力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)（解析版）

2021屆高考物理一輪復(fù)習(xí)熱點(diǎn)題型歸納與變式演練

專題45力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

【專題導(dǎo)航】

目錄

熱點(diǎn)題型一“紙帶類”問題的處理...................................................................1

熱點(diǎn)題型二“橡皮條、彈簧類”實(shí)臉.................................................................6

熱點(diǎn)題型三“光電門類''實(shí)驗(yàn)......................................................................11

熱點(diǎn)題型四力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)........................................................................15

【題型歸納】

熱點(diǎn)題型一“紙帶類”問的處理

I.常規(guī)計時儀器的測量方法

計時儀器測量方法

秒表秒表的讀數(shù)方法：測量值(/)=短針讀數(shù)(川+長針讀數(shù)。2)，無估讀

表示打點(diǎn)的時間間隔的個數(shù)，7表示打點(diǎn)周期)；

打點(diǎn)計時器

(2)打點(diǎn)頻左(周期)與所接交流電的頻率(周期)相同

2.兩個關(guān)鍵點(diǎn)

(1)區(qū)分計時點(diǎn)和計數(shù)點(diǎn)：計時點(diǎn)是指打點(diǎn)計時器在紙帶上打下的點(diǎn).計數(shù)點(diǎn)是指測量和計算時在紙帶上所

選取的點(diǎn).要注意“每五個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)''與"每隔四個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)”的取點(diǎn)方法是一樣的.

(2)涉及打點(diǎn)計時器的實(shí)驗(yàn)均是先接通打點(diǎn)計時器的電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后，再釋放紙帶.

3.紙帶的三大應(yīng)用

(1)判斷物體運(yùn)動性質(zhì).

①若Ar=O,則可判定物體在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)做勻速直線運(yùn)動.

②若AA?不為零且為定值，則可判定物體在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)做勻變速直線運(yùn)動.

(2)求解瞬時速度.

做勻變速運(yùn)動的物體在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度.如圖所示，求打某一點(diǎn)的瞬時速

度，只需在這一點(diǎn)的前后各取相同時間間隔7的兩段位移.工和力田，則打〃點(diǎn)時的速度/

(3)用“逐差法”求加速度.

如圖所示

0123456

中心—X4—X]_X5-X2-X6—X3

因力m—、，42—、，。3—、

3/3/3T2

_aI+_(X4+xs+X6)-(X1+X2+X3)

所以。

39〃

【例1】(2020?四省名校高三第二次聯(lián)考)實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)利用如圖中所示的裝置做“探究加速度與力、質(zhì)國

的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為細(xì)繩對小車的拉力廠等于砂和砂桶的總重力，小車運(yùn)動的加速度a可用紙帶上打出的點(diǎn)

求得。

乙

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(1)實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備有下列器材：電磁打點(diǎn)計時器、秒表、天平(帶有一套祛碼)、紙帶、復(fù)寫紙、細(xì)繩、低壓直流

電源、小車、一端帶滑輪的長木板、砂桶、砂子、墊木、導(dǎo)線。實(shí)驗(yàn)中不需要的器材是,

缺少的器材是，

(2)由于小車所受阻力/的大小難以測量，為了盡量減小實(shí)驗(yàn)的誤差，需盡可能降低小車所受阻力/的影響，

以下采取的措施必要的是。

A.適當(dāng)墊高長木板無滑輪的一端，使未掛砂桶時小車被輕推后恰能拖著紙帶勻速下滑

B.應(yīng)使砂和砂桶的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車(含祛碼)的總質(zhì)量M

C.定滑輪的輪軸要盡量光滑

D.適當(dāng)增大砂和砂桶總質(zhì)量加

(3)實(shí)驗(yàn)中使用的交變電流的頻率為50Hz,圖乙給出的是實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶，計數(shù)點(diǎn)間的距離已標(biāo)出。

則小車運(yùn)動的加速度為m?2,打下計數(shù)點(diǎn)5時小車運(yùn)動的速度大小為m/s.(結(jié)果保留三位

有效數(shù)字)

【答案】(1)秒表，低壓直流電源刻度尺，低壓交流電源(2)AC(3)0.4610.412

【解析】(1)本實(shí)驗(yàn)不需要用秒表計時，打點(diǎn)計時器應(yīng)接交流電源，故不需要的器材是秒表、低壓直流電源。

需要刻度尺測量紙帶的長度，故江需要刻度尺、低壓交流電源。(2)適當(dāng)墊高長木板無滑輪的一端，使未掛

砂桶時小車被輕推后恰能拖著紙帶勻速下滑，這樣可以通過重力的分力消除滑動摩擦力的影響，定滑輪的

輪軸要盡量光滑以減小摩擦。⑶由逐差法知a=(481+4.35+3.89)-(：.42+2.98+2.5O)x]0_2m/s2uO.461

9x012

”3.89+4.35-，八…,

m/s-,V5=xio2m/s=0.412m/so

2x0.1

【變式1】某同學(xué)利用如圖甲所示裝置研究勻變速直線運(yùn)動規(guī)律，某次實(shí)驗(yàn)通過電磁打點(diǎn)計時器打出紙帶的

一部分如圖乙所示，圖中力、B、C、D、￡為相鄰的計數(shù)點(diǎn)，每兩個相鄰計數(shù)點(diǎn)間有4個計時點(diǎn)沒有畫出，

打點(diǎn)計時器所接交流電源頻率為5()Hz。分別測出/點(diǎn)到仄C、D、七點(diǎn)之間的距離為打、也、為、小，以

片點(diǎn)作為計時起點(diǎn)，算出小車位移與對應(yīng)運(yùn)動時間的比值“，并作出圖象如圖丙所示。

/t

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(1)實(shí)驗(yàn)中下列措施必要的是(填正確答案標(biāo)號)。

A.打點(diǎn)計時器接220V交流電源

B.平衡小車與長木板間的摩擦力

C.細(xì)線必須與長木板平行

D.小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量

(2)由圖丙求出小車加速度。=m/s2,打/點(diǎn)時小車的速度%=m/so(結(jié)果均保留兩位有

效數(shù)字)

【答案】(1)C(2)5.00.40

【解析】(1)電磁打點(diǎn)計時器接4?6V交流電源，A錯誤；實(shí)驗(yàn)時不需要平衡小車與長木板間的摩擦力，

B錯誤；細(xì)線必須與長木板平行，C正確；實(shí)驗(yàn)中小車做勻加速運(yùn)動即可，沒必要小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的

質(zhì)量，D錯誤。

(2)根據(jù)x=vot+可得'=此)+1〃/,由圖象可知：n()=%=0.40m/s,。=2%=2乂"84mzs2=5.0m/s?。

2/20.4

【變式2】在做“研究勻變速直線運(yùn)動”的實(shí)驗(yàn)時，某同學(xué)得到一條用打點(diǎn)計時器打下的紙帶，如圖所示，并

在其上取了力、B、C、D、E、F、G共7個計數(shù)點(diǎn)，圖中每相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)沒有畫出，打點(diǎn)

計時器接頻率/=50Hz的交流電源.

(1)汀下E點(diǎn)時紙帶的速度v￡=(用給定字母表示)；

⑵若測得d6=65.00cm,<6=19.00cm,物體的加速度。=m/s2；

(3)如果當(dāng)時交變電流的頻率戶50Hz,但當(dāng)時做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，那么測得的加速度值和真實(shí)值相比

(選填“偏大'或“偏小”).

5

【答案】：⑴“渭/(2)3.00(3)偏小

【解析】：(1)由于圖中每相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)沒有畫出，所以相鄰的計數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔為5T

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，利用勻變速直線運(yùn)動的推論得%=辦—"3=35—"3V

ior10

(2)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的推論右=?！傻胊=^G-x?=(46—⑹-f=3()0m/s2

(3x57)2(3x0.1s)2

(3)皿果在某次實(shí)驗(yàn)中，交流電的頻率戶＞50Hz,則實(shí)際打點(diǎn)周期變小，根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式得，測量的

加速度值和真實(shí)的加速度值相比偏小.

【變式3】在用如圖所示的裝置“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)中，保持小車質(zhì)量一定時，驗(yàn)證小車加速度。與

合力廠的關(guān)系.

電火花

小車計時器

砥碼和

祛碼盤

(1)除了電火花計時器、小車、祛瑪、祛碼盤、細(xì)線、附有定滑輪的長木板、墊木、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列

器材中必須使用的有(選填選項(xiàng)前的字母).

A.22()V、5()Hz的交流電源

B.電壓可調(diào)的直流電源

C.刻度尺

D.秒表

E.天平(附跌碼)

(2)為了使細(xì)線對小車的拉力等于小車所受的合外力，以下操作正確的是.

A.調(diào)整長木板上滑輪的高度使細(xì)線與長木板平行

B.在調(diào)整長木板的傾斜度平衡摩擦力時，應(yīng)當(dāng)將祛碼和祛碼盤通過細(xì)線掛在小車上

C.在調(diào)整長木板的傾斜度平衡摩擦力時，應(yīng)當(dāng)將穿過打點(diǎn)計時器的紙帶連在小車上

(3)某同學(xué)得到了如圖所示的一條紙帶，由此得到小車加速度的大小a=m/S2.

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AHI)

|0123456789101112131415cmi

(4)在本實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)線的拉力E等于祛碼和祛碼盤的總重力mg,由此造成的誤差是(選填"系統(tǒng)誤

差”或"偶然誤差”).設(shè)拉力的真實(shí)值為少”小車的質(zhì)量為M，為了使“陪一,夫<5%,應(yīng)當(dāng)滿足的條件是

F久

m<

M--------

【答案】：(l)ACE(2)AC(3)15(4)系統(tǒng)誤差5%

【解析】：(1)打點(diǎn)計時器接交流電源，處理紙帶時要用刻度尺測出計數(shù)點(diǎn)間的距離，還要用到天平測祛碼和

祛碼盤的質(zhì)量，故選A、C、E.

(2)在平衡摩擦力時，不能掛盤；要保證細(xì)線和紙帶與木板平行,，先接通電源，再釋放小車，若紙帶做勻速

直線運(yùn)動，則紙帶上的點(diǎn)間距是均勻的，即說明平衡了摩擦力，故選A、C.

CF—AC

(3)由圖知4c=6.40cm,CE=8.80cm,CE-AC=a(2T)2,得o=1=15m/s2.

4尸

(4)小車在做勻加速直線運(yùn)動時，祛碼和跌碼盤也在做勻加速直線運(yùn)動，細(xì)線的拉力廠?定小于祛碼和詼碼

盤的總重力〃?g,此誤差不可避免，為系統(tǒng)誤差：小車與祛碼和破碼盤都在做加速度為，7的勻加速直線運(yùn)動,

對祛碼和祛碼盤有制g—尸廣機(jī)a,對小車有小代入"陪一戶。5%,得〃，5%.

F式M

熱點(diǎn)題型二“橡皮條、彈簧類”實(shí)驗(yàn)

I.橡皮條、彈簧的彈力大小與伸長量之間的關(guān)系滿足胡克定律，實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理中一般選用圖象法.

2.胡克定律描述的是在彈性限度內(nèi)，橡皮條(彈簧)的彈力與形變量成正比，如果超出彈性限度，正比關(guān)系

不再成立.

3.彈簧測力計讀數(shù)時要先看量程和分度值，再根據(jù)指針?biāo)傅奈恢米x出所測力的大小.如分度值為01N,

則耍估讀，即有兩位小數(shù)，如分度值為0.2N,則小數(shù)點(diǎn)后只能有一位小數(shù).

4.圖象法處理數(shù)據(jù)的要求

(1)作圖一定要用坐標(biāo)紙，坐標(biāo)紙的大小要根據(jù)有效數(shù)字的位數(shù)和結(jié)果的需要來定.

(2)要標(biāo)明坐標(biāo)軸名，單位，在坐標(biāo)軸上每隔一定的間距按有效數(shù)字的位數(shù)標(biāo)明數(shù)值.

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(3)圖上的連線不一定通過所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)，應(yīng)盡量使數(shù)據(jù)點(diǎn)合理地分布在線的兩側(cè).

(4)作圖時常通過選取適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸使圖象線性化，即“變曲為直

(5)有些時候，為了使坐標(biāo)紙有效使用范圍增大，坐標(biāo)原點(diǎn)可以不從“0”開始.

【例2】(2020?河北六校第一次聯(lián)考)兩個實(shí)驗(yàn)小組做了如下兩個實(shí)驗(yàn)，請回答下列問題:

甲

(1)一個實(shí)驗(yàn)小組在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，使用兩根不同的輕質(zhì)彈簧。和b,得到彈力與彈

簧長度的關(guān)系圖象如圖甲所示。下列說法正確的是o

A.。的原長比的長

B.a的勁度系數(shù)比。的大

C.a的勁度系數(shù)比力的小

D.測得的彈力與彈籥的長度成正比

(2)另一個實(shí)驗(yàn)小組利用圖乙所示的實(shí)驗(yàn)裝置完成“探究求合力的方法”的實(shí)驗(yàn)。

①下列說法正確的是o

A.在測量同一組數(shù)據(jù)為、B和合力戶的過程中，橡皮條結(jié)點(diǎn)。的位置不能變化

B.彈簧測力”拉細(xì)線時，拉力方向必須豎直向下

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C.E、B和合力E的大小都不能超過彈簧測力計的量程

D.為減小測量誤差，F(xiàn)i、B方向間夾角應(yīng)為90。

②彈簧測力計的指針如圖丙所示，由圖可知拉力的大小為No

③本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是。

A.理想實(shí)驗(yàn)法B.控制變量法

C.等效替代法D.建立物理模型法

【答案】（1）B（2）AC4.00C

【解析】（1）根據(jù)圖甲可知，”與￡的關(guān)系為/=#（￡—〃）），彈力與彈簧長度的關(guān)系圖象在橫軸上的截距等于

彈簧原長，即彈力等丁?零時彈簧的長度，圖線斜率等于彈簧的勁度系數(shù)h由此可知，。的原長比人的短，

a的勁度系數(shù)比〃的大，選項(xiàng)A、C錯誤，B正確；測得的彈力與彈簧的長度呈線性關(guān)系，測得的彈力與彈

簧的伸長量成正比，選項(xiàng)D錯誤。

（2）在“探究求合力的方法”的實(shí)驗(yàn)中，測量同一組數(shù)據(jù)B、B和合力/時.，橡皮條結(jié)點(diǎn)。的位置不能變化，

選項(xiàng)A正確；彈簧測力計拉細(xì)線時，拉力方向可以任意，選項(xiàng)B錯誤；拉力分、B和合力戶的大小都不能

超過彈簧測力計的量程，否則就不能測出力的大小，選項(xiàng)C正確：為了減小測量誤差，/、B的夾角不能

太大，也不能太小，但不是必須為90。，選項(xiàng)D錯誤。根據(jù)彈簧測力計讀數(shù)規(guī)則，最小刻度為0.1N,需要

估讀到0.01N,所以拉力大小為4.00N。本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是等效替代法，選項(xiàng)C正確。

【變式1］（2020?安徽合肥高三上一診）以下是某實(shí)驗(yàn)小組探究“二力合成規(guī)律”的過程。

⑴首先進(jìn)行如下操作：

①圖甲，輕質(zhì)小圓環(huán)掛在橡皮條的一端，另一端固定，橡皮條的長度為GE；

②如圖乙，用手通過兩個彈簧測力計共同拉動小圓環(huán)。小圓環(huán)在拉力K、入的共同作用下，位于。點(diǎn)，橡

皮條伸長的長度為EO-,

③撤去回、后，改用一個力/單獨(dú)拉住小圓環(huán)，仍使其位于。點(diǎn)，如圖丙。

甲乙內(nèi)T

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同學(xué)們發(fā)現(xiàn)，力/單獨(dú)作用與B、尸2共同作用的效果是一樣的，都使小圓環(huán)在。點(diǎn)保持靜止。由于兩次橡

皮條伸長的長度相同，即,所以?等于~、6的合力。

（2）然后實(shí)驗(yàn)小組探究了合力尸與分力a、B的關(guān)系：

①由紙上。點(diǎn)出發(fā)，用力的圖示法畫出拉力B、尸2和尸（三個力的方向沿各自拉線的方向，三個力的大小由

彈簧測力計讀出）；

②用虛線將拉力”的箭頭端分別與八、”2的箭頭端連接，如圖丁，得到的啟示是；

③多次改變拉力四、月的大小和方向，重做上述實(shí)驗(yàn)，通過畫各力的圖示，進(jìn)一步檢驗(yàn)所圍成的圖形。實(shí)

驗(yàn)小組發(fā)現(xiàn)：在兩個力合成時，以表示這兩個力的有向線段為鄰邊作平行四邊形，這兩個鄰邊之間的對角

線就代表合力的大小和方向，這個規(guī)律叫做。

上述實(shí)驗(yàn)中，如果把圖乙和圖丙的操作順序?qū)φ{(diào)，即先用拉力F將圓環(huán)拉到。點(diǎn)，再用拉力八和6共同

拉圓環(huán)產(chǎn)生相同效果，則a和入就是尸的,此實(shí)驗(yàn)可以探究規(guī)律。

【答案】（1）橡皮條對小圓環(huán)的拉力相同

（2）②可構(gòu)成平行四邊形③平行四邊形定則分力力的分解

【解析】（1）兩次橡皮條伸長的長度相等，即兩次橡皮條對小圓環(huán)的拉力相同，說明單個力尸的作用效果

與臼、尸2共同作用的效果相同。

（2）②用虛線將拉力F的箭頭端分別與E、B的箭頭端連接,

可構(gòu)成平行四邊形，a和后為鄰邊，/為與E和3共頂點(diǎn)的對角線；③多次改變拉力臼、尸2的大小和方

向，重做上述實(shí)驗(yàn)，在兩個力合成時，以表示這兩個力的有向線段為鄰邊作平行四邊形，這兩個鄰邊之間

的對角線就代表合力的大小和方向，這個規(guī)律叫做平行四邊形定則。如果把圖乙和圖丙的操作順序?qū)φ{(diào)，

即先用拉力廠將圓環(huán)拉到。點(diǎn)，再用拉力為和出共同拉圓環(huán)產(chǎn)生相同效果，則a和B就是尸的分力，此

實(shí)驗(yàn)可以探究力的分解規(guī)律。

【變式2］（2019?海南高考）某同學(xué)利用圖（a）的裝置測量輕彈簧的勁度系數(shù)。圖中一光滑的細(xì)桿和直尺水平固

定在鐵架臺上，一輕彈簧穿在細(xì)桿上，其左端固定，右端與細(xì)繩連接；細(xì)繩跨過光滑定滑輪，其下端可以

懸掛法碼（實(shí)驗(yàn)中，每個成碼的質(zhì)量均為〃?=50.0g）。彈簧右端連有一豎直指針，其位置可在宜尺上讀出。

實(shí)驗(yàn)步驟如卜.：

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(a)

①在繩下端掛上一個磚碼，調(diào)整滑輪，使彈簧與滑輪間的細(xì)繩水平且彈簧與細(xì)桿沒有接觸;

②系統(tǒng)靜止后，記錄跌碼的個數(shù)及指針的位置;

③逐次增加祛碼個數(shù)，并重復(fù)步驟②(保持彈簧在彈性限度內(nèi));

④用〃表示跌碼的個數(shù)，/表示相應(yīng)的指針位置.，將獲得的數(shù)據(jù)記錄在表格內(nèi)。

回答下列問題:

⑴根據(jù)如表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖(b)中補(bǔ)充數(shù)據(jù)點(diǎn)并作出l-n圖象。

n12345

//cm10.4810.9611.4511.9512.40

(b)

(2)彈簧的勁度系數(shù)k可用祛碼質(zhì)量〃八重力加速度大小為g及l(fā)-n圖線的斜率a表示,表達(dá)式為k=

若g取9.80m/s2,則本實(shí)驗(yàn)中左=N/m(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

【答案】3101

a

【解析】(1)根據(jù)題表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖(b)中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)并作出?！▓D象如圖所示。

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//cm

⑵/-〃圖線的斜率(!=△/,所以左=〃mg=mg,

nA/a

nnig6x5()x10-3x9.80

k==N/m=IOIN/m。

△I(12.9—10.0610-2

熱點(diǎn)題型三“光電門類”實(shí)驗(yàn)

1.光電門的結(jié)構(gòu)

光電門是一個像門樣的裝置，一邊安裝發(fā)光裝置，一邊安裝接收裝置并與計時裝置連接.

2.光電門的原理

當(dāng)物體通過九電門時九被擋住，計時器JT始計時，當(dāng)物體離開時停止計時，這樣就可以根據(jù)物體大小與運(yùn)

動時間計算物體運(yùn)動的速度.

⑴計算速度：如果擋光片的寬度為"，擋光時間為4,則物體經(jīng)過光電門時的瞬時速度片j

高計算加速度.

(2)計算加速度：利用兩光電門的距離L及

【例3】某學(xué)習(xí)小組利用圖1所示的裝置測量彈簧的彈性勢能。一斜面上安裝有兩個光電門甲和乙，當(dāng)一帶

有遮光片的滑塊從斜面上下滑，通過光電門時光電計時器可以顯示出遮光片遮光的時間,一與斜面平行的

輕彈簧上端固定，在自然狀態(tài)時下端在。點(diǎn)。用天平測得滑塊及遮光片的總質(zhì)量為小。

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圖1

圖2

請完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：

（I）用游標(biāo)卡尺測量遮光片的寬度乩其示數(shù)如圖2所示，則"=mm；

（2）滑塊靠在彈簧的下端向上移到4點(diǎn)后釋放，滑塊下滑，通過光電門甲、乙的遮光時間分別為小。反復(fù)

調(diào)整斜面的傾角直至M/2（選填”或“<”），這樣操作的目的是

（3）按正確步驟操作，讓滑塊緊吊彈簧從。點(diǎn)上方某點(diǎn)2由靜止釋放沿斜面下滑，記下通過甲、乙時對應(yīng)的

i和r值，則滑塊在P點(diǎn)時彈簧的彈性勢能為。（用題中測量的物理量表示）

【答案】⑴3.6。（2）=平衡摩擦力⑶4%力

【解析】（1）主尺的讀數(shù)為3mm,游標(biāo)尺的讀數(shù)為?^nx12=0.60mm,則d=3mm+0.60mm=3.60mmc

（2）反復(fù)調(diào)整斜面傾角以平衡摩擦力，使八=/2,說明滑塊離開彈簧后做勻速直線運(yùn)動，根據(jù)功能關(guān)系可知滑

塊離開彈簧后，滑塊的動能等于彈簧的彈性勢能。（3）彈簧的彈性勢能絹=；〃吹2,而v=；得弓=:；，又

t=i\也可表示為Ep=；（

【變式1]（2020?廣西桂林、賀州、崇左高三下學(xué)期3月聯(lián)合調(diào)研）某同學(xué)用如圖甲所示的裝置測定當(dāng)?shù)氐闹?/p>

力加速度。步驟如下：

（1）先用校準(zhǔn)后的游標(biāo)卡尺測量金屬小球的直徑。圖乙為用游標(biāo)卡尺測量時的示數(shù)，則金屬球的直徑”

第12頁，共25頁

=cm；

(2)按圖甲安裝好器材，測得小球被電磁鐵吸住時球心到光電門的距離為人控制電磁鐵釋放小球，記下金屬

小球通過光電門的時間人則金屬球通過光電門時的速度大小丫=;(用字母表示)

(3)改變光電門到小球球心的距離方得到與之對應(yīng)的/,取得若干組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。以1為縱坐標(biāo)，以力為橫坐標(biāo),

t2

描繪出;力圖象是一條傾斜直線，若直線斜率為左，則當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=。(用字母表示)

【答案】(1)0.50(2)；⑶

【解?析】(1)小球的直徑為：5mm+OxO.lmm=5.0mm=0.50cmo

(2)小球經(jīng)過光電門的時間極短，平均速度可視為金屬小球經(jīng)過光電門的瞬時速度，故、，=4

/

(3)小球由靜止到經(jīng)過光電門這一過程，根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式有：=2gh,整理有;=*由題可知

k(P

則g=

2

【變式2](2020?安徽聯(lián)盟)在“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律”的實(shí)驗(yàn)中，某物理興趣小組利用如圖甲所示的裝置進(jìn)行實(shí)

驗(yàn)。

丙

⑴用20分度的游標(biāo)卡尺測出擋光片的寬度如圖乙所示，則寬度4=<

第13頁，共25頁

(2)接通氣源，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，讓滑塊從不同位置由靜止釋放，記錄擋光片通過光電門的擋光時間測

出釋放點(diǎn)到光電門的間距為s,以s為縱軸，I為橫軸作圖，得到的圖像是一條過原點(diǎn)的傾斜直線，且斜率

戶

為h則滑塊的加速度。=(用d、〃表示)。

(3)若以測得的滑塊加速度。為縱軸，所掛鉤碼的重力代替拉力片作出如圖內(nèi)中圖線1。為了減小誤差，該

興趣小組將一個力傳感器安裝在滑塊上(傳感器的質(zhì)量可忽略不計)，從力傳感器中得出拉力3作出。一產(chǎn)

圖像是圖丙中的圖線(填“2”或"3”)o

【答案】⑴0.940(2);(3)2

2k

【解析】(1)游標(biāo)卡尺讀數(shù)為:0.9cm4-8x0.005cm=0.940cm；

(2)滑塊做勻加速直線運(yùn)動，有2而=1汽又□=",可得已知斜率為左，可得。=,；

t2at-2k

(3)因鉤碼及滑塊做加速運(yùn)動，可知細(xì)線的拉力應(yīng)比鉤碼的重力小，向用傳感器測出的是滑塊出受的實(shí)際的

拉力，此時。一歹圖像應(yīng)為圖線2。

【變式3](2020?山東臨沂十九中高三上學(xué)期第六次調(diào)研)如圖甲是實(shí)驗(yàn)室測定水平面和小物塊之間動摩擦因

數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，曲面力8與水平面相切于4點(diǎn)且固定。帶有遮光條的小物塊自曲面上某一點(diǎn)釋放后沿水平面

滑行，最終停在C點(diǎn)，。為光電計時器的光電門，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。

甲乙

(I)利用游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度如圖乙所示，則遮光條的寬度d=

(2)實(shí)驗(yàn)中除了測定遮光條的寬度外，還需要測量的物理量有；

A.小物塊質(zhì)量用

B.遮光條通過光電門的時間/

C.光電門到。點(diǎn)的距離s

D.小物塊釋放點(diǎn)的高度力

第14頁，共25頁

(3)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，同學(xué)們采用圖象法來處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，他們根據(jù)(2)測量的物理量，建立圖丙所示的坐

標(biāo)系來尋找關(guān)系，其中合理的是。

II

77

(/---------------?a--------j

AB

1m

內(nèi)

【答案】(1)1.060(2)BC(3)B

【解析】(1)主尺的刻度為1cm,游標(biāo)尺上的第12個刻度與主尺的刻度對齊,讀數(shù)是0.05x12mm=0.60mm,

總讀數(shù)為10mm+0.60nun=10.60min=1.060cm。

(2)實(shí)驗(yàn)的原理：根據(jù)遮光條的寬度與物塊通過光電門的時間即可求得物塊經(jīng)過B點(diǎn)的速度為、，=",B到C

/

的過程中，摩擦力對物塊做負(fù)功，根據(jù)動能定理得：一"?gS=0一1八兄聯(lián)立以上兩式得動摩擦因數(shù)的表達(dá)

式故還需要測量的物理量是：光電門到C點(diǎn)的距離s與遮光條通過光電門的時間1,B、C正確，

2gs產(chǎn)

A、D錯誤。

(3)由動摩擦因數(shù)的表達(dá)式可知，〃與產(chǎn)和s的乘積成反比，所以I與s的關(guān)系圖線是過原點(diǎn)的直線，應(yīng)該建

立的坐標(biāo)系為：縱坐標(biāo)為物理量I，橫坐標(biāo)為物理量s,故B正面，A、C、D錯誤。

I2

熱點(diǎn)題型四力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

1.創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

(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(shí)驗(yàn)。

(2)用實(shí)驗(yàn)的基本方法——控制變量法，處理數(shù)據(jù)的基本方法——圖像法、逐差法，融入到實(shí)驗(yàn)的綜合分析

之中。

2.創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的解法

第15頁，共25頁

（1）根據(jù)題忖情境，提取相應(yīng)的力學(xué)模型，明確實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

（2）應(yīng)用原理公式或圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合物體實(shí)際受力情況和理論受力情況對結(jié)果進(jìn)行分析。

【例4】（2020?淄博市高三模擬考試）我國橋梁建設(shè)取得了舉世矚目的成就，如圖甲所示，是建造某大橋時將

長百米、重千余噸的鋼梁從江水中吊起的情景。施工時采用了將鋼梁與水面成一定傾角出水的起吊方案，

為了探究該方案的合理性，某研究性學(xué)習(xí)小組做了兩個模擬實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)1：研究將鋼板從水下水平拉出的過程中總拉力的變化情況。

實(shí)驗(yàn)2：研究將鋼板從水下以一定傾角拉出的過程中總拉力的變化情況。

甲乙

（1）必要的實(shí)驗(yàn)器材有：鋼板、細(xì)繩、水盆、水、支架、刻度尺、計時器和等。

（2）根據(jù)圖乙中的曲線可知，實(shí)驗(yàn)2中的最大總拉力比實(shí)驗(yàn)1中的最大總拉力降低了N,鋼板完全

浸沒在水中時受到的浮力是No（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）

⑶根據(jù)分子動理論，實(shí)驗(yàn)1中最大總拉力明顯增大的原因是

O

【答案】（1）彈簧測力計（或力傳感器）（2）0.600.35（3）分子之間存在引力，當(dāng)鋼板平著出水面時，接觸面

積大，出水瞬間分子間的作用力比較大

【解析】（1）根據(jù)已有器材：鋼板、細(xì)繩、水盆、水、支架、刻度尺、計時器，可知要測鋼板從水面下拉出

時不同情況下的總拉力變化情況，就必須有測量力方面的儀器，如彈簧測力計。（2）根據(jù)題中實(shí)驗(yàn)測得的兩

種恃況下的數(shù)據(jù)可以看出，實(shí)驗(yàn)2中的最大總拉力比實(shí)驗(yàn)1中的最大總拉力降低了4.35N—3.75N=0.60N,

鋼板完全浸沒在水中時受到的浮力為3.75N-3.40N=（）.35N。（3）分子之間存在引力,當(dāng)鋼板平看出水面時,

接觸面積大，出水瞬間分子間的作用力比較大。

【變式1］（2020?河北衡水中學(xué)高三二調(diào)）

第16頁，共25頁

如圖甲（側(cè)視圖只畫了一個小車）所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以用來驗(yàn)證“牛頓第二定律“，兩個相同的小車放在光滑水

平桌面上，右端各系一條細(xì)繩，跨過定滑輪各掛一個小盤，增減盤中的祛碼可改變小車受到的合外力，增

減車上的跌碼可改變小車的質(zhì)量。兩車左端各系一條細(xì)線用一個黑板擦把兩細(xì)線同時按在固定、粗糙的水

平墊片上，使小車靜止（如圖乙）。拾起黑板擦兩車同時運(yùn)動，在兩車尚未碰到滑輪前，迅速按下黑板擦，兩

車立刻停止，測出兩車位移的大小。

（1）該實(shí)驗(yàn)中，盤和盤中祛碼的總質(zhì)量應(yīng)（填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于'2等于"）小車的總質(zhì)量。

（2）圖丙為某同學(xué)在驗(yàn)證“合外力不變，加速度與質(zhì)量成反比”時的實(shí)驗(yàn)記錄，已測得小車1的總質(zhì)量M=100

g,小車2的總質(zhì)量M2=200g。由圖可讀出小車1的位移xi=5.00cm,小車2的位移處=cm,可

以算出（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）；在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，"I（填"大于”"小于'…等

02（12

于‘塔。

M）

【答案】⑴遠(yuǎn)小于（2）2.47（2.45?2.49均可）2.02（2.01?2.04均可）等于

【解析】（1）因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的研究對象是小車，設(shè)小車的總質(zhì)審為M,盤和盤中破碼的總質(zhì)量為凡實(shí)驗(yàn)需要

驗(yàn)證小車的加速度。但實(shí)際實(shí)驗(yàn)中小車的加速度為。=mg，為了達(dá)到研究目的需要滿足盤和

盤中祛碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量。

（2）由題圖丙可知，小車2的位移為2.47cm,由勻加速直線運(yùn)動的位移公式可知，x=）凡即由于

2t2

時間相等，可得內(nèi)=?=：吧幺02,可見在誤差允許范圍內(nèi)，內(nèi)=中，即兩小車的加速度之比等于質(zhì)量的反

aiX22.47aiMi

比。

【變式2】（2020?濰坊市高三第二次模擬考試）一小組同學(xué)到倉儲站勞動實(shí)踐，在調(diào)試如圖甲所示的谷物傳送

機(jī)時，發(fā)現(xiàn)啟動階段水平放置的傳送帶不是勻速運(yùn)動。為探究傳送帶在啟動階段的運(yùn)動性質(zhì)，該小組同學(xué)

第17頁，共25頁

進(jìn)行了以下操作:

第17頁，共25頁

甲

①用細(xì)繩一端拴盛有小米的紙質(zhì)漏斗，做成一個單擺;

②一同學(xué)站在傳送帶旁邊，手持繩的另一端于傳送帶中線的正上方不動，漏斗盡量貼近傳送帶；

③將漏斗適當(dāng)拉離平衡位置，撕開漏斗下部，讓小米流出，同時放開漏斗，使漏斗始終垂直二傳送帶中線

運(yùn)動；

④啟動傳送帶，一段時間后，擺動的漏斗撒出的小米在傳送帶上留下的痕跡如圖乙所示。

已知重力加速度g=l（）m/s2,請叵答以下問題：

乙

（1）用亳米刻度尺測量圖片中Of的長度，長度為mm,為判斷傳送帶在啟動階段的運(yùn)動性質(zhì)，還需要

測出的長度；

⑵根據(jù)上述測量數(shù)據(jù)得出的結(jié)論是，理由是

【答案】（1）8.6?8.9均可08和。C（或48和8C）

（2）傳送帶在啟動階段的運(yùn)動可看做勻加速直線運(yùn)動在誤差允許的范圍內(nèi)，傳送帶在連續(xù)相等的時間段內(nèi)

的位移差相等

【解析】（1）用亳米刻度尺測量圖片中OA的長度，根據(jù)亳米刻度尺讀數(shù)規(guī)則，讀出OA的長度，記錄的數(shù)

據(jù)要包括估讀的數(shù)值。可根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動的物體在連續(xù)相等時間內(nèi)的位移差是恒量，又判斷傳送帶

在啟動階段的運(yùn)動性質(zhì)，故還需耍測量0B和0C的長度（或者AB和BC的尺度）。（2）若滿足BC-AB=AB

-0A,則傳送帶在啟動階段的運(yùn)動可看做勻加速直線運(yùn)動。其理由是：在誤差允許的范闈內(nèi)，傳送帶在連

續(xù)相等時間段內(nèi)的位移差相等。

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【變式3】.某班物理小組計劃用一臺具有攝像功能的數(shù)碼相機(jī)來研究彈簧做功的規(guī)律。該小組設(shè)計的裝置

如圖甲所示，光滑水平桌面（厚度不計）離地高度為〃=0.8m,輕質(zhì)彈簧左端固定于豎直擋板上，擋板到桌面

右端的距離恰好等于彈簧的原長。

實(shí)驗(yàn)時將?質(zhì)量為〃?=200g的小球（可視為質(zhì)點(diǎn)）置于被壓縮彈簧的右端，釋放后小球在彈力的作用下向右

運(yùn)動，并離開桌面做平拋運(yùn)動（不計空氣阻力），用數(shù)碼相機(jī)將小球運(yùn)動過程拍成視頻，改變小球的釋放位置

再拍，獲得多個視頻，每個視頻都由相同時間間隔的照片連貫而成，通過電腦將這些照片按時間順序制作

成頻閃照片（如圖乙所示），篩選出5張頻閃照片，用刻度尺測得照片中的桌面離地高度力=50.0mm,再測

出5張照片中的x和s,記錄到下表中，取重力加速度g=10m/s。

頻閃照片序號12345

x/mm408.012.016.018.0

5/mm32.064.295.9128.6143.3

（1）分析圖乙中小球位置的分布規(guī)律，可知該相機(jī)每秒能拍攝張照片。

（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖內(nèi)中作出圖象。

丙

（3）若測得圖象的斜率為k,則彈簧對小球做的功田可以表示成（填選項(xiàng)前的字母）,

A.B.嚕中咚

4〃4A2

第19頁，共25頁

c.T*咚D“*

【解析】(1)由平拋運(yùn)動規(guī)律可得，小球落地時間，=s=0.4s,由圖乙可知，相機(jī)在0.4s

g10

內(nèi)拍攝了6張照片，則數(shù)碼相機(jī)在1s內(nèi)能拍攝的照片數(shù)〃=[x6=15張。

0.4

(3)由題意可知，小球在平拋運(yùn)動過程中實(shí)際運(yùn)動的水平距離U="s,又由平拋運(yùn)動規(guī)律有s，=W,聯(lián)立可得

h

y=s'=S，gO則彈簧做的功力=)儲=〃啰:因尸人代入可得力=摩華I,故選C。

t2H24H4爐

【變式4],某同學(xué)設(shè)計了如圖⑶所示的裝置驗(yàn)證小球擺動過程中的機(jī)械能守恒。實(shí)驗(yàn)中小球到達(dá)B位置時,

恰好與桌面接觸但沒有彈力，。點(diǎn)的箭頭處放一鋒利的刀片，細(xì)線到達(dá)豎直位置時被割斷，小球做平拋運(yùn)

動落到地面，尸是一刻度尺。該同學(xué)方案的優(yōu)點(diǎn)是只需利用刻度尺測量4位置到桌面的高度、桌面到地面

的高度H及平拋運(yùn)動的水平位移Lo

(1)用游標(biāo)卡尺測出小球的直徑力如圖(b)所示，d=

(2)為了得到小球從4到8下降的百度兒若不測小球的直徑d,則需測量從位置/中(選填“球的下

邊沿”或“球心”)到桌面的距離;

第20頁，共25頁

(3)實(shí)驗(yàn)中改變?nèi)硕鄿y幾次/?和心的數(shù)值，作出如圖(c)所示的圖線1,則該圖線的斜率左=,可證

明小球F擺過程中的機(jī)械能守恒；

(4)若作出的圖象為如圖(c)所示的圖線2,原因是。

【答案】(1)1.140(2)球的下邊沿(3)4"(4)方的測顯值偏大

【解析】(1)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為1.1x10mm+8x0.05mm=l1.40mm=1.140cm。

(2)為了得到小球從4到8下降的高度，可測量小球的直徑d和從位置.力中球心到桌面的距離，若不測d,

則只需測量從位置4中球的下邊沿到桌面的距離。

(3)球做圓周運(yùn)動時有〃陪〃=]落球做平拋運(yùn)動有〃=)凡L=vt,聯(lián)立解得￡2=4〃〃，即斜率左=4〃，可

證明球下擺過程中的機(jī)械能守恒。

(4)若作出的圖象為如圖(c)所示的圖線2,縱截距不為零，原因是〃的測量值偏大。

【變式5](2020?銀川一模)物理興趣小組的同學(xué)在研究彈簧彈力的時候，測得彈力的大小廠和彈簧長度/的

關(guān)系如圖所示，則由圖線可知：

(1)彈簧的勁度系數(shù)為N/mo

(2)為了用彈簧測定兩木塊Z和8間的動摩擦因數(shù)〃，兩位同學(xué)分別設(shè)計了如圖6—1—25所示的甲、乙兩種

方案。

①為了用某一彈簧測力計的示數(shù)表示4和B之間的滑動摩擦力的大小，你認(rèn)為方案更合理。

②若力和4的重力分別為10.0N和20.0N.當(dāng)力被拉動時，彈簧測力計。的示數(shù)為6.0N,6的示數(shù)為1L0

N,c的示數(shù)為4.0N,則力和8的動摩擦因數(shù)為o

【答案】(1)30()(2)甲(3)0.30

【解析】(1)由圖讀出，彈簧的彈力產(chǎn)=0時，彈簧的長度為￡o=2Ocm,即彈簧的原長為20cm,由圖讀

出彈力為R)=60N,彈簧的長度為Lo=4Ocm,彈簧伸長的長度xo=L-Lo=4O-20=20cm=().2m；由胡

克定律得彈簧的勁度系數(shù)為攵=￡=瞿=30()N/m：

xo0.2

第21頁，共25頁

(2)①甲乙兩種方案，在拉著物體/運(yùn)動的過程中，拉力的彈簧測力計由于在不斷地運(yùn)動，示數(shù)可能會變化，

讀數(shù)不是很準(zhǔn)，彈簧測力計4是不動的，指針穩(wěn)定，便于讀數(shù)，故甲方案更合理；

②由于彈簧測力計。示數(shù)為6.0N,所以力、8間的動摩擦因數(shù)"=/=6=0.30.

msg20

【變式5](2020?四川廣元高三第一次高考適應(yīng)性考試)利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證動能定理，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖所

示.

遮光條光電門1光電32

滑塊產(chǎn)匕細(xì)線定滑輪

氣墊導(dǎo)軌口拉力傳感器口/太祛碼

托盤

實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：

①在水平桌面上放置氣墊導(dǎo)軌，將它調(diào)至水平；

②用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d;

③由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離￡；

④將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待托盤靜止不動時，釋放滑塊，從固定在滑塊上的拉力傳感器讀出細(xì)線

拉力的大小巴從數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門1的時間△力，通過光電門2的時間加2；

⑤用天平稱出滑塊、遮光條和拉力傳感器的總質(zhì)量

回答下列問題:

(I)以滑塊(包含遮光條和拉力傳感器)為研究對象，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，若滿足關(guān)系式(用

測量的物理量的字母表示)，則可認(rèn)為驗(yàn)證了動能定理；

(2)關(guān)于本實(shí)驗(yàn)，某同學(xué)提出如下觀點(diǎn)，其中正確的是；

A.理論上，遮光條的寬度越窄，遮光條通過光電門的平均速度越接近瞬時速度

B.牽引滑塊的細(xì)繩應(yīng)與導(dǎo)軌平行

C.需要考慮托盤和跌碼受到的空氣阻力對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的影響

D.托盤和祛碼的總質(zhì)量〃?必須遠(yuǎn)小于滑塊、遮光條和拉力傳感器的總質(zhì)量M

(“不計空氣阻力,已知重力加速度g和實(shí)驗(yàn)測得的物理量.根據(jù)

第22頁，共25頁

“，可以計算托盤和跌碼的總質(zhì)量小.若不考慮遮光條寬度的影響，計算出托盤和詼碼的總質(zhì)量為如；若考

慮遮光條寬度的影響，計算出托盤和祛碼的總質(zhì)量為a2,則如加2(選填“大于”“等于”或“小于”).

【答案】：(1)厘=1〃(")2一】M(d)2(2)AB(3)大于

2A/22Az?

【蟀析I⑴滑塊經(jīng)過兩光電門的速度分別為「人片*對滑塊運(yùn)用動能定理有