力学类创新实验解答总结-2024高考物理复习实验攻略（解析版）

专题5力学类创新实验解答总结

【本专题涉及到的常见的实验】

各个力学实验

【方法总结提升】

1、近五年高考物理创新实验题的特点

（1）于教材但不拘泥于教材

分析近五年全国卷实验题发现，全部实验题均“源于教材而不拘泥于教材，源于经典实验而

发展经典实验”，高度体现了2017年版课程标准提出的“注重体现物理学科本质，培养学生

物理学科核心素养”的理念和“科学探究”为主体的实验评价方式。

（2）创设情境引导学生设计与创新

实验设计已成为高考题的亮点，这类试题以“某同学”“某小组”为主角创设一个新的实验目的,

但深入研究会发现，提供的实验器材和运用的基本原理都是学生熟悉的，只是需要学生深入

理解每一个器材的作用、每一个原理的意义，才能完成设计。这类试题要求学生深入理解教

材中实验所涉及的每一个知识、方法、原理，并能够在新的实验目的下迁移、重组并应用。

总之，实验题的原理和方法均源于《课程标准》要求的实验，但试题更加注重在新情境下的

迁移与应用，在考查基础知识的基础上更加注重创新思维能力的考查。

2、力学创新型实验的特点

（1）以基本的力学模型为载体，依托运动学规律和力学定律设计实验.

（2）将实验的基本方法一一控制变量法、处理数据的基本方法一一图像法、逐差法融入到

实验的综合分析之中.

3、创新实验题的解法

（1）根据题目情境，提取相应的力学模型,明确实验的理论依据和实验目的，设计实验方案.

（2）进行实验，记录数据，应用原理公式或图像法处理实验数据,结合物体实际受力情况和理

论受力情况对结果进行误差分析.

4、实验器材的等效与替换

（1）用气垫导轨代替长木板:应调整导轨水平，不必平衡摩擦力.

（2）用光电门、频闪相机代替打点计时器.

（3）.用电子秤或已知质量的钩码等代替弹簧测力计.

【例题11利用气垫导轨（全程不考虑其对滑块的阻力）和两个光电门验证动量守恒定律,

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滑块和遮光条总质量为叫，遮光条的宽度为小如图（a）所示，将气垫导轨调整水平后，

将滑块静置于光电门1左侧，推动滑块，使其获得水平向右的速度后手放开，滑块经过光电

门1后，有一质量为吗的橡皮泥从人高处由静止落下，刚好落至下方经过的滑块上，迅速

粘一起后随滑块向右经过光电门2,光电门1、2记录的挡光时间分别为△"、”2,重力加速

度为g。

光电门1橡皮泥光电门2

02cm

遮光条n?

滑块1rLiH

气垫导轨01020

（a）(b)

（1）用游标卡尺测得遮光条的宽度如图（b）所示，其读数为mm。

（2）若碰撞过程中水平方向动量守恒，则应满足的关系式/（用以上所给已知量

表不）。

（3）实验中遮光条宽度的测量值有误差对验证碰撞过程水平方向动量守恒有无影响？请说

明理由：o

△%

【答案】6.75加2-加1无影响；根据（2）的分析知，实验中遮光条宽度

的测量值有误差对验证碰撞过程水平方向动量守恒无影响，理由是水平方向动量守恒，等式

两边的1可消掉。

【解析】（1）20分度游标卡尺的精确值为0.05mm,测得遮光条的宽度如图（b）所示，其读

数为

6mm+15x0.05mm=6.75mm

（2）若碰撞过程中水平方向动量守恒，则

解得

呵_A%

呵加2-加1

（3）无影响，根据（2）的分析知，实验中遮光条宽度的测量值有误差对验证碰撞过程水平

方向动量守恒无影响，理由是水平方向动量守恒，等式两边的d可消掉。

【例题2】某小组用气垫导轨研究碰撞，如图甲所示，两滑块A、B的两端均固定有弹性钢

圈和相同的挡光片，如图乙所示。己知A、B两滑块的质量（含挡光片等配件）分别为，”、

rriBo

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光电门1光电门2

滑块A滑块B

图甲

（1）用螺旋测微器来测量挡光片的宽度3如图丙，读数人mm；

（2）连接好气垫导轨及气泵，接通电源，将气垫导轨调到水平。将A、B两滑块分别紧压

左、右弹射架并静止。启动弹射架，发现两滑块在两光电门之间区域发生相互作用并各自反

向弹回。光电门1记录挡光片两次挡光时间分别为％、％,光电门2记录挡光片两次挡光时

间分别为‘2、6,如果两滑块在弹性钢圈相互作用时动量守恒，则表达式（用题中的

物理量符号表示）应成立；

（3）在（2）中，如果两滑块在弹性钢圈相互作用时机械能也守恒，则表达式（用题

中的物理量符号表示）应成立。

m.m.m.rru.m.

A______D__b____A_A_|____D__AI___D_

一''2'2—'2''2

［答案］2.220%’2%。t2%

【解析】（1）根据螺旋测微器读数规律，该读数为

2mm+0.01x22.0mm=2.220mm

（2）乙水平向右为正方向，则滑块A、B碰撞前后速度分别为

L

VA2=~~

h

L

L

VB2=7

若碰撞过程动量守恒，则有

/FAI+加FBBI='"A2VA2+%2VB2

解得

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叫"%」电〃么

'112'2"1

（3）如果两滑块在弹性钢圈相互作用时机械能也守恒，则有

哈+，%哈=£唆+/%总

结合上述，解得

1f2片焉

【例题3】某同学利用气垫导轨做验证动量守恒定律的实验，气垫导轨装置如图1所示，所

用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成，两滑块上的挡光板宽度相同。

（1）实验前用游标卡尺测出挡光板的宽度，示数如图2所示，则挡光板的宽度d=

mm；

01cm

主尺刻度

游标刻度

0510

图2

（2）实验前需要调节气垫导轨水平：在轨道上只放滑块1,轻推一下滑块1,其先后通过光

电门1和光电门2的时间分别为小t2,若ti>t2,则应将气垫导轨右端调（填

“高”或"低”），直到滑块通过两光电门的时间相等；

图3图4

（3）将滑块2放在两光电门间的气垫导轨上，滑块1放在光电门1的左侧气垫导轨上，在

两滑块上装上如图3所示的弹性碰撞架，给滑块1一个向右的初速度，测得滑块1第一次通

过光电门的挡光时间为。，滑块1与滑块2碰撞后，滑块1被弹回；再次通过光电门1的挡

光时间为t2,滑块2通过光电门2的挡光时间为⑶根据实验可以判断滑块1（包括挡光板

及弹性碰撞架）的质量（填“大于”、“小于”或“等于"）滑块2（包括挡光板及

弹性碰撞架）的质量机2,如果表达式成立，则两滑块碰撞过程动量守恒。

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（4）若在两滑块上装上如图4所示的撞针和橡皮泥，将滑块2放在两光电门间的气垫导轨

上，滑块1放在光电门1的左侧气垫导轨上，给滑块1一个向右的初速度，滑块1通过光电

门1的时间为U，滑块1与滑块2碰撞后，滑块通过光电门2的时间为t5,测得滑块1（包

括挡光板及撞针）的质量为m3,滑块2（包括挡光板及橡皮泥）的质量m4,如果表达式

成立，则表明碰撞过程动量守恒。

dddd/xd

叫一=m2---叫一叫一=（%+■）—

【答案】5.5高小于’1'3G’4h

【解析】（1）游标卡尺的读数为主尺读数与游标尺读数之和，所以图中所测遮光条的宽度为

d=5mm+5x0.1mm=5.5mm

（2）若力＞3说明滑块做的是加速运动，说明右端低，则应将气垫导轨右端调高；

（3）滑块1、2发生弹性碰撞，滑块1被弹回，说明如小于m2；

两滑块碰撞过程中，若动量守恒，则有

mlv1=m2V3一叫％

d

v'"?

d

d

“工

所以

ddd

叫一=根2--------呵—

’1'3t2

（4）两滑块碰撞过程中，若动量守恒，则有

m3V4=（砥+加4R5

d

"一£

d

所以

d..d

m.—=（m.+m4）一

【例题4】某实验小组用如图（〃）所示装置测量重力加速度。将小球A和手机B分别系在

一条跨过定滑轮的不可伸长的软绳两端。打开手机B的phyphox软件，令小球A和手机B

静止，细绳拉紧，然后释放小球A和手机B,通过phyphox软件测得手机的加速度随时间

变化的图线如图（6）,实验室提供的物理量有：小球A的质量"，A=50.0g,手机B的质量

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砥=150.0g,当地实际重力加速度g=9.8m/s。

（1）实验测得的重力加速度大小为m/s7（结果保留两位有效数字）

（2）实验测得的重力加速度与实际重力加速度有明显差异，除实验中的偶然误差外，请写

出一条可能产生这一结果的原因：o

（3）有同学提出本实验还可以研究机械能是否守恒，在小球A上方力高处安装光电门和配

套的数字计时器。令小球A和手机B静止，细绳拉紧，然后释放小球A和手机B,数字计

时器记录小球A通过光电门的时间除实验室提供的物理量外，还需要测量的物理量有

（写出物理量的名称和符号），需要验证的原理式为（用实验室提供的物理量符号和

测量的物理量符号表示）。

【答案】9.4滑轮的轴不光滑（或滑轮有质量，软绳有质量，物体运动过程中受

空气阻力，手机在下落过程中发生摆动等）小球A的直径d

【解析】（1）由图（5）读出加速度为。=4.7m/s2,根据牛顿第二定律，

代入数据得

g]=9.4m/s2

（2）测量的重力加速度小于实际值，除偶然误差外，也可能是由于滑轮的轴不光滑，或滑

轮有质量，软绳有质量，物体运动过程中受空气阻力，手机在下落过程中发生摆动等原因。

（3）由于还需要算出小球的速度，则还需要测量小球A的直径乩

根据功能关系知需要验证的原理式为

1.某同学用如图所示的装置研究碰撞时的动量守恒，实验过程如下:

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（1）选用两个宽度均为很小）的滑块A和B,且两滑块与木板间的动摩擦因数相同，

在滑块A的前端粘附少许强力胶（不计强力胶的厚度和质量），安装实验器材。

（2）用垫块垫起长木板的右端，移动垫块的位置，调节木板的倾角，放上并轻推滑块A,

使其经过两光电门的时间相等。这样做的目的是。

（3）将滑块B静置于两光电门间的某一位置，将滑块A静置于光电门1上方的另一位置,

稍用力推下滑块A,使其以一定的速度沿木板向下运动，滑块A经过光电门1的遮光时间

为",则其运动到光电门1时的速度匕=（用小.表示），滑块A和滑块B碰撞后

粘在一起沿木板向下运动，经过光电门2的遮光时间为‘2。

（4）已知滑块A和B质量分别为叫、啊，则验证两滑块碰撞时动量守恒的表达式为

（用叫、‘巧、表示）。

【解析】（2）滑块A经过两光电门的时间相等，表明A经过两光电门的速度相等，即A做

匀速直线运动，则有

f=mgsin0

故这样做的目的是平衡摩擦力。

（3）相用力推物块A后，A做匀速直线运动，其通过光电门1时的速度为

（4）平衡摩擦力后，物块A、B在沿斜面方向上所受合力为零，则A、B组成的系统在沿

斜面方向上动量守恒，故有

m1Vl=（町+"4）彩

由于

=£_2d

1%,匕工

解得

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m,_2（班+咐

4f2

2.如图1所示，某课外探究小组利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”实验。滑块A和滑块

B的质量（包括遮光条）分别为：叫=150.0g、供=200.0g。实验中弹射装置每次给滑块A

的初速度均相同，滑块B初始处于静止状态。滑块A的遮光条两次通过光电门1的挡光时

间分别为加\,滑块B的遮光条通过光电门2的挡光时间为加2。

f'i

板气垫导轨

光电门2D

12主尺3（皿）

II川加山山"

0510

左侧旋钮右侧旋钮连接气泵

图2

（1）打开气泵，先取走滑块B,待气流稳定后将滑块A从气垫导轨右侧弹出，测得光电门

1的时间大于光电门2的时间，为使实验结果准确，后续的操作是（）

A.调高右侧底座旋钮B.调高左侧底座旋钮

C.将光电门1向左侧移动D.将光电门2向右侧移动

（2）如图2所示，用游标卡尺测量遮光条的宽度由其读数为mm；

（3）经测量滑块A、B上的遮光条宽度相同，则验证动量守恒的表达式为：（用

班、机2、为、M表示）；

（4）小明同学改变实验设计继续验证动量守恒定律，他在滑块B的右端加上橡皮泥，两滑

块每次相碰后会粘在一起运动。多次改变滑块B的质量机2,记录下滑块B的遮光条每次通

过光电门的挡光时间加2,在方格纸上作出丐一加2图像

m2/g200210220230240

-3

Af2/10s9.39.69.810.110.4

/10-3s

（5）小华同学提出，滑块B的质

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量应包含橡皮泥的质量，考虑到此因素影响，小华所绘制的色一加2图像中的图线与（4）中

绘制的图形相比较，应（）

A.向上平移B.向下平移C.向左平移D.向右平移

】网

mm2

r答案】R148"1Az2M

【解析】（1）测得滑块通过光电门1的时间大于光电门2的时间，说明滑块做加速运动,

也就是气垫导轨右端高，左端低，所以接下来应调高左侧底座旋钮，使滑块做匀速运动。

故选B。

（2）游标卡尺的分度为遮光条的宽度

6?=14mm+8x0.lmm=14.8mm

(3)滑块1碰撞前的速度大小为

d

匕=一

加1

滑块1与滑块2碰撞后的速度大小分别为

dd

v3=——v2=——

A,3加2

若两滑块碰撞过程中动量守恒，则有

mivi=m2V2一叫匕

联立可得

_m2ml

△:\t2加3

（4）根据表格数据绘图如下:

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“mjg

（5）两滑块每次相碰后会粘在一起运动，根据动量守恒定律可得

变形得

m,=必-At,—

A.

若考虑橡皮泥的质量初。，则上式变为

m,.

m=--/\t-m—ITIQ

2A%2l

由函数关系可知，图线将向下平移。

故选Bo

3.某活动小组利用图装置测定当地的重力加速度。直径为D的钢球自由下落过程中，先后

通过光电门A、B,计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为小tB。用钢球通过光电门的

平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的距离为/?,则

Q钢球

Jd

（1）钢球通过光电门A时的瞬时速度为,钢球通过光电门A、B间的平均速度

为。

（2）当地的重力加速度为o

（3）钢球通过光电门A的平均速度（选填“〉”或“<”）钢球球心通过光电门A的瞬时

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速度。

(4)由于空气阻力的存在会使g的测量值偏小，该误差属于(选填：“偶然误差”或

“系统误差”)

D(，A+，B)。D“A~"/B)

【答案】鼠之挑2〃入，2<系统误差

【解析】(1)钢球通过光电门A时的瞬时速度为”,由于通过光电门的时间非常短，所以可

以用其平均速度来表示瞬时速度则

D

同理可得钢球通过光电门B时的瞬时速度为

D

所以钢球通过光电门A、B间的平均速度由平均速度公式可得

--%+5_(〃+%)」

工2

(2)设当地的重力加速度。由匀变速直线运动规律可得

22

vB-vA=2ah

代入数据可得

2f2=犷&_%)

,2/72htjt；

(3)由匀变速直线运动的推论：中间时刻的瞬时速度总是小于中间位移的瞬时速的关系可得:

钢球通过光电门A的平均速度小于钢球球心通过光电门A的瞬时速度。

(4)偶然误差一般是由人的主观意识造成，比如读数，作图之类，所以由于空阻力影响的误差

属于系统误差。

4.某同学利用气垫导轨上滑块间的碰撞来寻找物体相互作用过程中的“不变量”，实验装置

如图所示，实验过程如下(“十、一”表示速度方向)：

实验1使"22=0.25kg,让运动的如碰静止的根2，碰后，〃/、M12一起运动。数据如表

lo

表2

碰前碰后

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滑块mi滑块m2滑块mi滑块m2

速度

+0,1400+0.069+0.069

v/(m-s1)

根据这个实验可推知，在误差允许范围内：

（1）碰前物体的速度（填“等于”或“不等于"）碰后物体速度的矢量和；

（2）碰前物体的动能（填“等于”或“不等于"）碰后物体动能的和；

（3）碰前物体的质量m与速度v的乘积mv（填“等于”或“不等于"）碰后物体的质

量m与速度v的乘积mv的矢量和。

实验2使2如=,"2=0.5kg,让运动的如碰静止的机2，碰后加、优2分开。数据如

表2

碰前碰后

滑块mi滑块m2滑块mi滑块m2

速度

+0.1200-0.024+0.070

v1(m-s1)

根据实验数据可推知，在误差允许范围内：

（1）碰前物体的速度（填”等于，，或“不等于，，）碰后物体速度的矢量和；

（2）碰前物体的动能（填“等于，，或“不等于，，）碰后物体动能的和；

（3）碰前物体的质量相与速度v的乘积机v（填“等于”或“不等于"）碰后物体的质

量m与速度v的乘积mv的矢量和。

（4）还进行了其他情景的实验，最终在实验中发现的“不变量”是0

（5）在“探究碰撞中的不变量”实验中，关于实验结论的说明，正确的是。

A.只需找到一种情景的“不变量”即可，结论对其他情景也同样适用

B.只找到一种情景的“不变量”还不够，其他情景未必适用

C.实验中要寻找的“不变量”必须在各种碰撞情况下都不改变

D.进行有限次实验找到的“不变量”，具有偶然性，结论还需要检验。

【答案】等于不等于等于不等于不等于等于相互

作用的物体的质量与速度乘积的矢量和BCD

【解析】实验1（1）碰后物体速度的矢量和为

0.069m/s+0.069m/s=0.138m/s

所以碰前物体的速度不等于碰后物体速度的矢量和。

（2）碰前物体的动能为

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1

29

Ek=—77^x0.14=0.0098ml

碰后物体的动能为

2

E[=g(叫+?)x0.069x0.0048ml

碰前物体的动能不等于碰后物体动能的和。

(3)碰前物体的质量相与速度v的乘积为

mv=0.14^

碰后物体的质量m与速度v的乘积mv的矢量和为

r

m'v=(mj+m2)x0.069=0.138ml

二者在误差允许的范围内是相等的。

实验2(1)碰后物体速度的矢量和为

-0.024m/s+O.O7Om/s=0.046m/s

所以碰前物体的速度不等于碰后物体速度的矢量和。

(2)碰前物体的动能为

1,

Ekwijx0.12~=0.00727%

碰后物体的动能为

E[=g叫x0.0242+；径x0.07。2=0.0052/

碰前物体的动能不等于碰后物体动能的和。

(3)碰前物体的质量m与速度v的乘积为

mv=0.12^

碰后物体的质量m与速度v的乘积mv的矢量和为

机'M=叫x(-0.024)+m2x0.070=0.116叫

二者在误差允许的范围内是相等的。

(4)相互作用的物体的质量与速度乘积的矢量和。

(5)实验中要寻找的“不变量”必须在各种碰撞情况下都不改变,进行有限次实验找到的“不变

量”，具有偶然性，结论还需要检验。故选BCD。

5.某物理兴趣小组在自主学习中看到书籍中记载：两物体间的最大静摩擦力工"与接触面间

的压力七成正比，且比例系数由材料决定。于是他们设计如下实验进行验证：

将长木板A水平固定，在木板上放置装有拉环的滑块B,用测力计的挂钩钩住拉环，缓缓增

大拉力，直至拉动滑块B。在时，记下测力计示数力；

在B上加放祛码，同样拉动滑块B,记下祛码质量加和方力计示数力；

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重复上述过程多次，记下每次祛码的质量机和测力计示数力；

在坐标纸上建立坐标轴，以测力计示数力为纵坐标，以切作为横坐标，根据实验数据描点

画出'T”图像。发现是一条（选填“过原点”或“不过原点”）的直线；

由于力一〃?图像是一条直线，他们得出结论：木板A与滑块B之间的最大静摩擦力力与压

力外的比例系数几在误差范围内是一个定值。

若该直线的斜率为左，则比例系数几=o

k

【答案】滑块B刚要滑动不过原点g

【解析】实验目的是“验证：两物体间的最大静摩擦力禽与接触面间的压力「成正比，且比

例系数％由材料决定”，故在滑块8刚要滑动时，记下测力计示数工。

由实验目的可知要验证的是

fm=九FN=+根）8=^gm+AmBg

如果关系成立，则/一机图像应该是一条“不过原点”的直线。斜率

k=%g

解得

2=-

g

6.某同学用DIS实验装置来验证“机械能守恒定律”，如图甲，力传感器固定在天花板上，

细线一端吊着小球。实验步骤如下：

①将质量为根的小球拉至与竖直方向夹角为6处的A点无初速释放；

②通过软件描绘出细线拉力大小P随时间变化如图乙；

③改变无初速释放小球时细线与竖直方向夹角°值，重复实验，得到多组数据。

第14页共22页

（1）小球由A点无初速释放到第一次回到A点的时间为（用含有1的符号表

示）；

（2）如图丙，以cos。为横轴，以小球运动到最低点时细线拉力大小/为纵轴，描点绘图，

已知当地的重力加速度为g,当图像斜率上=；纵轴截距匕=时，即

可验证小球机械能守恒。（用题中所给物理量符号表示）

【答案】27b-2mg3mg

【解析】（1）由乙图可得，小球由A点无初速释放到第一次回到A点小球经过最低点两次，

则拉力出现最大值两次，故小球由A点无初速释放到第一次回到A点的时间为2公。

（2）小球重心与悬点距离记为r,小球经过最低点时，绳子上的拉力与最低点速度关系为

v2

Fm—mg=in­

i'

则判断机械能守恒的表达式为

12

mgr（\-cos0）=—mv

联立可得

Fm=3mg-2mgcos0

则图像斜率

k=—2mg

纵轴截距

b=3mg

7.在利用打点计时器测定匀变速直线运动的加速度的实验中，打点计时器接在50Hz低压

交流电源上，某同学在打出的纸带上按打点的先后顺序每5个点取一个计数点，共取了4

B、C、D、E、/六个计数点。从A点开始在每一个计数点处将纸带剪开分成五段（分别为

a、b、c、d、e段），将这五段纸带由长到短紧靠但不重叠地粘在xOy坐标系中，如图所示。

（1）若把每一段纸带的右上端连接起来，结果得到一条倾斜的直线，如图所示，由图可知

纸带（选填“匀加速”、“匀减速”或“匀速”）直线运动，且直线与无轴正方向的夹

角越大，说明纸带运动的加速度（选填“越大”或“越小”）。

（2）从第一个计数点A开始计时,为求出0.15s时纸带的瞬时速度,需要测出（选

填'或"e”）段纸带的长度。

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(3)若测得a段纸带长度为15.0cm,e段纸带长度为3.0cm,则可求出加速度大小为

m/s2(保留两位有效数字)。

【答案】匀减速越小b3.0

【解析】(1)由于每段纸带所用时间相同，因此纸带的长度表示速度大小，而水平方向相邻

两个计数点的时间间隔相等，因此水平轴表示时间，因此该图像表示v—t图像，由于图像

是一条倾斜的直线，因此可知，纸带做匀减速度运动。而且倾斜的直线与龙轴正方向夹角越

大，说明纸带做匀减速度运动的加速度越小。

(2)0.15s恰好为6段纸带的中间时刻，因此应该测6段纸带的长度，算出该段的平均速度

就是0.15s时刻的瞬时速度。

(3)根据

Ar=X5~xi=4aT2

可求得加速度大小为

a=3.0m/s2

8.如图，在直尺上钻一个小孔，使小孔恰能穿过一根细线，线下端挂一质量为山、直径为

d的小钢球。将直尺固定在水平桌面上，使钢球在水平面内做圆心为。的匀速圆周运动，待

钢球的运动稳定后，从直尺上方，保持视线垂直于直尺往下看，估测钢球外侧到点。的距

离人再测量转动〃圈的时间3计算转动的周期，再用刻度尺测出圆锥摆的高度，就可验证

向心力公式。利用上述装置完成探究。

(1)用秒表或手表测量钢球运动w圈的总时间f,钢球的运动周期为

(2)钢球做匀速圆周运动的半径为；

(3)测量。点距选点的高度九则细绳与竖直方向的夹角的正切为；

(4)小球在运动时受到的合力为；

(5)利用公式计算小球需要的向心力为；

(6)若满足,则可以验证向心力公式。

trmgr47r2n2rg_47r2n2

22

［答案］nrhhtht

【解析】(1)钢球运动n圈的总时间t,则周期为

T=-

n

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(2)保持视线垂直于直尺往下看，估测钢球外侧到点0的距离r,可知钢球做匀速圆周运

动的半径为八

(3)由几何关系知，细绳与竖直方向的夹角的正切为

tan。=2

h

(4)小球受到重力和细绳的拉力，由几何关系可得

年=〃7gtan*等

(5)小球做匀速圆周运动所需的向心力为

L472

Fmrm

f,l=yr=—tr-

(6)若满足电二「，则可以验证向心力公式。即满足

g_472〃2

ht1

9.物理小组利用频闪照相和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的试验。步骤如下：

①用天平测出滑块A、8的质量分别为300g和200g

②安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；

③向气垫导轨通入压缩空气；

④把A、8两滑块放到导轨上，并给他们一个初速度，同时开始闪光照相，闪光的时间间隔

设定为4=0.2s。照片如图：该组同学结合实验过程和图像分析知：该图像是闪光4次摄得

的照片，在这4次闪光的瞬间，A、B两滑块均在0~80cm刻度范围内；第一次闪光时，滑

块B恰好通过x=55cm处，滑块A恰好通过x=70cm处；碰撞后有一个物体处于静止状态。

请问：

01020304050607080/cm

I__________I__________I___________________x

1i1iIi

B

7777777777777777777777777777777777777[777777可777777777777777~

(a)以上情况说明碰后(选填A或8)物体静止，滑块碰撞位置发生在

cm处；

(b)滑块碰撞时间发生在第一次闪光后s；

(c)设向右为正方向，试分析碰撞前两滑块的质量与速度乘积之和是kg-m/s,

碰撞后两滑块的质量与速度乘积之和是kg-m/s,以上实验结果说明在碰撞过程

中保持不变的物理量是o

【答案】A600.1-0.2-0.2碰撞前后两物体的质量与速

度的乘积之和

【解析】(a)由图可知，A只有两个位置有照片，则说明A碰后保持静止，故碰撞发生在第

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1、2两次闪光时刻之间，碰撞后A静止，故碰撞发生在m60cm处。

(b)碰撞后A向左做匀速运动，设其速度为V，所以

r

vA-Az=20cm

碰撞到第二次闪光时3向左运动10cm,时间为心有

f

vA't=10cm

第一次闪光到发生碰撞时间为b有

得

△t0.2八।

t=——=——s=O.ls

22

(c)设向右为正方向，碰撞前，5的速度大小为

0.05/

v=-----m/s=0.5m/s

BR0.1

A的速度

0.1.

v=------m/sz=-Im/s

'A0.1

则碰撞前两滑块的质量与速度乘积之和

Pi=mBvB+mAvA=0.2x0.5kg.m/s-0.3xIkg.m/s=-0.2kg.m/s

碰撞后，A静止，B速度为

，-0.2/i/

v=------m/s=-Im/s

BR0.2

则碰撞后两滑块的动量

PB=一叫%=-0.2xlkg.m/s=-0.2kg*m/s

以上实验结果说明在碰撞过程中保持不变的物理量是碰撞前后两物体的质量与速度的乘积

之和。

10.某物理兴趣小组同学利用如图甲所示的“气垫导轨”和“光电计时器”来研究滑块的匀变速

直线运动。实验步骤如下：

①用刻度尺测量滑块上遮光条的宽度d和两光电门间的距离L；

②释放左侧的槽码，滑块向左做加速运动，通过光电门1时的时间为A"通过光电门2时

的时间为A/2；

1

③保持光电门1的位置不变，左右移动光电门2的位置，并测量多组L值，以加；为纵坐

1

标，L为横坐标，绘制出图像。

第18页共22页

回答下列问题：

(1)用刻度尺测量的遮光条的宽度如图乙所示，则上cm；

1

(2)若绘制的“片1图像如图丙所示，则△片s,物块运动的加速度大小为a=

m/s2(结果均保留两位有效数字)；

(3)下列方法可以减小实验误差的是。(填标号)

A.适当地增大遮光条的宽度

B.换用更光滑的气垫导轨

C.多次测量遮光条的长度，取平均值

【答案】1.000.0500.20C

【解析】(1)毫米刻度尺要估读最小刻度的下一位，因此遮光条的读数为LOOcm；

(2)滑块通过光电门1时的速度为

d

v.=——

△八

通过光电门2时的速度为

d

v2=——

AZ2

由速度位移关系，即

—v；=2aL

联立上述各式整理可得

1_2〃1

d2+A彳

通过图像分析可得

■吟4Vom生

1_9

解得

2

A/j=0.050sa=o.2Om/s

(3)A.适当地减小遮光条的宽度可以更精确地用平均速度代替瞬时速度，故A错误;

第19页共22页

B.该实验与气垫导轨的粗糙程度无关，故B错误；

C.多次测量可以有效地减小偶然误差，故C正确。

故选C。

11.某研究性学习小组利用如图1所示装置测量弹簧的弹性势能和物块与桌面间的动摩擦因

数，实验步骤如下：

①将一长直薄木板上端斜靠在水平桌面右边缘O点，长木板下端固定在水平地面上；

②将轻弹簧一端固定在水平桌面左边沿的墙面上，弹簧处于原长时，其右端在。点左侧；

③用带凹槽的物块把弹簧压缩到尸点，释放物块，测出物块在长木板上的落点与。点的距

离无；

④通过在物块上增减祛码来改变物块的质量m,重复步骤③的操作；

1

X-----

⑤得到一系列的机与X,根据数据作出机图象，如图2所示。

回答下列问题：

（1）为达到实验目的，除已经测出物块的质量和在长木板上的落点与。点的距离x外，还

需要测量______;

A.弹簧的原长及

B.P点到桌面右边沿的距离L

C.用量角器测出长木板与水平面的夹角。

D.弹簧压缩前物块到桌面右边沿的距离L

（2）若当地的重力加速度为g,根据图2可知弹簧被压缩到尸点时的弹性势能为,

物块与桌面间的动摩擦因数为。（用图2中的°、6和（1）中所选物理量的符号表示

结果）

bgcos26Z?cos26

［答案］BC4〃sin84Lsin6

【解析】（1）释放弹簧后弹簧对滑块做功，弹簧的弹性势能转化为滑块的动能；从释放滑块到

滑块到达桌面边缘过程，由能量守恒定律得

12

Ep=jLimgL+—mv

滑块离开桌面后做平抛运动，水平方向

xcos3-vt

第20页共22页

竖直方向

%sine=；g»

整理得

4EpSin61

尤=

gcos20mcos26

实验除了测出"，X外，还需要测出弹簧压缩后滑块到桌面边沿的距离L与长木板与水平地

面的夹角°。

故选BC。

4目sin614〃Lsin。1

X=x-----

22可知,

Q）由gcos0mcos0m图象的斜率

b_4Epsin0

K=