.木板上固定两个完全相同的遮光条4、B,用不可伸

长的细线将木板通过两个滑轮与弹簧测力计C相连，木板放在安装有定滑轮和光电门的轨道。上，轨道放

在水平桌面上，P为小桶(内有沙子)，滑轮质量、摩擦不计，重力加速度为g.

(1)实验中轨道应倾斜一定角度，对此下列说法正确的是

A.为了释放木板后，木板在细线拉动下能匀速下滑

B.为了增大木板下滑的加速度，提高实验精度

C.尽量保证细线拉力对木板做的功等于木板所受合力对木板做的功

D.使木板在未施加拉力时能匀速下滑

(2)实验主要步骤如下：

①测量木板、遮光条的总质量M，测量两遮光条间的距离L遮光条的宽度d,按甲图正确安装器材.

②将木板左端与轨道左端对齐，静止释放木板，木板在细线拉动下运动，记录弹簧测力计示数F及遮光条

B.A先后经过光电门的时间h,t2.则遮光条B.A通过光电门的过程中木板动能的变化量AEk=,

合外力对木板做功W=,(均用字母M、小12、d、L、尸表示).

③在小桶中增加沙子，重复②的操作.

④比较W、AEk的大小，得出实验结论.

(3)若在本实验中轨道水平放置，其它条件和实验步骤不变，假设木板与轨道之间的动摩擦因数为〃.测

11

得多组F、八、/2的数据，并得到尸与；7一下的关系图像如图所示.已知图像在纵轴上的截距为b,直线

GA

的斜率为上求解〃=(用字母〃、d、L、k、g表示).

【答案】CDFL筌7

【解析】

(1)为了使绳子拉力充当合力，即细线拉力做的功等于合力对小车做的功应先平衡摩擦力，摩擦力平衡掉

的检测标准即：可使得小车在未施加拉力时做匀速直线运动，故CD正确；

d

(2)小车通过A时的速度：vA=-

h

d

小车通过B时的速度：以=一

11、.，d、＞

则小车通过A、B过程中动能的变化量AE=5"（1）-5时（7）-

拉力所做的功W=FL；

（3由题意，小车受到的拉力是