2023屆高考物理一輪復(fù)習(xí)知識點精講與2022高考題模考題訓(xùn)練53 驗證物理規(guī)律或測量物理量實驗(解析版)

2023高考一輪知識點精講和最新高考題模擬題同步訓(xùn)練

第十章力學(xué)創(chuàng)新實驗

專題53驗證物理規(guī)律或測量物理量實驗

第一部分知識點精講

高中物理中有些物理規(guī)律可以利用常用器材進行實驗驗證，例如動量定理、彈性勢能表

達式、庫侖定律、理想氣體狀態(tài)方程等等。有些物理量通過設(shè)計實驗進行測量，例如怎樣測

量很大圓弧的半徑，怎樣在完全失重狀態(tài)下測量物體的質(zhì)量等。

實驗驗證物理規(guī)律或測量物理量實驗試題情境的設(shè)計與創(chuàng)新

對于創(chuàng)新型實驗的處理，最根本的方法是要把其從新情境中分離出來，找出與常規(guī)實驗

的相通之處，然后運用熟悉的實驗原理和數(shù)據(jù)處理方法進行解答.例如.利用平拋運動探究功

與速度變化的關(guān)系.?利用鋼球擺動驗證機械能守恒定律..研究物體所受空氣阻力與運動速度

的關(guān)系等。.

第二部分最新高考題精選

1.(2021高考江蘇物理卷)小明利用如圖1所示的實驗裝置驗證動量定理.將遮光條安裝

在滑塊上，用天平測出遮光條和滑塊的總質(zhì)量V=2(X).0g,槽碼和掛鉤的總質(zhì)量

加=50.0g.實驗時，將滑塊系在繞過定滑輪懸掛有槽碼的細(xì)線上.滑塊由靜止釋放，數(shù)字

計時器記錄下遮光條通過光電門1和2的遮光時間△4和,以及這兩次開始遮光的時間

間隔At,用游標(biāo)卡尺測出遮光條寬度，計算出滑塊經(jīng)過兩光電門速度的交化量Av.

數(shù)字計時器

光電門2

(I)游標(biāo)卡尺測量遮光條寬度如圖2所示，其寬度d=mm；(2)打開氣泵，帶

氣流穩(wěn)定后調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌，直至看到導(dǎo)軌上的滑塊能在短時間內(nèi)保持靜止，其目的是

（3）多次改變光電門2的位置進行測量，得到加和Au的數(shù)據(jù)如下表請根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在

_______m/s2；

（5）實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，圖線斜率的實驗值總

小于理論值，產(chǎn)生這一誤差的兩個可能原因時

A.選用的槽碼質(zhì)量偏小

B.細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌不完全平行

C.每次釋放滑塊的位置不同

D.實驗中4的測量值偏大

【名師解析】（1）根據(jù)游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)則，遮光條的寬度為l（）mm+4xO.05mm=lO.2Omm。

（2）調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌，直至看到滑塊能保持靜止，其目的是將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平。

（3）將表中各組數(shù)據(jù)，利用描點法，先描出各個點，然后過盡可能多的點作出直線。

（4）由動量定理，mgAt=（M+m）Av,變化為Av=-"冬—At,Av-Zkt圖像斜率的理論值

M+m

為卜=一絲一=1.963520）由此可知，選用的槽碼質(zhì)量m偏大，可使斜率實驗值偏大，選項

M+m

A錯誤：細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌不完全平行，則作用力小于mg,導(dǎo)致斜率實驗值小于真實值，選

項B正確；每次釋放滑塊的位置不同，不影響實驗測量，選項C錯誤：實驗中At測量值偏

大，將導(dǎo)致圖線斜率減小，實驗值小于理論值，選項D正確。

【參考答案】(1)10.20(2)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平(3)如圖。(4)1.96(5)BD

(9分)(2020高考全國理綜D

某同學(xué)用如圖所示的實驗裝置驗證動量定理，所用器材包括：氣墊導(dǎo)軌、滑塊(上方安

裝有寬度為d的遮光片)、兩個與計算機相連接的光電門、祛碼盤和祛碼等。

實驗步驟如下:

(1)開動氣泵，

調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌，輕推滑塊，當(dāng)滑塊上的遮光片經(jīng)過兩個光電門的遮光時間時，可認(rèn)

為氣墊導(dǎo)軌水平；

(2)用天平測祛碼與祛碼盤的總質(zhì)量加、滑塊(含遮光片)的質(zhì)量機2；

(3)用細(xì)線跨過輕質(zhì)定滑輪將滑塊與祛碼盤連接，并讓細(xì)線水平拉動滑塊；

(4)令滑塊在祛碼和祛碼盤的拉動下從左邊開始運動，和計算機連接的光電門能測量

出遮光片經(jīng)過4、8兩處的光電門的遮光時間△小川2及遮光片從A運動到8所用的時間“2；

(5)在遮光片隨滑塊從A運動到B的過程中，如果將祛碼和祛碼盤所受重力視為滑塊

所受拉力，拉力沖量的大小1=,滑塊動量改變量的大小即=;(用題中

給出的物理量及重力加速度g表示)

(6)某次測量得到的一組數(shù)據(jù)為：?/=1.000cm,，M=1.50X10-2kg,如=0.400kg,△八=3.900

xl(y2s,A/2=1.270x10-2s,Zi2=1.50s,取g=9.80m/s?。計算可得/=N?s,Xp=

kg,in,s-|；(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)

(7)定義6=］方［xlOO%,本次實驗於%(保留1位有效數(shù)字)。

【參考答案】(1)大約相等(5)如gMm2d(l/A^-l/At.).

(6)0.2210.212(7)4

【名師解析】

(1)當(dāng)滑塊上的遮光片經(jīng)過兩個光電門的遮光時間相等時，說明滑塊上的遮光片經(jīng)過兩個

光電門時的速度相等，滑塊做勻速直線運動，可以認(rèn)為氣墊導(dǎo)軌水平。

(5)將祛碼和祛碼盤所受重力視為滑塊所受拉力，則拉力為F=mg,拉力沖量大小為/中42=

如g加.滑塊經(jīng)過光電門A時速度vA=d/At,.經(jīng)過光電門B時速度V,=d/Z\t2,滑塊動量改

變量大小△p=m2vi)-m2VA=m2d(1/At2-1/Ati).

(6)拉力沖量大小1=0g加=1.50X102X9.80X1.50N?s=0.221N?s?滑塊動量改變量

22

大小Ap=m2d(1/At2-1/Ati)=0.400X1.000X(1/(l.270xIO)-1/(3.900x10-))=0.212

kg,m,s1；

(7)本次實驗S=|與包卜100%=4%。

3(2020海南高考)滑板運動場地有一種常見的圓弧形軌道，其截面如圖，某同學(xué)用一輛

滑板車和手機估測軌道半徑R(滑板車的長度遠小于軌道半徑)。

主要實驗過程如下：

①用手機查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭;

②找出軌道的最低點O,把滑板車從。點移開一小段距離至P點，由靜止釋放，用手機測

出它完成n次全振動的時間t,算出滑板車做往復(fù)運動的周期T=；

③將滑板車的運動視為簡諧運動，則可將以上測量結(jié)果代入公式R=(用T、g表示)

計算出軌道半徑。

【名師解析】②滑板車圍繞平衡位置的運動可以等效為單擺的簡諧運動，滑板車做往復(fù)運動

的周期T=t/n。

③滑板車的運動與擺長為R的單擺運動等效，根據(jù)單擺周期公式T=2%g，可得

Vg4乃2/

【參考答案】②刃

4萬“

4.（6分）（2015全國理綜I?22）某物理小組的同學(xué)設(shè)計了一個粗側(cè)玩具小車通過凹形

橋最低點時的速度的實驗。所用器材有：玩具小車、壓力式托盤秤、凹形橋模擬器（圓弧部

分的半徑為R=0.20m）?

凹形橋模擬器

托盤秤

圖（a）圖（b）完成下列填空:

（1）將凹形橋模擬器靜置于托盤秤上，如圖（a）所示，托盤秤的示數(shù)為1.00kg;

（2）將玩具小車靜置于凹形橋模擬器最低點時，托盤秤的示數(shù)如圖（b）所示，該示數(shù)為

_____kg;

（3）將小車從將凹形橋模擬器某一位置釋放，小車經(jīng)過最低點后滑向另一側(cè)，此過程中托

盤秤的最大示數(shù)為m；多次從同一位置釋放小車，記錄各次的m值如下表所示：

序號12345

m(kg)1.801.751.851.751.90

可求出小車經(jīng)過將凹形橋最低點時對橋的壓力為—N,小車經(jīng)過將凹形橋最低點時的速度

大小為—m/s,（重力加速度大小取9.80m/s2.計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字）【參考答案】（2）

1.40（2分）（4）7.9（2分）1.4（2分）

【命題意圖】本題主要考查設(shè)計性實驗、質(zhì)點在豎宜面的圓周運動及其相關(guān)的知識點，意

在考查考生綜合運用相關(guān)知識分析解決問題的能力。

【解題思路】由于托盤秤的最小刻度為0.1kg,測量讀數(shù)要估讀到0.01kg,所以由圖示刻

度可讀出玩具小車靜置于凹形橋的最低點時托盤秤的示數(shù)為1.40kg。

求出5次實驗記錄的m值的平均值，得m=1.81kg,減去凹形橋模型的質(zhì)量1kg,可得玩具

小車對凹形橋的壓力為（1.81-1）x9.80N=7.9N.由牛頓第三定律，在最低點，凹形橋?qū)ν婢?/p>

小車的支持力F=7.9N.

根據(jù)題述，可知玩具小車質(zhì)量m=1.40kg-1.00kg=0.4kg,在最低點，由牛頓第二定律，F(xiàn)-mg=m

V2y2

—,BP7.9N-0.40x9.80N=0.4x—,解得:v=1.4m/s?

R0.2

【易錯點撥】解答此題的易錯點主要有：一是托盤秤讀數(shù)沒有估讀到0.01kg；二是把測量出

的質(zhì)量看作是壓力；三是把測量的m平均值直接乘以g得到玩具小車對凹形橋的壓力；四

是把托盤秤示數(shù)1.40kg當(dāng)作玩具小車質(zhì)量0

第三部分最新模擬題精選

1.(2022山西考前適應(yīng)性測試)(5分)回力車，施壓拖動后輪卷緊彈簧，放手后彈簧恢復(fù)，通過

傳動系統(tǒng)驅(qū)動小車前進。為探究彈簧卷緊后具有的彈性勢能，某同學(xué)用圖(a)所示的方式進行

了實驗。在長木板的左端墊:上小木塊，微調(diào)木板的傾斜程度以補償阻力。拖動后輪卷緊彈簧，

接通電源后釋放小車，讓小車沿木板開始運動。得到的紙帶如圖(b)所示。0~9是從某點開始

選取的計數(shù)點，相鄰兩點間還有四個點未標(biāo)出，其問距如圖所示。已知打點計時器使用交流

電的頻率為50Hz，測得小車的質(zhì)量為40.0g,

Co123456789(

7?3.87?5.27?6.52?7.54?8.35?8.95?9.20?9.20?9.20?、

(單位:cm)

圖(b)

完成下列填空：

(1)從圖示時刻開始，在彈簧逐漸釋放的過程中，小車做加速度(填“不變””逐漸增

大”“逐漸減小”“先增大后減小”或"先減小后增大”)的加速直線運動；

(2)在打下____兩個相鄰計數(shù)點的過程中，彈瞥恢復(fù)到初始狀態(tài)；

(3)不考慮傳動系統(tǒng)的阻力，可估算出彈簧卷緊時具有的彈性勢能為J。(保留2位有效

數(shù)字)

【參考答案】(1)逐漸減小(2)5、6(3)1.7X10-2

【名師解析】(1)由于紙帶上相鄰點跡之間的位移差越來越小，由可知，從圖示

時刻開始，在彈簧逐漸釋放的過程中，小車做加速度逐漸減小。

(2)由紙帶上數(shù)據(jù)可知，在打下5、，6兩個相鄰計數(shù)點的過程中，彈簧恢復(fù)到初始狀態(tài)；

(3)v7=9.2m/So根據(jù)能量守恒定律，不考慮傳動系統(tǒng)的阻力,可估算出彈簧卷緊時

具有的彈性勢能為Ep=1mv72=1.7XlOUo

2.（2022吉林長春重點高中質(zhì)檢）一細(xì)繩跨過懸掛的定滑輪，兩端分別系有小球A和8,

如圖所示。一實驗小組用此裝置測量小球B運動的加速度。

令兩小球靜止，細(xì)繩拉緊，然后釋放小球，測得小球8釋放時的高度

加=0.590m,下降一段距離后的高度/『0.100m；由/?（）下降至〃所用的（與

時間T=0.730s。由此求得小球B加速度的大小為。=______m/s2（保留〕

3位有效數(shù)字）。

從實驗室提供的數(shù)據(jù)得知，小球A、8的質(zhì)量分別為100.0g和150.0g,AI

當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮間=9.80m/s2。根據(jù)牛頓第二定律計算可得小球B

加速度的大小為。'=m/s2（保留3位有效數(shù)字）。

可以看出，。'與〃有明顯差異，除實驗中的偶然誤差外，寫出一條可能產(chǎn)生這一結(jié)果的原因：

【參考答案】1.841.96滑輪的軸不光滑，繩和滑輪之間有摩擦（或滑輪有質(zhì)量）

【名師解析】

①有題意可知小球下降過程中做勻加速直線運動，故根據(jù)運動學(xué)公式有為-九=*

代入數(shù)據(jù)解得a=1.84m/s2；

②根據(jù)牛頓第二定律可知對小球A有

T-mAg=11M對小球B有

2

mRg-T=w/C帶入已知數(shù)據(jù)解得a￡=1.96nVs;

③在實驗中繩和滑輪之間有摩擦?xí)斐蓪嶋H計算值偏小。

3.（6分）（2021吉林名校四模）為測量彈簧勁度系數(shù)，某探究小組設(shè)計了如下實驗，實

驗裝置如下圖（1）圖（2）所示，角度傳感器與可轉(zhuǎn)動"T”形螺桿相連，“T”形螺桿

上套有螺母，螺母上固定有一個力傳感器，力傳感器套在左右兩個固定的套桿（圖2

中未畫出）上，彈簧的一端掛在力傳感器下端掛鉤上，另一端與鐵架臺底座的固定點相

連。當(dāng)角度傳感器頂端轉(zhuǎn)盤帶動"T”形螺桿轉(zhuǎn)動時，力傳感器會隨著“T”形螺桿旋轉(zhuǎn)而

上下平移，彈簧長度也隨之發(fā)生變化。

圖圖1

d=4.0xl0-3m,當(dāng)其旋轉(zhuǎn)300。時，力傳感器在豎直方向移動m。（結(jié)果保留

2位有效數(shù)字）

（2）該探究小組操作步驟如下：

①旋轉(zhuǎn)螺桿使初狀態(tài)彈簧長度大于原長

②記錄初狀態(tài)力傳感器示數(shù)Fo以及角度傳感器示數(shù)仇

③旋轉(zhuǎn)“T”形螺桿使彈簧長度增加，待穩(wěn)定后，記錄力傳感器示數(shù)Q，其增加值

△。角度傳感器示數(shù)81,其增加值△仇=仇-仇

④多次旋轉(zhuǎn)“T”形螺桿，重復(fù)步驟③的操作，在表格中記錄多組△?、△。值：

序號△F（單位：N）△0（單位：°）

10.121499.7

20.247999.9

30.3731500.5

40.4982000.2

50.6232500.6

60.7473000.3

下圖已描出5個點，請將剩余點在圖中描出并連線。

AF/N

⑤若上圖中的直線斜率。，則

用4。寫出彈簧的勁度系數(shù)的表達式為2=

22.

【參考答案】（1）

（2）作圖（2分）

.360。

(3)k=---（2分）

d

【名師解析】（1）［當(dāng)其旋轉(zhuǎn)360。時，力傳感器在豎直方向移動k4.0xl（y3m,則當(dāng)其旋轉(zhuǎn)

300x4.0x107io

JOUaisu

—圖像斜率為a=旦，解得我=型區(qū)

360360d

4.（2021湖南郴州三模）某同學(xué)想測量某地重力加速度g的大小和圓弧軌道的半徑R。

所用裝置如圖甲所示，一個傾角為37°的固定斜面與豎直放置的光滑圓弧軌道相切，

一個可以看作質(zhì)點、質(zhì)量為m的滑塊從斜面上某處由靜止滑下，滑塊上有一個寬度為d

的遮光條，在圓弧軌道的最低點有一光電門和壓力傳感器（沒有畫出），可以記錄擋光

時間t和傳感器受到的壓力F。

（1）o若某次擋光時間為to，則此時遮光條速度片；

丁J（2）實驗過程中

從斜面的不同位置釋放滑塊，然后記錄對應(yīng)的遮光時間t和壓力傳感器的示數(shù)F,得到

多組數(shù)據(jù)，該同學(xué)通過圖像法來處理數(shù)據(jù)，得到如圖乙所示的圖像，但忘記標(biāo)橫軸表示

的物理量，請通過推理補充，橫軸表示的物理量為。（選填“尸、“1/t”、

"產(chǎn)’或"1/產(chǎn)”）

（3）已知圖乙中圖線的斜率為k,縱截距為b,則可知某地重力加速度且=；

圓弧軌道的半徑R=。（用已知物理量符號表示）

【參考答案】（1）4（2）4（3）b/m【名師解析】（1）遮光條速度

t0tk

d

v=一

’0

（2）由牛頓第二定律,

J21

由牛頓笫三定律有：FN=F,聯(lián)立解得：F-tng^m-----

Rt

所以橫軸表示的物理量為

d21d2

(3)由Fumg+m-----,對比圖乙可知，k=m—b=mg,

Rt~R

d2

解得g=b/m,R=m—

5.（9分）（2022云南師大附中質(zhì)檢）某實驗小組利用如圖16甲所示裝置來驗證機械能守恒

定律。A、B是兩個相同的小物塊，用天平測得其質(zhì)量均為m,C是內(nèi)部裝有祛碼的托盤，

其總質(zhì)量為M.A、B間用輕彈簧拴接，B、C間用輕質(zhì)且不可伸長的細(xì)繩相連。物塊A靜止

放置在一壓力傳感器上，C的正下方放置一測速儀，該測速儀能測出C的速率，壓力傳感

器與測速儀相連，對應(yīng)數(shù)據(jù)可向計算機輸出。整個實驗過程中彈簧均處于彈性限度內(nèi)，彈簧

的彈性勢能只與彈簧本身及形變量有關(guān)，不計滑輪與細(xì)繩的摩擦，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。

（1）開始時，系統(tǒng)在外力作用下保持靜止，細(xì)

繩拉直但張力為零?，F(xiàn)自由釋放C,當(dāng)C向下運動到某一位置時，壓力傳感器示數(shù)為零,

測速儀顯示的對應(yīng)速率為v,且v不為零。其中M和m大小關(guān)系應(yīng)滿足Mm（填“小

于”“等于”或“大于”），才能實現(xiàn)上述過程。

（2）保持A、B質(zhì)量m不變，增加C中祛碼的個數(shù)，即增大托盤和祛碼的總質(zhì)量M,重復(fù)步驟

（1）,當(dāng)壓力傳感器示數(shù)再次為零時，C下落的高度為一（設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為k）,與前

一次相比C下落的高度將（填“增加”“減少”或“不變

（3）重復(fù)上述操作，得到多組不同M下對應(yīng)的V。根據(jù)所測數(shù)據(jù)，為更直觀地驗證機械能守

恒定律，作出F——!_圖線如圖乙所示，圖線在縱軸上的截距為b,則彈簧的勁度系數(shù)

M+m

k=（用題目中的已知量表示）。

【參考答案】.（除特殊標(biāo)注外，每空2分，共9分）

（1）大于

⑵既不變

k

（3）出酸（3分）

b

【名師解析】（1）根據(jù)題意，壓力傳感器的示數(shù)為零，且。不為0,因此C減少的重力

勢能大于B增加的重力勢能，C下落的高度等于8物體上升的高度，所以C的質(zhì)量M

大于8的質(zhì)量加。

（2）剛釋放C時，彈簧處于壓縮狀態(tài)/若使壓力傳感器示數(shù)為零，則彈

簧處于拉長狀態(tài)，拉力為4=5="歸，因此彈簧的形變量為

以=司+左=螫+整=&坦，增加M的質(zhì)量，使也下落，由于壓力傳感器的示數(shù)再

'-kkk

次為零，不論C的質(zhì)量如何，要使壓力傳感器示數(shù)為零，則2物體上升了弛，C下

k

落的高度為網(wǎng)c下落的高度不變。

k

(3)從釋放到壓力傳感器示數(shù)為零，彈簧的彈性勢能不變，重力勢能的減小量等于動能

的增加量，則有-(M+m'fv2=(M-m)gh=(M-m)g.,即

2k

力=遮迪二型=一衛(wèi)士+運！，可知縱軸截距6=出吧，解得人=曳望

(M+in)k(M+m)kkkb

6.(6分)(2020高考模擬示范卷2)某同學(xué)準(zhǔn)備利用如圖裝置探究勁度系數(shù)較大的輕質(zhì)彈

簧T的彈性勢能與其壓縮量之間的關(guān)系.圖中B為一固定在桌面.帶有刻度的平直光滑導(dǎo)

軌，小盒C用輕繩懸掛于O點，彈簧T左端固定，用小球A沿導(dǎo)軌B向左擠壓彈簧，釋放

后球A彈出，射入一較重的小盒C中與小盒C一起向右擺動，擺動的最大角度0可以被準(zhǔn)

確測出.球A射入盒C后兩者的重心重合，重心距懸點O的距離為L.試問：

(1)欲完成此探究實驗，該同學(xué)在實驗過程中除了要測量最大擺角0和重心距懸點O的距

離L外，還需要測量哪些物理量？寫出這些物理量及其字母代號.

(2)通過上述的物理量可求出彈簧T將球A彈出時釋放的彈性勢能EP.寫出其計算表達

式(無需書寫推導(dǎo)過程).____________________________

(3)下