力學(xué)實驗及創(chuàng)新【講解】【解析版】-2023年高考物理二輪復(fù)習(xí)（新教材新高考）

第七部分實驗

專題18力學(xué)實驗及創(chuàng)新【講】

目錄

講高考真題一一感悟核心素養(yǎng)....................................................................1

【考情研判】...................................................................................1

【考題分析】...................................................................................1

【題后總結(jié)】...................................................................................7

講核心問題——提煉主干必備知識...............................................................10

核心問題一紙帶類實驗問題....................................................................10

核心問題二彈簧、橡皮條類實驗問題...........................................................14

核心問題三力學(xué)創(chuàng)新拓展實驗問題...........................................................17

一.講高考真題---感悟核心素養(yǎng)

【考情研判】

本專題主要復(fù)習(xí)力學(xué)實驗的基本原理和方法，并借助基本實

解決問題

驗分析拓展創(chuàng)新實驗。

專題

主要考查長度的測量和讀數(shù)；對力的研究；“紙帶類”實驗；

復(fù)習(xí)高考重點

驗證動量守恒定律；力學(xué)拓展創(chuàng)新實驗。

定位

通常作為第一個實驗題，考查實驗的基本原理和方法，難度

題型難度

一般較小。

【考題分析】

【例1】（2022年高考全國甲卷第9題）為測量小銅塊與瓷磚表面間的動摩擦因數(shù)，一同學(xué)將貼有標(biāo)尺的瓷磚

的一端放在水平桌面上，形成一傾角為。的斜面（已知sin?=0.34,COSa=0.94）,小銅塊可在斜面上加速下滑，

如圖所示。該同學(xué)用手機(jī)拍攝小銅塊的下滑過程，然后解析視頻記錄的圖像，獲得5個連續(xù)相等時間間隔（每

個時間間隔A7H）?20s）內(nèi)小銅塊沿斜面下滑的距離Si（i=l,2,3,4,5）,如下表所示。

5.87cm7.58cm9.31cm11.02cm12.74cm

由表中數(shù)據(jù)可得，小銅塊沿斜面下滑的加速度大小為m?2,小銅塊與瓷磚表面間的動摩擦因數(shù)為

―o（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字，重力加速度大小取9?8Om∕s2）

【答案】（1）.0.43⑵.0.32

【解析】［11根據(jù)逐差法有

一（S5+S4Hs2+sJ

_（2ΔT）2

代入數(shù)據(jù)可得小銅塊沿斜面下滑的加速度大小

a≈0.43m∕s2

⑵對小銅塊受力分析根據(jù)牛頓第二定律有

mgsina—Nrngcosa=ma

代入數(shù)據(jù)解得

μ≈0.32

【例2】（2022年高考全國乙卷物理第9題）某同學(xué)利用圖（a）所示裝置研究平拋運(yùn)動的規(guī)律。實驗時該同學(xué)

使用頻閃儀和照相機(jī)對做平拋運(yùn)動的小球進(jìn)行拍攝，頻閃儀每隔0.05s發(fā)出一次閃光，某次拍攝后得到的照片

如圖（b）所示（圖中未包括小球剛離開軌道的影像）。圖中的背景是放在豎直平面內(nèi)的帶有方格的紙板，紙板

與小球軌跡所在平面平行，其上每個方格的邊長為5cm。該同學(xué)在實驗中測得的小球影像的高度差己經(jīng)在圖（b）

中標(biāo)出。

圖(b)

完成下列填空：（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）

（1）小球運(yùn)動到圖（b）中位置A時，其速度的水平分量大小為m/s,豎直分量大小為

m/s；

2

（2）根據(jù)圖（b）中數(shù)據(jù)可得，當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊拇笮閙∕so

【答案】（1）.1.0（2）.2.0（3）.9.7

【解析】（1）口］因小球水平方向做勻速直線運(yùn)動，因此速度為

⑵豎直方向做自由落體運(yùn)動，因此A點的豎直速度可由平均速度等于時間中點的瞬時速度求得

（2）［3］由豎直方向的自由落體運(yùn)動可得

%+%一%一

仃2

代入數(shù)據(jù)可得

g=9.7m/s?

【例3】（新高考全國卷Il-浙江?第17題）在“驗證機(jī)械能守恒定律”實驗中，小王用如圖1所示的裝置，

讓重物從靜止開始下落，打出一條清晰的紙帶，其中的一部分如圖2所示。。點是打下的第一個點，A、&C

和。為另外4個連續(xù)打下的點。

打點

計時器

央子

重物

木IIlIIlIlP麗甲11|皿FIjllwl申IIlliillIiIIIIIliFIlwIlFIllIIIIMIIIiIlPI叩IlFllIIllPIIlIIIllFIlMIIIlIlIIlFllIIllFiIIIlIlFIIIIIIIFIIIIMlIIlIllIll

0Icm2319202122232425262728293031323334

①為了減小實驗誤差，對體積和形狀相同的重物，實驗時選擇密度大的理由是。

②已知交流電頻率為5（）Hz,重物質(zhì)量為200g,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.80m∕s2,則從。點到C點，重物的重

力勢能變化量的絕對值∣AEp∣=J、C點的動能EkC=J（計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）。

比較EkC與|5|的大小，出現(xiàn)這一結(jié)果的原因可能是。

A.工作電壓偏高B.存在空氣阻力和摩擦力C.接通電源前釋放了紙帶

【答案】⑴.阻力與重力之比更?。ɑ蚱渌侠斫忉專?）.0.547（3）.0.588⑷.C

【解析】①⑴在驗證機(jī)械能守恒實驗時阻力越小越好，因此密度大的阻力與重力之比更小

②[2]由圖中可知OC之間的距離為光℃=27?90cm,因此機(jī)械能的減少量為

∣ΔEpI=mgxoc=0.2X9.8X0.2790J=0.547J

[3]勻變速運(yùn)動時間中點的速度等于這段時間的平均速度，因此

XBD0.330-0.233

%m/s=2.425m∕s

2T2x0.02

因此動能的增加量為

1,I

E=-mv2=-×0.2×2.425X2.425J=0.588J

krc22

[4]工作電壓偏高不會影響實驗的誤差，存在摩擦力會使重力勢能的減少量大于動能的增加量，只有提前釋放了

紙帶，紙帶的初速度不為零，下落到同一位置的速度偏大才會導(dǎo)致動能的增加量大于重力勢能的減少量。

【例4】（新高考全國卷Il?河北?第12題）某同學(xué)利用圖1中的實驗裝置探究機(jī)械能變化量與力做功的關(guān)系,

所用器材有：一端帶滑輪的長木板、輕細(xì)繩、50g的鉤碼若干、光電門2個、數(shù)字計時器、帶遮光條的滑塊（質(zhì)

量為200g,其上可放鉤碼）、刻度尺，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.80m∕s2,實驗操作步驟如下:

遮光條光電門1光電門2

圖1

①安裝器材，調(diào)整兩個光電門距離為50.00cm,輕細(xì)繩下端懸掛4個鉤碼，如圖1所示；

②接通電源，釋放滑塊，分別記錄遮光條通過兩個光電門的時間，并計算出滑塊通過兩個光電門的速度：

③保持最下端懸掛4個鉤碼不變，在滑塊上依次增加一個鉤碼，記錄滑塊上所載鉤碼的質(zhì)量，重復(fù)上述步驟；

④完成5次測量后，計算出每次實驗中滑塊及所載鉤碼的總質(zhì)量M、系統(tǒng)（包含滑塊、滑塊所載鉤碼和輕細(xì)繩

懸掛鉤碼）總動能的增加量?瓦及系統(tǒng)總機(jī)械能的減少量△￡,結(jié)果如下表所示:

M∕kg0.2000.25003000.3500.400

ΔEk∕J0.5820.4900.3920.2940.195

ΔE∕J0.3930.4900.6860.785

回答下列問題:

（I）實驗中輕細(xì)繩所懸掛鉤碼重力勢能的減少量為.J（保留三位有效數(shù)字）;

（2）步驟④中的數(shù)據(jù)所缺數(shù)據(jù)為.

（3）若"為橫軸，AE為縱軸，選擇合適的標(biāo)度，在圖2中繪出圖像

.?f∕j

MZkg

圖2

若系統(tǒng)總機(jī)械能的減少量等于克服摩擦力做功，則物塊與木板之間的摩擦因數(shù)為.（保留兩位有效數(shù)字）

AEJJ

0.800

0.700

⑴.0.980(2).0.588(3).°6°°

【答案】(4).0.40(0.38-0.42)

0.500

0.41

().3()()∣_

0.2000.3000.400

【【解析】（I）U］四個鉤碼重力勢能減少量為

ΔEp=AmgL=4X0.05X9.8X0.5J=0.980J

（2）［2］對滑塊和鉤碼構(gòu)成的系統(tǒng)，由能量守恒定律可知

2

AmgL-Wi=-(4m+M)v；-—(4∕w+Λ∕)vl

其中系統(tǒng)減少的重力勢能為

△Ep=AmgL

系統(tǒng)增加的動能為

1,19

ΔEk--(4m+M)vj--(4m+Λ∕)vl^"

系統(tǒng)減少的機(jī)械能為AE=Wf,則代入數(shù)據(jù)可得表格中減少的機(jī)械能為

△&=0.98-0.392=0.588J

（3）[3]根據(jù)表格數(shù)據(jù)描點得△￡—M的圖像為

[4]根據(jù)做功關(guān)系可知

ΔE=μMgL

則AE—M圖像的斜率為

普絲^=196

0.4-0.2

解得動摩擦因數(shù)為

//=0.40(0.38-0.42)

【例5】（新高考全國卷Il?廣東?第11題）某興趣小組測量一緩沖裝置中彈簧的勁度系數(shù)，緩沖裝置如圖所

示，固定在斜面上的透明有機(jī)玻璃管與水平面夾角為30。，彈簧固定在有機(jī)玻璃管底端。實驗過程如下：先沿

管軸線方向固定一毫米刻度尺，再將單個質(zhì)量為20Og的鋼球（直徑略小于玻璃管內(nèi)徑）逐個從管口滑進(jìn)，每滑

進(jìn)一個鋼球，待彈簧靜止，記錄管內(nèi)鋼球的個數(shù)〃和彈簧上端對應(yīng)的刻度尺示數(shù)4，數(shù)據(jù)如表所示。實驗過程

中彈簧始終處于彈性限度內(nèi)。采用逐差法計算彈簧壓縮量，進(jìn)而計算其勁度系數(shù)。

n123456

Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09

(1)利用M=ZI+3-4(i=1,2,3)計算彈簧的壓縮量：ΔL,=6.03cm,ΔI2=6.08cm,ΔL,cm,

rr-Λ?sj≡3AA-rrLA,?TVΔL∣+AL,+ΔL3

壓縮量的平均值ΔI=―!——7---------=cm；

(2)上述ZZ是管中增加個鋼球時產(chǎn)生的彈簧平均壓縮量；

(3)忽略摩擦，重力加速度g取9.8()m∕s2,該彈簧的勁度系數(shù)為N/m。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)

【答案】⑴.6.04(2).6.05(3).3(4).48.6

【解析】(1)II］根據(jù)壓縮量的變化量為

ΔL,=L6-Li=(18.09-12.05)cm=6.04cm

⑵壓縮量的平均值為

—ΔL+ΔL,+ΔΛ6.03+6.08+6.04…

?L=——!----------------=-----------------------cm≈6.05cm

33

(2)［3］因三個ΔL是相差3個鋼球的壓縮量之差,則所求平均值為管中增加3個鋼球時產(chǎn)生的彈簧平均壓縮量;

(3)［4］根據(jù)鋼球的平衡條件有

3mgSine=AL

解得

,3∕?IgSine3×0.2×9.8×sin30o,.,

k=-=——=------------------7-------Nx/τm≈48o.6xNxτ∕m

ΔL6.05×W2

【題后總結(jié)】

一、誤差和有效數(shù)字

⑴誤差

產(chǎn)生原因大小特點減小方法

實驗儀器不精確、實驗原理更新儀器，完善實驗原

系統(tǒng)誤差總是偏大或偏小

不完善、實驗方法粗略理

偶然誤差測量、讀數(shù)不準(zhǔn)確忽大忽小畫圖象或取平均值

(2)絕對誤差=|測量值一真實值

絕對誤差

相對誤差=’半薪IX100%O

⑶誤差不可避免，但可以減小誤差。

(4)有效數(shù)字：從數(shù)字左邊第一個不為零的數(shù)字算起，如0.0206為三位有效數(shù)字。

二、基本儀器的使用

物理量測量儀器讀數(shù)方法及注意事項

長度刻度尺分度值一般為1mm(此時叫毫米刻度尺)。毫米刻度尺可精

確到毫米位、估讀到十分之一毫米位(能讀取十分之幾毫

米)。讀數(shù)若以mm為單位，則小數(shù)點后有1位有效數(shù)字，

讀數(shù)時估讀的“0”不能舍去

d=主尺讀數(shù)(mm)+精度X游標(biāo)尺上對齊刻線數(shù)值(mm),

不估讀IO分度游標(biāo)尺，精度0.1mm

游標(biāo)卡尺

20分度游標(biāo)尺,精度0.05mm

長度

50分度游標(biāo)尺，精度0.02mm

測量值=固定刻度+可動刻度(估讀)X0.01mmo注意要估

螺旋測微器

讀至IJ0.001mm

打點計時器/=50Hz時，相鄰點跡的時間間隔為0.02s

光電計時器光電計時器能自動記錄擋光時間，顯示在讀數(shù)窗口

時間

電子停表的準(zhǔn)確值可以達(dá)到0.01s,機(jī)械停表的準(zhǔn)確值為

停表

0.1s

質(zhì)量天平測量讀數(shù)由右盤中祛碼和游標(biāo)共同讀出

先看彈簧測力計的分度值，若精度的末位是1,需要估讀到

力彈簧測力計精度的下一位，若精度的末位不是1，如0.2或0.5,只需

估讀到精度這一位

三、實驗要點

實驗名稱裝置圖?？家c

(1)數(shù)據(jù)處理方法

打點①公式法：Vt=V,

紙帶接期計.器2

探究小車速度隨

Xχ=a7i

時間變化的規(guī)律

②圖象法：。一￡圖象

(2)摩擦力：無需平衡(木板平放或斜

放均可)

①考讀數(shù)：彈簧測力計示數(shù)

探究求合

②考操作：兩次拉橡皮條時需將結(jié)點

力的方法

O拉到同一位置(等效替代法)

③求合力：根據(jù)分力Q、F2的大小與

方向用作圖法求合力

②控制變量法的應(yīng)用

細(xì)繩小車打點計時器

IJi

探究加速度與力、③圖象的處理以及實驗的注意事項

物這片二

紙帶

質(zhì)量的關(guān)系一端有J④判成因：給定a—F圖象，判斷其

的定長滑木輪板口7、人賞臆哈'心

可能成因

①考操作：斜槽末端的切線必須水

平，每次小球應(yīng)從斜槽上的同一位置

5O

QNIK,K,BXt

≡sWTP由靜止開始滾下

研究平拋運(yùn)動N4

②留跡法的應(yīng)用

③考原理：平拋運(yùn)動的規(guī)律，處理數(shù)

據(jù)求初速度

①考裝置：平衡摩擦力的方法、判斷

標(biāo)準(zhǔn)

打點計時器

研究做功與物體②求速度：小車獲得的速度就是紙帶

速度變化的關(guān)系上點距均勻的部分對應(yīng)速度

③考圖象：作W-v或W—v2圖象，

得出結(jié)論

r點

計時器①考運(yùn)算：下落速度的計算：減少的

V一紙帶

M

驗證機(jī)械能守恒T重力勢能與增加的動能的計算

定律②考圖象：根據(jù)苧-h或等一Ah圖

[JIi物

」象的斜率判斷機(jī)械能是否守恒

①考裝置：斜槽末端切線應(yīng)調(diào)整水

平；a球質(zhì)量大于b球

b②考原理：小球落地點的判定及精準(zhǔn)

探究碰撞中的不〃〃〃〃〃〃〃,,代'、

T\\\定位：必要的物理量的測量；碰撞前

變量卜?\\

OABC后需驗證的表達(dá)式

③考拓展：驗證動量守恒定律其他實

驗裝置、方法及關(guān)系式

四'實驗數(shù)據(jù)的處理方法

方法優(yōu)點

平均值法可減小偶然誤差，但對系統(tǒng)誤差無效

數(shù)據(jù)列表可以簡單而又明確地展示各物理量之間的關(guān)系，有助于找出物理量之

列表法

間的規(guī)律與聯(lián)系

直觀、簡便，有取平均的效果。由圖線的斜率、截距、所圍面積等可以確定物

作圖法

理量之間的變化關(guān)系，找出規(guī)律，還可剔除錯誤數(shù)據(jù)

二.講核心問題…提煉主干必備知識

核心問題一紙帶類實驗問題

1.紙帶的三大應(yīng)用

(1)利用逐差法求解平均加速度(如圖)

Fl23456

Xlx2X3X4xsX6

X4~X∣X5~X2X6~X30+02+43

ci1??o，。237"^，。337^*-?C

(2)利用平均速度求瞬時速度：為+I=T口。

(3)利用速度一時間圖象求加速度。

2.光電門的應(yīng)用

(1)求瞬時速度：把遮光條(寬度為①通過光電門的時間。內(nèi)的平均速度看作遮光條經(jīng)過光電門的瞬時速度，即

d

"=Z?

(2)求加速度：若兩個光電門之間的距離為3則利用速度與位移的關(guān)系可求加速度，即“=笑產(chǎn)。

【例1】(2022?浙江溫州市3月適應(yīng)性測試)趙同學(xué)用如圖甲所示的裝置做“探究加速度與力的關(guān)系”實驗。正

確補(bǔ)償阻力后，掛上裝有砂的砂桶，得到如圖乙所示的紙帶，已知打點計時器所使用的交流電頻率為50Hz,

則小車的加速度為m∕s2(保留2位有效數(shù)字),由此可判斷砂桶質(zhì)量_______(選填“滿足”或“不滿足”)

本實驗要求。

Γ-ABCDEl

(?t?t???cm∣)

i.5d∣~

:332T

:5.46"

h7^3

乙

錢同學(xué)仍用圖甲裝置做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗。重新調(diào)整實驗裝置后，獲取了一條新的紙帶，

利用實驗數(shù)據(jù)繪制成如圖所示的。一，圖象，發(fā)現(xiàn)其圖線末端發(fā)生了彎曲，以下四個操作中，你認(rèn)為最可能是

A.實驗前沒有補(bǔ)償阻力

B.實驗前補(bǔ)償阻力時板墊起得太高

C.砂桶質(zhì)量不滿足實驗要求

D.沒有調(diào)節(jié)好定滑輪的高度

【答案】2.0不滿足D

【解析】由于交流電頻率為50Hz,且每相鄰兩個計數(shù)點之間還有一個計時點，則相鄰兩計數(shù)點之間的時間

(793_332_332)X10~~

間隔為T=0.02sX2=0.04s,由逐差法可得，小車的加速度為〃=--=—dvn∩d2--------------m∕s2=2.0m∕s2;

q?v.?7τ?

本實驗中要使小車受到的合力等于砂和砂桶的重力，需要滿足砂和砂桶總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，根據(jù)牛頓第二

定律可得r="ig=Mα,解得α=會，由于〃7?M,則加速度較小，而實驗中小車加速度較大，故可判斷砂桶質(zhì)

量不滿足本實驗要求；由圖所示。一，圖線可知，圖線末端斜率變小，則加速度變小，可知是小車所受合力減小。

A、B、C選項所述情況中小車合力均保持不變，當(dāng)滑輪高度調(diào)節(jié)中沒有使細(xì)繩與木板平行時，若滑輪過低，隨

著小車靠近滑輪，細(xì)繩拉力水平分力減小，同時豎直向下的分力增大，導(dǎo)致支持力增大，進(jìn)而摩擦力增大，合

力減小，故最可能是沒有調(diào)節(jié)好定滑輪的高度，故選項D正確。

【實驗的技巧】

（1）要根據(jù)實驗原理來判斷是否需要平衡摩擦力，知道正確平衡摩擦力的方法。

（2）要清楚鉤碼（或砂桶）與小車之間的質(zhì)量關(guān)系，并且要清楚在儀器創(chuàng)新或?qū)嶒炘韯?chuàng)新的情形下，該條件是否

需要調(diào)整。

（3）要知道實驗數(shù)據(jù)、圖象的處理方法和運(yùn)用數(shù)學(xué)知識解題的技巧。

【變式訓(xùn)練1]（2022?北京市東城區(qū)高三期末）在用打點計時器研究小車速度隨時間變化規(guī)律的實驗中，得到的

一條紙帶如圖所示.A、B、C、D、E、F、G為計數(shù)點（相鄰兩計數(shù)點間均有四個點未畫出），相鄰兩計數(shù)點間的

時間間隔為T=O.10s,Jti=1.20cm,及=1.60Cm,??=1.98cm,xj=2.38Cm,J?=2.79Cm,Λ?=3.18Cm.

（1）根據(jù)上述數(shù)據(jù)，可求出打8點時小車的速度是m∕s,小車的加速度是m∕s2.（結(jié)果保留兩位有效

數(shù)字）

（2）某同學(xué)用如下辦法繪制了小車運(yùn)動的v-t圖象：先把紙帶從各計數(shù)點處剪斷，得到六段紙條，長度分別為

XI、及、口、山、七、枇；再把這些紙條并排貼在一張紙上，將這些紙條的下端對齊，作為時間軸，標(biāo)出時間；

最后根據(jù)紙條上端中心位置作一條直線，于是得到v—f圖象（如圖所示）.

υ∕(cm?s^,)

①八處應(yīng)標(biāo)為S；V1處應(yīng)標(biāo)為（此空用物理量字母表示）.

②利用紙條長度表示瞬時速度所依據(jù)的原理是：

【答案】（1）0.140.40（2）φ0.1γ

②勻變速直線運(yùn)動中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度（言之有理即可）

l160

【解析】（1）打點計時器打下B點時的速度等于4C段的平均速度，即狽=等，則pg=?^=-?-×10

2Xi2

^m∕s=0.14m/s;由逐差法得a=（+"；媼"+'+'）,代入數(shù)據(jù)解得6r=o.4Om∕s.

（2）①由題意可知，每段紙條對應(yīng)小車的運(yùn)動時間為0.1s,則題圖中的人時刻應(yīng)為0.1s;題圖中的S=平，即為

小車0?力時間內(nèi)的平均速度.

②利用紙條長度表示瞬時速度所依據(jù)的原理是勻變速直線運(yùn)動規(guī)律，即勻變速直線運(yùn)動中間時刻的瞬時速度等

于這段時間內(nèi)的平均速度.

【變式訓(xùn)練2】（2022?浙江6月選考）在“驗證機(jī)械能守恒定律”實驗中，小王用如圖甲所示的裝置，讓重物

從靜止開始下落，打出一條清晰的紙帶，其中的一部分如圖乙所示。。點是打下的第一個點，A、8、C和。為

另外4個連續(xù)打下的點。

甲

.B.CD

⑴為了減小實驗誤差，對體積和形狀相同的重物，實驗時選擇密度大的重物的理由是

（2）已知交流電頻率為50Hz,重物質(zhì)量為200g,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.80m∕s2,則從。點到C點，重物的重力

勢能變化量的絕對值IAEpI=J、C點的動能EkC=J（計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）。

（3）比較EkC與IAEPl的大小，出現(xiàn)這一結(jié)果的原因可能是。

A.工作電壓偏高B.存在空氣阻力和摩擦力

C.接通電源前釋放了紙帶

【答案】（1）阻力與重力之比更小（或其他合理解釋）

（2）0.547（0.542?0.550都對）0.588（0.570-0.590都對）（3）C

【解析】（1）在驗證機(jī)械能守恒實驗時阻力越小越好，因此密度大的重物，阻力與重力之比更小。

（2）由圖中可知OC之間的距離為XoC=27.90cm,因此重力勢能變化量的絕對值為IAEPI=Egxoc=0?2×9.8×0.279

OJ=0.547J；勻變速直線運(yùn)動的時間中點的速度等于這段時間的平均速度，則￠=霽」WW產(chǎn)（）向$

=2.425m∕s,因此C點的動能為EkC=%n?=gx0.2X2.425?J=0.588J。

（3）工作電壓偏高不會影響實驗的誤差，存在摩擦力會使重力勢能的減少量大于動能的增加量，只有提前釋放了

紙帶，紙帶的初速度不為零，下落到同一位置的速度偏大才會導(dǎo)致動能的增加量大于重力勢能的減少量。

【變式訓(xùn)練31[2022?吉林長春市質(zhì)量監(jiān)測（二）]某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置測量彈簧彈力做功，在水平桌面

上固定好彈簧和光電門，將光電門與數(shù)字計時器（圖中未畫出）連接。

實驗過程如下：

(1)用游標(biāo)卡尺測出固定于滑塊上的遮光條的寬度為出

(2)用滑塊把彈簧壓縮到遮光條距離光電門為X0位置，并由靜止釋放，數(shù)字計時器記下遮光條通過光電門所用的

時間“則此時滑塊的速度P=(用題中所給符號表示)；

(3)多次改變滑塊的質(zhì)量〃3重復(fù)(2)的操作，得到多組機(jī)與。的值。根據(jù)這些數(shù)值作出的人一5圖象，如圖乙。

根據(jù)圖象，可求出滑塊每次運(yùn)動XO的過程中彈簧對其所做的功為；還可求出滑塊與桌面之間的動摩擦

因數(shù)為(用題中所給符號表示，重力加速度為g)。

【答案】(2)f(3??

【解析】(2)遮光條通過光電門的平均速度近似等于滑塊通過光電門的瞬時速度，即V=(

(3)在滑塊運(yùn)動Xo過程中，應(yīng)用動能定理

1?

W0-μmgxo=2mv~

根據(jù)或一,圖象，構(gòu)建函數(shù)p2=2W也2〃gxo

則圖象的斜率S=2%,所以%=右

則圖象與縱軸的截距一4=-24gxo,則〃=端7。

核心問題二彈簧、橡皮條類實驗問題

1.模型介紹

力學(xué)實驗中用到彈簧或橡皮條的實驗有探究求合力的方法、探究做功與小車速度變化的關(guān)系。

2.探究求合力的方法

(1)實驗原理

使一個力的作用效果跟兩個力的共同作用效果相同。

(2)操作關(guān)鍵

①每次拉伸時結(jié)點位置。必須保持不變；

②記下每次各力的大小和方向；

③畫力的圖示時應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)度。

【例2】(2022?浙江麗水、湖州、衢州4月質(zhì)檢)(1)圖中，“探究求合力的方法”“研究平拋運(yùn)動”兩實驗均需

使用的器材是（填寫器材名稱）。

（2）在“探究求合力的方法”實驗中，通過對拉的方法來選擇兩個彈簧測力計，方案一：兩彈簧測力計豎直懸掛

在鐵架臺上對拉（圖甲），方案二：兩彈簧測力計置于水平桌面對拉（如圖乙），下列說法正確的是（多選）。

A.彈簧測力計使用前必須進(jìn)行調(diào)零

B.實驗時，兩個彈簧測力計的量程需一致

C.若方案一的兩彈簧測力計讀數(shù)相等，則可正常使用

D.若方案二的兩彈簧測力計讀數(shù)相等，則可正常使用

3.10N

A

*

C

?4.80N

B

2.1()N

丙

（3）在“探究求合力的方法”的實驗中，某實驗小組使用的彈簧測力計量程為5.00N,將橡皮條一端固定，先用

兩只彈簧測力計將橡皮條另一端拉到某一位置，標(biāo)記為。點，緊靠細(xì)繩標(biāo)記A、8兩點，并記錄彈簧測力計讀

數(shù)：然后用一只彈簧測力計將其拉至。點，標(biāo)記緊靠細(xì)繩的C點，并記錄彈簧測力計讀數(shù)，該小組完成的部分

實驗數(shù)據(jù)記錄在圖丙中。

①按實驗要求完成作圖；

②結(jié)合圖丙，分析實驗過程與結(jié)果，下列措施對減小實驗誤差有益的是（多選）。

A.適當(dāng)增加橡皮筋的原長

B.適當(dāng)增大兩細(xì)繩的夾角

C.增大A、B兩點到。點的距離

D.增大彈簧測力計的拉力

【答案】⑴刻度尺（2）AD（3）①見解析②BC

【解析】（1）“探究求合力的方法”中，需要使用刻度尺作力的圖示，“研究平拋運(yùn)動”的實驗中，需要使用

刻度尺測量物體的位移，即兩個實驗中都要使用刻度尺。

（2）彈簧測力計在使用前必須進(jìn)行調(diào)零，實驗中使用的兩個彈簧測力計，其量程可以不同；方案一中豎直懸掛時，

上面的彈簧測力計由于自身重力作用而彈力偏大，下面的彈簧測力計由于自身重力作用而彈力偏小，若兩彈簧

測力計讀數(shù)相等，則不能使用，若方案二的兩彈簧測力計讀數(shù)相等，則可正常使用，故選A、Do

⑶①作圖如下：

1.()0N

②增加橡皮筋的原長對實驗沒有影響；圖中兩分力的夾角較小，根據(jù)平行四邊形的特點，適當(dāng)增大兩細(xì)繩的夾

角，可以使作圖更精確，從而減小實驗誤差；繩子的作用是顯示出力的方向，增大A、B兩點到。點的距離，

可以提高分力方向的精確度，從而減小實驗誤差；彈簧測力計的量程為5.00N,圖中合力已經(jīng)達(dá)到了4.80N,

所以不能再增大彈簧測力計的拉力，故選B、Co

【變式訓(xùn)練1]（2022?廣西梧州市3月聯(lián)考）某同學(xué)在“探究二力合成規(guī)律”的實驗中，將一木板豎直平行放

在鐵架臺和輕彈簧所在平面的后面，組裝成如圖甲所示的裝置，其部分實驗操作或分析如下，請完成下列相關(guān)

內(nèi)容：

IIE

O

2-二1鄉(xiāng)

（單位:N）

甲乙

（1）在圖甲中的木板上記下懸掛兩個鉤碼時彈簧末端的位置O；

（2）卸下鉤碼，然后將兩細(xì)繩套系在彈簧下端，用兩彈簧測力計按如圖乙所示，將輕彈簧末端拉到同一位置0,

記錄細(xì)繩套AO、BO的及兩彈簧測力計相應(yīng)的讀數(shù)。其中右側(cè)彈簧測力計的讀數(shù)為No

（3）本實驗采用的科學(xué)方法是。

A.邏輯推理法B.等效替代法

C.控制變量法D.建立物理模型法

【答案】（2）方向11.40（3）B

【解析】（2）根據(jù)驗證平行四邊形定則的實驗原理要記錄細(xì)繩套AO、80的方向和拉力大?。挥覀?cè)彈簧測力計

分度值為0.1N,估讀一位，讀數(shù)為11.40N。

（3）若把兩細(xì)繩套對彈簧的拉力定義為分力，則與兩分力可等效的合力是指鉤碼對彈簧下端的拉力，即本實驗采

用的科學(xué)方法是等效替代法。

【針對訓(xùn)練2】（2022?廣東省普通高中學(xué)業(yè)水平選擇性考試,11）某興趣小組測量一緩沖裝置中彈簧的勁度系數(shù)。

緩沖裝置如圖所示，固定在斜面上的透明有機(jī)玻璃管與水平面夾角為30。，彈簧固定在有機(jī)玻璃管底端。實驗

過程如下：先沿管軸線方向固定一毫米刻度尺，再將單個質(zhì)量為200g的鋼球（直徑略小于玻璃管內(nèi)徑）逐個從

管口滑進(jìn)，每滑進(jìn)一個鋼球，待彈簧靜止，記錄管內(nèi)鋼球的個數(shù)〃和彈簧上端對應(yīng)的刻度尺示數(shù)卻,數(shù)據(jù)如表

1所示。實驗過程中彈簧始終處于彈性限度內(nèi)。采用逐差法計算彈簧壓縮量，進(jìn)而計算其勁度系數(shù)。

有機(jī)玻璃管

7777777777777777777777777777777777)

(1)利用AZ√=Li+3-^z√(i=l,2,3)計算彈簧的壓縮量：AL∣=6.03cm,ΔZ,2=6.08cm,ΔL3=cm,壓縮

(2)上述XL是管中增加個鋼球時產(chǎn)生的彈簧平均壓縮量；

(3)忽略摩擦，重力加速度g取9?80m∕s2,該彈簧的勁度系數(shù)為N∕m(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

【答案】(1)6.046.05(2)3(3)48.6

【解析】(1)Δ?3=L6-L3=18.09cm—12.05cm=6.04cm,壓縮量的平均值

ΔZ,I+?Z,2∏~ΔZ<3

△L=?=6.05CmO

(2)根據(jù)(1)問可知，為增加3個鋼球時產(chǎn)生的平均壓縮量。

(3)根據(jù)胡克定律的推論可知，3/ngsinθ=k?L,代入數(shù)值解得A=48.6N/m。

核心問題三力學(xué)創(chuàng)新拓展實驗問題

L創(chuàng)新型實驗的特點

(1)以基本的力學(xué)模型為載體，依托運(yùn)動學(xué)規(guī)律和力學(xué)定律設(shè)計實驗。

(2)將實驗的基本方法——控制變量法，處理數(shù)據(jù)的基本方法——圖象法、逐差法，融入到實驗的

綜合分析之中。

2.創(chuàng)新型實驗的處理

(1)根據(jù)題目情景，抽象出相應(yīng)的力學(xué)模型、運(yùn)動過程，根據(jù)相應(yīng)規(guī)律列出關(guān)系式，從而明確實驗

的理論依據(jù)。

⑵應(yīng)用原理公式或圖象法處理實驗數(shù)據(jù)，結(jié)合物體實際受力情況和理論受力情況對結(jié)果進(jìn)行分析。

【例3][2022?浙江紹興(新昌、浦江、富陽)三校聯(lián)考]某實驗小組用如圖甲所示的實驗裝置驗證機(jī)械能守恒定

律。將一鋼球用細(xì)線系住懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點。在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為"的遮光條。

在4的正下方固定一光電門。將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間，可由計時器測

出，取。=/作為鋼球經(jīng)過A點時的瞬時速度。記錄鋼球每次下落的高度力和計時器示數(shù)f,計算并比較鋼球在

釋放點和A點之間重力勢能的變化量大小AEP與動能的變化量大小就能驗證機(jī)械能是否守恒。

(1)用AEk=%加計算鋼球動能變化量的大小,用刻度尺測量遮光條寬度,示數(shù)如圖乙所示,其讀數(shù)為cm。

某次測量中，計時器的示數(shù)為0.0100s,則鋼球經(jīng)過A時的速度O=m∕s(保留3位有效數(shù)字)。

(2)下表為該實驗小組的實驗結(jié)果：

2

ΔEp(×10J)4.8929.78614.6919.5929.38

2

ΔEk(×10^J)5.0410.115.120.029.8

從表中發(fā)現(xiàn)AEP與ΔEk之間存在差異，可能造成該差異的原因是。

A.用AE