2025届高考物理二轮专题复习与测试模块七实验技能及创新专题十九力学热学和光学实验课件

模块七实验技能及创新专题十九力学、热学和光学实验[专题复习定位]1．掌握力学实验的基本原理和方法，并借助基本实验分析拓展创新实验。2．掌握热学实验、光学实验和单摆测重力加速度的实验原理和方法。高考真题再现PART01第一部分命题点1探究小车速度随时间变化的规律1.(2023·全国甲卷，T23)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。24.0080.0解析：将坐标点(0.3s，80.0cm/s)在图中描点，如图所示。答案：见解析图70.059.0(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)b2k命题点2探究加速度与力和质量的关系(或者测定动摩擦因数)2．(2024·江西卷，T11)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。(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12345钩码所受重力

F/(9.8N)0.0200.0400.0600.0800.100小车加速度a/(m·s－2)0.260.550.821.081.36钩码所受重力F/(9.8N)0.1200.1400.160……0.300小车加速度a/(m·s－2)1.671.952.20……3.92较大较小解析：由题图(b)分析可知，与图线甲相比，图线乙的线性区间较大，非线性区间较小。(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。解析：在坐标系中进行描点，结合其他点用平滑的曲线拟合，使尽可能多的点在线上，不在线上的点均匀分布在线的两侧，如图所示。答案：图像见解析(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：

___________________。远大于钩码质量见解析命题点3探究平抛运动的特点3．(2024·河北卷，T12)图1为探究平抛运动特点的装置，其斜槽位置固定且末端水平，固定坐标纸的背板处于竖直面内，钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出，落在倾斜的挡板上挤压复写纸，在坐标纸上留下印迹。某同学利用此装置通过多次释放钢球，得到了如图2所示的印迹，坐标纸的y轴对应竖直方向，坐标原点对应平抛起点。(1)每次由静止释放钢球时，钢球在斜槽上的高度________(选填“相同”或“不同”)。解析：为保证钢球每次做平抛运动的初速度相同，必须让钢球在斜槽上同一位置由静止释放，故高度相同。相同(2)在坐标纸中描绘出钢球做平抛运动的轨迹。解析：描点连线用平滑曲线连接，钢球做平抛运动的轨迹如图所示。答案：图像见解析(3)根据轨迹，求得钢球做平抛运动的初速度大小为________m/s(当地重力加速度g取9.8m/s2，保留2位有效数字)。0.71命题点4验证动量守恒定律4．(2024·山东卷，T13)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。解析：由x－t图像中图线的斜率表示速度可知两滑块的速度在t＝1.0s时发生突变，即这个时刻发生了碰撞。1.0(2)滑块B碰撞前的速度大小v＝________m/s(保留2位有效数字)。0.20(3)通过分析，得出质量为200.0g的滑块是________(选填“A”或“B”)。B命题点5实验创新与拓展5．(2024·广西卷，T11)单摆可作为研究简谐运动的理想模型。

(1)制作单摆时，在图甲、图乙两种单摆的悬挂方式中，选择图甲方式的目的是要保持摆动中________不变。解析：选择题图甲方式的目的是要保持摆动中摆长不变。(2)用游标卡尺测量摆球直径，测得读数如图丙，则摆球直径为________cm。解析：摆球直径d＝1.0cm＋6×0.1mm＝1.06cm。摆长1.06

(3)若将一个周期为T的单摆，从平衡位置拉开5°的角度释放，忽略空气阻力，摆球的振动可看为简谐运动。当地重力加速度为g，以释放时刻作为计时起点，则摆球偏离平衡位置的位移x与时间t的关系为____________________。6．(2024·湖北卷，T12)某同学设计了一个测量重力加速度大小g的实验方案，所用器材有：2g砝码若干、托盘1个、轻质弹簧1根、米尺1把、光电门1个、数字计时器1台等。具体步骤如下：①将弹簧竖直悬挂在固定支架上，弹簧下面挂上装有遮光片的托盘，在托盘内放入一个砝码，如图(a)所示。(1)由步骤④，可知振动周期T＝________。(2)设弹簧的原长为l0，则l与g、l0、T的关系式为l＝________。(3)由实验数据作出的l－T2图线如图(b)所示，可得g＝__________m/s2(保留3位有效数字，π2取9.87)。9.59(4)本实验的误差来源包括________(双选，填标号)。A．空气阻力B．弹簧质量不为零C．光电门的位置稍微偏离托盘的平衡位置解析：空气阻力的存在会影响弹簧振子的振动周期，是实验的误差来源之一，故A正确；弹簧质量不为零导致振子在平衡位置时弹簧的长度变化，不影响其他操作，根据(3)中处理方法可知对实验结果没有影响，故B错误；根据实验步骤可知光电门的位置稍微偏离托盘的平衡位置会影响振子周期的测量，是实验的误差来源之一，故C正确。AC命题点6热学和光学实验7．(2023·山东卷，T13)利用图甲所示的实验装置可探究等温条件下气体压强与体积的关系。将带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上，注射器内封闭一定质量的空气，下端通过塑料管与压强传感器相连。活塞上端固定一托盘，托盘中放入砝码，待气体状态稳定后，记录气体压强p和体积V(等于注射器示数V0与塑料管容积ΔV之和)。逐次增加砝码质量，采集多组数据并作出拟合曲线如图乙所示。B(2)若气体被压缩到V＝10.0mL，由图乙可读出封闭气体压强为______________Pa(保留3位有效数字)。2.04×105(3)某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了ΔV，则在计算pV乘积时，他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随p的增大而________(选填“增大”或“减小”)。解析：根据p(V0＋ΔV)－pV0＝pΔV，可知他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随p的增大而增大。增大8．(2024·河北卷，T11)某同学通过双缝干涉实验测量单色光波长，实验装置如图所示，其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。该同学调整好实验装置后，分别用红色、绿色滤光片，对干涉条纹进行测量，并记录第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数，如表所示：单色光类别x1/mmx6/mm单色光110.6018.64单色光28.4418.08根据表中数据，判断单色光1为________(选填“红光”或“绿光”)。绿光9．(2024·湖北卷，T11)某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率，具体步骤如下：①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线AA′和BB′，交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA′，并使其圆心位于O点，画出玻璃砖的半圆弧轮廓线，如图(a)所示。②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖，记录折射光线与半圆弧的交点M。③拿走玻璃砖，标记CO光线与半圆弧的交点P。④分别过M、P作BB′的垂线MM′、PP′，M′、P′是垂足，并用米尺分别测量MM′、PP′的长度x和y。⑤改变入射角，重复步骤②③④，得到多组x和y的数据。根据这些数据作出y－x图像，如图(b)所示。(1)关于该实验，下列说法正确的是________(单选，填标号)。A．入射角越小，误差越小B．激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差C．选择圆心O点作为入射点，是因为此处的折射现象最明显解析：入射角适当即可，不能太小，入射角太小，导致折射角太小，测量的误差会变大，故A错误；激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差，故B正确；相同的材料在各点的折射效果都一样，故C错误。B(2)根据y－x图像，可得玻璃砖的折射率为________(保留3位有效数字)。1.57(3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果__________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。解析：根据(2)中数据处理方法可知若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果不变。不变题型分类讲练PART02第二部分②在每组下端扎线的地方各拴一个红色塑料签，并在支架衬贴的白纸上标出签的原始位置O(即橡皮筋的原长)；③先分别悬挂100g钩码，然后在橡皮筋“2”下加挂100g钩码，记下各次标签的位置，g取10m/s2，测量结果见下表。橡皮筋编号1234原长L/cm10.0010.005.0010.00外力F/N1112橡皮筋横截面积2SSSS伸长量ΔL/cm2.515.012.50010.02回答下列问题：(1)以上探究过程使用了___________的实验方法。[解析]

影响橡皮筋伸长量的因素涉及多个物理量，应使用控制变量法进行实验。(2)伸长量ΔL在记录数据中出现错误的是________(填具体数据)。[解析]

伸长量ΔL在记录数据中出现错误的是2.500cm，应该测量结果精确到1mm，再估读到毫米的下一位，应为2.50cm。控制变量法2.500(3)根据上述探究过程，橡皮筋的伸长量与相关因素可能的关系为____________。(4)一原长为L的橡皮筋，两端施加大小为F的拉力时，橡皮筋伸长了ΔL；把它从中央剪断，取其中的一段，给两端施加2F的拉力，此时这段橡皮筋的长度为________(不超过弹性限度)。(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[解析]

在“研究共点力的合成”实验的同一次实验中，研究两个弹簧测力计对橡皮筋的拉力大小与用一个弹簧测力计使橡皮筋发生同样的形变时的力的大小之间的关系，属于等效替代法，故选B。B(2)某次实验中，其中一个弹簧测力计的示数如图乙所示，则该弹簧测力计的拉力为________N。[解析]

弹簧测力计最小分度为0.2N，读到本位，故读数为4.0N。(3)本实验中若用细长的橡皮筋替代两根细绳，你认为该办法是________(选填“可行”或“不可行”)的。[解析]

本实验中若用细长的橡皮筋替代两根细绳，不影响弹簧测力计的读数和方向的记录，所以可行。4.0可行题型二纸带类实验考向1探究小车速度随时间变化的规律据报道，中国航母的电磁弹射技术已经领先世界。若某次做模拟直线弹射实验时，从某时刻(t＝0)开始的一段时间内，利用传感器每隔0.5s测量一次模型机的位置，坐标为x，结果见下表。t/s00.511.52x/m05.120.245.180.2(1)由表格中的数据可知，该模型机做________(选填“匀加速”“匀速”或“匀减速”)直线运动。[解析]

根据表格中的数据可以看出从开始相邻相同时间内的位移差约为常数Δx＝x2－x1＝(20.2－5.1)－5.1m≈(45.1－20.2)－(20.2－5.1)≈(80.2－45.1)－(45.1－20.2)，所以该模型机做匀加速直线运动。匀加速40(3)这段时间内该模型机的加速度大小a＝________m/s2(结果保留2位有效数字)。40考向2探究加速度与物体受力、物体质量的关系图a为探究“小车加速度与力、质量的关系”的装置，某实验小组发现利用该装置还可以测量小车的质量M。实验时，将长木板右端适当垫高，在不受牵引的情况下小车拖动纸带恰能沿木板匀速运动，则：(1)为了使小车受到细绳的拉力F近似等于钩码受到的总重力mg(细绳平行于斜面)，钩码的总质量应________(选填“远大于”“等于”或“远小于”)小车的质量。远小于(2)若平衡摩擦力过度(即木板右端垫的过高)，此时长木板与桌面的倾角为θ。由实验测得数据作出a－F图像如图b所示，截距为a0，此时的滑动摩擦力为f，重力加速度为g，则M＝____________(用f、θ、a0、g表示)，该测量值比真实值________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。偏小如图甲所示，可用轻杆、小球和硬纸板等制作一个简易加速度计，粗略测量运动物体的加速度。在轻杆上端装上转轴，固定于竖直纸板上的O点，轻杆下端固定一小球，杆可在竖直平面内自由转动。将此装置固定于运动物体上，当物体向右加速(减速)运动时，杆便向左(向右)摆动。为了制作加速度计的刻度盘，同学们进行了如下操作：(1)让重锤做自由落体运动，利用打点计时器打出的纸带测量当地的重力加速度。实验中得到一条较理想的纸带(如图乙)，纸带上记录的点为打点计时器(频率50Hz)打的点。根据数据求出重力加速度g＝________m/s2(保留3位有效数字)。9.75(2)测量当地重力加速度后还应测量的物理量是________(填入所选物理量前的字母)。A．小球的质量m B．轻杆的长度LC．小球的直径d D．轻杆与竖直方向的夹角θ[解析]

假设小球由于加速发生了偏转，轻杆与竖直方向的夹角为θ，由牛顿第二定律得mgtanθ＝ma，解得a＝gtanθ，可知，为了在表盘上标上对应的加速度，还需要测量轻杆与竖直方向的夹角θ，故选D。D(3)写出加速度与(1)、(2)中被测物理量之间的关系式a＝________(用被测物理量的字母表示)。[解析]

由(2)可知加速度与重力加速度和轻杆与竖直方向的夹角的关系式为a＝gtanθ。gtanθ考向3测定动摩擦因数

(2023·湖北卷，T11)某同学利用测质量的小型家用电子秤，设计了测量木块和木板间动摩擦因数μ的实验。如图(a)所示，木板和木块A放在水平桌面上，电子秤放在水平地面上，木块A和放在电子秤上的重物B通过跨过定滑轮的轻绳相连。调节滑轮，使其与木块A间的轻绳水平，与重物B间的轻绳竖直。在木块A上放置n(n＝0，1，2，3，4，5)个砝码(电子秤称得每个砝码的质量m0为20.0g)，向左拉动木板的同时，记录电子秤的对应示数m。(1)实验中，拉动木板时________(选填“必须”或“不必”)保持匀速。[解析]

木块A与木板间的滑动摩擦力与两者之间的相对速度无关，则实验拉动木板时不必保持匀速。(2)用mA和mB分别表示木块A和重物B的质量，则m和mA、mB、m0、μ、n所满足的关系式为m＝______________________。[解析]

对木块A、砝码以及重物B分析可知μ(mA＋nm0)g＋mg＝mBg解得m＝mB－μ(mA＋nm0)。不必mB－μ(mA＋nm0)(3)根据测量数据在坐标纸上绘制出m－n图像，如图(b)所示，可得木块A和木板间的动摩擦因数μ＝________(保留2位有效数字)。0.40考向4验证机械能守恒定律用图甲所示的实验装置验证细线连着的钩码m1、钩码m2组成的系统的机械能守恒，m2从高处由静止开始自由下落，m1拖着纸带打出一系列的点，对纸带上的点进行测量，即可验证机械能守恒定律。图乙所示的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两个计数点间还有四个点(未画出)。已知m1＝50g、m2＝150g。(重力加速度g取9.8m/s2，打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz)(1)在纸带上打下计数点5时，钩码的速度大小为________m/s(计算结果保留2位有效数字)。2.4(2)在纸带上打下计数点0到计数点5的过程中系统动能增加量为__________J，重力势能减小量为__________J(计算结果保留2位有效数字)。0.580.59测量硬币的质量，得到一元和一角硬币的质量分别为m1和m2(m1>m2)。将硬币甲放置在斜面某一位置，标记此位置为B。由静止释放甲，当甲停在水平面上某处时，测量甲从O点到停止处的滑行距离OP。将硬币乙放置在O处，左侧与O点重合，将甲放置于B点由静止释放。当两枚硬币发生碰撞后，分别测量甲、乙从O点到停止处的滑行距离OM和ON。保持释放位置不变，重复实验若干次，得到OP、OM、ON的平均值分别为s0、s1、s2。(1)在本实验中，甲选用的是________(选填“一元”或“一角”)硬币。[解析]

根据题意可知，甲与乙碰撞后没有反弹，可知甲的质量大于乙的质量，故甲选用的是一元硬币。一元(2)碰撞前，甲到O点时速度的大小可表示为________(设硬币与纸板间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g)。(4)由于存在某种系统或偶然误差，计算得到碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化量大小的比值不是1，写出一条产生这种误差可能的原因：__________________。[解析]

由于存在某种系统或偶然误差，计算得到碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化量大小的比值不是1，产生这种误差可能的原因有：①测量误差，因为无论是再精良的仪器总是会有误差的，不可能做到绝对准确；②碰撞过程中，我们认为内力远大于外力，动量守恒，实际上碰撞过程中，两个硬币组成的系统所受合外力不为零。见解析考向2探究平抛运动的特点小晗同学利用图1所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用手机连拍功能对做平抛运动的小球进行拍摄，手机每秒拍摄7张照片并能自动将拍摄到图片进行叠加处理在一张照片中，图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为10cm。(1)下列说法正确的是________(填字母)。A．实验所用斜槽应尽量光滑B．斜槽末端必须保持水平C．必须无初速度释放小球[解析]

实验所用斜槽不需要尽量光滑，A错误；斜槽末端必须保持水平，使物体做平抛运动，B正确；本实验使用手机连拍功能对做平抛运动的小球进行拍摄，故无须静止释放小球，C错误。B(2)图3是实验中小球从斜槽上不同位置由静止释放获得的两条轨迹，图线①所对应的小球在斜槽上释放的位置________(选填“较低”或“较高”)。

[解析]

由题图3可知两小球做平抛运动下落相同高度时，图线①水平位移更大，故图线①所对应的小球初速度较大，在斜槽上释放的位置较高。较高(3)某次拍摄后得到的照片如图2所示，小球做平抛运动的初速度大小v0＝________m/s(g取10m/s2)。(4)该小组利用实验数据绘制y－x2图线，发现是一条过原点的直线，由此判断小球下落的轨迹是抛物线，并求得斜率k，当地的重力加速度表达式为g＝________(用斜率k和初速度v0表示)。考向3探究影响向心力大小的因素某同学用图甲所示的装置做“探究向心力大小与角速度大小关系”的实验。水平直杆随竖直转轴一起转动，滑块套在水平直杆上，用细线将滑块与固定在竖直转轴上的力传感器连接，细线处于水平伸直状态，当滑块随水平直杆一起匀速转动时，拉力的大小可以通过力传感器测得，滑块转动的角速度可以通过角速度传感器测得。(1)滑块和角速度传感器的总质量为20g，保持滑块到竖直转轴的距离不变，改变竖直转轴转动的快慢，测得多组力传感器的示数F及角速度传感器的示数ω，根据实验数据得到的图像F－ω2如图乙所示，图线没有过坐标原点的原因是_________________，滑块到竖直转轴的距离为________m(计算结果保留3位有效数字)。水平直杆不光滑0.257(2)若去掉细线，仍保持滑块到竖直转轴的距离不变，则转轴转动的最大角速度为________rad/s。5(1)用实验室提供的螺旋测微器测量摆球直径。首先，调节螺旋测微器，拧动微调旋钮使测微螺杆和测砧相触时，发现固定刻度的横线与可动刻度上的零刻度线未对齐，如图(a)所示，该示数为_______________________mm；螺旋测微器在夹有摆球时示数如图(b)所示，该示数为__________________mm，则摆球的直径为____________________________mm。考向4用单摆测量重力加速度

(2023·新课标卷，T10)一学生小组做“用单摆测量重力加速度的大小”实验。0.008(0.007～0.009均可)20.035(20.034～20.036均可)20.027(20.025～20.029均可)[解析]

题图(a)中，螺旋测微器固定刻度读数为0.0mm，可动刻度部分读数为0.8×0.01mm＝0.008mm，所以读数为0.008mm；题图(b)中，螺旋测微器固定刻度读数为20.0mm，可动刻度部分读数为3.5×0.01mm＝0.035mm，所以读数为20.035mm；摆球的直径d＝20.035mm－0.008mm＝20.027mm。(2)单摆实验的装置示意图如图(c)所示，其中角度盘需要固定在杆上的确定点O处，摆线在角度盘上所指的示数为摆角的大小。若将角度盘固定在O点上方，则摆线在角度盘上所指的示数为5°时，实际摆角________(选填“大于”或“小于”)5°。大于[解析]

角度盘固定在O点时，摆线在角度盘上所指角度为摆角大小，若将角度盘固定在O点上方，由几何知识可知，摆线在角度盘上所指的示数为5°时，实际摆角大于5°。(3)某次实验所用单摆的摆线长度为81.50cm，则摆长为________cm。实验中观测到从摆球第1次经过最低点到第61次经过最低点的时间间隔为54.60s，则此单摆周期为________s，该小组测得的重力加速度大小为________m/s2。(结果均保留3位有效数字，π2取9.870)82.51.829.83(1)该同学测得封闭气体的压强p和体积V的多组数据，在坐标系中描点作图，作出的图线如图乙所示，由图可知该同学选用的横轴为_________________，图线后半段向上弯曲可能的原因是____________(填选项前字母)。A．改变气体体积时推拉活塞速度过快B．推拉活塞时，手握住注射器含有气体的部分C．实验中有漏气现象D．环境温度降低AB推拉活塞时，手握住注射器含有气体的部分，人的温度高于气体的温度，导致气体温度升高，图线向上弯曲，B正确；若气体漏气，则表达式中的n减小，即图线上的点与原点连线的斜率减小，图线向下弯