2023年高考物理母題題源解密（全國通用）專題17 力學實驗（解析版）

專題17力學實驗目錄近年真題對比考向一彈簧、橡皮類實驗考向二“紙帶類”實驗考點三光電門、傳感器類實驗命題規(guī)律解密名校模擬探源易錯易混速記關注高考物理（ID：gkwl100），獲取更多學習資料【命題意圖】立足教材，側重考查完成實驗的能力。主要涉及基本儀器的使用(含讀數(shù))、實驗原理和測量方法的理解、實驗條件的控制、實驗步驟的編排，以及實驗數(shù)據(jù)的處理、實驗誤差的分析?！靶隆笨梢愿佑行У乜疾閷W生分析問題的能力，區(qū)分度也加大了。主要表現(xiàn)在：(1)實驗器材的等效與替換，如用氣墊導軌代替長木板、光電門和頻閃照相機代替打點計時器等。(2)實驗結論的拓展與延伸，如通過實驗裝置測出物體的加速度，再利用牛頓第二定律求動摩擦因數(shù)等。(3)試題情景的設計與創(chuàng)新。【考查要點】（1）探究小車速度隨時間變化的規(guī)律；（2）探究加速度與物體受力、物體質量的關系；（3）驗證機械能守恒定律；（4）驗證動量守恒定律．（5）探究彈簧彈力與形變量的關系；（6）探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律；（7）探究平拋運動的特點；【課標鏈接】①熟知各種器材的特性，重視對基本儀器的讀數(shù)、構造原理、重要實驗方法，靈活運用圖象與表格分析處理實驗數(shù)據(jù)．2．熟悉課本上的實驗，將教材中的學生實驗和演示實驗的實驗原理、實驗方法遷移到情景新穎的實驗中去．1.（2023全國乙卷）在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中使用的器材有：木板、白紙、兩個標準彈簧測力計、橡皮條、輕質小圓環(huán)、刻度尺、鉛筆、細線和圖釘若干。完成下列實驗步驟：①用圖釘將白紙固定在水平木板上。②將橡皮條的一端固定在木板上，另一端系在輕質小圓環(huán)上。將兩細線也系在小圓環(huán)上，它們的另一端均掛上測力計。用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當?shù)牧瓌觾蓚€測力計，小圓環(huán)停止時由兩個測力計的示數(shù)得到兩拉力和的大小，并___________。（多選，填正確答案標號）A.用刻度尺量出橡皮條的長度B.用刻度尺量出兩細線的長度C.用鉛筆在白紙上標記出小圓環(huán)的位置D.用鉛筆在白紙上標記出兩細線的方向③撤掉一個測力計，用另一個測力計把小圓環(huán)拉到_________，由測力計的示數(shù)得到拉力的大小，沿細線標記此時的方向。④選擇合適標度，由步驟②的結果在白紙上根據(jù)力的平行四邊形定則作和的合成圖，得出合力的大小和方向；按同一標度在白紙上畫出力的圖示。⑤比較和的________，從而判斷本次實驗是否驗證了力的平行四邊形定則?！敬鸢浮竣?CD##DC②.相同位置③.大小和方向【解析】②[1]將橡皮條的一端固定在木板上，另一端系在輕質小圓環(huán)上。將兩細線也系在小圓環(huán)上，它們的另一端均掛上測力計。用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當?shù)牧瓌觾蓚€測力計，小圓環(huán)停止時由兩個測力計的示數(shù)得到兩拉力和的大小，還需要用鉛筆在白紙上標記出小圓環(huán)的位置以及用鉛筆在白紙上標記出兩細線的方向。故選CD。③[2]撤掉一個測力計，用另一個測力計把小圓環(huán)拉到相同位置，由測力計的示數(shù)得到拉力的大小，沿細線標記此時的方向；⑤[3]比較和的大小和方向，從而判斷本次實驗是否驗證了力的平行四邊形定則。2.（2023浙江6月卷）如圖所示，某同學把A、B兩根不同的彈簧串接豎直懸掛，探究A、B彈簧彈力與伸長量的關系。在B彈簧下端依次掛上質量為m的鉤碼，靜止時指針所指刻度、的數(shù)據(jù)如表。鉤碼個數(shù)12…xA/cm7.758.539.30…xB/cm16.4518.5220.60…鉤碼個數(shù)為2時，彈簧A的伸長量________cm，彈簧B的伸長量________cm，兩根彈簧彈性勢能的增加量________（選填“=”、“<”或“>”）。【答案】①.0.78②.1.29③.>【解析】[1]鉤碼個數(shù)為2時，彈簧A的伸長量[2]彈簧B的伸長量[3]根據(jù)系統(tǒng)機械能守恒定律可知兩根彈簧的重力勢能減少量和鉤碼減少的重力勢能等于彈簧增加的彈性勢能3.（2023湖南卷）某同學探究彈簧振子振動周期與質量的關系，實驗裝置如圖（a）所示，輕質彈簧上端懸掛在鐵架臺上，下端掛有鉤碼，鉤碼下表面吸附一個小磁鐵，其正下方放置智能手機，手機中的磁傳感器可以采集磁感應強度實時變化的數(shù)據(jù)并輸出圖像，實驗步驟如下：（1）測出鉤碼和小磁鐵的總質量;（2）在彈簧下端掛上該鉤碼和小磁鐵，使彈簧振子在豎直方向做簡諧運動，打開手機的磁傳感器軟件，此時磁傳感器記錄的磁感應強度變化周期等于彈簧振子振動周期；（3）某次采集到的磁感應強度的大小隨時間變化的圖像如圖（b）所示，從圖中可以算出彈簧振子振動周期______（用“”表示）；（4）改變鉤碼質量，重復上述步驟；（5）實驗測得數(shù)據(jù)如下表所示，分析數(shù)據(jù)可知，彈簧振子振動周期的平方與質量的關系是______（填“線性的”或“非線性的”）；0.0152.430.2430.0590.0253.140.3140.0990.0353.720.3720.1380.0454.220.4220.1780.0554.660.4660.217（6）設彈簧的勁度系數(shù)為，根據(jù)實驗結果并結合物理量的單位關系，彈簧振子振動周期的表達式可能是______（填正確答案標號）；A．B．C．D．（7）除偶然誤差外，寫出一條本實驗中可能產(chǎn)生誤差原因：____________．【答案】①.②.線性的③.A④.空氣阻力【解析】（3）[1]從圖中可以算出彈簧振子振動周期（5）[2]分析數(shù)據(jù)可知，彈簧振子振動周期的平方與質量的比值接近于常量3.95，則彈簧振子振動周期的平方與質量的關系是線性的；（6）[3]因的單位為因為s（秒）為周期的單位，則其它各項單位都不是周期的單位，故選A。[4]除偶然誤差外，鉤碼振動過程中受空氣阻力的影響可能會使本實驗產(chǎn)生誤差?？枷蚨凹垘ь悺睂嶒?.（2023浙江1月卷）在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，實驗裝置如圖1所示．①需要的實驗操作有__________（多選）；A．調(diào)節(jié)滑輪使細線與軌道平行B．傾斜軌道以補償阻力C．小車靠近打點計時器靜止釋放D．先接通電源再釋放小車②經(jīng)正確操作后打出一條紙帶，截取其中一段如圖2所示。選取連續(xù)打出的點0、1、2、3、4為計數(shù)點，則計數(shù)點1的讀數(shù)為__________。已知打點計時器所用交流電源的頻率為，則打計數(shù)點2時小車的速度大小為：__________（結果保留3位有效數(shù)字）?！敬鸢浮竣?ACD②.2.751.48【解析】①實驗需要調(diào)節(jié)滑輪使細線與軌道平行，選項A正確；該實驗只要使得小車加速運動即可，不需要傾斜軌道補償阻力，選項B錯誤；為了充分利用紙帶，則小車靠近打點計時器靜止釋放，選項C正確；先接通電源再釋放小車，選項D正確。②根據(jù)刻度尺讀數(shù)規(guī)則，計數(shù)點1的讀數(shù)為2.75。已知打點計時器所用交流電源的頻率為，則打點周期T=0.02s，則打計數(shù)點2時小車的速度大小為5.（2023全國甲卷）某同學利用如圖（a）所示的實驗裝置探究物體做直線運動時平均速度與時間的關系。讓小車左端和紙帶相連。右端用細繩跨過定滑輪和鉤碼相連。鉤碼下落，帶動小車運動，打點計時器打出紙帶。某次實驗得到的紙帶和相關數(shù)據(jù)如圖（b）所示。（1）已知打出圖（b）中相鄰兩個計數(shù)點的時間間隔均為0.1s．以打出A點時小車位置為初始位置，將打出B、C、D、E、F各點時小車的位移填到表中，小車發(fā)生應位移所用時間和平均速度分別為和，表中________cm，________。位移區(qū)間ABACADAEAF6.6014.6034.9047.3066.073.087.394.6（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)得到小車平均速度隨時間的變化關系，如圖（c）所示。題卡上的圖中補全實驗點_____。（3）從實驗結果可知，小車運動的圖線可視為一條直線，此直線用方程表示，其中________，________cm/s。（結果均保留3位有效數(shù)字）（4）根據(jù)（3）中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運動，得到打出A點時小車速度大小________，小車的加速度大小________。（結果用字母k、b表示）【答案】①.24.00②.80③.④.70.0⑤.59.0⑥.b⑦.2k【解析】【詳解】（1）[1]根據(jù)紙帶的數(shù)據(jù)可得[2]平均速度為：（2）[3]根據(jù)第（1）小題結果補充表格和補全實驗點圖像得（3）[4][5]從實驗結果可知，小車運動的圖線可視為一條直線，圖像為此直線用方程表示，由圖像可知其中，（4）[6][7]小球做勻變速直線運動，由位移公式，整理得即故根據(jù)圖像斜率和截距可得，、考向一彈簧、橡皮類實驗1.（2022·湖南卷·T11）小圓同學用橡皮筋、同種一元硬幣、刻度尺、塑料袋、支架等，設計了如圖（a）所示的實驗裝置，測量冰墩墩玩具的質量。主要實驗步驟如下：（1）查找資料，得知每枚硬幣的質量為；（2）將硬幣以5枚為一組逐次加入塑料袋，測量每次穩(wěn)定后橡皮筋的長度，記錄數(shù)據(jù)如下表：序號12345硬幣數(shù)量/枚510152025長度10.5112.0213.5415.0516.56（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖（b）上描點，繪制圖線；______（4）取出全部硬幣，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，穩(wěn)定后橡皮筋長度的示數(shù)如圖（c）所示，此時橡皮筋的長度為______；（5）由上述數(shù)據(jù)計算得冰墩墩玩具的質量為______（計算結果保留3位有效數(shù)字）?！敬鸢浮竣?見解析②.15.35③.127【解析】（3）[1]根據(jù)表格標點連線如圖（4）[2]由圖可知刻度尺的分度值為1mm，故讀數(shù)；（5）[3]設橡皮筋的勁度系數(shù)為k，原長為x0，則設冰墩墩的質量為m1，則有聯(lián)立各式代入數(shù)據(jù)可得?？枷蚨凹垘ь悺睂嶒?.（2022·河北·T11）某實驗小組利用鐵架臺、彈簧、鉤碼、打點計時器、刻度尺等器材驗證系統(tǒng)機械能守恒定律，實驗裝置如圖1所示。彈簧的勁度系數(shù)為k，原長為L0，鉤碼的質量為m。已知彈簧的彈性勢能表達式為，其中k為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量，當?shù)氐闹亓铀俣却笮間。（1）在彈性限度內(nèi)將鉤碼緩慢下拉至某一位置，測得此時彈簧的長度為L。接通打點計時器電源。從靜止釋放鉤碼，彈簧收縮，得到了一條點跡清晰的紙帶。鉤碼加速上升階段的部分紙帶如圖2所示，紙帶上相鄰兩點之間的時間間隔均為T（在誤差允許范圍內(nèi)，認為釋放鉤碼的同時打出A點）。從打出A點到打出F點時間內(nèi)，彈簧的彈性勢能減少量為______，鉤碼的動能增加量為______，鉤碼的重力勢能增加量為______。（2）利用計算機軟件對實驗數(shù)據(jù)進行處理，得到彈簧彈性勢能減少量、鉤碼的機械能增加量分別與鉤碼上升高度h的關系，如圖3所示。由圖3可知，隨著h增加，兩條曲線在縱向的間隔逐漸變大，主要原因是______。【答案】①.②.③.mgh5④.見解析【解析】（1）[1]從打出A點到打出F點時間內(nèi)，彈簧的彈性勢能減少量為整理有[2]打F點時鉤碼的速度為由于在誤差允許的范圍內(nèi)，認為釋放鉤碼的同時打出A點，則鉤碼動能的增加量為[3]鉤碼的重力勢能增加量為Ep重=mgh5（2）[4]鉤碼機械能的增加量，即鉤碼動能和重力勢能增加量的總和，若無阻力做功則彈簧彈性勢能的減少量等于鉤碼機械能的增加量?，F(xiàn)在隨著h增加，兩條曲線在縱向的間隔逐漸變大，而兩條曲線在縱向的間隔即阻力做的功，則產(chǎn)生這個問題的主要原因是鉤碼和紙帶運動的速度逐漸增大，導致空氣阻力逐漸增大，以至于空氣阻力做的功也逐漸增大。3.（2022·全國乙卷·T22）用雷達探測一高速飛行器的位置。從某時刻（）開始的一段時間內(nèi)，該飛行器可視為沿直線運動，每隔測量一次其位置，坐標為x，結果如下表所示：0123456050710941759250533294233回答下列問題：（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可判斷該飛行器在這段時間內(nèi)近似做勻加速運動，判斷的理由是：______；（2）當時，該飛行器速度的大小______；（3）這段時間內(nèi)該飛行器加速度的大小______（保留2位有效數(shù)字）。【答案】①.相鄰1s內(nèi)的位移之差接近?x=80m②.547③.79【解析】（1）[1]第1s內(nèi)的位移507m，第2s內(nèi)的位移587m，第3s內(nèi)的位移665m，第4s內(nèi)的位移746m，第5s內(nèi)的位移824m，第6s內(nèi)的位移904m，則相鄰1s內(nèi)的位移之差接近?x=80m，可知判斷飛行器在這段時間內(nèi)做勻加速運動；（2）[2]當x=507m時飛行器的速度等于0-2s內(nèi)的平均速度，則（3）[3]根據(jù)4.（2022·浙江6月卷·T17）（1）①“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗裝置如圖1所示，長木板水平放置，細繩與長木板平行。圖2是打出紙帶的一部分，以計數(shù)點O為位移測量起點和計時起點，則打計數(shù)點B時小車位移大小為______cm。由圖3中小車運動的數(shù)據(jù)點，求得加速度為______m/s2（保留兩位有效數(shù)字）。利用圖1裝置“探究加速度與力、質量的關系”的實驗，需調(diào)整的是______。A．換成質量更小的車B．調(diào)整長木板的傾斜程度C．把鉤碼更換成砝碼盤和砝碼D．改變連接小車的細繩與長木板的夾角（2）“探究求合力的方法”的實驗裝置如圖4所示，在該實驗中，①下列說法正確的是______；A．拉著細繩套的兩只彈簧秤，穩(wěn)定后讀數(shù)應相同B．在已記錄結點位置的情況下，確定一個拉力的方向需要再選擇相距較遠的兩點C．測量時彈簧秤外殼與木板之間不能存在摩擦D．測量時，橡皮條、細繩和彈簧秤應貼近并平行于木板②若只有一只彈簧秤，為了完成該實驗至少需要______（選填“2”、“3”或“4”）次把橡皮條結點拉到O?！敬鸢浮竣?6.15~6.25②.1.7~2.1③.BC##CB④.D⑤.3【解析】（1）[1]依題意，打計數(shù)點B時小車位移大小為6.20cm，考慮到偶然誤差，6.15cm~6.25cm也可；[2]由圖3中小車運動的數(shù)據(jù)點，有考慮到偶然誤差，1.7m/s2~2.1m/s2也可；[3]A．利用圖1裝置“探究加速度與力、質量的關系”的實驗時，需要滿足小車質量遠遠大于鉤碼質量，所以不需要換質量更小的車，故A錯誤；B．利用圖1裝置“探究加速度與力、質量的關系”的實驗時，需要利用小車斜向下的分力以平衡其摩擦阻力，所以需要將長木板安打點計時器一端較滑輪一端適當?shù)母咭恍?，故B正確；C．以系統(tǒng)為研究對象，依題意“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗時有考慮到實際情況，即，有則可知而利用圖1裝置“探究加速度與力、質量的關系”的實驗時要保證所懸掛質量遠小于小車質量，即；可知目前實驗條件不滿足，所以利用當前裝置在“探究加速度與力、質量的關系”時，需將鉤碼更換成砝碼盤和砝碼，以滿足小車質量遠遠大于所懸掛物體的質量，故C正確；D．實驗過程中，需將連接砝碼盤和小車的細繩應跟長木板始終保持平行，與之前的相同，故D錯誤。故選BC。（2）[4]A．在不超出彈簧測力計的量程和橡皮條形變限度的條件下，使拉力適當大些，不必使兩只測力計的示數(shù)相同，故A錯誤；B．在已記錄結點位置的情況下，確定一個拉力的方向需要再選擇相距較遠的一個點就可以了，故B錯誤；C．實驗中拉彈簧秤時，只需讓彈簧與外殼間沒有摩擦，此時彈簧測力計的示數(shù)即為彈簧對細繩的拉力相等，與彈簧秤外殼與木板之間是否存在摩擦無關，故C錯誤；D．為了減小實驗中摩擦對測量結果的影響，拉橡皮條時，橡皮條、細繩和彈簧秤應貼近并平行于木板，故D正確。故選D。若只有一只彈簧秤，為了完成該實驗，用手拉住一條細繩，用彈簧稱拉住另一條細繩，互成角度的拉橡皮條，使其結點達到某一點O，記下位置O和彈簧稱示數(shù)F1和兩個拉力的方向；交換彈簧稱和手所拉細繩的位置，再次將結點拉至O點，使兩力的方向與原來兩力方向相同，并記下此時彈簧稱的示數(shù)F2；只有一個彈簧稱將結點拉至O點，并記下此時彈簧稱的示數(shù)F的大小及方向；所以若只有一只彈簧秤，為了完成該實驗至少需要3次把橡皮條結點拉到O考點三光電門、傳感器類實驗5.（2022·廣東卷·T11）某實驗小組為測量小球從某一高度釋放，與某種橡膠材料碰撞導致的機械能損失，設計了如圖（a）所示的裝置，實驗過程如下：（1）讓小球從某一高度由靜止釋放，與水平放置的橡膠材料碰撞后豎直反彈。調(diào)節(jié)光電門位置，使小球從光電門正上方釋放后，在下落和反彈過程中均可通過光電門。（2）用螺旋測微器測量小球的直徑，示數(shù)如圖（b）所示，小球直徑__________。（3）測量時，應__________（選填“A”或“B”，其中A為“先釋放小球，后接通數(shù)字計時器”，B為“先接通數(shù)字計時器，后釋放小球”）。記錄小球第一次和第二次通過光電門遮光時間和。（4）計算小球通過光電門的速度，已知小球的質量為m，可得小球與橡膠材料碰撞導致的機械能損失__________（用字母m、d、和表示）。（5）若適當調(diào)高光電門的高度，將會__________（選填“增大”或“減小”）因空氣阻力引起的測量誤差?！敬鸢浮竣?7.883##7.884②.B③.④.增大【解析】（2）[1]依題意，小球的直徑為考慮到偶然誤差，7.883mm也可以。（3）[2]在測量時，因小球下落時間很短，如果先釋放小球，有可能會出現(xiàn)時間記錄不完整，所以應先接通數(shù)字計時器，再釋放小球，故選B。（4）[3]依題意，小球向下、向上先后通過光電門時的速度分別為v1、v2，則有則小球與硅膠材料碰撞過程中機械能的損失量為（5）[4]若調(diào)高光電門的高度，較調(diào)整之前小球會經(jīng)歷較大的空中距離，所以將會增大因空氣阻力引起的測量誤差。6.（2022·湖北·T12）某同學設計了一個用拉力傳感器驗證機械能守恒定律的實驗。一根輕繩一端連接固定的拉力傳感器，另一端連接小鋼球，如圖甲所示。拉起小鋼球至某一位置由靜止釋放，使小鋼球在豎直平面內(nèi)擺動，記錄鋼球擺動過程中拉力傳感器示數(shù)的最大值和最小值。改變小鋼球的初始釋放位置，重復上述過程。根據(jù)測量數(shù)據(jù)在直角坐標系中繪制的圖像是一條直線，如圖乙所示。（1）若小鋼球擺動過程中機械能守恒。則圖乙中直線斜率的理論值為_______。（2）由圖乙得:直線的斜率為______，小鋼球的重力為_______N。（結果均保留2位有效數(shù)字）（3）該實驗系統(tǒng)誤差的主要來源是______（單選，填正確答案標號）。A．小鋼球擺動角度偏大B．小鋼球初始釋放位置不同C．小鋼球擺動過程中有空氣阻力【答案】①.②.③.0.59④.C【解析】（1）[1]設初始位置時，細線與豎直方向夾角為θ，則細線拉力最小值為到最低點時細線拉力最大，則聯(lián)立可得即若小鋼球擺動過程中機械能守恒。則圖乙中直線斜率的理論值為；（2）[2][3]由圖乙得直線的斜率為則小鋼球的重力為[4]該實驗系統(tǒng)誤差的主要來源是小鋼球擺動過程中有空氣阻力，使得機械能減小，故選C67（2022·浙江1月卷·T23）“探究碰撞中的不變量”的實驗裝置如圖所示，阻力很小的滑軌上有兩輛小車A、B，給小車A一定速度去碰撞靜止的小車B，小車A、B碰撞前后的速度大小可由速度傳感器測得。①實驗應進行的操作有_______。A．測量滑軌的長度B．測量小車的長度和高度C．碰撞前將滑軌調(diào)成水平②下表是某次實驗時測得的數(shù)據(jù)：A的質量/kgB的質量/kg碰撞前A的速度大小/（）碰撞后A的速度大小/（）碰撞后B的速度大小/（）0.2000.3001.0100.2000.800由表中數(shù)據(jù)可知，碰撞后小車A、B所構成系統(tǒng)的總動量大小是_______kg·m/s。（結果保留3位有效數(shù)字）【答案】①.C②.【解析】①[1]碰撞前將滑軌調(diào)成水平，保證碰撞前后A、B做勻速直線運動即可，沒有必要測量滑軌的長度和小車的長度、高度。故選C。②[2]由表中數(shù)據(jù)可知小車A的質量小于B的質量，則碰后小車A反向運動，設碰前小車A的運動方向為正方向，則可知碰后系統(tǒng)的總動量大小為解得8.（2022·山東卷·T13）在天宮課堂中、我國航天員演示了利用牛頓第二定律測量物體質量的實驗。受此啟發(fā)。某同學利用氣墊導軌、力傳感器、無線加速度傳感器、輕彈簧和待測物體等器材設計了測量物體質量的實驗，如圖甲所示。主要步驟如下：①將力傳感器固定在氣墊導軌左端支架上，加速度傳感器固定在滑塊上；②接通氣源。放上滑塊。調(diào)平氣墊導軌；③將彈簧左端連接力傳感器，右端連接滑塊。彈簧處于原長時滑塊左端位于O點。A點到O點的距離為5.00cm，拉動滑塊使其左端處于A點，由靜止釋放并開始計時；④計算機采集獲取數(shù)據(jù)，得到滑塊所受彈力F、加速度a隨時間t變化的圖像，部分圖像如圖乙所示?；卮鹨韵聠栴}（結果均保留兩位有效數(shù)字）：（1）彈簧的勁度系數(shù)為_____N/m。（2）該同學從圖乙中提取某些時刻F與a的數(shù)據(jù)，畫出a—F圖像如圖丙中I所示，由此可得滑塊與加速度傳感器的總質量為________kg。（3）該同學在滑塊上增加待測物體，重復上述實驗步驟，在圖丙中畫出新的a—F圖像Ⅱ，則待測物體的質量為________kg?！敬鸢浮竣?12②.0.20③.0.13【解析】（1）[1]由題知，彈簧處于原長時滑塊左端位于O點，A點到O點的距離為5.00cm。拉動滑塊使其左端處于A點，由靜止釋放并開始計時。結合圖乙的F—t圖有x=5.00cm，F(xiàn)=0.610N根據(jù)胡克定律計算出k≈12N/m（2）[2]根據(jù)牛頓第二定律有F=ma則a—F圖像的斜率為滑塊與加速度傳感器的總質量的倒數(shù)，根據(jù)圖丙中I，則有則滑塊與加速度傳感器的總質量為m=0.20kg（3）[3]滑塊上增加待測物體，同理，根據(jù)圖丙中II，則有則滑塊、待測物體與加速度傳感器的總質量為m′=0.33kg則待測物體的質量為。從近年的高考合題可以看出，力學實驗多考查創(chuàng)新實驗。主要表現(xiàn)在：(1)實驗器材的等效與替換，如用氣墊導軌代替長木板、光電門和頻閃照相機代替打點計時器等。(2)實驗結論的拓展與延伸，如通過實驗裝置測出物體的加速度，再利用牛頓第二定律求動摩擦因數(shù)等。(3)試題情景的設計與創(chuàng)新。1.（2023·廣東江門一模）某同學做“用單擺測重力加速度”的實驗，實驗裝置如圖甲所示，在擺球的平衡位置處安放一個光電門，連接數(shù)字計時器，記錄小球經(jīng)過光電門的次數(shù)。（1）下列說法中正確的是___________A．測出擺球做一次全振動的時間作為周期的測量值B．質量相同的鐵球和軟木球，應選用鐵球作為擺球C．可將擺球從平衡位置拉開一個任意角度然后釋放擺球D．可以選擇有彈性細繩作為擺線（2）在擺球自然懸垂的情況下，用毫米刻度尺測得從懸點至擺球頂端的長度為L，再用游標卡尺測量擺球直徑，結果如圖乙所示，則擺球直徑d=___________cm；（3）將擺球從平衡位置拉開一個合適的角度，靜止釋放擺球，擺球在豎直平面內(nèi)穩(wěn)定擺動后，啟動數(shù)字計時器，擺球通過平衡位置時從1開始計數(shù)，同時開始計時，當擺球第n次（為大于3的奇數(shù)）通過光電門時停止計時，記錄的時間為t，此單擺的周期T=___________（用t、n表示），重力加速度的大小為___________（用L、d和T表示）；（4）實驗中該同學測得的重力加速度值經(jīng)查證明顯大于當?shù)氐闹亓铀俣戎?，下列原因可能的是___________。A．擺線上端未牢固地系于懸點，實驗過程中出現(xiàn)松動，使擺線長度增加了B．計算時用作為單擺的擺長C．擺球的振幅偏小D．把n當作單擺全振動的次數(shù)【答案】①.B②.1.07③.④.⑤.BD##DB【解析】（1）[1]A．為了減小實驗誤差應測多次全振動的時間，再求出一次全振動的時間作為周期，根據(jù)公式計算重力加速度會增大實驗誤差，故A錯誤；B．為減小實驗誤差，提高測量精度，相同質量下應選擇體積小的鐵球做為擺球，故B正確；C．單擺在擺角小于5°時的振動才是簡諧振動，因此單擺的擺角不能過大，故C錯誤；D．根據(jù)單擺的周期公式可知，單擺的周期跟擺線與擺球半徑之和有關，若使用彈性繩，在擺球下降或是上升的過程中，式中的會不斷發(fā)生變化，從而導致重力加速度測量不準確，故D錯誤。故選B。（2）[2]該游標游標卡尺的游標尺為10分度值，因此最小精度為0.1mm，則讀數(shù)可得（3）[3][4]由題意可知在時間內(nèi)擺球全振動的次數(shù)為，則可得小球做簡諧振動的周期為由單擺的周期公式其中可得（4）[5]A．擺線上端未牢固地系于懸點，實驗過程中出現(xiàn)松動，使擺線長度增加了，則實際所測擺線長度偏小，所測重力加速度將偏小，故A不符合題意；B．若計算重力加速度時用作為單擺的擺長，則擺長比實際偏大，因此計算的得到的重力加速度值比實際偏大，故B符合題意；C．擺球的振幅偏小不影響重力加速度的測量，故C不符合題意；D．若把n當作單擺全振動的次數(shù)，則會導致測量周期偏小，從而導致所測重力加速度偏大，故D符合題意。故選BD。2.（2023·福建莆田二模）某實驗小組利用如圖甲裝置做“用單擺測量重力加速度”的實驗。在鐵架臺上端用擺線懸掛一擺球，鐵架臺下端固定一個激光源，發(fā)出的激光方向與水平面平行，在擺球的右邊與擺球中心等高的位置固定一智能手機，使得激光的中心與擺球的中心以及智能手機的光線接收口在同一水平直線上。利用手機光線傳感器接收到的光照強度隨時間變化情況，測出擺球的周期。（1）實驗主要過程如下：①按圖甲安裝實驗裝置，下列有關器材的選擇和安裝最合理的是________；A．B．C．D．②如圖乙，用游標卡尺測出擺球的直徑d=________cm；用刻度尺測出擺線長度l，算出擺長L；③打開激光光源和手機傳感器，運行軟件；④讓單擺做簡諧運動，采集數(shù)據(jù)；⑤改變擺線長度l，重復步驟④；⑥導出數(shù)據(jù)獲得單擺振動周期T，從而得到對應的與L的數(shù)據(jù)如下表：次數(shù)數(shù)據(jù)123456L/cm38.0048.0058.0068.0078.0088.00T/s1.241.391.531.661.781.89/1.541.932.342.763.173.57⑦根據(jù)表中數(shù)據(jù)在坐標紙上描點，如圖丙：⑧請在圖丙中繪出圖線______，并根據(jù)圖像求出當?shù)氐闹亓铀俣萭＝_______。（取9.87，結果保留三位有效數(shù)字）（2）下列關于本實驗的誤差中，屬于系統(tǒng)誤差的有_______。A．測量擺長引起的誤差B．描繪圖線引起的誤差C．擺線具有伸縮性引起的誤差D．利用手機測量周期引起的誤差【答案】①B②.1.14③.④.9.72⑤.CD##DC【解析】（1）①[1]擺線懸點應固定，擺線應選擇質量小、不易伸長的細絲線，擺球應選擇體積小、質量大的鐵球。故選B。②[2]擺球直徑為⑧[3][4]根據(jù)數(shù)據(jù)繪出圖線由得圖線斜率為得（2）[5]AB．測量擺長引起的誤差和描繪圖線引起的誤差是由于不穩(wěn)定隨機因素造成，屬于偶然誤差，AB錯誤；CD．擺線具有伸縮性和手機測量周期引起的誤差是由于儀器不完善、測量方法不準確等因素造成，屬于系統(tǒng)誤差，CD正確。故選CD。3.（2023·遼寧省教研聯(lián)盟一模）某物理興趣小組通過自由落體運動測量重力加速度。該小組利用“手機物理工坊”軟件中的聲學秒表功能記錄物體的運動時間。該小組在鐵架臺上固定一個鐵圈，充入空氣的氣球下方懸掛一個物體，放在鐵圈上，如圖甲所示。用針刺破氣球時發(fā)出爆破音，手機上的傳感器接收到聲音信號開始計時，物體同時做自由下落。物體落地后發(fā)出聲音，傳感器再次接收到信號停止計時，記錄了物體下落的時間t，如圖乙所示。（1）要想計算重力加速度，還需要測量的物理量是_____________；（2）重力加速度的表達式為_________（用測量的物理量表達）；（3）為減少實驗誤差，改變鐵圈的固定位置，多次測量。以為橫坐標，_________為縱坐標建立坐標系，圖線的斜率為重力加速度。【答案】①.物體下端距地面的高度②.③.【解析】（1）[1]根據(jù)可知要計算重力加速度，還需要測量物體下端距地面的高度；（2）[2]根據(jù)可得（3）[3]根據(jù)整理可得可知為減少實驗誤差，改變鐵圈的固定位置，多次測量。以為橫坐標，為縱坐標建立坐標系，圖線的斜率為重力加速度。4.（2023·廣東惠州三模）某學習小組嘗試探究彈簧所受彈力F與彈簧長度L的關系。（1）通過多次實驗，記錄實驗數(shù)據(jù)，描繪出如圖甲所示的F-L圖像。則彈簧原長=___________cm，彈簧的勁度系數(shù)k=___________N/m（計算結果保留三位有效數(shù)字）。（2）如圖乙所示，若將該彈簧左端固定在中間帶有小圓孔的豎直擋板上，彈簧右端連接細線，細線穿過圓孔，通過光滑的滑輪與鉤碼相連，豎直擋板固定在刻度尺0刻線處，已知每個鉤碼重為1.0N。當水平彈簧壓縮穩(wěn)定后，指針指示如圖乙所示。由此可推測所掛鉤碼的個數(shù)為___________個?！敬鸢浮竣?3.0②.200③.3【解析】（1）[1]當彈簧彈力為零，彈簧處于自然狀態(tài)，由圖可知，彈簧的原長為[2]由胡克定律可知（3）[3]由圖可知，該刻度尺的讀數(shù)為由胡克定律可知由題可知每個鉤碼重，由此可推測所掛鉤碼的個數(shù)為5.（2023·廣東汕頭一模）物理創(chuàng)新實驗研究小組用步進電機、圓盤、小物塊、手機等制作了圓周運動綜合探究平臺，探究圓周運動中向心力、向心加速度等各個物理量之間的關系：（1）手機內(nèi)部自帶加速度傳感器，可測量向心加速度大小與方向，規(guī)定、、三個方向的正方向如圖所示。某同學站在轉臺上將手水平伸直，以不同朝向拿著手機，如圖以自己身體為軸旋轉，某段時間內(nèi)測得y軸方向加速度—時間圖像如圖，、軸方向加速度為零，則她可以是______（填選項前的字母）A.將手機豎起，手機屏幕正對自己旋轉B.手機平放在手掌上，屏幕朝上，讓底邊對著自己旋轉C.手機平放在手掌上，屏幕朝上，讓側邊對著自己旋轉（2）為了測加速度傳感器在手機中位置，該同學如圖將手機沿徑向平放固定在圓盤上，底邊正對圓盤轉軸，讓步進電機帶動圓盤旋轉，手機的加速度、角速度等值可通過手機appphyphox讀取，由的圖像獲得斜率為k（使用國際單位），再用刻度尺測量手機底邊到轉軸的長度d，如圖，則______m。手機內(nèi)部加速度傳感器到手機底邊的長度為______（用題目所給的物理量表示）。（3）手機中有光照傳感器，用手電筒在圓盤固定位置打光，手機旋轉時記錄光照強度周期性變化如圖所示，則手機旋轉的周期為______s（保留2位小數(shù)）。測得手機的質量m，周期為T，手機視為質點，手機到轉軸的距離為r，可求得向心力______（用題目所給的物理量表述）?！敬鸢浮竣?B②.0.1016##0.1017##0.1018③.④.2.03⑤.【解析】（1）[1]根據(jù)圖像可知旋轉時有沿軸負方向的加速度，向心加速度指向圓周運動的圓心，可能是手機平放在手掌上，屏幕朝上，讓底邊對著自己旋轉。故選B。（2）[2]根據(jù)刻度尺的度數(shù)規(guī)則及圖像可知d=101.6mm=0.1016m[3]根據(jù)公式即旋轉半徑為k，手機內(nèi)部加速度傳感器到手機底邊的長度為k-d。（3）[4]在時間t=20.288006s的時間內(nèi)總共有10個閃光周期，即[5]根據(jù)題意得6.（2023·河北石家莊二模）某同學用如圖甲所示裝置做探究向心力大小與角速度大小關系的實驗。水平直桿隨豎直轉軸一起轉動，滑塊套在水平直桿上，用細線將滑塊與固定在豎直轉軸上的力傳感器連接，細繩處于水平伸直狀態(tài)，當滑塊隨水平直桿一起勻速轉動時，拉力的大小可以通過力傳感器測得，滑塊轉動的角速度可以通過角速度傳感器測得。（1）滑塊和角速度傳感器的總質量為20g，保持滑塊到豎直轉軸的距離不變，多次僅改變豎直轉軸轉動的快慢，測得多組力傳感器的示數(shù)F及角速度傳感器的示數(shù)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得到的圖像如圖乙所示，圖像沒有過坐標原點的原因是___________，滑塊到豎直轉軸的距離為___________m。（計算結果保留三位有效數(shù)字）（2）若去掉細線，仍保持滑塊到豎直轉軸的距離不變，則轉軸轉動的最大角速度為___________。【答案】①.水平桿不光滑②.0.257③.5【解析】（1）[1]若水平桿不光滑，則滑塊轉動過程中當角速度較小時只有靜摩擦力提供向心力，隨著角速度增大摩擦力逐漸增大，當摩擦力達到最大值時繼續(xù)增大轉速繩子開始出現(xiàn)拉力，則有則有圖像不過坐標原點。[2]由圖像可知斜率為：解得（2）[3]由圖像可知，當時，，則轉軸轉動的最大角速度為解得7.（2023·遼寧丹東二模）某實驗小組做“測量滑塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)”實驗時，實驗裝置如圖甲所示。在水平桌面上固定放置一端有定滑輪長木板，靠近定滑輪的B處有一個光電門。在A處有一上端帶遮光條的滑塊，A、B之間的距離保持不變。不計滑輪質量及其與繩子之間的摩擦。（1）實驗過程中用游標卡尺測量遮光條的寬度d，游標卡尺讀數(shù)如圖乙所示，讀出遮光條的寬度為___________。（2）實驗時，將滑塊從A處靜止釋放，若光電門顯示遮光時間為，此時力傳感器示數(shù)為，從而可以得到一組、數(shù)據(jù)，多次改變所掛重物的質量進行實驗，可得到多組數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，作出的關系圖像如圖丙所示，則滑塊與遮光條的總質量為___________，滑塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)為___________（用L、a、b、d和g表示）?！敬鸢浮竣?2.25②.③.【解析】（1）[1]遮光條的寬度為：（2）[2]光電門顯示遮光時間為，則滑塊到B處的速度為滑塊從A點運動到B點，由運動學公式得滑塊從A點運動到B點，由牛頓第二定律得解得由圖丙可知圖像的斜率為則解得滑塊與遮光條的總質量為[3]由圖丙可知圖像與縱軸的交點為b，則解得滑塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)為8.（2023·福建南平三模）某學習小組利用如圖甲實驗裝置探究小車的加速度與力的關系。（1）要用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力，則應先平衡摩擦力，同時使鉤碼的質量________（選填“遠小于”、“等于”或“遠大于”）小車的質量；（2）保持小車質量不變，改變鉤碼（質量均為m）的個數(shù)n，測出小車對應的加速度a；（3）作出圖線如圖乙所示，則說明在小車質量一定時，加速度與合力成正比：（4）若該圖線斜率為k，當?shù)刂亓铀俣葹間，則小車的質量________，測量值________（選填“大于”“等于”或“小于”）真實值【答案】①.遠小于②.③.大于【解析】（1）[1]根據(jù)牛頓第二定律，對鉤碼和小車整體對小車整理得要用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力，則使鉤碼的質量遠小于小車的質量；（2）[2]用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力，根據(jù)牛頓第二定律整理得結合圖像可得[3]實際上，鉤碼本身也有加速度，則整理得結合圖像可得小車的質量真實值即測量值大于真實值。9.（2023·遼寧大連二模）某同學利用手機“聲音圖像”軟件測量物塊與長木板間的動摩擦因數(shù)。實驗裝置如圖甲所示，長木板固定在水平桌面上，物塊置于長木板上且兩端分別通過跨過定滑輪的細線與小球A、B相連，實驗前分別測量出小球A、B底部到地面的高度、（）。打開手機軟件，燒斷一側細繩，記錄下小球與地面兩次碰撞聲的時間圖像。（兩小球落地后均不反彈）（1）燒斷細線前，用分度值為1cm的刻度尺測量，刻度尺的0刻度線與地面齊平，小球A的位置如圖乙所示，則___________cm；（2）實驗時燒斷物塊左側的細繩，若算得A下落時間為，由圖丙可知，物塊加速運動的時間為___________；若將手機放在靠近小球A的地面上測量物塊加速運動的時間，測量結果會___________；（選填“偏大”、“偏小”或“不變”）（3）僅改變小球B實驗前離地高度，測量不同高度下物塊加速運動時間，作出圖像如圖丁所示，由圖像可求得斜率為，若小球B的質量為，物塊質量為，重力加速度大小為，則物塊與木板間的動摩擦因數(shù)___________。（用字母表示）【答案】①.##78.4##78.6②.③.偏大④.【解析】（1）[1]測量時間是通過小球落地計算，小球的底端先落地，所以應測量到小球底端距離，而不是小球的球心。那么圖乙刻度尺讀數(shù)為（2）[2]由圖丙可知，A、B兩球落地時間差為，A球先下落，時間短，則B球下落時間為即物塊加速運動的時間為。[3]若將手機放在靠近小球A的地面上測量物塊加速運動的時間，測量時間為A、B落地時間差和B落地后聲音傳過來時間之和，故測量結果偏大。（3）物塊和小球B一起做勻加速直線運動，由勻變速直線運動位移時間關系有由牛頓第二定律有整理可得結合圖像可得解得10.（2023·遼寧