1、专题一力学实验考点1.实验一：研究匀变速直线运动；2.实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系；3.实验三：验证力的平行四边形定则；4.实验四：验证牛顿运动定律；5.实验五：探究动能定理；6.实验六：验证机械能守恒定律；7.实验七：验证动量守恒定律知识点所有力学实验1.刻度尺、弹簧秤的使用和读数，打点计时器的使用；2.实验原理和实验器材；3.实验步骤和注意事项；4.数据处理和误差分析；5.实验的拓展与创新1(2019全国卷)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究。物块拖动纸带下滑，打出纸带的一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，纸带上标出的每两个相邻点之
2、间还有4个打出的点未画出。在A、B、C、D、E五个点中，打点计时器最先打出的是_点。在打出C点时物块的速度大小为_ m/s(保留三位有效数字)；物块下滑的加速度大小为_ m/s2(保留两位有效数字)。答案A0.2330.75解析物块加速下滑，因此打点间距逐渐增大，故先打出A点。打C点时物块的速度大小vC m/s0.233 m/s；物块下滑的加速度大小a m/s20.75 m/s2。2(2019全国卷)甲、乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔0.1 s拍1幅照片。(1)若要从拍得的照片中获取必
3、要的信息，在此实验中还必须使用的器材是_。(填正确答案标号)A米尺 B秒表 C光电门 D天平(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法。答：_。(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab24.5 cm、ac58.7 cm，则该地的重力加速度大小为g_ m/s2。(保留两位有效数字)答案(1)A(2)将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺(3)9.7解析(1)利用频闪照片测重力加速度时需要测量小球下落的距离，因此实验时必须使用米尺。(2)将米尺竖直放置，小球靠近米尺下落，从照片上直接读出小球下落的距离。(3)根据sgT2得重力加速度大小g m/s29.7 m/s2。3(20
4、19四省名校高三第二次联考)某同学利用如图甲所示装置研究匀变速直线运动规律。某次实验通过电磁打点计时器打出纸带的一部分如图乙所示，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，每两个相邻计数点间有4个计时点没有画出，打点计时器所接交流电源频率为50 Hz。分别测出A点到B、C、D、E点之间的距离为x1、x2、x3、x4，以A点作为计时起点，算出小车位移与对应运动时间的比值，并作出t图象如图丙所示。(1)实验中下列措施必要的是_(填正确答案标号)。A打点计时器接220 V交流电源B平衡小车与长木板间的摩擦力C细线必须与长木板平行D小车的质量远大于钩码的质量(2)由图丙求出小车加速度a_ m/s2，打A点
5、时小车的速度vA_ m/s。(结果均保留两位有效数字)答案(1)C(2)5.00.40解析(1)电磁打点计时器接46 V交流电源，A错误；实验时不需要平衡小车与长木板间的摩擦力，B错误；细线必须与长木板平行，C正确；实验中小车做匀加速运动即可，没必要小车的质量远大于钩码的质量，D错误。(2)根据xv0tat2可得v0at，由图象可知：v0vA0.40 m/s，a2k2 m/s25.0 m/s2。4(2019广西桂林、贺州、崇左高三下学期3月联合调研)某同学用如图甲所示的装置测定当地的重力加速度。步骤如下：(1)先用校准后的游标卡尺测量金属小球的直径。图乙为用游标卡尺测量时的示数，则金属球的直径
6、d_ cm；(2)按图甲安装好器材，测得小球被电磁铁吸住时球心到光电门的距离为h。控制电磁铁释放小球，记下金属小球通过光电门的时间t，则金属球通过光电门时的速度大小v_；(用字母表示) (3)改变光电门到小球球心的距离h得到与之对应的t，取得若干组实验数据。以为纵坐标，以h为横坐标，描绘出h图象是一条倾斜直线，若直线斜率为k，则当地重力加速度g_。(用字母表示)答案(1)0.50(2)(3)解析(1)小球的直径为：5 mm00.1 mm5.0 mm0.50 cm。(2)小球经过光电门的时间极短，平均速度可视为金属小球经过光电门的瞬时速度，故v。(3)小球由静止到经过光电门这一过程，根据运动学公
7、式有：22gh，整理有h，由题可知k，则g。5(2019四川资阳高三上学期期末)在“探究弹簧的弹力与伸长量之间关系”的实验中，所用装置如图1所示，将轻弹簧的一端固定，另一端与力传感器连接，其伸长量通过刻度尺测得，某同学的实验数据列于下表中。伸长量x/(102 m)2.004.006.008.0010.00弹力F/N1.502.934.555.987.50(1)以x为横坐标，F为纵坐标，在图2的坐标纸上描绘出能正确反应这一弹簧的弹力与伸长量间的关系图线。(2)由图线求得这一弹簧的劲度系数为_。(保留三位有效数字)答案(1)图见解析(2)75.0 N/m解析(1)描点作图，如图所示：(2)根据图象
8、，该直线为一条过原点的倾斜直线，即弹簧的弹力与伸长量成正比，图象的斜率表示弹簧的劲度系数，即k75.0 N/m。6(2019四川广元高三第一次高考适应性考试)某同学做实验探究弹力和弹簧伸长量的关系，并测量弹簧的劲度系数k。他先将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将分度值是1 mm的刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺面上。当弹簧自然下垂时，指针指示的刻度数值记作L0；弹簧下端挂一个50 g的钩码时，指针指示的刻度数值记作L1；弹簧下端挂两个50 g的钩码时，指针指示的刻度数值记作L2，挂七个50 g的钩码时，指针指示的刻度数值记作L7。代表符号L0L1L2L3L4L5L6
9、L7刻度数值/cm1.703.405.106.858.6010.3012.1014.05(1)为了充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差，分别计算出了三个差值：d1L4L06.90 cm，d2L5L16.90 cm，d3L6L27.00 cm，则第四个差值d4_ cm。(2)根据以上差值，可以求出每增加50 g钩码，弹簧平均伸长量L_ cm。(3)弹簧的劲度系数k_ N/m。(g取9.8 m/s2，结果保留两位有效数字)答案(1)7.20(2)1.75(3)28解析(1)L3的数值为6.85 cm，L7的数值为14.05 cm，所以第四个差值d4L7L314.05 cm6.8
10、5 cm7.20 cm。(2)设每增加50 g钩码，弹簧平均伸长量为L，因为d14L，d24L，d34L，d44L，所以，L1.75 cm。(3)根据FkL，解得：k N/m28 N/m。7(2019安徽合肥高三上一诊)以下是某实验小组探究“二力合成规律”的过程。(1)首先进行如下操作：如图甲，轻质小圆环挂在橡皮条的一端，另一端固定，橡皮条的长度为GE；如图乙，用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。小圆环在拉力F1、F2的共同作用下，位于O点，橡皮条伸长的长度为EO；撤去F1、F2，改用一个力F单独拉住小圆环，仍使其位于O点，如图丙。同学们发现，力F单独作用与F1、F2共同作用的效果是一样的，
11、都使小圆环在O点保持静止。由于两次橡皮条伸长的长度相同，即_，所以F等于F1、F2的合力。(2)然后实验小组探究了合力F与分力F1、F2的关系：由纸上O点出发，用力的图示法画出拉力F1、F2和F(三个力的方向沿各自拉线的方向，三个力的大小由弹簧测力计读出)；用虚线将拉力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接，如图丁，得到的启示是_；多次改变拉力F1、F2的大小和方向，重做上述实验，通过画各力的图示，进一步检验所围成的图形。实验小组发现：在两个力合成时，以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向，这个规律叫做_。上述实验中，如果把图乙和图丙的操作顺序
12、对调，即先用拉力F将圆环拉到O点，再用拉力F1和F2共同拉圆环产生相同效果，则F1和F2就是F的_，此实验可以探究_规律。答案(1)橡皮条对小圆环的拉力相同(2)可构成平行四边形平行四边形定则分力力的分解解析(1)两次橡皮条伸长的长度相等，即两次橡皮条对小圆环的拉力相同，说明单个力F的作用效果与F1、F2共同作用的效果相同。(2)用虚线将拉力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接，可构成平行四边形，F1和F2为邻边，F为与F1和F2共顶点的对角线；多次改变拉力F1、F2的大小和方向，重做上述实验，在两个力合成时，以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小
13、和方向，这个规律叫做平行四边形定则。如果把图乙和图丙的操作顺序对调，即先用拉力F将圆环拉到O点，再用拉力F1和F2共同拉圆环产生相同效果，则F1和F2就是F的分力，此实验可以探究力的分解规律。8(2019山东恒台一中高三上学期诊断考试)(1)一同学设计如下实验过程来“验证力的平行四边形定则”，部分实验步骤如下，请完成有关内容：A将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，另一端拴上两根细线；B其中一根细线挂上5个质量相等的钩码，使橡皮筋拉伸，如图甲所示，记录O点的位置和_；C将步骤B中的钩码取下，分别在两根细线上挂上4个和3个质量相等的钩码，用两光滑硬棒B、C使两细线互成角度，如图乙所示
14、，小心调整B、C的位置，使_，并记录两根细线的方向。(2)在(1)问中，如果“力的平行四边形定则”得到验证，那么图乙中coscos_。答案(1)B.细线的方向C两次结点O的位置重合(2)43解析(1)B.一根细线挂上5个质量相等的钩码，使橡皮筋拉伸，需记录O点的位置和细线的方向；C.为了使第二次两拉力的共同作用效果与第一次一个拉力的作用效果相同，则应使两次结点O的位置重合。(2)根据O点处于平衡状态，由正交分解法有，在水平方向：4mgcos3mgcos，解得：。9(2019山东省临沂市高三上期末)学校物理兴趣小组利用如图甲所示的实验装置完成“探究加速度与力的关系”的实验。他们所用的器材有小车、
15、一端带有滑轮的导轨、打点计时器和几个已知质量的钩码，另有学生电源和力传感器(图中未画出)。(1)图乙是实验中得到的一条纸带，图中打相邻两计数点的时间间隔为0.1 s，由图中数据可得小车的加速度大小a_ m/s2。(结果保留三位有效数字)(2)实验小组A、B分别以各自测得的加速度a为纵轴，小车所受的合力F为横轴，作出图象如图丙中图线1、2所示，则图线1、2中对应小车(含车内的钩码)的质量较大的是图线_(填“1”或“2”)。答案(1)0.195(2)1解析(1)由匀变速直线运动的推论xaT2可知，小车的加速度大小：a0.195 m/s2。(2)由牛顿第二定律得：aF，则aF图线的斜率k，故小车质量
16、越大，图象的斜率越小，由图丙所示图象可知，图线1的斜率较小，则图线1对应的小车(含车内钩码)质量较大。10(2019河北衡水中学高三二调)如图甲(侧视图只画了一个小车)所示的实验装置可以用来验证“牛顿第二定律”，两个相同的小车放在光滑水平桌面上，右端各系一条细绳，跨过定滑轮各挂一个小盘，增减盘中的砝码可改变小车受到的合外力，增减车上的砝码可改变小车的质量。两车左端各系一条细线用一个黑板擦把两细线同时按在固定、粗糙的水平垫片上，使小车静止(如图乙)。拾起黑板擦两车同时运动，在两车尚未碰到滑轮前，迅速按下黑板擦，两车立刻停止，测出两车位移的大小。(1)该实验中，盘和盘中砝码的总质量应_(填“远大于
17、”“远小于”“等于”)小车的总质量。(2)图丙为某同学在验证“合外力不变，加速度与质量成反比”时的实验记录，已测得小车1的总质量M1100 g，小车2的总质量M2200 g。由图可读出小车1的位移x15.00 cm，小车2的位移x2_ cm，可以算出_(结果保留三位有效数字)；在实验误差允许的范围内，_(填“大于”“小于”“等于”)。答案(1)远小于(2)2.47(2.452.49均可)2.02(2.012.04均可)等于解析(1)因为实验的研究对象是小车，设小车的总质量为M，盘和盘中砝码的总质量为m，实验需要验证小车的加速度a，但实际实验中小车的加速度为a，为了达到研究目的需要满足盘和盘中砝
18、码的总质量远小于小车的总质量。(2)由题图丙可知，小车2的位移为2.47 cm，由匀加速直线运动的位移公式可知，xat2，即a，由于时间相等，可得2.02，可见在误差允许范围内，即两小车的加速度之比等于质量的反比。11(2019江苏泰州高三上学期期末)(1)如图甲所示是“测量木块与长木板之间的动摩擦因数”实验装置图，图中一端带有定滑轮的长木板水平固定。图乙为木块在水平木板上带动纸带运动时打点计时器打出的一条纸带，0、1、2、3、4、5、6、7为计数点，打点计时器的电源为50 Hz的交流电，则木块的加速度大小为_ m/s2；(结果保留两位有效数字)(2)若测得木块的质量为M，砝码盘和砝码的总质量
19、为m，木块的加速度为a，重力加速度为g，则木块与长木板间的动摩擦因数_(用题中所给字母表示)；(3)如果滑轮略向下倾斜，使细线没有完全调节水平，由此测得的值_(填“偏大”或“偏小”)。答案(1)0.46(2)(3)偏大解析(1)因T0.1 s，木块的加速度大小：a m/s20.46 m/s2。(2)根据牛顿第二定律：mgTma，TMgMa，解得。(3)如果滑轮略向下倾斜，使细线没有完全调节水平，则木块对木板的压力大于Mg，此时测得的值偏大。12(2019山东临沂十九中高三上学期第六次调研)如图甲是实验室测定水平面和小物块之间动摩擦因数的实验装置，曲面AB与水平面相切于B点且固定。带有遮光条的小
20、物块自曲面上某一点释放后沿水平面滑行，最终停在C点，P为光电计时器的光电门，已知当地重力加速度为g。(1)利用游标卡尺测得遮光条的宽度如图乙所示，则遮光条的宽度d_ cm；(2)实验中除了测定遮光条的宽度外，还需要测量的物理量有_；A小物块质量mB遮光条通过光电门的时间tC光电门到C点的距离sD小物块释放点的高度h(3)为了减小实验误差，同学们采用图象法来处理实验数据，他们根据(2)测量的物理量，建立图丙所示的坐标系来寻找关系，其中合理的是_。答案(1)1.060(2)BC(3)B解析(1)主尺的刻度为1 cm，游标尺上的第12个刻度与主尺的刻度对齐，读数是0.0512 mm0.60 mm，总
21、读数为10 mm0.60 mm10.60 mm1.060 cm。(2)实验的原理：根据遮光条的宽度与物块通过光电门的时间即可求得物块经过B点的速度为v，B到C的过程中，摩擦力对物块做负功，根据动能定理得：mgs0mv2，联立以上两式得动摩擦因数的表达式。故还需要测量的物理量是：光电门到C点的距离s与遮光条通过光电门的时间t，B、C正确，A、D错误。(3)由动摩擦因数的表达式可知，与t2和s的乘积成反比，所以与s的关系图线是过原点的直线，应该建立的坐标系为：纵坐标为物理量，横坐标为物理量s，故B正确，A、C、D错误。13(2019云南省昆明市寻甸县黄冈实验学校高三上期末)某课外活动小组利用竖直上
22、抛运动验证机械能守恒定律。(1)某同学用20分度游标卡尺测量小球的直径，读数如图甲所示，则小球直径为_ cm。图乙所示弹射装置将小球竖直向上抛出，先后通过光电门A、B，计时装置测出小球通过A、B的时间分别为2.55 ms、5.15 ms，由此可知小球通过光电门A、B时的速度分别为vA、vB，其中vA_ m/s；(2)用刻度尺测出光电门A、B间的距离h，已知当地的重力加速度为g，只需比较_是否相等，就可以验证机械能是否守恒；(用题目中涉及的物理量符号表示)(3)通过多次的实验发现，小球通过光电门A的时间越短，(2)中要验证的两数值差越大，试分析实验中产生误差的主要原因是_。答案(1)1.0204
23、.0(4或4.00也算对)(2)gh和(3)速度越大，所受阻力越大，小球机械能损失越大解析(1)小球的直径为10 mm0.054 mm10.20 mm1.020 cm。vA m/s4.0 m/s。(2)若动能的减少量和重力势能的增加量相等，则机械能守恒。重力势能的增加量为mgh，动能的减少量为mvmv，则只需验证gh和是否相等即可。(3)由于受到空气阻力作用，小球通过光电门A的时间越短，速度越大，空气阻力越大，小球机械能的损失越大。14(2019衡水中学高三第三次联考)某同学用如图甲所示装置验证机械能守恒定律，力传感器固定在天花板上，细线一端吊着小球，一端连在力传感器上，传感器显示细线拉力的大
24、小。小球的质量为m，当地的重力加速度为g。(1)实验开始前，用游标卡尺测出小球的直径，示数如图乙所示，则小球的直径D_ mm。再让小球处于自然悬挂状态，测出悬线的长L；(2)将小球拉离平衡位置使细线与竖直方向成一定的张角，由静止释放小球，使小球在竖直面内做往复运动，力传感器测出悬线的拉力随时间变化的关系如图丙所示，则小球运动到最低点时速度的大小为v_。小球摆到最高点时与最低点的高度差h_；(均用已知和测量物理量的符号表示)(3)验证机械能守恒定律成立的表达式为_(用已知和测量物理量的符号表示)。答案(1)9.8(2) (1cos)(3)g(1cos)解析(1)小球的直径D9 mm0.1 mm8
25、9.8 mm。(2)小球在最低点时细线拉力最大，为F0，根据牛顿第二定律：F0mgm，解得v ；小球摆到最高点时与最低点的高度差h(1cos)。(3)验证机械能守恒定律成立的表达式为mv2mgh，即：mmg(1cos)即：g(1cos)。15(2019江苏常州高三上学期期末)如图甲所示是某实验小组利用气垫导轨测量“功和动能变化的关系”的装置。气垫导轨的两个底脚间距为L，两光电门A、B中心的距离s保持不变，改变导轨右侧底脚相同垫块的个数，可以改变高度h。(1)用游标卡尺测出滑块上遮光条宽度d，如图乙所示，d_ mm。释放滑块，光电门A、B分别测出滑块遮光条挡光的时间为tA、tB，滑块在光电门A位
26、置的瞬时速度vA的大小为_(用字母表示)。(2)下列有关实验操作的说法正确的是_。A实验前需先测量滑块的质量B每次实验都要使滑块从静止开始滑下C每次实验都要使滑块从同一位置滑下D要先接通电源后释放滑块(3)如果该实验小组通过测量作出的Ekh图象为过原点的直线，则_(填“能”或“不能”)说明动能变化和合外力做功成正比。答案(1)5.80(2)D(3)能解析(1)由题图乙所示游标卡尺可知，主尺示数为5 mm，游标尺示数为160.05 mm0.80 mm，游标卡尺读数d5 mm0.80 mm5.80 mm。经过光电门的速度可以由经过光电门时的平均速度表示，则有vA。(2)本实验探究动能定理，只有重力
27、做功，有mghmvmv，表达式两边的质量可约掉，则不需要测滑块的质量，A错误；探究动能定理时只要能测量出滑块过A点和B点的瞬时速度即可，不需要滑块从静止开始运动或从同一位置释放，B、C错误；气垫导轨只有接通电源后才能从气孔喷出气体让滑块不接触导轨，从而不受摩擦力，故要先通电后释放滑块，D正确。(3)动能变化量Ekmvmv，合外力做功W合mgssin，为斜面倾角，又sin，得W合h，则若Ekh图象为过原点的直线，即能说明动能变化和合外力做功成正比。16(2019福建福州高三下质量检测)利用如图甲所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系。小车的质量为M，钩码的质量为m，打点计时器的电源为50
28、 Hz的交流电。(1)实验操作步骤如下：挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到小车做匀速运动；挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图乙所示，用刻度尺量出相邻计数点间的距离x，记录在纸带上。(2)实验数据处理及实验结论从图乙数据可以计算打出计数点“6”时小车的速度v6_ m/s；(计算结果保留三位有效数字)将钩码重力mg视为小车受到的拉力F，当地重力速度g9.80 m/s2，利用Wmgx算出拉力对小车做的功W，利用动能公式EkMv2算出小车的动能，求出动能的变化量Ek。并把计算结果标在EkW坐标系中，画出的图线如图丙所示；从图丙中可计算出直线斜率k，从k值大
29、小就可以判断出实验预期结论是否正确(实验预期结论是动能变化等于拉力做的功)。若实验结论与预期结论相符合，则k值为_。(填“k1”“k1”或“k1”)(3)实验结论及应用实验结果表明，Ek总是略小于W。某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的。从图中算出直线斜率为k，以及题中小车质量M和钩码质量m，就可算出小车受到的实际拉力F，其计算公式是F_。答案(2)0.458k1(3)kmg解析(2)打计数点“6”时小车的速度：v6 m/s0.458 m/s。由于已平衡摩擦力，所以小车受到的合外力等于小车受到的拉力F，根据动能定理可得拉力对小车做的功W等于小车动能的变化量Ek，即：EkW，所以在Ek
30、W的图象中的直线斜率k1。(3)根据动能定理可得W(mM)v2，直线斜率为k；根据牛顿第二定律得FMa，mgFma，又FF，则小车受到的实际拉力Fkmg。17(2019福建高三上校级联考)某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行实验。在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门，水平平台上A点右侧摩擦很小可忽略不计，左侧为粗糙水平面，当地重力加速度大小为g。采用的实验步骤如下：在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片；用天平分别测出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mb；在a和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的轻弹簧，静止放置在平台上；细线烧断后，a、b瞬间被弹开，向相反方向运动；记录滑块a通过
31、光电门时挡光片的遮光时间t；滑块a最终停在C点(图中未画出)，用刻度尺测出AC之间的距离sa；小球b从平台边缘飞出后，落在水平地面的B点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离sb；改变弹簧压缩量，进行多次测量。(1)该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证_即可。(用上述实验数据字母表示)(2)改变弹簧压缩量，多次测量后，该实验小组得到sa与的关系图象如图乙所示，图线的斜率为k，则平台上A点左侧与滑块a之间的动摩擦因数大小为_。(用上述实验数据字母表示)答案(1)mambsb(2)解析(1)由于A点右侧摩擦可以忽略不计，所以被弹开后滑块a的瞬时速度等于经过光电门的速度，即va，b被弹开后的瞬时速度等于做平抛运动的初速度，根据vbtsb，hgt2可得vbsb，该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证mambsb即可。(2)根据动能定理可得magsa0mav，即gsa2，化简得sa，即k，解得。
