重难点20 力学实验（二）（原卷版）-2025年高考物理【热重难点】专练（天津专用）

重难点20力学实验（二）考点2025考向预测考点1：研究加速度与力质量的关系高考主要考查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。主要考查研究加速度与力质量的关系；研究动量守恒定律；研究机械能守恒定律；探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系；力学拓展创新实验。通常作为第一个实验题，考查实验的基本原理和方法，难度一般较小。考点2：研究动量守恒定律考点3：研究机械能守恒定律考点4：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系【情境解读】【高分技巧】1．探究加速度与物体受力、物体质量的关系①实验原理(1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系．(2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系．(3)作出a－F图像和a－eq\f(1,m)图像，确定a与F、m的关系．②实验器材小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、导线、纸带、天平、刻度尺、坐标纸．③实验过程(1)测量：用天平测量槽码的质量m′和小车的质量m.(2)安装：按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)．(3)补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑．(4)操作：①槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带，编号码．②保持小车的质量m不变，改变槽码的质量m′，重复步骤①.③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，计算加速度a.④描点作图，作a－F的图像．⑤保持槽码的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－eq\f(1,m)图像．④数据处理(1)利用逐差法或v－t图像法求a.(2)以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明a与F成正比．(3)以a为纵坐标，eq\f(1,m)为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比．⑤注意事项(1)开始实验前首先补偿阻力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好补偿小车和纸带受到的阻力．在补偿阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动．(2)实验过程中不用重复补偿阻力．(3)实验必须保证的条件：m≫m′.(4)一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．⑥误差分析(1)实验原理不完善：本实验用槽码的总重力m′g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的总重力．(2)补偿阻力不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差．2．验证动量守恒定律实验方案及实验过程案例一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒1．实验器材气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥．2．实验过程(1)测质量：用天平测出滑块的质量．(2)安装：正确安装好气垫导轨，如图所示．(3)实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度．(4)改变条件，重复实验：①改变滑块的质量；②改变滑块的初速度大小和方向．(5)验证：一维碰撞中的动量守恒．3．数据处理(1)滑块速度的测量：v＝eq\f(Δx,Δt)，式中Δx为滑块上挡光片的宽度(仪器说明书上给出，也可直接测量)，Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间．(2)验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.案例二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒1．实验器材斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、圆规、铅垂线等．2．实验过程(1)测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球．(2)安装：按照如图甲所示安装实验装置．调整固定斜槽使斜槽底端水平．(3)铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好．记下铅垂线所指的位置O.(4)放球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次．用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面．圆心P就是小球落点的平均位置．(5)碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度(同步骤(4)中的高度)自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次．用步骤(4)的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N，如图乙所示.(6)验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度．将测量数据填入表中，最后代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立．(7)整理：将实验器材放回原处．3．数据处理验证的表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON.注意事项1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”．2．案例提醒(1)若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应确保导轨水平．(2)若利用平抛运动规律进行验证：①斜槽末端的切线必须水平；②入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放；③选质量较大的小球作为入射小球；④实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变．3．验证机械能守恒定律实验原理(如图所示)通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和对应过程动能的增加量，在实验误差允许范围内，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律．数据处理(1)求瞬时速度由公式vn＝eq\f(hn＋1－hn－1,2T)可以计算出重物下落h1、h2、h3…的高度时对应的瞬时速度v1、v2、v3….(2)验证守恒方案一：利用起始点和第n点计算代入mghn和eq\f(1,2)mvn2，如果在实验误差允许的范围内，mghn和eq\f(1,2)mvn2相等，则验证了机械能守恒定律．注意：应选取最初第1、2两点间距离接近2_mm的纸带(电源频率为50Hz)．方案二：任取两点计算①任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB.②算出eq\f(1,2)mvB2－eq\f(1,2)mvA2的值．③在实验误差允许的范围内，若mghAB＝eq\f(1,2)mvB2－eq\f(1,2)mvA2，则验证了机械能守恒定律．方案三：图像法测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算对应速度v，然后以eq\f(1,2)v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出eq\f(1,2)v2－h图像．若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律．对本实验的改进创新的方法1．速度测量方法的创新从测量纸带上各点速度→eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(由光电门测速度,由频闪照片测速度,由平抛运动测速度))2．研究对象的创新从单个物体创新为两个物体组成的系统，验证系统在某一过程机械能守恒．3．实验目的的创新由验证机械能守恒定律创新为测量弹簧的弹性势能，测重力加速度．4.探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系1．实验思路本实验探究了向心力与多个物理量之间的关系，因而实验方法采用了控制变量法，如图所示，匀速转动手柄，可以使塔轮、长槽和短槽匀速转动，槽内的小球也就随之做匀速圆周运动，此时小球向外挤压挡板，挡板对小球有一个向内的(指向圆周运动圆心)的弹力作为小球做匀速圆周运动的向心力，可以通过标尺上露出的红白相间等分标记，粗略计算出两球所需向心力的比值．在实验过程中可以通过两个小球同时做圆周运动对照，分别分析下列情形：(1)在质量、半径一定的情况下，探究向心力大小与角速度的关系．(2)在质量、角速度一定的情况下，探究向心力大小与半径的关系．(3)在半径、角速度一定的情况下，探究向心力大小与质量的关系．2．实验器材向心力演示器、质量不等的小球．3．实验过程(1)分别将两个质量相等的小球放在实验仪器的两个小槽中，且小球到转轴(即圆心)距离相同即圆周运动半径相同．将皮带放置在适当位置使两转盘转动，记录不同角速度下的向心力大小(格数)．(2)分别将两个质量相等的小球放在实验仪器的长槽和短槽两个小槽中，将皮带放置在适当位置使两转盘转动角速度相等、小球到转轴(即圆心)距离不同即圆周运动半径不等，记录不同半径的向心力大小(格数)．(3)分别将两个质量不相等的小球放在实验仪器的两个小槽中，且小球到转轴(即圆心)距离相同即圆周运动半径相等，将皮带放置在适当位置使两转盘转动角速度相等，记录不同质量下的向心力大小(格数)．4．数据处理分别作出Fn－ω2、Fn－r、Fn－m的图像，分析向心力大小与角速度、半径、质量之间的关系，并得出结论．5．注意事项摇动手柄时应力求缓慢加速，注意观察其中一个标尺的格数．达到预定格数时，即保持转速恒定，观察并记录其余读数．（建议用时：60分钟）【考向一：研究加速度与力质量的关系】1．（2024·天津蓟州·模拟预测）在进行力学实验时，需要结合实验原理来掌握实验的有关要求，不能死记硬背。如图甲所示的装置，附有滑轮的长木板平放在实验桌面上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的槽码，使小车在槽码的牵引下运动，利用这套装置做“探究加速度与力和质量的关系”的实验。(1)在进行实验时，需要先将长木板倾斜适当的角度，这样做的目的是，还要求槽码的质量远小于小车的质量，这样做的目的是。A．使小车获得较大的加速度

B．使细线的拉力等于小车受到的合外力C．使小车最终能匀速运动

D．使槽码重力近似等于细线的拉力(2)在探究加速度与质量关系时，需在小车上放置砝码以改变质量，若以小车上放置的砝码的总质量为横坐标，为纵坐标，在坐标纸上做出关系图线，图乙为按照正确的实验步骤所得实验图线的示意图，所有物理量均采用国际单位，已知图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为，小车的质量为。2．（2024·天津滨海新·三模）如图1所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。(1)本实验近似地认为细绳拉力等于槽码的重力，因此带来系统误差，为减小或改善这种误差带来的影响，下列可行的方案是_______。A．让小车质量远大于槽码质量B．用气垫导轨代替普通导轨，滑块代替小车C．在小车上加装遮光条，用光电计时系统代替打点计时器D．在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小(2)如图2给出的是实验中获取的一条纸带的一部分，每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），计数点间的距离、如图所示。根据图中数据计算的加速度（保留三位有效数字）。(3)如图为某次实验所得实验图线的示意图，其中横轴表示在槽码数不变的情况下，在小车中增加的砝码质量m，纵轴表示小车产生的加速度a的倒数。若该图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿第二定律成立，则小车的质量为。3．（2024·天津和平·三模）某学习小组利用如图甲所示的实验装置来探究加速度与力的关系。(1)该实验中，下列操作步骤必要的是______。A．需将木板远离滑轮的一端适当垫高B．补偿阻力时将空的沙桶和小车连接好C．悬挂的沙和沙桶质量应远小于小车的质量D．小车运动结束后，先取下纸带再关闭打点计时器(2)小李同学在这次实验中获得一条如图乙所示的纸带，每5个打点间隔取一个计数点，建立以计数点0为坐标原点的x轴，各计数点的位置坐标分别为0、、……、。已知打点计时器的打点周期为T，则打计数点5时小车速度的表达式，小车加速度的表达式是。(3)该小组以测力计的示数F为横坐标、小车的加速度大小a为纵坐标作出图像如图丙所示，已知固定在小车上的滑轮的质量为，测得图线的斜率为k，则小车的质量M为（用题中已知物理量的字母表示）。4．（2024·天津武清·模拟预测）小明同学利用气垫导轨、无线加速度传感器、轻弹簧、天平和待测物品等器材设计了“探究加速度与质量关系”的实验，如图甲所示。主要步骤如下：a．将无线加速度传感器固定在滑块上，并测量滑块和加速度传感器的质量之和；b．接通气源。放上滑块。调平气垫导轨；c．将弹簧左端连接左侧支架，右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于O点。拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时；d．计算机采集获取数据，得到滑块加速度a随时间t变化的图像如图乙所示；e．改变滑块及其上物体总质量，再次拉动滑块使其左端处于A点，多次进行实验。回答以下问题（结果均保留两位有效数字）：(1)如图丙所示是小明同学将滑块及其上物体总质量改为后进行实验，获得的图像，由此可推测出该次实验中滑块及其上物体总质量（填“大于”“小于”或“等于”）。(2)小明同学通过多次实验，记录每次释放瞬间的加速度并画出如图丁所示的Ⅰ图像，然后他将释放位置改变到B（图中未标出）重复试验，得出Ⅱ图像。由图像我们可以推断，B点在A点的侧。（填“左”或者“右”）。(3)小明同学利用上述装置测量弹簧的劲度系数。主要步骤如下：a．将弹簧左端固定，右端连接质量为的滑块（包含加速度传感器的质量）。b．弹簧处于原长时滑块左端位于O点。拉动滑块使其左端处于A点，记录OA的距离x；c．释放滑块，计算机采集获取数据，加速度a随时间t变化的图像，记录释放瞬间的加速度a。d．改变OA的距离x，进行多次实验，并画出如图戊所示的图像。已知戊图的斜率为k，请写出弹簧劲度系数的表达式（用、k表示）。5．（2024·天津·模拟预测）用如图a所示装置探究加速度与物体受力的关系。实验小车在长木板上，左端与打点计时器的纸带相连，右端通过轻细绳跨过定滑轮和动滑轮与力传感器相连，动滑轮下方挂砝码盘和砝码。在砝码盘中放不同数量的砝码，小车运动，得到多条纸带，某条纸带的一部分及相关数据如图b所示。(1)关于本实验的部分操作或要求，下列说法正确的是______。A．必须保证砝码盘和砝码的总质量远小于小车的质量B．与小车相连的细线必须与长木板平行C．不需要进行平衡摩擦力的操作D．不需要刻度尺也不需要天平(2)已知图b中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1s，则根据图中数据，打点4时所对应的小车的速度m/s，打这条纸带时小车加速度大小（结果均保留3位有效数字）。(3)对同一辆实验小车，记录打每条纸带时砝码盘和砝码的总质量m、力传感器的读数F，通过纸带计算小车运动对应的加速度a。如图甲、乙、丙丁所示的或图线，本实验应该由图线得到“加速度大小与物体所受合力大小成正比”的结论。6．（2024·天津·二模）某实验小组利用如图（）所示的装置探究加速度与力、质量的关系。(1)下列做法正确的是______（填正确答案标号）。A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度(2)实验得到如图（）所示的纸带，已知打点计时器使用的交流电源频率为50Hz，相邻两计数点之间还有四个点未画出，由图中数据可知小车运动的加速度大小是（结果保留三位有效数字）。(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码、在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系如图（）所示，分别得到图中甲、乙两条直线。设甲、乙用的木块质量分别为、，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为，由图可知，，。（选填“大于”、“小于”或“等于”）【考向二：研究动量守恒定律】7．（2025·广西·一模）如图甲所示，某同学制作了一个弹簧弹射装置，轻弹簧两端各放一个金属小球（小球与弹簧不连接），压缩弹簧并锁定，该系统放在内壁光滑的金属管中（管内径略大于两球直径），金属管水平固定在离水平地面一定高度处，解除弹簧锁定，两小球向相反方向弹射，射出管时均已脱离弹簧。现要测定弹射装置锁定时具有的弹性势能，并探究弹射过程遵循的规律，实验小组配有足够的基本测量工具，重力加速度大小为g，按以下步骤进行实验：①用天平测出小球P和Q的质量分别为m1、m2；②用刻度尺测出管口离地面的高度H；③解除锁定，分别记录两小球在水平地面上的落点M、N。根据该同学的实验，回答下列问题：(1)除上述测量外，要测定弹射装置锁定时具有的弹性势能，还需要测量的物理量是。A．金属管的长度LB．弹簧的压缩量C．两小球从弹出到落地的时间t1、t2D．P、Q两小球的落地点M、N到对应管口的水平距离x1、x2用测量的物理量表示弹簧的弹性势能：Ep=。(2)若满足关系式，则说明弹射过程中轻弹簧和两金属小球组成的系统动量守恒。（用测得的物理量符号表示）(3)若在金属管口安装光电门，则可以通过测量小球的直径得到小球离开金属管口的速度大小。若用螺旋测微器测得小球的直径的示数如图乙所示，则小球的直径d=mm。8．（2025·安徽黄山·一模）我国天宫实验室中曾进行过“应用动力学方法测质量”的实验。某兴趣小组受到启发，设计了在太空完全失重环境下（忽略空气阻力）测小球质量并验证弹性碰撞的实验方案：（1）装置如图，在环绕地球运转的空间站中的桌面上固定一个支架，支架上端通过力传感器O连接一根轻绳，轻绳末端系一个直径为d的小球a；（2）保持轻绳拉直，给小球a一个初速度，小球a在与桌面垂直的平面内做匀速圆周运动，支架上端O与小球球心的距离为L。当小球a运动至最高点时，该处的光电门M可记录下小球a通过该位置的遮光时间，记为，并同时记下力传感器显示的读数F。根据以上测量数据，可得小球a的质量（用“L，F，，d”表示）；（3）更换大小相同的小球b，重复以上操作，可测得小球b的质量；（4）在小球a匀速圆周运动的过程中，将小球b放置在桌面右侧的固定支架上，支架在小球a运动的平面内。当小球a运动至最低点时剪断轻绳，为保证小球a与小球b能发生正碰，小球b放置的高度与小球a运动至最低点的高度相比，应（选填“等高”“稍高一些”或“稍低一些”）；（5）小球a与b碰后，依次通过右侧的光电门N，光电门记录下小球a的遮光时间为、小球b的遮光时间为，若测得，则当测出时，即可验证小球a、b的碰撞为弹性碰撞。9．（2024·重庆·模拟预测）小张同学设计了如图所示的实验装置来验证“动量守恒定律”。主要实验步骤如下：①用天平测出半径相等的、两球的质量，分别记为、；②将两球悬挂在竖直放置的实验装置上，悬挂点、等高且间距为小球直径，两球静止时球心处于同一水平面上；③将球平行于竖直板拉开，读出其悬线与竖直方向的夹角：④然后将球由静止释放，使其与球发生正碰，记录碰撞后两球悬线偏离竖直方向的最大角度、。(1)要完成该实验，（选填“需要”或“不需要”）测量悬挂点到两球球心的距离。(2)某次实验时，若，则需满足关系式（用、、、、表示），才可以认为两球组成的系统在碰撞前、后动量守恒。(3)某次实验时，若，则球碰撞前、后速度方向（选填“一定相反”或“不一定相反”）。10．（2025·全国·模拟预测）利用如图1所示的实验装置验证动量守恒定律时，通过读取拉力传感器的示数，可以进行相关的计算与验证。已知重力加速度为，实验步骤如下：（1）选择大小相同、质量相等的小钢球A、B，测出小球质量为，使用游标卡尺测量小球直径，如图2，则小球直径cm。（2）将小钢球A、B用长度均为的不可伸长轻质细线悬挂在同一高度处，悬挂点、间距。（3）保持A球、B球与在同一竖直面内，将A球拉开一定角度且细线绷紧。由静止释放A球。A球与B球碰撞后，A球静止不动，B球继续摆动。读取拉力传感器数据，记录球A摆动过程最大拉力，球B摆动过程最大拉力。（4）碰撞前瞬间，A球的动量大小为（用题中所给物理量字母表示）；若满足关系式（用、表示），则验证碰撞中动量守恒。11．（2024·广西柳州·一模）某实验小组用如图所示的气垫导轨完成验证动量守恒定律的实验，两滑块的上端装有相同的挡光片。某次实验中将质量为m1的滑块1从图示位置以某一初速度撞向质量为m2的静止滑块2，碰撞后滑块1被弹回。实验数据记录如下表，其中t1为碰前滑块1的挡光片经过光电门1的挡光时间，t2为碰后滑块2的挡光片经过光电门2的挡光时间，t1′为碰后滑块1的挡光片经过光电门1的挡光时间。m1/gm2/gd/cmt1/mst2/mst1′/ms2003004.505.7022.50(1)用游标卡尺测量挡光片的宽度d如图所示，则d=cm；(2)碰撞前滑块1和滑块2的总动量为kg·m/s，碰撞后滑块1和滑块2的总动量为kg·m/s。（以上两空均保留3位有效数字）12．（2024·广西·模拟预测）某实验小组组装了如图甲所示的实验装置来完成“探究碰撞中的不变量”的实验。在小车P的后端连接通过打点计时器的纸带，前端粘有橡皮泥。给小车P一向前的瞬时冲量，然后与原来静止在前方的小车Q相碰并粘合成一体后，继续向前运动。(1)下列操作正确的是（）A．实验时给小车向前的瞬时冲量越大越好B．两小车粘上橡皮泥是为了改变两车的质量C．先接通打点计时器的电源，再给小车向前的瞬时冲量D．实验前，需要在长木板靠近打点计时器一端垫上适量小木块以补偿阻力(2)实验获得的一条纸带如图乙所示，根据点迹的不同特征把纸带上的点进行了区域划分，用刻度尺测得各点到起点A的距离分别为s1、s2、s3、s4。根据碰撞前后小车的运动情况，应选纸带上段来计算小车P的碰前速度。（选填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”）(3)测得小车P（含橡皮泥）的质量为m1，小车Q（含橡皮泥）的质量为m2，如果实验数据满足关系式（用题目中的已知量和测量量表示），则可探知：在误差允许的范围内，小车P、Q碰撞过程中动量守恒。【考向三：研究机械能守恒定律】13．（2024·浙江·模拟预测）图甲和图乙分别是用打点计时器和用气垫导轨跟光电计时器来完成“验证机械能守恒定律实验”的两种方案。(1)关于两种实验方案，下列说法正确的是______。A．甲方案中，在纸带上选取计数点时应间隔若干个点取一个计数点B．甲方案中，进行数据处理时要用到多条打上点的纸带进行测量C．乙方案中，挡光条的宽度对实验误差会产生影响D．乙方案中，拉动滑块的细绳与导轨是否平行不影响机械能守恒，细绳与导轨可不平行(2)用甲方案进行实验时，打出的纸带可能是下列a、b两图中的图。(3)乙方案中，挡光条宽度为d，砝码和砝码盘的总质量为m，滑块的质量为M，两光电门间距为x。导轨调成水平，滑块在细绳拉动下经过1、2两光电门时，挡光条的挡光时间分别为、。为验证机械能守恒，需要满足的关系式为（用题中字母表示）。14．（2024·新疆喀什·模拟预测）某同学利用重物自由下落来做“验证机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示。(1)请指出实验装置甲中存在的一处明显错误：；(2)进行实验时，为保证测量的重物下落时初速度为零，应（）A．先接通电源，再释放纸带B．先释放纸带，再接通电源(3)根据打出的纸带，选取纸带上连续打出的1、2、3、4四个点如图乙所示。已测出点1、2、3、4到打出的第一个点O的距离分别为，打点计时器的打点周期为。理论上，若代入所测数据能满足表达式，则可验证重物下落过程机械能守恒（用题目中已测出的物理量表示）；(4)实际数据分析，重物动能的增加量（选填“稍小于”、“等于”或“稍大于”）重力势能的减少量；(5)某同学作出了图像（图丙），则由图线得到的重力加速度（结果保留3位有效数字）。15．（2025·全国·模拟预测）某实验小组同学用如图甲所示的阿特伍德机验证机械能守恒定律。已知物块A（含遮光片）的总质量为m，物块B的质量为M，当地重力加速度大小为g，光电门1、2中心间的高度差为h。请回答下列问题：(1)用螺旋测微器测量遮光片的宽度d，示数如图乙所示，则其读数为mm。(2)用手托住B，使滑轮两侧轻绳处于伸直状态。将B由静止释放后，分别记录遮光片通过光电门1、2的遮光时间、，则遮光片通过光电门1、2时的速度大小分别为、。（结果均用题中所给物理量字母表示）(3)若表达式成立，则可验证A、B组成的系统机械能守恒。（结果用题中所给物理量字母表示）(4)试提出一条减小实验误差的措施：。16．（2024·山东·模拟预测）某同学利用气垫导轨和光电门验证机械能守恒，实验装置如图甲所示。取重力加速度。(1)如图乙所示，利用游标卡尺测得遮光条的宽度cm；用天平测得滑块和遮光条的总质量，钩码的质量；用刻度尺测得释放前滑块上遮光条到光电门的距离。(2)接通气源，释放滑块，数字计时器上显示遮光时间；滑块从释放到遮光条经过光电门这一过程中，系统重力势能减少量为J，动能增加量为J。（结果均保留两位有效数字）(3)①改变遮光条到光电门的距离，多次重复实验，得到几组不同的和对应的遮光时间，在坐标纸作出图像如图丙中所示；②在保证钩码的质量和遮光条的宽度不变的情况下，该同学换用质量不同的滑块再次进行实验，重复步骤①，得到的图像如图丙中所示。分析可知图线对应的滑块和遮光条的总质量（选填"大于"或"小于"）图线对应的滑块和遮光条的总质量。17．（2025·全国·模拟预测）实验小组的同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律，细绳一端固定在O点处的拉力传感器上，另一端拴接一小球，O点与球心间的距离为L。刻度尺竖直放置，当轻绳沿竖直方向时小球球心与刻度尺的“0”刻线平齐。实验操作步骤如下：①让小球静止在最低点，从与拉力传感器相连的显示器读出拉力大小为；②将小球拉到某位置，保持细绳伸直，读出小球球心所对的刻线h，由静止释放小球，从与拉力传感器相连的显示器读出最大拉力；③重复步骤②，测得多组和h，作出图像。请回答下列问题：(1)用天平测得小球的质量为m，当地的重力加速度大小为（用题给物理量的字母表示）。(2)若所作图像的纵截距为、斜率为（均用已知量符号表示），即可验证在误差允许范围内小球运动过程机械能守恒。(3)不改变细绳长度的情况下，换用半径相同、质量不同的小球进行实验，作出的图线（填“相同”或“不同”）。18．（2025·陕西宝鸡·一模）某实验小组的同学利用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，实验时，该小组的同学完成了如下操作：a.测量滑块和遮光条的总质量M以及所挂钩码的质量m；b.用游标卡尺测量遮光条的宽度d；c.调整气垫导轨水平，将光电门固定在气垫导轨的左端，并组装实验装置；d.在细绳的左端挂上钩码，将滑块从气垫导轨的右端合适的位置由静止释放，测量释放点到光电门的距离L；e.记录滑块经过光电门时遮光条的挡光时间；f.改变释放点到光电门的距离L，重复步骤d、e、f，记录多组实验数据L和。(1)操作b中，游标卡尺的读数如图乙所示，则遮光条的宽度d=cm；(2)通过以上操作可测得滑块经过光电门时的瞬间速度，此测量值（填“大于”“小于”或“等于”）滑块此时速度的真实值；实验时，应选用（选填“较宽”或“较窄”）的遮光条。(3)利用记录的多组实验数据，当满足时，则系统的机械能守恒。（用题目中所给字母表示）【考向四：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系】19．（2024·天津北辰·三模）某实验小组用如图甲所示装置探究向心力大小与线速度大小和运动半径的关系。光滑的水平直杆固定在竖直转轴上，水平直杆的左侧固定宽度为d的遮光条，遮光条到竖直转轴的距离为2r，水平直杆的右侧套上质量为m的滑块，用细线将滑块与固定在竖直转轴上的力传感器连接，物块到转轴的距离为r，细线处于水平伸直状态，细线拉力的大小可以通过力传感器测得。安装在铁架台上的光电门可测遮光条通过光电门的时间。(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度如图乙所示，则cm；(2)当滑块随水平直杆一起匀速转动时，光电门显示遮光条通过光电门的时间为，则此时滑块线速度大小（用字母d，表示）；若保持滑块到竖直转轴的距离不变，让转轴以不同的角速度匀速转动，测得多组力传感器的示数F和对应的挡光时间。为了画出的图像是一条直线，应做力F与（选填“”或“”）的函数图像。20．（2024·天津河西·三模）如图所示为研学小组的同学们用圆锥摆验证向心力表达式的实验情景。将一轻细线上端固定在铁架台上，下端悬挂一个质量为m的小球，将画有几个同心圆周的白纸置于悬点下方的水平平台上，调节细线的长度使小球自然下垂静止时恰好位于圆心处。用手带动小球运动使它在放手后恰能在纸面上方沿某个画好的圆周做匀速圆周运动。调节平台的高度，使纸面贴近小球但不接触。(1)忽略小球运动中受到的阻力，在具体的计算中可将小球视为质点，重力加速度为g。小球做圆周运动所需的向心力大小可能等于____（选填选项前的字母）。A．绳子对球拉力 B．小球自身重力C．拉力和重力的合力 D．拉力在水平方向的分力(2)考虑到实验的环境、测量条件等实际因素，对于这个验证性实验的操作，下列说法中正确的是____（选填选项前的字母）。A．小球质量的测量误差不影响本实验验证B．小球匀速圆周运动半径的测量影响本实验验证C．在其他因素不变的情况下，实验中细绳与竖直方向的夹角越大，小球做圆周运动的线速度越大D．在细绳与竖直方向的夹角保持不变的情况下，实验中细绳越长，小球做圆周运动的线速度越大(3)在考虑到有空气阻力的影响下，上述实验中小球运动起来后，经过比较长的时间，会发现其半径越来越小，足够长时间后，小球会停止在悬点正下方。这与无动力人造地球卫星在微薄阻力下的运动有很多类似。若小球和卫星在每转动一周的时间内半径变化均可忽略，即每一周都可视为匀速圆周运动，请对小球和卫星运动的周期变化情况进行比较，并写出结论21．（2025·广东珠海·一模）下列是《普通高中物理课程标准》中列出的三个必做实验的部分步骤，请完成实验操作和计算。(1)图甲是“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验装置图。在平衡摩擦力时，要调整长木板的倾斜角度，使小车在不受细绳拉力的情况下，能够在长木板上向下做运动。图乙是实验得到纸带的一部分，相邻两计数点间有四个点未画出。打点计时器电源频率为，则小车的加速度大小为（结果保留2位有效数字）。(2)图丙是“测量玻璃的折射率”实验装置图，在直线上插了两枚大头针和，在侧调整观察视线，另两枚大头针和可能插在直线上（选填“1”“2”“3”或“4”）。如果有几块宽度（图中的长度）不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度（选填“大”或“小”）的玻璃砖来测量。(3)图丁为“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”实验装置，在小球质量和转动半径相同，塔轮皮带套在左、右两个塔轮的半径之比为2∶1的情况下，逐渐加速转动手柄到一定速度后保持匀速转动，此时左、右两侧露出的标尺格数之比为。其他条件不变，若增大手柄的转速，则左、右两标尺的格数