力学实验-2023年高考物理三轮复习（全国通用）（解析版）

查补易混易错12力学实验

/高考直击/

力学实验题是高考的必考内容，高考对于这部分知识点的命题形式是：根据实验原理，设计实验，

正确处理实验数据，得出实验结论。将考查的知识点延伸到演示实验中，扩展到设计性、应用性等实验。

需要学生能够将所学的实验原理和实验方法知识迁移到情境实验中去。

高考的命题特点是：在课本实验的基础上，或以基本力学模型为载体，根据运动学和动力学及能量的

观点知识设计实验，主要形式有：实验原理的拓展和延伸，来源于教材，又高于教材，需要分析理解实验

而不是盲目背诵实验；情境的设计与创新（认真审题，建立模型，理解是做什么，怎么做和为什么。万变

不离实验的原理。）；实验器材的等效与替换（不变目的但变装置；不变装置但变目的）。

近三年高考的题目主要集中在：验证机械能守恒定律，探究弹力与弹簧伸长量的关系，验证动量定理。

及动摩擦因数和重力加速度的测量，预测2023年的备考建议是动量守恒定律、力的平行四边形法则和平抛

运动及机械能守恒定律。

考向一、纸带类实验

易混易错归纳：

1.涉及的实验：（1）研究匀变速直线运动。（2）验证牛顿运动定律。（3）验证机械能守恒定律。

2.纸带的应用：（1）确定时间

（2）求瞬时速度：做匀变速直线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，则打〃点时的速度匕］嗯?叶1\

（3）求加速度「％」•

②逐差法：如图所示，a=A.七色=，+学+矢/三二£（^0123—4—5，

③两段法：把图中不、及、用、刘、生、屈分成时间相等（均为37）的两

大段，则由X”一XI=a∕i得：（xi+xs+xe）—（XI+Λ⅛+Λ⅛）=a（3TV,解出的a与上面逐差法结果相等。

④图像法：画出P-£图像，图线的斜率为物体做匀变速直线运动的加速度。

3.使用打点计时器注意事项：

L平行：纸带、细绳要和长木板平行。

2.靠近：释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置。

3.两先两后：实验时应先接通电源，后释放小车：实验后先断开电源，后取下纸带。

典例分析：

1.（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

点之间的距离孙占，，电，并求出打点2,3,…，7时对应的重锤的速度。在坐标纸上建立VT坐标系，

根据重锤下落的速度作出UT图线并求重力加速度。

图1

（1）图2为纸带的一部分，打点3时，重锤下落的速度匕=m/s（结果保留3位有效数字）。

5〉・金・；单位：Cm）

卜3.83""5：6T/

图2

（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，请在图中标出速度匕对应的坐标

点，并作出v-f图线-

（3）根据图3,实验测得的重力加速度g=m/s?（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。

【答案】1.15见解析9.79见解析

【解析】（1）打点计时器接在频率为50.0HZ的交流电源上，相邻计数点之间还有1个计时点，则相邻

两计数点之间的时间为r=2χ0.02s=0.04s;纸带做自由落体运动，打点3时的瞬时速度等于点2到点4之

间的平均速度，由纸带数据可知匕吟=*AHy

(2)做出图像如图所示

(3)根据u=gf,可知g=N;根据VT图像可知其斜率为重力加速度，则有g=—~m∕s2=9.79m∕s2

t0.24

(4)需要测量的物理量：水滴下落的高度8和下落的时间t.

测量方的方法：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〃滴水下落的总时间乙，贝h=L

n

2.(2021•福建)某实验小组利用图(a)所示的实验装置探究空气阻力与速度的关系，实验过程如下：

薄板

细绳小皂」纸带学笆时器

__⅛^wjI_I__________________

图(a)图(b)

(1)首先将未安装薄板的小车置于带有定滑轮的木板上，然后将纸带穿过打点计时器与小车相连。

(2)用垫块将木板一端垫高，调整垫块位置，平衡小车所受摩擦力及其他阻力。若某次调整过程中打

出的纸带如图(b)所示(纸带上的点由左至右依次打出)，则垫块应该.(填“往左移”“往右

移”或“固定不动”)。

(3)在细绳一端挂上钩码，另一端通过定滑轮系在小车前端。

(4)把小车靠近打点计时器，接通电源，将小车由静止释放。小车拖动纸带下滑，打出的纸带一部分

如图(C)所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz,纸带上标出的每两个相邻计数点之间还有4

个打出的点未画出。打出F点时小车的速度大小为m/s(结果保留2位小数)。

(5)保持小车和钩码的质量不变，在小车上安装一薄板。实验近似得到的某时刻起小车图像如图

(d)所示，由图像可知小车加速度大小(填''逐渐变大”“逐渐变小”或“保持不变”)。据此

可以得到的实验结论是。

【答案】往右移0.15逐渐变小空气阻力随速度增大而增大

【解析】(2)由题图(b)可知从左往右点间距逐渐增大，说明小车做加速运动，即平衡摩擦力过度,

应减小木板的倾角，即将垫块往右移。

(4)打F点时小车的速度大小等于打E、G两点之间小车的平均速度大小，即

A=(6.92-3.85)xl0-m/sa0i5m/s

f2T2×0.1

(5)图像的斜率表示加速度，所以由图像可知小车加速度大小逐渐变小。小车加速度随速度的增

大而变小，根据牛顿第二定律可知小车和钩码组成的系统所受合外力尸随速度的增大而变小。装上薄板后，

设小车所受空气阻力大小为£则尸=感-/,而钩码重力侬不变，故由此得到的结论是空气阻力随速度

增大而增大。

3.某实验小组用图甲所示装置探究加速度与力的关系。

打点学时器少车力住咸毁

纸带、∖τp力化感器

甲沙桶

(1)关于该实验，下列说法正确的是

A.拉小车的细线要与木板平行

B.打点计时器要与6V直流电源连接

C.沙桶和沙的质量要远小于小车和传感器的质量

D.平衡摩擦力时∙，纸带要穿过打点计时器后连在小车上

(2)图乙中的两种穿纸带方法，你认为(选填“左”或“右”)边的打点效果好。

(3)实验中得到一条如图丙所示的纸带，图中相邻两计数点间还有4个点未画出，打点计时器所用电

源的频率为50Hz。由图中实验数据可知，打点计时器打下8点时小车的速度%=m∕s,小车的

加速度〃=m∕s"(结果保留两位有效数字)

(4)某同学根据测量数据作出的a-尸图像如图丁所示。该直线不过坐标原点的原因可能是

A.摩擦力平衡过大

B.没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不足

【答案】AD或DA右0.160.50A

【解析】(DA.为了保证拉力沿水平方向，拉小车的细线要与木板平行，故A正确；B.打点计时器

要与交流电源连接，故B错误；C本实验采用力传感器测量小车受到的力，故不需要求沙桶和沙的质量远

小于小车和传感器的质量，故C错误；D.平衡摩擦力时，不需祛码和小桶，但小车后面必须与纸带相连,

因为运动过程中纸带受到阻力，故D正确。故选AD。

(2)在实验中纸带应放在复写纸的下方，这样才能打出清楚的点，故右边打点效果要好;

(3)相邻两计数点间还有4个点未画出，故两计数点间的时间间隔为0.1s；6点的速度等4C段的平

均速度，由图可知AB=L40Cm=O.0140m,BC=1.89cm=0.0189m,CD=2.4Icm=0.024Im

DE=2.89cm=0.0289m贝!∣8点的速度为"===.C…——m∕s=0.16m∕s根据∆χ=T2可得

IT2×0.1a

CE-AC(0.0241+0.0289)-(0.0140+0.0189),CUC,

a=----；-=------------------------------------------------m/s2=0.50m∕s2

4T24

(4)由图像可知，a-尸图像在a轴上有截距，这是由于平衡摩擦力过度造成的。即在实际操作中,

平衡摩擦力时斜面倾角过大，故A正确，BCD错误。故选A。

4、(2020•全国卷ΠI)某同学利用图(a)所示装置验证动能定理。调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂

上钩码，钩码下落，带动小车运动并打出纸带。某次实验得到的纸带及相关数据如图(b)所示。已知打出图

(b)中相邻两点的时间间隔为0.02S,从图(b)给出的数据中可以得到，打出6点时小车的速度大小Vii=

m/s,打出尸点时小车的速度大小玲=m/s。(结果均保留2位小数)

图(a)图(b)

若要验证动能定理，除了需测量钩码的质量和小车的质量外，还需要从图（b）给出的数据中求得的物理

量为O

【答案】：0.361.806、尸之间的距离

【解析】：打下8点的时刻为打下与8点相邻左、右两点的中间时刻，则打下8点时小车的速度应为这

4.00-2.56

两点间小车的平均速度，即%=-0?04—×10^Ws=0.36m/s；同理打下尸点时小车的速度为珍=

57.86-50.661

0.04XlOTm∕s=L80m/s。在验证动能定理时，如果选取6到尸的过程，则由侬］

1

一5（什加小2可知，要验证动能定理还需要求得用产两点间的距离。

5.在做“探究加速度与力、质量的关系“实验中

①下列仪器需要用到的有.»

②若甲、乙、丙三个实验小组分别采用如图甲、乙、丙所示的实验装置来做实验。已知他们使用的小

车完全相同，小车的质量为加重物的质量为必，试回答下列问题:

打点计时器上小车细线定滑轮打点计时器上小车细线定滑轮

纸带一、・i纸带IL4

力传感器

7\长篇水,实验台

长木板水平实验台

重物而物

（甲）（丙）

则甲、乙、丙实验中，必须补偿小车和长木板之间摩擦力的实验小组有。若用上面的甲装置得

如图所示的纸带，已知打点计时器所使用的交流电频率为50Hz,则小车的加速度为m∕s2（保留两

位有效数字）。

你认为该同学实验时选用的以加的比例关系合理吗？o（填“合理”，“不合理”）

③如果实验时所用交流电的频率实际为48Hz,则实验测得的加速度比真实值（填“大”或“小

【答案】BC或CB甲乙丙2.0不合理大

【解析】①在做“探究加速度与力、质量的关系”实验中需要用到天平测量小车的质量，用刻度尺测

量纸带，故选BC。

②三个实验装置平台都是水平的，都需要抬高木板的一端平衡摩擦力，故选甲乙丙；

小车的加速度为a=XCL>C=(7∙93-3.32-3乎)x10“/$2=/s?,在甲装置中，只有当重物的质

4T24×0.042

量。远小于小车的质量〃时，才可认为重物的重力近似等于小车的牵引力；由牛顿第二定律〃，g=("+M)”

解得游4g即〃不是远大于“故该同学实验时选用的乂。的比例关系不合理；

③如果实验时所用交流电的频率实际为48Hz,则打点周期偏大，而计算时仍用0.02S计算，则实验测

得的加速度比真实值大。

6.某同学利用如图所示的装置验证机械能守恒定律，已知当地重力加速度为g。主要实验步骤如下：

数学计时器学［［气垫导轨

/A%*.∣'∣氏缪彳产

①用游标卡尺测量挡光片的宽度4用量角器测出气垫导轨的倾角θ.

②测量挡光片到光电门的距离x；

③由静止释放滑块，记录数字计时器显示挡光片的挡光时间

④改变x,测出不同X所对应的挡光时间上

根据上述实验步骤请回答：

(1)用游标卡尺测量挡光片的宽度时的结果如图所示，则挡光片的宽度d=mm。

-012cm~)

IIIIIIIII.»IIl∣JJJJJIJIIIIII‹

I［门II］I1IIIfIIII【III

01020

(2)滑块通过光电门时速度的表达式—(用实验中所测物理量符号表示)。

(3)根据实验测得的多组X、2数据，可绘制x—十图象，图象的纵坐标为X,横坐标为"，如果滑块下

滑过程符合机械能守恒定律，则图象应为过原点的一条倾斜直线，其斜率为(用d、

夕、g表示)。

【答案】⑴2∙4。⑵(J

【解析】(1)游标卡尺的主尺读数为2mm,游标读数为0.05X8mm=0.40mm,所以最终读数为2mm

+0.40mm=2.40mmo

(2)由于挡光片通过光电门的时间极短，可以用平均速度表示瞬时速度。滑块通过光电门时速度片：

（3）如果滑块下滑过程符合机械能守恒定律，则应有mgxsinθ=/,所以三欧1J

象应为过原点的一条倾斜直线，其斜率为厂

Z^sιnU

考向二、光电门、手机应用类实验

易混易错归纳：

光电门的应用

（1）记录时间：光电计时器可以记录挡光时间∆∕o

（2）测量瞬时速度：v=（α为遮光板宽度）；用平均速度代替瞬时速度。

智能手机：在近几年应用到实验中，类似光电门、传感器，打点计时器。

典例分析：

L（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小及对应的时间间隔t.

图1

（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Imm的刻度尺测量某级台阶高度力的示数如图2所示，则。=

图2

2

（3）作出2〃-产图线，如图3所示，则可得到重力加速度g=m∕so

（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1点，设声速为外

考虑击打声的传播时间，则小球下落时间可表示为，'=（用氏f和P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o

h

【答案】A61.209.55t+-不正确，理由见解析

V

【解析】（I）为了减小空气阻力等误差影响，应该选用材质密度较大的小钢球，故选A。

（2）刻度尺的分度值为h≡,估读到分度值的下一位，由图可知炉61.20cm；

Iɔ/,

（3）根据∕z=]g/可知7r=g故在2--图像中斜率表示重力加速度,则根据图线有

3.27-0.50

m∕s2≈9.55m∕s2

0.35-0.06

⑷⑷下落过程中声音传播的时间为G）则小球下落的时间为r'=r+%=r+"

VV

（5）[5]设木条厚度为4则台阶距离地面的高度历时的时间为3高度历时的时间为以则根据前

面的分析有g=~-_'可知与〃无关。

WT弓r

2.（2022•辽宁）某同学利用如图所示的装置测量重力加速度，其中光栅板上交替排列着等宽度的遮

光带和透光带（宽度用d表示）。实验时将光栅板置于光电传感器上方某高度，令其自由下落穿过光电传感

器。光电传感器所连接的计算机可连续记录遮光带、透光带通过光电传感器的时间间隔加。

透光带

（1）除图中所用的实验器材外，该实验还需要（填“天平”或“刻度尺”）；

（2）该同学测得遮光带（透光带）的宽度为450cm,记录时间间隔的数据如表所示,

1遮2遮3遮

编号

光带光带光带

Δr∕(×10'73.38.30.

根据046700上述实验数据，可得编号为3的遮光带

通过光电传感器的平均速度大小为匕=

m/s（结果保留两位有效数字）；

（3）某相邻遮光带和透光带先后通过光电传感器的时间间隔为A小Δ∕2,则重力加速度g=

（用d、A用At?表示）；

（4）该同学发现所得实验结果小于当地的重力加速度，请写出一条可能的原因：

【答案】刻度尺1.5ʌ":誓）光栅板受到空气阻力的作用

【解析】（1）该实验测量重力加速度，不需要天平测质量；需要用刻度尺测量遮光带（透光带）的宽

度，故需要刻度尺；

（2）根据平均速度的计算公式可知丫=α="”巴=1.5m∕s

Δ/30×10^*3S

（3）［3］根据匀变速直线运动平均速度等于中间时刻的速度，有匕，匕=£,V2=h+g［义詈）

24∆rl~M）

"号*∆rl∆r2（∆r1+∆r2）

（4）光栅板的长度明显，下落过程中受到空气阻力的影响，所以竖直向下的加速度小于重力加速度。

3.（2021•山东）某乒乓球爱好者，利用手机研究乒乓球与球台碰撞过程中能量损失的情况。实验步

骤如下：

①固定好手机，打开录音功能；②从一定高度由静止释放乒乓球；

③手机记录下乒乓球与台面碰撞的声音，其随时间（单位：s）的变化图像如图所示。

根据声音图像记录的碰撞次序及相应碰撞时刻，如下表所示。

碰撞次序1234567

碰撞时刻1122233

（S）.12.58.00.40.78.14.47

根据实验数据，回答下列问题:

（1）利用碰撞时间间隔，计算出第3次碰撞后乒乓球的弹起高度为m（保留2位有效数字，

当地重力加速度g=9.80m∕s2）。

（2）设碰撞后弹起瞬间与该次碰撞前瞬间速度大小的比值为k,则每次碰撞损失的动能为碰撞前动能

的倍（用Z■表示），第3次碰撞过程中L=（保留2位有效数字）。

（3）由于存在空气阻力，第（1）问中计算的弹起高度（填“高于”或“低于”）实际弹

起高度。

【答案】0.20l-k20.95高于

【解析】（1）⑴第3次碰撞到第4次碰撞用时/°=2.40s-2.00s=0∙40s,根据竖直上抛和自由落体运

动的对称性可知第3次碰撞后乒乓球弹起的高度为4=gg图=gX9.8X0.22m≈0.20m

（2）碰撞后弹起瞬间速度为匕，碰撞前瞬间速度为W,根据题意可知-=3则每次碰撞损失的动能

II1

—mv2—tnv2—mv2

iσy2

与碰撞前动能的比值为212-=1-2—=↑-k,第2次碰后从最高点落地瞬间的速度

—1mv2：1—mv；2

2'21

24020

V=/=（2.00,1.581g=02ig,第3次碰撞后瞬间速度为"=gt'=（∙^∙θ）g=0.20g则第3次碰撞过程

.,M0.20CCU

中k=—=------≈0.95

V0.21

（3）由于存在空气阻力，乒乓球在上升过程中受到向下的阻力和重力，加速度变大，上升的高度变小，

所以第（1）问中计算的弹起高度高于实际弹起的高度。

4.（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:

移放装置

（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〃=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。和4。

（4）计算小球通过光电门的速度，已知小球的质量为加，可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失

ΔE=（用字母卬、&%和G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。

1dɔ1d,

【答案】7.884/7.882/7.883/7.885/7.886B增大

【解析】（2）依题意，小球的直径为"=7.5mm+38.4χ0.0Irnrn=7.884mm

（3）在测量时，因小球下落时间很短，如果先释放小球，有可能会出现时间记录不完整，所以应先接

通数字计时器，再释放小球，故选瓦

（4）依题意，小球向下、向上先后通过光电门时的速度分别为小5则有匕=（,匕==

l∖*2

则小球与硅胶材料碰撞过程中机械能的损失量为AE=W-5汶=/¢）2-5"f）2

（5）[4]若调高光电门的高度，较调整之前小球会经历较大的空中距离，所以将会增大因空气阻力引

起的测量误差。

考向三、弹簧、橡皮条、碰撞类实验

易混易错归纳：

1.探究弹簧弹力和形变量的关系

1.不要超过弹性限度。2.测弹簧原长时要保持自由悬挂。

3.数据处理：作尸一X图，斜率即劲度系数鼠

图线1：X表示弹簧形变量。图线2：X为弹簧长度，其中Xo为弹簧原长。（无论图

线1图线2,斜率都表示劲度系数）。图线3：后端发生弯曲原因是超过弹性限度。

图线4：X轴小截距原因可能是测弹簧原长时未悬挂，悬挂后弹簧自身重力导致误

差。

4.探究结果：胡克定律尸=h（x为形变量），弹簧劲度系数的算法：左=：F=篝NF。

2.探究两个胡成角度的力的关系

L实验装置图，甲是用两个力把橡皮条拉到某一位置，乙是用一个力把橡皮条拉到同一位置，体现了等效的

思想。

2.测力计可以校对一下，即相互拉一拉，看示数是否相等，若不相等，需要校正好。

3.拉力应该与平板平行。

4.二个力的夹角不要太大或太小，目的是为了做平行四边形时方便。

5.测力计拉橡皮条的细绳尽量长一些，目的是为了画力方向时误差小一些。

3.验证动量守恒定律

本实验可利用不同的方案验证，具体如下:

实验方案实验装置

利用气垫导轨完成一维碰撞实验

滑块速度的测量V=/

I

用两摆球碰撞验证动量守恒定律

摆球速度的测量v=√⅛Λ

在光滑桌面上两车碰撞验证动量守恒定律di

小车速度的测量V=学

痂入射小球

二被撞小球

I列/白纸

利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律

/⅛⅛∕/

速度与平抛运动的水平位移成正比

典例分析:

1.(2021•广东)某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数，缓冲装置如图所示，固定在斜面上

的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°,弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下：先沿管轴线方向固

定一毫米刻度尺，再将单个质量为20Og的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进，每滑进一个钢

球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数〃和弹簧上端对应的刻度尺示数£(),数据如表所示。实验过程中弹

簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数。

压缩量的平均值∆Z=M=cm；

(2)上述通是管中增加个钢球时产生的弹簧平均压缩量；

(3)忽略摩擦，重力加速度g取9.80m∕s2,该弹簧的劲度系数为N∕t∏o(结果保留3位有效数字)

【答案】6.046.05348.6

【解析】(D根据压缩量的变化量为△£,=。-4=(18.09-12.05)Cm=6.04Cm

,ʌð≡,,FML,∣⅛Δ>~~~7ΔΔ+ΔΔ)÷ΔΔ,6.03+6.08+6.04

压rτ缩量的平均值为=———γ———=---------------cm≈6.05cm

(2)因三个M是相差3个钢球的压缩量之差，则所求平均值为管中增加3个钢球时产生的弹簧平均

压缩量

/c、gg_—,3/??£sinθ3×0.2×9.8×sin30o八一

(3)根据钢球的平衡条件有3mgsin0λ=⅛∙ΔL解得k=-ɪ—=——……——NVT/m≈48.6N∕m

A/.6.05×10^

2.某实验小组同学用铁架台、弹簧和多个质量均为/77=50g的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与形

变量的关系，实验装置如图甲所示。

(1)该组同学在做该实验时，依次在弹簧下端挂上钩码，并在表格内分别记下钩码静止时弹簧下端指针

像分析并得出以下结论：

①弹簧原长为cm。

②弹簧的劲度系数k=N∕cm(保留两位有效数字)。

(2)弹簧与绳有一点相似之处，都可以认为是一个传递力的媒介。某位同学根据这个观点推广认为：将

两个同样的弹簧串接在一起后,弹簧的劲度系数4与原来一样。你认为他的想法正确吗？。

并解释一下你的理由：。

【答案】：(1)13.70见解析图①11.40(11.20〜11.50均正确)②0.42(0.40〜0.45均正确)(2)

不正确两个劲度系数相同的弹簧串联后，施加外力后，与单独一个弹簧相比弹簧的等效伸长量变为原来

(2)不正确。两个劲度系数相同的弹簧串联后，施加外力后，与单独一个弹簧相比弹簧的等效伸长量变

为原来的2倍，所以劲度系数发生改变。

3.“验证力的平行四边形定则”的实验如图甲所示，其中/1为固定橡皮条的图钉，。为橡皮条与细绳的

结点，如和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的图示。

(1)本实验采用的科学方法是。

A.理想实验法B.等效替代法C.控制变量法

(2)图乙中的尸与〃两力中，方向一定沿40方向的是。

(3)关于实验下列说法正确的是。

A.拉橡皮条的细绳短一些，实验效果较好

B.拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行

C.橡皮条弹性要好，拉结点到达某一位置。时，拉力6和人的夹角越大越好

D.在同一实验中0点位置不能变

【答案】(I)B⑵尸⑶BD

【解析】(1)本实验用一根弹簧的拉力代替两根弹簧的拉力作用效果，采用了等效替代法，故选B。

(2)尸是通过作图的方法得到合力的理论值，在平行四边形的对角线上，而"是通过一个弹簧测力计

沿40方向拉橡皮条，使橡皮条伸长到。点，其方向一定沿力0方向。

(3)在实验中要减小拉力方向的误差，应让标记同一细绳方向的两点尽量远些，故细绳应该长一些，故

A错误；作图时，我们是在白纸中作图，做出的是水平力的图示，若拉力倾斜，则作出图的方向与实际力的

方向有较大差别，故应使各力尽量与木板平面平行，故B正确；两个拉力的夹角过大，合力会过小，取理

论值时相对误差变大，故夹角合适即可，但要保证力的作用效果即0点位置不变，故C错误，D正确。

4.某同学设计了如图装置来验证碰撞过程遵循动量守恒。在离地面高度为力的光滑水平桌面上，放置

两个小球a和儿其中，b与轻弹簧紧挨着但不拴接，弹簧左侧固定，自由长度时离桌面右边缘足够远，起

初弹簧被压缩一定长度并锁定。a放置于桌面边缘，球心在地面上的投影点为0点。实验时，先将a球移开，

弹簧解除锁定，8沿桌面运动后水平飞出。再将a球放置于桌面边缘，弹簧重新锁定。解除锁定后，方球与

a球发生碰撞后，均向前水平飞出。重复实验10次。实验中，小球落点记为力、B、a

OABC

(1)若a球质量为届，半径为"A球质量为肱，半径为八。6球与a球发生碰撞后，均向前水平飞出,

则。

A.ma<m∣,,ra-rhB.ma<m∣1,ra<r∣,C.ma>m∣,,r„—rbD.ma>m∣,,ra>r∣,

(2)为了验证动量守恒，本实验中必须测量的物理量有.

A.小球a的质量偏和小球6的质量a,B.小球飞出的水平距离X例、XgXoc

C.桌面离地面的高度4D.小球飞行的时间

(3)关于本实验的实验操作，下列说法不正确的是。

A.重复操作时•，弹簧每次被锁定的长度应相同

B.重复操作时发现小球的落点并不完全重合，说明实验操作中出现了错误

C.用半径尽量小的圆把10个落点圈起来，这个圆的圆心可视为小球落点的平均位置

D.仅调节桌面的高度，桌面越高，线段仍的长度越长(4)在实验误差允许的范围内，当所测物理量满

足表达式：,即说明碰撞过程遵循动量守恒。(用题中已测量的物理量表示)

(5)该同学还想探究弹簧锁定时具有的弹性势能，他测量了桌面离地面的高度力，该地的重力加速度为

g,则弹簧锁定时具有的弹性势能反为。(用题中已测量的物理量表示)

【答案】：(I)A(2)AB(3)B(4)M∙OB=mb'O4+∕πa∙OC(5)竺/史

4力

【解析】：(1)为防止碰撞后入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，即加>儡；为使两球发生

对心正碰，两球半径应相等，即累="，故选A。

(2)要验证动量守恒，就需要知道碰撞前后的动量，所以要测量两个小球的质量及碰撞前后小球的速度，

碰撞前后小球都做平抛运动，速度可以用水平位移代替，所以需要测量的量为：小球a、b的质量成、mb,

记录纸上。点到AB、C各点的距离CI4、OB、OC,故A、B符合题意。

(3)重复操作时，弹簧每次被锁定的长度应相同，可以保证小球6能够获得相等的速度，故A项与题意

不相符；重复操作时发现小球的落点并不完全重合，不是实验操作中出现了错误；可以用半径尽量小的圆

把10个落点圈起来，这个圆的圆心可视为小球落点的平均位置，故B项与题意相符，C项与题意不相符；

仅调节桌面的高度，桌面越高，则小球飞行的时间越长，则线段如的长度越长，故D项与题意不相符。

(4)小球离开桌面后做平抛运动，小球抛出点的高度相同，小球在空中的运动时间t相等，如果碰撞过

程动量守恒，则加的=ZB⅛H+ΛJI吻两边同时乘以时间力，得：InI)Vet=JnlIVIt+IDaVzt典∖mt∙OB=Hk∙OA+m∙OC。

(5)桌面离地面的高度为力，该地的重力加速度为g,小球6飞行的时间t=∖伶，小球6的初速度出

=与=OB•、枭,弹簧锁定时具有的弹性势能用转化为小球。的动能，所以弹簧锁定时具有的弹性势能为

t\1∆n

c,12Πh>g∙

E=严IW=—耳—。

5.小吴利用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。所用器材有：小球、细线、拉力传感器(可以测

量细线的拉力)、托盘秤。当地的重力加速度大小为g。

(I)将小球静置于托盘秤上,如图乙所示,托盘秤表盘的示数如图丙所示,则小球的质量机=kgo

(2)细线一端与小球相连，另一端绕在水平轴。上。将小球拉至与水平轴。同一高度处后由静止释放，

小球在竖直平面内做圆周运动，若小球通过最低点时拉力传感器的示数为F,则能验证机械能守恒定律的等

式为F=«

(3)若测得水平轴。与小球之间的细线长度为。小球的直径为d,则小球做圆周运动的最大速度％=

【答案】0.103mg同乙+界

【解析】(1)[1]将小球静置于托盘秤上，如图乙所示，托盘秤表盘的示数如图丙所示，则小球的质量

为机=0.1Okg

(2)[2]设细线长度为乙小球下落过程，有，3=加。小球在最低点，根据牛顿第二定律，可得

2

F-mg=联立，可得尸=3mg

(3)[3]同理，若测得水平轴0与小球之间的细线长度为乙小球的直径为H小球经过最低点时具有

最大速度，有机g,+?=/;解得%=

6.某同学用气垫导轨验证动量守恒定律，实验装置如图1所示。

(1)实验室有两组滑块装置。甲组两个滑块的碰撞端面装上弹性碰撞架，乙组两个滑块的碰撞端面分

别装上撞针和橡皮泥。若要求碰撞过程动能损失最小，应选择(填“甲”或“乙”)组的实验装置。

甲乙

(2)用螺旋测微器测量遮光条宽度d,如图2所示，并将两块宽度均为d的遮光条安装到两滑块上,

可知遮光条的宽度"=mm。

-----35

叁3。

III」」」」

T1W

二25

O5

图2

(3)安装好气垫导轨和光电门，接通气源后，在导轨上轻放一个滑块，给滑块一初速度，使它从轨道

右端向左运动，发现滑块通过光电门2的时间小于通过光电门1的时间。为使导轨水平，可调节P使轨道

左端(填“升高”或“降低”)一些。

(4)用天平测得滑块A、B的质量(均包括遮光条)分别为、机B;调整好气垫导轨后，将滑块A

向左弹出，与静止的滑块B发生碰撞,碰后两滑块没有粘连,与光电门1相连的计时器显示的挡光时间为加一

与光电门2相连的计时器显示的先后挡光时间为和。从实验结果可知两滑块的质量满足

(填或"=wβ,滑块A、B碰撞过程中满足表达式(用所测物理量的符号表示)，则说

明碰撞过程中动量守恒。

【答案】甲6,790升高›音=曲北

【解析】(1)乙组中两滑块碰撞后连成一体运动，是完全非弹性碰撞，动能损失较大，根据题意，应

选择甲组的实验装置。

(2)螺旋测微器的读数为6.5mm+29.0×0.01mm=6.790mm

(3)滑块通过光电门2的时间小于通过光电门1的时间，说明滑块从右到左加速运动，为使导轨水平，

可调节P使轨道左端升高一些。

(4)滑块A向左运动，先通过光电门1,与滑块8碰撞后，滑块A通过光电门2,接着滑块A通过光

电门2,说明碰撞后滑块A向左运动，所以帆A>"%,滑块A、B碰撞前后动量守恒，则叫∖%=∕MA%+%%

又%=d"、d…鬲、d%=.逋，.代入可得m.卜=tnn/+言

7.(1)在“探究弹簧弹力与形变量的关系实验”与“探究两个互成角度的力的合成规律实验”中：

a.两个实验都需要的器材是；

A.弹簧秤B.弹簧C.橡皮筋D.刻度尺

b.在实验中，下列操作正确的是.；

A.在探究弹簧弹力与形变量的关系实验中，测弹簧原长时应把弹簧水平放置

B.在探究两个互成角度的力的合成规律实验中，弹簧秤调零时弹簧秤应水平放置

C.在探究两个互成角度的力的合成规律实验中，若弹簧秤示数偏大可调短弹簧的有效长度

D.在探究两个互成角度的力的合成规律实验中，拉弹簧秤时弹簧秤外壳不能与木板接触

(2)验证物体自由下落过程中机械能守恒，交流电频率为50Hz,重锤质量m=2OOg,打出了如下纸带，

在纸带后端选择连续的7个打印点为计数点，并依次标上1、2、3....,在数据处理中，选计数点3对应的

重物位置为零重力势能参考面，则打下5时重物的速度ιn∕s,重物的机械能为J(当地重

力加速度g=9.8π√s2,计算结果均保留3位有效数字)。该种验证方法是否要求打第一个点时速度为零？

(填“是”或“否”)。

单位：cm

12355.