资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
第14讲　力学和光学实验
题型1纸带类实验
1．纸带的三大应用
(1)利用逐差法求解平均加速度(如图)
a1＝，a2＝，a3＝ a＝
(2)利用平均速度求瞬时速度：vn＋1＝
(3)利用速度—时间图象求加速度．
2．光电门的应用
(1)求瞬时速度：把遮光条(宽度为d)通过光电门的时间Δt内的平均速度看做遮光条经过光电门的瞬时速度，即v＝.
(2)求加速度：若两个光电门之间的距离为L，则利用速度与位移的关系可求加速度，即a＝.
3．实验的技巧
(1)要根据实验原理来判断是否需要平衡摩擦力，知道正确平衡摩擦力的方法．
(2)要清楚钩码(或沙桶)与小车之间的质量关系，并且要清楚在仪器创新或实验原理创新的情形下，该条件是否需要调整．
(3)要知道实验数据、图象的处理方法和运用数学知识解题的技巧．
某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，选用的是电火花打点计时器，其电源频率为50Hz。
(1)为完成本实验，下列器材中必须有的是（填编号） ；
①天平②低压直流电源③刻度尺④秒表
(2)该同学安装好实验装置后开始实验，以下操作正确的是；
A．在释放小车前，小车要靠近打点计时器
B．打点计时器应固定在长木板有定滑轮的一端
C．应先释放小车，再接通电源
D．需调整滑轮的高度，使细线与长木板平行
(3)该同学利用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，其相邻点间的距离如图所示，每两个相邻计数点之间还有四个点未画出。试根据纸带上各个计数点间的距离计算：
①打下D点时小车的瞬时速度为 m/s（保留三位有效数字）；
②小车运动的加速度为 m/s2（保留三位有效数字）。
(4)在实验过程中，由于频率波动，交流电源的实际频率略小于50Hz，则前面计算出的加速度值与真实值相比 （填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
【答案】(1)③
(2)AD
(3) 0.560 0.801
(4)偏大
【详解】（1）为完成本实验，由于使用了电火花打点计时器，则需要220V的交流电源，本实验为了测量速度需要测量纸带的位移，所以需要刻度尺，由于打点计时器可以计时，所以不需要秒表，不用测量质量，所以不需要天平。故选③。
（2）A．在释放小车前，小车要靠近打点计时器，以有效地利用纸带，故A正确；
B．打点计时器应放在长木板没有滑轮一端，故B错误；
C．应先接通电源，后释放小车，便于有效利用纸带，故C错误；
D．为了减小误差，应调整滑轮的高度，使细线与长木板平行，故D正确；
E．选择平直且各处粗糙程度相同的长木板做实验，这样使得小车受到的摩擦力恒定，故E正确。
故选ADE。
（3）[1]打下D点时小车的瞬时速度为vD==m/s=0.560m/s
[2]小车运动的加速度为a==m/s2=0.801m/s2
（4）如果在测定匀变速直线运动的加速度时，由于频率波动，交流电源的实际频率略小于50Hz，则打点周期小于0.02s，计算时还用0.02s来计算，则计算出的加速度值与真实值相比偏大。
为探究质量一定时加速度与力的关系，某同学设计了如图甲所示的实验装置，其中力传感器可实时测出细线上的张力。
(1)平衡小车受到的阻力时 挂砂桶，实验过程中 满足砂和砂桶的总质量远小于小车的质量。（均选填“需要”或“不需要”）
(2)正确操作后，得到如图乙所示的纸带，A、B、C、D、E点为纸带上选取的相邻五个计数点，且相邻两个计数点之间还有四个计时点未画出。已知打点计时器的打点周期为0.02s，则纸带上打出C点时小车的速度大小 m/s，小车的加速度大小 （计算结果均保留两位有效数字）
【答案】(1) 不需要 不需要
(2) 0.43 1.0
【详解】（1）[1] [2]平衡小车受到的阻力时不需要挂砂桶，由于有力传感器，实验过程中不需要满足砂和砂桶的总质量远小于小车的质量。
（2）[1]相邻两个计数点之间还有四个计时点未画出，则周期为
纸带上打出C点时小车的速度大小
[2]根据逐差法可知加速度为
用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系，请回答下列问题：
(1)细绳下端不挂槽码，将长木板右端用垫块垫起，与桌面成θ角，以平衡摩擦力。当打点计时器打出的纸带点迹越来越密集，说明θ角 （选填“偏小”或“偏大”）。
(2)某次实验获得的纸带如图乙所示，计数点A到G中，相邻计数点间均有4个计时点未画出，打点计时器频率为50Hz，则小车的加速度大小a= m/s2。（结果保留两位有效数字）
(3)实验中，保持小车的质量M一定，改变槽码的质量m，测出对应的小车加速度a，认为细绳对小车的拉力F等于槽码的重力，根据实验数据作出的图像如图丙中的曲线1所示。一位同学利用加速度较小的几组数据拟合了直线2（如图丙所示），作一条与纵轴平行的虚线，与这两条图线及横轴的交点分别为B、C、A，若小车的质量M已测出，求此时悬挂槽码的质量为 （用M、AB、AC表示）；
(4)为使作出的图像为直线，验证结果更准确，该实验小组经过讨论后，改进了（3）中的实验方案，当保持 （选填“M”、“m”或“M+m”）一定时，重复（3）中的实验，由此得到的图像就是一条直线。
【答案】(1)偏小
(2)0.34
(3)
(4)
【详解】（1）当打点计时器打出的纸带点迹越来越密集，说明在减速，平衡摩擦力不够，θ角偏小。
（2）相邻计数点间均有4个计时点未画出，则相邻计数点的时间间隔为
根据逐差法可得加速度为
（3）认为细绳对小车的拉力F等于槽码的重力，对于曲线1，则有
利用加速度较小的几组数据拟合了直线2，则有
联立可得悬挂槽码的质量为
（4）选择整体为研究对象，由牛顿第二定律得
故当保持一定时，得到的图像就是一条直线。
某实验小组利用如图甲所示的实验装置探究加速度与力的关系。
(1)某同学正确完成平衡阻力的操作后进行实验，打出的一条纸带如图乙所示，图乙中刻度尺的最小刻度为1mm，相邻两计数点间均有4个点未画出，所用交流电源的频率为50 Hz，则打计数点4时，小车的速度大小为 m/s，加速度大小为 m/s 。(结果保留两位有效数字)
(2)保持小车和砝码的总质量M不变，逐渐增加槽码的个数，重复实验，得到多组槽码的总重力 mg 和对应加速度a的数据，描点画出了如图丙所示的图线Ⅰ，根据最初的几组数据拟合出一条直线Ⅱ，两条图线有明显的偏差，为使槽码的总质量在5~20g范围内进行实验，且图丙中满足 则实验中小车和砝码的总质量 M 应不小于 g。
【答案】(1) 0.32 0.40
(2)380
【详解】（1）[1]相邻两计数点间均有4个点未画出，交流电的频率为50 Hz，可得相邻两计数点间的时间间隔=0.1s
根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于全程的平均速度，打计数点4时的速度大小
[2]由逐差法可得
（2）图线Ⅰ在槽码的总重力较大时出现弯曲，槽码的总重力大于小车所受的合外力，其加速度
图线Ⅱ为直线，槽码的总质量远小于小车和砝码的总质量，槽码的总重力近似等于小车所受的合外力，有aⅡ=
根据
可得M≥380 g
在“验证机械能守恒定律”实验中，某同学用如图甲所示的装置，让重物从静止开始下落，打出一条清晰的纸带，其中的一部分如图乙所示。O点是打下的第一个点，A、B、C和D为另外4个连续打下的点。
(1)对于体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的重物的理由是______。
A．减小偶然误差
B．减小空气阻力和重力之比
C．减小空气阻力
(2)已知交流电频率为50Hz，重物质量为200g，当地重力加速度g取，则从O点到C点，重物的重力势能变化量的绝对值＝ J、C点的动能＝ J（计算结果均保留2位有效数字）。比较与的大小，出现这一结果的原因可能是 。
A．工作电压偏高
B．存在空气阻力和摩擦力
C．接通电源前释放了纸带
【答案】(1)B
(2) 0.55 0.59 C
【详解】（1）在验证机械能守恒定律实验中，阻力越小越好，而密度大的重物所受阻力与重力之比更小。
故选B。
（2）[1][2]由题图乙可知OC之间的距离为＝27.90cm，因此重力势能的减少量为
匀变速运动时间中点的速度等于这段时间的平均速度，因此
动能的增加量为
[3]工作电压偏高不会影响实验的误差；存在摩擦力会使重力势能的减少量大于动能的增加量，只有提前释放了纸带，纸带的初速度不为零，才会导致算出的动能的增加量大于重力势能的减少量。
故选C。
题型2弹簧、橡皮条类实验
1．模型介绍
力学实验中用到弹簧或橡皮条的实验有探究求合力的方法、探究做功与小车速度变化的关系．
2．探究求合力的方法
(1)实验原理
使一个力的作用效果跟两个力的共同作用效果相同．
(2)操作关键
①每次拉伸时结点位置O必须保持不变；
②记下每次各力的大小和方向；
③画力的图示时应选择适当的标度．
实验小组完成了两个力的合成与分解实验：
(1)如图甲所示，一竖直放置的木板上固定白纸，在白纸上附有角度刻度线，弹簧测力计a和b连接细线系于O点，其下端用细线悬挂一重物Q，使结点O静止在角度刻度线的圆心位置。分别读出弹簧测力计a和b的示数，并在白纸上记录拉线的方向。则图中弹簧测力计a的示数为 N；弹簧测力计a、b均绕O点顺时针缓慢转动，且保持两弹簧测力计间的夹角不变，直到弹簧测力计a方向水平为止，此过程弹簧测力计a的示数会 （填“变大”“变小”“先变大后变小”或“先变小后变大”），弹簧测力计b的示数会 （填“变大”“变小”“先变大后变小”或“先变小后变大”）。
(2)实验小组用5个钩码拉弹簧使之伸长至某个位置，并记录，如图乙所示；然后再用两组钩码（3个钩码和4个钩码）拉伸弹簧，如图丙所示，每个钩码的质量均相同，弹簧均处于水平方向。
①完成该实验最关键的步骤是 ；
②如果该实验中“力的平行四边形定则”得到验证，则图丙中的和（绳子与竖直方向夹角）满足 。
【答案】(1) 5.80 变小 变大
(2) 第二次拉伸弹簧使之伸长至位置
【详解】（1）[1] 图甲中弹簧测力计a的示数为5.80N；
[2] [3] 根据几何关系可知，弹簧测力计a、b对结点O的拉力、以及重物Q对结点O的拉力G组成的矢量三角形内接于圆内，如图所示
可知在弹簧测力计a、b均绕O点顺时针缓慢转动直到弹簧测力计a方向水平的过程中，弹簧测力计a的示数变小，弹簧测力计b的示数会变大。
（2）①[1] 本实验的思想是等效替代的思想，所以其最关键的是两次拉伸弹簧的效果是相同的，即第二次拉弹簧使之伸长至位置。
②[2] 由题图可知，第二次拉伸时，两个力在竖直方向上的合力为零，设单个钩码的质量为m，有，整理得
。
(1)图甲为某学习小组做“探究求合力的方法”实验，图乙是其在白纸上根据实验结果画出的图。
①为了准确得到合力与分力的关系，要采用作力的 （填“图示”或“示意图”）来表示分力与合力；
②某次实验中弹簧测力计的示数如图丙所示，则拉力的大小为 ；
③下列有关该实验的说法中，正确的是 ；
A．该实验弹簧测力计使用前要竖直悬挂调零
B．弹簧测力计的外壳与白纸之间有摩擦，对实验误差没有影响
C．图乙中力沿图甲中延长线方向
D．只有一个弹簧测力计无法完成该实验
(2)该学习小组继续用如图丁所示的实验装置来做“探究小车加速度与力、质量的关系”的实验。
①为消除阻力对实验的影响，某同学操作如下：将小车静止放在水平长木板上，把长木板不带滑轮的一端慢慢垫高，如图戊所示，直到小车带着纸带由静止开始沿长木板向下滑动，即认为刚好补偿阻力完毕。该同学补偿阻力的操作 （选填“正确”或“不正确”）；
②实验中 （选填“需要”或“不需要”）满足所挂钩码的质量远小于小车的质量；
③如果该同学已经按照①中的操作补偿阻力，在小车质量不变时，通过改变钩码的质量，得到的图像是 ；
A． B． C． D．
④每得到一条纸带，分析其数据，可在图像上做出 个点（选填“1”或“多”）。
【答案】(1) 图示 4.0 B
(2) 不正确 不需要 C 1
【详解】（1）[1]要准确得到合力与分力的关系，需要利用图像精确的画出力的大小和方向，所以需要画力的图示。
[2]根据丙图可知，测力计最小一格的测量值为0.2N，所以读数为4.0N。
[3]A．该实验弹簧测力计使用前如果竖直悬挂调零，那么弹簧自身重力的影响无法去除，故A错误；
B．弹簧测力计的外壳与白纸之间有摩擦，对内部弹簧的受力无影响，故B正确；
C．图乙中力是两个分力画出的合力的图示，而才是用一个弹簧测力计测出的实际合力，应该是沿着图甲中AO延长线方向，故C错误；
D．若只有一个弹簧测力计，在实验时将橡皮筋拉到同一位置时可认为合力相同，可以固定两个分力的方向分别测量，不影响实验结果，故D错误。
故选B。
（2）[1]补偿阻力的操作应该是把长木板不带滑轮的一端慢慢垫高，直至小车能带着纸带在木板上向下做匀速运动（即打出的纸带上点的间隔均匀），所以该同学的操作不正确。
[2]因为实验中存在力传感器，所以在忽略空气阻力的情况下，绳上拉力就是小车受到的合力，所以不需要钩码质量远小于小车的质量。
[3]该同学按照步骤①的操作进行时，平衡摩擦力过度，所以力传感器示数为0时，可认为小车已受到外力，此时小车已经有加速度，即公式应为
可以转化为，图像C符合题意。
故选C。
[4]每改变一次钩码的质量，可以得到一条新的纸带，利用这条纸带测出一组力传感器的读数和一个a的大小，所以在图像中只有一个点。
某实验小组要测量弹簧的劲度系数，他们利用智能手机中自带的定位传感器设计了如图甲所示的实验，手机软件中的“定位”功能可以测量手机竖直方向的位移（以打开定位传感器时手机的位置为初位置）。
钩码个数n 1 2 3 4 5 6
手机位移x/cm 0.98 2.02 3.01 3.98 5.01 5.99
(1)实验小组进行了如下主要的实验步骤，正确的顺序是 。
A．按图甲安装实验器材，弹簧上端固定在横杆上，下端与手机连接，手机重心和弹簧在同一竖直线上
B．在坐标纸图中描点作出n－x图像，如图乙所示
C．在手机下方悬挂一个钩码，缓慢释放，当手机和钩码静止时记录下手机下降的位移x
D．手托着手机缓慢下移，手离开手机，手机静止时，打开手机中的定位传感器
E.改变钩码个数n，重复上述操作，记录相应的位移x，数据如表格所示
(2)已知每个钩码的质量为50g，重力加速度取g=10m/s2，由图像乙可以求得弹簧的劲度系数为 N/m。
(3)实验中未考虑手机所受重力使弹簧伸长，这对弹簧劲度系数的测量结果 （选填“有”或“无”）影响。
【答案】(1)ADCEB
(2)50
(3)无
【详解】（1）由题意可知，本实验通过改变钩码的个数改变弹簧弹力大小，通过手机定位传感器确定弹簧的形变量，通过作图法处理实验数据，则应先安装实验器材，打开手机的定位传感器，通过改变钩码个数进行实验，根据实验数据作出图像然后进行实验数据处理，故合理的实验步骤是ADCEB。
（2）根据胡克定律F=kx
可得nmg=kx
整理得
由图像可知，图像的斜率为1，则有
解得k=50N/m
（3）由上述分析可知，弹簧的劲度系数是通过图线的斜率与每个钩码所受重力的乘积得到的，则未考虑手机所受重力使弹簧伸长，这对弹簧劲度系数的测量结果无影响。
如图甲是“探究功与速度变化的关系”的实验装置，其中打点计时器所用交流电的频率为50Hz。当质量为0.10kg的小车，在1条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W。
(1)关于该实验， （填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力。
(2)当用2条、3条……完全相同的橡皮筋进行第2次、第3次……实验时，由于每次实验中橡皮筋的拉伸长度相同，因此第2次、第3次……实验中，橡皮筋对小车做的功分别为 、 、……，每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带求出。
(3)图乙为某次用1条橡皮筋实验打出的纸带，测得A、B、C、D、E相邻两点间的距离分别为，，，，则小车获得的最大速度为 m/s。（结果保留两位有效数字）
【答案】(1)需要
(2) 2W 3W
(3)0.82
【详解】（1）为了保证小车的动能都是橡皮筋做功的结果，必须平衡摩擦力。
（2）由于每次实验中橡皮筋的拉伸长度相同，故每根橡皮筋对小车做功大小相等，因此第2次、第3次实验中，橡皮筋对小车做的功分别为2W，3W。
（3）速度越大，相同时间内通过的位移越大，由图可知，纸带的CD、DE间距最大，且相等，即速度达到最大值，两点间的时间间隔为0.02s，则最大速度为
如图1所示为高中物理中的四个力学实验装置。
（1）关于这四个力学实验，下列说法正确的是 （多选）。
A．实验操作时，四个实验均需先接通电源后释放纸带
B．实验操作时，四个实验均需物体靠近打点计时器处由静止释放
C．四个实验中的物体均做匀变速直线运动
D．数据处理时，四个实验均需计算物体的加速度
（2）某同学按图1（乙）装置做“探究加速度与力和质量关系”，在正确补偿阻力后，按实验原理打出了12条纸带。如图2（a）所示是根据其中一条纸带上的数据作出的图像。打该条纸带时，钩码的总质量 （选填“满足”或“不满足”）远小于小车的质量。
（3）如图2（b）所示是某同学按图1（丁）装置做“验证机械能守恒”时打出的一条纸带，计时器接在频率为的交流电源上，从起始点开始，将此后连续打出的7个点依次标为A、、…，已知重锤的质量为，当地的重力加速度，从打点到打点的过程，重锤重力势能的减少量为 ，重锤动能的增加量为 。（该小题中的计算结果均保留2位有效数字）
【答案】 AB/BA 满足
【详解】（1）[1] AB．打点计时器在使用时，为了使打点稳定，同时为了提高纸带的利用率，使尽量多的点打在纸带上，要应先接通电源，再放开纸带，同时需物体靠近打点计时器处由静止释放，故AB正确；
CD．探究功与速度变化的关系实验中，橡皮筋的势能转化为小车的动能，且在平衡摩擦力之后，通过增加橡皮筋条数使做功成倍增加，小车做非匀变速直线运动，也无需计算小车的加速度，故CD错误。
故选AB。
（2）[2]图像为一条倾斜的直线，加速度一定，钩码的总质量和小车的质量分别为m、M，由图像可知
由牛顿第二定律
可得
可知小车受到的合外力一定，则打该条纸带时，钩码的总质量满足远小于小车的质量。
（3）[3] 重锤重力势能的减少量为
[4]F点速度
重锤动能的增加量为
题型3力学创新拓展实验
1．创新型实验的特点
(1)以基本的力学模型为载体，依托运动学规律和力学定律设计实验．
(2)将实验的基本方法——控制变量法，处理数据的基本方法——图象法、逐差法，融入到实验的综合分析之中．
2．创新型实验的处理
(1)根据题目情景，抽象出相应的力学模型、运动过程，根据相应规律列出关系式，从而明确实验的理论依据．
(2)应用原理公式或图象法处理实验数据，结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行分析．
为了验证动量守恒定律，某实验小组的同学设计了如图甲所示的实验装置：将一足够长气垫导轨放置在水平桌面上，光电门1和光电门2相隔适当距离安装好，在滑块A和B相碰的端面上装有弹性碰撞架，它们的上端装有宽度均为d的挡光片，测得滑块A、B（包含挡光片）的质量分别为和。
(1)用螺旋测微器测量滑块上挡光片的宽度d，示数如图乙所示，则 mm。
(2)打开气泵，调节气垫导轨，将一个滑块放在气垫导轨左端，向右轻推滑块，滑块通过光电门1、2的时间分别为、，当 （选填“”、“”或“”）时，可认为气垫导轨水平。
(3)滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于两光电门之间，给A一个向右的初速度，A与静止的滑块B发生碰撞。与光电门1相连的计时器先后显示的两次遮光时间分别为和，与光电门2相连的计时器显示的遮光时间为。若、、、、满足关系式： ，则可验证滑块A、B组成的系统碰撞前后动量守恒；若、、满足关系式： ，则可验证滑块A、B碰撞是弹性碰撞。
【答案】(1)4.915
(2)
(3)
【详解】（1）遮光片的宽度
（2）打开气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的挡光片经过两个光电门的遮光时间相等时，可认为气垫导轨水平。
（3）[1][2]与光电门1相连的计时器碰撞前后有两次显示时间，说明A碰后速度反向，则碰前A的速度大小为
碰后A的速度大小为
碰后B的速度大小为
由动量守恒得
联立解得
若两滑块发生的是弹性碰撞，则
联立解得
某同学用图甲所示的实验装置测量物块与水平桌面间的动摩擦因数。物块用跨过定滑轮的细绳与重物相连，滑轮左侧的细绳沿水平方向。释放重物，物块开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离最终停在桌面上。图乙为该同学截取重物落地后物块运动过程的一段纸带，O、A、B、C、D为5个连续计数点，相邻两个计数点之间还有四个点未画出。已知打点计时器所接交流电源的频率为50Hz。
(1)从纸带记录的信息可知纸带的 端更靠近物块（选填“P”或“Q”）。
(2)物块做减速运动过程中的加速度大小a= m/s2（保留两位有效数字）。
(3)已知当地的重力加速度大小为9.8m/s2，则物块与桌面间的动摩擦因数为 （保留两位有效数字）。
【答案】(1)Q
(2)2.0
(3)0.20
【详解】（1）图乙为该同学截取重物落地后物块运动过程的一段纸带，可知物块做减速运动，相同时间内通过的位移逐渐减小，从纸带记录的信息可知纸带的Q端更靠近物块。
（2）相邻两个计数点之间还有四个点未画出，则相邻计数点的时间间隔为
根据逐差法可得加速度大小为
（3）根据牛顿第二定律可得
解得物块与桌面间的动摩擦因数为
为了更好地使教学可视化，某学校实验小组借助数字化实验仪器来探究向心力F与转动角速度ω之间的关系。如图甲所示，细线1上端通过力传感器固定在水平直杆并保持竖直状态，下端挂一个磁性小球（看作质点），竖直转轴上与磁性小球等高处固定另一个力传感器，用细线2连接，细线2伸直且水平，磁传感器固定在与磁性小球等高、距转轴距离略大于细线2的固定支架上，可以显示在远离磁体时磁感应强度变弱，靠近时变强，最近时出现峰值。细线1、2重力均不计。
(1)用刻度尺测出悬线1到转轴的距离L，将整个装置绕竖直转轴匀速转动，磁性小球每次经过磁传感器附近时，磁传感器就接收到一个反映磁场强度的脉冲，如图乙所示，由图可知，磁性小球做圆周运动周期T= s；（结果保留两位有效数字）
(2)多次改变转动的角速度ω，获得多组对应的力传感器1的示数F1及力传感器2的示数F2，为了直观地反映向心力F与ω的关系，在坐标纸中做 （填写纵坐标-横坐标，如y-x）图。在误差允许范围内做出的图像为 。
【答案】(1)0.69
(2) F2-ω2 一条过原点的倾斜直线
【详解】（1）磁性小球做圆周运动周期为
（2）[1]对磁性小球根据牛顿第二定律得
为了直观地反映向心力F与ω的关系，在坐标纸中做F2-ω2图；
[2]当m、L一定时，F2与ω2成正比，所以在误差允许范围内做出的图像为得到一条过原点的倾斜直线。
某同学利用如图甲所示的装置探究平抛运动：
(1)做实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球平抛运动的轨迹。下列操作合理的是（　　）
A．重垂线是为了确定轨道末端是否水平
B．记录小球位置时，挡板不必等间距下降
C．描点作图线时，应该用平滑的曲线连接所有的点
D．每次小球释放的初始位置必须相同
(2)为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于O点，在下图中，坐标原点选择正确的是（　　）
A． B．
C． D．
(3)如图乙所示，为一次实验记录中的一部分，图中背景方格的边长表示实际长度5cm。从图像上分析，计算得小球经过B点的速度为 m/s。（保留两位有效数字）
【答案】(1)BD
(2)C
(3)2.5
【详解】（1）A．重垂线是为了确定挡板是否保持竖直以及确定y方向，故A错误；
B．记录小球位置时，挡板不必等间距下降，但每次下降距离应适当，故B正确；
C．描点作图线时，应该用平滑的曲线连接尽量多的点，舍弃偏离较远的点，故C错误；
D．每次小球释放的初始位置必须相同，确保平抛的初速度相同，故D正确。
故选BD。
（2）坐标原点应该是小球球心在斜槽末端的投影点。
故选C。
（3）根据平抛运动规律，在水平方向有
竖直方向有
小球经过B点时竖直方向的速度大小为
小球经过B点的速度大小为
联立解得
某实验小组欲测量滑块和木板间的动摩擦因数，操作步骤如下：
①如图甲所示，将木板的一端用垫片垫起形成一个斜面，测出垫片到斜面底端的水平距离，光电门距斜面底端的距离等于滑块的长度，在滑块尾部装上宽度为的遮光片（遮光片的宽度远小于滑块的长度），让滑块的前端对齐垫片的位置，将滑块由静止释放，记录遮光时间；
②如图乙所示，调整垫片的位置，从而改变斜面的倾角，测出垫片到斜面底端的水平距离，让滑块的前端对齐垫片的位置，将滑块由静止释放，记录遮光时间；
③多次重复以上操作，记录数据。
(1)如图丙所示，用游标卡尺测得遮光片的宽度 。
(2)根据采集的垫片到斜面底端的水平距离、遮光时间的数据表，作出了如图丁所示的图像，则该图像的纵轴和横轴分别为__________。
A．， B．， C．， D．，
(3)已知图丁的斜率大小为，重力加速度为，则滑块与木板间的动摩擦因数 。（用题中所给字母表示）
(4)若把滑块在斜面上调个头，让有遮光片的尾部放前面并对齐垫片的位置，由静止释放，其他都不变，对动摩擦因数的测量 （填“有影响”或“无影响”）。
【答案】(1)2.3
(2)C
(3)
(4)有影响
【详解】（1）遮光片的宽度。
（2）设斜面的倾角为，滑块的前端与斜面底端的距离为，垫片的高度为，由
可得
故
C项正确。
（3）由（2）得斜率大小
解得
（4）设滑块的长度为，则有
可得
换垫片位置后、的值将改变，与不成线性关系，故把滑块有遮光片的一端放前面下滑，其他都不变，对动摩擦因数的测量有影响。
某物理兴趣小组想利用气垫导轨验证物块和弹簧组成的系统机械能守恒。如图甲所示，气垫导轨调至水平，力传感器固定在导轨的左支架上，将轻质弹簧一端连接到力传感器上，弹簧自由伸长至点。给装有宽度为的遮光条的滑块一定的初速度，使之从导轨右端向左滑动，记录滑块经过光电门时的挡光时间以及滑块压缩弹簧至最短时力传感器的示数，并多次进行上述操作。已知弹簧的劲度系数为，弹簧弹性势能的表达式为（为弹簧的形变量），滑块的质量为。
(1)用游标卡尺测得遮光条的宽度如图乙所示，读数 。
(2)滑块经过光电门时的动能为 ，弹簧压缩到最短时，弹簧的弹性势能为 。（用题中所给字母表示）
(3)根据实验数据，作出 （填“”“”或“”）图像，使之成为一条直线，图像的斜率为 （用题中所给字母表示），则可验证系统机械能守恒。
【答案】(1)10.60
(2)
(3)
【详解】（1）遮光条的宽度
（2）[1][2]滑块经过光电门时的速度
根据动能的表达式可得
根据弹性势能的表达式有
结合胡克定律
解得
（3）[1][2]若系统机械能守恒，则满足
即
整理得
应作图像，图像的斜率为。
某兴趣小组设计了如图甲所示的探究物体做匀速圆周运动时向心力大小与角速度大小的关系的实验装置。磁性滑块（形状为小正方体，可视为质点）放置在转台上，长为L的绝缘细线一端连接磁性滑块内侧，另一端连到固定在转轴上的力传感器上，细线与转台平行，计算机力传感器显示细线上拉力F的大小。磁性滑块静止时，力传感器示数为零。转台左侧固定一智能手机，智能手机中的“磁传感器”能实时记录手机附近磁场的大小，磁体越靠近手机“磁传感器”记录下的磁感应强度越大。当转台绕竖直轴水平匀速转动时，手机记录滑块多次经过时的磁场脉冲信号，如图乙所示。
(1)由图乙可得滑块做匀速圆周运动的角速度大小 （用、表示）。
(2)经多次实验后，以力传感器的示数F为纵轴，对应的角速度平方为横轴，建立直角坐标系，描点后拟合为一条直线，如图丙所示，试分析图像不过原点的原因： 。
(3)该小组通过分析发现由丙图可计算出滑块的质量m，则 （用a、b、L表示）。
【答案】(1)
(2)滑块与转台有摩擦力
(3)
【详解】（1）由图乙可知，滑块做匀速圆周运动的周期为
根据匀速圆周运动角速度与周期的关系
解得滑块做匀速圆周运动的角速度大小
（2）若滑块和转台之间存在摩擦力，则有
解得
不考虑摩擦力时，图像应恰好过原点，不过原点，可能是由于滑块与转台间存在摩擦力。
（3）由（2）以及图丙可知，图像的斜率为
因为滑块做圆周运动的半径为
代入上式解得滑块的质量
物理学习小组利用气垫导轨和光电门验证动量守恒定律，其实验过程如下：
(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度，对齐的刻度线如图甲中的箭头所示，则遮光条的宽度d= mm。
(2)将滑块A从左端向右轻推一下，滑块通过光电门1的时间大于通过光电门2的时间，则应该将气垫导轨左端的底脚调 （选填“高”或“低”）。
(3)气垫导轨调节水平后，将滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于光电门1、2之间，如图乙所示。给滑块A一定的初速度去碰撞滑块B，若数字计时器记录滑块通过光电门1的时间分别为、，通过光电门2的时间为。若两滑块发生弹性碰撞，则、、应满足的关系式为 （请用题中所给的字母表示）。
(4)相对误差的绝对值表达式为（p为碰前系统的总动量，p'为碰后系统的总动量）。若滑块A与B的质量之比为1∶3，某次实验中测得、、，则本次实验中的 （结果保留两位有效数字）。
【答案】(1)9.56
(2)低
(3)
(4)3.1%
【详解】（1）遮光条的宽度
（2）滑块通过光电门1的时间大于通过光电门2的时间，说明滑块做加速运动，则应该将气垫导轨左端的底脚调低。
（3）若两滑块发生弹性碰撞，根据动量守恒
根据机械能守恒
解得，
可知
其中，，
整理得
（4）碰撞前后的速度，，
碰撞前系统的总动量
碰撞后系统的总动量
且
则本次实验中的
晓强同学利用下图所示的装置完成了“探究加速度与力、质量的关系”的实验。
(1)关于本实验的操作，下列说法正确的是____（填选项序号）。
A．实验时打点计时器应接8V的直流电源
B．实验时应先释放小车后接通电源
C．实验时应调节连接小车的细绳与长木板平行
D．小车质量应远大于砂桶的质量
(2)某次实验时得到的纸带如下图所示，已知相邻两计数点间还有4个点未画出，电源的频率为50Hz，则小车的加速度大小为a= m/s2；若本次实验时力传感器的示数为1.9N，重力加速度g取10m/s2，则沙桶的总质量为m= kg（结果均保留2位有效数字）。
【答案】(1)C
(2) 0.25 0.20
【详解】（1）A．打点计时器应接交流电源，故A错误；
B．实验时应先接通电源后释放小车，故B错误；
C．调节细绳与长木板平行，能保证小车受到的拉力为恒力，故C正确；
D．本题有力传感器测拉力，不需要小车质量远大于砂桶质量，故D错误。
故选C。
（2）[1]相邻两计数点间还有4个点未画出，可知相邻两计数点间时间间隔
逐差法可知
[2]对沙桶有
其中
联立解得
某同学利用阿特伍德机验证机械能守恒。实验装置如图甲所示，已知物块A（含遮光片）的总质量为，物块B的质量为，当地重力加速度大小为。请回答下列问题：
(1)用螺旋测微器测量遮光片的宽度，示数如图乙所示，则其读数为 mm；
(2)实验中，保持A在光电门1下由静止释放的位置不变，保持光电门1的位置不变，多次改变光电门2的位置，每次实验测出挡光片通过光电门1、2时的挡光时间、，并测出每次实验中两光电门间的高度差，根据测得的数据，若机械能守恒定律成立，应有关系式 （用题中所给物理量表示）；
(3)以为纵轴，以为横轴做图，若机械能守恒，图像的斜率应等于 ，图像与纵轴的截距应等于 （均用题中所给物理量表示）；
(4)该实验中可能的系统误差来源是 。
【答案】(1)3.959/3.960/3.961
(2)
(3)
(4)滑轮、空气等阻力做功
【详解】（1）根据螺旋测微器的读数规则可知，遮光片的宽度
（2）如果A，B系统机械能守恒有
整理得
（3）[1][2]由
可知当图像的斜率等于，与纵轴的截距等于，则机械能守恒定律得到验证；
（4）滑轮、空气等阻力做功是可能的误差来源（其他答案合理也可）。
在探究单摆周期与重力加速度定量关系实验中，小明同学发现，要把单摆的轨迹约束在一个确定的平面上比较困难。他在伽利略研究小球自由落体运动规律时用斜面来“冲淡”重力思想的启发下，创设了“重力加速度”可以人为调节的实验环境，如图甲所示，已知当地重力加速度大小为g。
（1）小球在倾角的斜面上做单摆运动时，等效重力加速度= 。
（2）为减小图甲实验中摩擦力的影响，小明同学制作了“杆线摆”。如图乙所示，铁架台上装一根重垂线，在铁架台的立柱跟重垂线平行的情况下，将小球、摆线、摆杆组成的“杆线摆”装在立柱上，调节摆线的长度，使摆杆与立柱垂直，摆杆可绕着立柱自由转动，且不计其间的摩擦。如图丙所示，把铁架台底座的一侧垫高，立柱倾斜，测出静止时摆杆与重垂线的夹角为。
（3）当摆杆来回摆动时，小球相当于在一个倾角为θ的斜面上做单摆运动，则斜面的倾角 （用含的式子表示）。
（4）测出不同倾斜程度下的值以及该倾角下“杆线摆”的周期T，为了寻找物理量之间的线性关系，应该绘制的图像是( )
A． B．
C． D．
【答案】 D
【详解】（1）[1]小球在倾角的斜面上做单摆运动时，等效重力加速度
（3）[2] 当摆杆来回摆动时，小球圆周运动的圆心在摆杆与立柱的连接点位置，小球相当于在一个倾角为θ的斜面上做单摆运动，倾角等于摆杆与水平面之间的夹角，根据几何关系可知，斜面的倾角
（4）[3]结合上述，等效重力加速度
根据周期公式有
解得
可知，应该绘制的图像是。
故选D。
物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。例如：
(1)某同学用多用电表测量某未知电阻的阻值，选择欧姆“×10”挡位，测量结果如图所示，读数为 Ω。
(2)某同学利用自由落体运动测量重力加速度，打点计时器在随重锤下落的纸带上打下一系列点迹。纸带的其中一部分如图所示，A、B、C为纸带上标出的3个连续计数点，通过测量得到O、A间距离为h1，O、B间距离为h2，O、C间距离为h3，相邻计数点间的时间间隔为T。则打下B点时，重锤下落的速度vB=
(3)如图所示，是探究向心力的大小与小球质量、角速度和半径之间的关系的实验装置图，下列说法中正确的是______
A．转动手柄的快慢会影响露出标尺的多少
B．转动手柄的快慢会影响两个球所受向心力的比值
C．如果保证两小球角速度相同，两小球应该同时放在长槽、处
D．为了探究向心力大小和角速度的关系，皮带应套在左右变速塔轮的不同半径圆盘上
(4)某同学用如图所示装置验证机械能守恒定律，将力传感器固定在天花板上，细线一端系着小球，另一端连在力传感器上的点。将小球拉至细线呈水平且与点等高处无初速度释放。若力传感器显示拉力的最大值为，小球质量为，重力加速度为，当约为 时，可说明小球下摆过程中机械能守恒。
【答案】(1)200
(2)
(3)AD
(4)3
【详解】（1）用多用电表测量某未知电阻的阻值读数为20×10Ω=200Ω。
（2）打下B点时，重锤下落的速度
（3）A．转动手柄的快慢会影响小球做圆周运动的角速度大小，从而影响向心力大小，则会影响露出标尺的多少，故A正确；
B．因变速塔轮转动的角速度比值是一定的，则当转动手柄的快慢时，两球转动的角速度比值一定，则两球所受向心力的比值一定，即转动手柄的快慢不会影响两个球所受向心力的比值，故B错误；
C．如果保证两小球角速度相同，皮带应套在变速塔轮上的相同半径圆盘上，故C错误；
D．为了探究向心力大小和角速度的关系，皮带应套在变速塔轮不同半径的圆盘上，故D正确。
故选AD。
（4）若机械能守恒，则
由牛顿第二定律
可得
即当时，可说明小球下摆过程中机械能守恒。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源及组卷应用平台
第14讲　力学和光学实验
题型1纸带类实验
1．纸带的三大应用
(1)利用逐差法求解平均加速度(如图)
a1＝，a2＝，a3＝ a＝
(2)利用平均速度求瞬时速度：vn＋1＝
(3)利用速度—时间图象求加速度．
2．光电门的应用
(1)求瞬时速度：把遮光条(宽度为d)通过光电门的时间Δt内的平均速度看做遮光条经过光电门的瞬时速度，即v＝.
(2)求加速度：若两个光电门之间的距离为L，则利用速度与位移的关系可求加速度，即a＝.
3．实验的技巧
(1)要根据实验原理来判断是否需要平衡摩擦力，知道正确平衡摩擦力的方法．
(2)要清楚钩码(或沙桶)与小车之间的质量关系，并且要清楚在仪器创新或实验原理创新的情形下，该条件是否需要调整．
(3)要知道实验数据、图象的处理方法和运用数学知识解题的技巧．
某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，选用的是电火花打点计时器，其电源频率为50Hz。
(1)为完成本实验，下列器材中必须有的是（填编号） ；
①天平②低压直流电源③刻度尺④秒表
(2)该同学安装好实验装置后开始实验，以下操作正确的是；
A．在释放小车前，小车要靠近打点计时器
B．打点计时器应固定在长木板有定滑轮的一端
C．应先释放小车，再接通电源
D．需调整滑轮的高度，使细线与长木板平行
(3)该同学利用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，其相邻点间的距离如图所示，每两个相邻计数点之间还有四个点未画出。试根据纸带上各个计数点间的距离计算：
①打下D点时小车的瞬时速度为 m/s（保留三位有效数字）；
②小车运动的加速度为 m/s2（保留三位有效数字）。
(4)在实验过程中，由于频率波动，交流电源的实际频率略小于50Hz，则前面计算出的加速度值与真实值相比 （填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
为探究质量一定时加速度与力的关系，某同学设计了如图甲所示的实验装置，其中力传感器可实时测出细线上的张力。
(1)平衡小车受到的阻力时 挂砂桶，实验过程中 满足砂和砂桶的总质量远小于小车的质量。（均选填“需要”或“不需要”）
(2)正确操作后，得到如图乙所示的纸带，A、B、C、D、E点为纸带上选取的相邻五个计数点，且相邻两个计数点之间还有四个计时点未画出。已知打点计时器的打点周期为0.02s，则纸带上打出C点时小车的速度大小 m/s，小车的加速度大小 （计算结果均保留两位有效数字）
用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系，请回答下列问题：
(1)细绳下端不挂槽码，将长木板右端用垫块垫起，与桌面成θ角，以平衡摩擦力。当打点计时器打出的纸带点迹越来越密集，说明θ角 （选填“偏小”或“偏大”）。
(2)某次实验获得的纸带如图乙所示，计数点A到G中，相邻计数点间均有4个计时点未画出，打点计时器频率为50Hz，则小车的加速度大小a= m/s2。（结果保留两位有效数字）
(3)实验中，保持小车的质量M一定，改变槽码的质量m，测出对应的小车加速度a，认为细绳对小车的拉力F等于槽码的重力，根据实验数据作出的图像如图丙中的曲线1所示。一位同学利用加速度较小的几组数据拟合了直线2（如图丙所示），作一条与纵轴平行的虚线，与这两条图线及横轴的交点分别为B、C、A，若小车的质量M已测出，求此时悬挂槽码的质量为 （用M、AB、AC表示）；
(4)为使作出的图像为直线，验证结果更准确，该实验小组经过讨论后，改进了（3）中的实验方案，当保持 （选填“M”、“m”或“M+m”）一定时，重复（3）中的实验，由此得到的图像就是一条直线。
某实验小组利用如图甲所示的实验装置探究加速度与力的关系。
(1)某同学正确完成平衡阻力的操作后进行实验，打出的一条纸带如图乙所示，图乙中刻度尺的最小刻度为1mm，相邻两计数点间均有4个点未画出，所用交流电源的频率为50 Hz，则打计数点4时，小车的速度大小为 m/s，加速度大小为 m/s 。(结果保留两位有效数字)
(2)保持小车和砝码的总质量M不变，逐渐增加槽码的个数，重复实验，得到多组槽码的总重力 mg 和对应加速度a的数据，描点画出了如图丙所示的图线Ⅰ，根据最初的几组数据拟合出一条直线Ⅱ，两条图线有明显的偏差，为使槽码的总质量在5~20g范围内进行实验，且图丙中满足 则实验中小车和砝码的总质量 M 应不小于 g。
在“验证机械能守恒定律”实验中，某同学用如图甲所示的装置，让重物从静止开始下落，打出一条清晰的纸带，其中的一部分如图乙所示。O点是打下的第一个点，A、B、C和D为另外4个连续打下的点。
(1)对于体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的重物的理由是______。
A．减小偶然误差
B．减小空气阻力和重力之比
C．减小空气阻力
(2)已知交流电频率为50Hz，重物质量为200g，当地重力加速度g取，则从O点到C点，重物的重力势能变化量的绝对值＝ J、C点的动能＝ J（计算结果均保留2位有效数字）。比较与的大小，出现这一结果的原因可能是 。
A．工作电压偏高
B．存在空气阻力和摩擦力
C．接通电源前释放了纸带
题型2弹簧、橡皮条类实验
1．模型介绍
力学实验中用到弹簧或橡皮条的实验有探究求合力的方法、探究做功与小车速度变化的关系．
2．探究求合力的方法
(1)实验原理
使一个力的作用效果跟两个力的共同作用效果相同．
(2)操作关键
①每次拉伸时结点位置O必须保持不变；
②记下每次各力的大小和方向；
③画力的图示时应选择适当的标度．
实验小组完成了两个力的合成与分解实验：
(1)如图甲所示，一竖直放置的木板上固定白纸，在白纸上附有角度刻度线，弹簧测力计a和b连接细线系于O点，其下端用细线悬挂一重物Q，使结点O静止在角度刻度线的圆心位置。分别读出弹簧测力计a和b的示数，并在白纸上记录拉线的方向。则图中弹簧测力计a的示数为 N；弹簧测力计a、b均绕O点顺时针缓慢转动，且保持两弹簧测力计间的夹角不变，直到弹簧测力计a方向水平为止，此过程弹簧测力计a的示数会 （填“变大”“变小”“先变大后变小”或“先变小后变大”），弹簧测力计b的示数会 （填“变大”“变小”“先变大后变小”或“先变小后变大”）。
(2)实验小组用5个钩码拉弹簧使之伸长至某个位置，并记录，如图乙所示；然后再用两组钩码（3个钩码和4个钩码）拉伸弹簧，如图丙所示，每个钩码的质量均相同，弹簧均处于水平方向。
①完成该实验最关键的步骤是 ；
②如果该实验中“力的平行四边形定则”得到验证，则图丙中的和（绳子与竖直方向夹角）满足 。
(1)图甲为某学习小组做“探究求合力的方法”实验，图乙是其在白纸上根据实验结果画出的图。
①为了准确得到合力与分力的关系，要采用作力的 （填“图示”或“示意图”）来表示分力与合力；
②某次实验中弹簧测力计的示数如图丙所示，则拉力的大小为 ；
③下列有关该实验的说法中，正确的是 ；
A．该实验弹簧测力计使用前要竖直悬挂调零
B．弹簧测力计的外壳与白纸之间有摩擦，对实验误差没有影响
C．图乙中力沿图甲中延长线方向
D．只有一个弹簧测力计无法完成该实验
(2)该学习小组继续用如图丁所示的实验装置来做“探究小车加速度与力、质量的关系”的实验。
①为消除阻力对实验的影响，某同学操作如下：将小车静止放在水平长木板上，把长木板不带滑轮的一端慢慢垫高，如图戊所示，直到小车带着纸带由静止开始沿长木板向下滑动，即认为刚好补偿阻力完毕。该同学补偿阻力的操作 （选填“正确”或“不正确”）；
②实验中 （选填“需要”或“不需要”）满足所挂钩码的质量远小于小车的质量；
③如果该同学已经按照①中的操作补偿阻力，在小车质量不变时，通过改变钩码的质量，得到的图像是 ；
A． B． C． D．
④每得到一条纸带，分析其数据，可在图像上做出 个点（选填“1”或“多”）。
某实验小组要测量弹簧的劲度系数，他们利用智能手机中自带的定位传感器设计了如图甲所示的实验，手机软件中的“定位”功能可以测量手机竖直方向的位移（以打开定位传感器时手机的位置为初位置）。
钩码个数n 1 2 3 4 5 6
手机位移x/cm 0.98 2.02 3.01 3.98 5.01 5.99
(1)实验小组进行了如下主要的实验步骤，正确的顺序是 。
A．按图甲安装实验器材，弹簧上端固定在横杆上，下端与手机连接，手机重心和弹簧在同一竖直线上
B．在坐标纸图中描点作出n－x图像，如图乙所示
C．在手机下方悬挂一个钩码，缓慢释放，当手机和钩码静止时记录下手机下降的位移x
D．手托着手机缓慢下移，手离开手机，手机静止时，打开手机中的定位传感器
E.改变钩码个数n，重复上述操作，记录相应的位移x，数据如表格所示
(2)已知每个钩码的质量为50g，重力加速度取g=10m/s2，由图像乙可以求得弹簧的劲度系数为 N/m。
(3)实验中未考虑手机所受重力使弹簧伸长，这对弹簧劲度系数的测量结果 （选填“有”或“无”）影响。
如图甲是“探究功与速度变化的关系”的实验装置，其中打点计时器所用交流电的频率为50Hz。当质量为0.10kg的小车，在1条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W。
(1)关于该实验， （填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力。
(2)当用2条、3条……完全相同的橡皮筋进行第2次、第3次……实验时，由于每次实验中橡皮筋的拉伸长度相同，因此第2次、第3次……实验中，橡皮筋对小车做的功分别为 、 、……，每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带求出。
(3)图乙为某次用1条橡皮筋实验打出的纸带，测得A、B、C、D、E相邻两点间的距离分别为，，，，则小车获得的最大速度为 m/s。（结果保留两位有效数字）
如图1所示为高中物理中的四个力学实验装置。
（1）关于这四个力学实验，下列说法正确的是 （多选）。
A．实验操作时，四个实验均需先接通电源后释放纸带
B．实验操作时，四个实验均需物体靠近打点计时器处由静止释放
C．四个实验中的物体均做匀变速直线运动
D．数据处理时，四个实验均需计算物体的加速度
（2）某同学按图1（乙）装置做“探究加速度与力和质量关系”，在正确补偿阻力后，按实验原理打出了12条纸带。如图2（a）所示是根据其中一条纸带上的数据作出的图像。打该条纸带时，钩码的总质量 （选填“满足”或“不满足”）远小于小车的质量。
（3）如图2（b）所示是某同学按图1（丁）装置做“验证机械能守恒”时打出的一条纸带，计时器接在频率为的交流电源上，从起始点开始，将此后连续打出的7个点依次标为A、、…，已知重锤的质量为，当地的重力加速度，从打点到打点的过程，重锤重力势能的减少量为 ，重锤动能的增加量为 。（该小题中的计算结果均保留2位有效数字）
题型3力学创新拓展实验
1．创新型实验的特点
(1)以基本的力学模型为载体，依托运动学规律和力学定律设计实验．
(2)将实验的基本方法——控制变量法，处理数据的基本方法——图象法、逐差法，融入到实验的综合分析之中．
2．创新型实验的处理
(1)根据题目情景，抽象出相应的力学模型、运动过程，根据相应规律列出关系式，从而明确实验的理论依据．
(2)应用原理公式或图象法处理实验数据，结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行分析．
为了验证动量守恒定律，某实验小组的同学设计了如图甲所示的实验装置：将一足够长气垫导轨放置在水平桌面上，光电门1和光电门2相隔适当距离安装好，在滑块A和B相碰的端面上装有弹性碰撞架，它们的上端装有宽度均为d的挡光片，测得滑块A、B（包含挡光片）的质量分别为和。
(1)用螺旋测微器测量滑块上挡光片的宽度d，示数如图乙所示，则 mm。
(2)打开气泵，调节气垫导轨，将一个滑块放在气垫导轨左端，向右轻推滑块，滑块通过光电门1、2的时间分别为、，当 （选填“”、“”或“”）时，可认为气垫导轨水平。
(3)滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于两光电门之间，给A一个向右的初速度，A与静止的滑块B发生碰撞。与光电门1相连的计时器先后显示的两次遮光时间分别为和，与光电门2相连的计时器显示的遮光时间为。若、、、、满足关系式： ，则可验证滑块A、B组成的系统碰撞前后动量守恒；若、、满足关系式： ，则可验证滑块A、B碰撞是弹性碰撞。
某同学用图甲所示的实验装置测量物块与水平桌面间的动摩擦因数。物块用跨过定滑轮的细绳与重物相连，滑轮左侧的细绳沿水平方向。释放重物，物块开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离最终停在桌面上。图乙为该同学截取重物落地后物块运动过程的一段纸带，O、A、B、C、D为5个连续计数点，相邻两个计数点之间还有四个点未画出。已知打点计时器所接交流电源的频率为50Hz。
(1)从纸带记录的信息可知纸带的 端更靠近物块（选填“P”或“Q”）。
(2)物块做减速运动过程中的加速度大小a= m/s2（保留两位有效数字）。
(3)已知当地的重力加速度大小为9.8m/s2，则物块与桌面间的动摩擦因数为 （保留两位有效数字）。
为了更好地使教学可视化，某学校实验小组借助数字化实验仪器来探究向心力F与转动角速度ω之间的关系。如图甲所示，细线1上端通过力传感器固定在水平直杆并保持竖直状态，下端挂一个磁性小球（看作质点），竖直转轴上与磁性小球等高处固定另一个力传感器，用细线2连接，细线2伸直且水平，磁传感器固定在与磁性小球等高、距转轴距离略大于细线2的固定支架上，可以显示在远离磁体时磁感应强度变弱，靠近时变强，最近时出现峰值。细线1、2重力均不计。
(1)用刻度尺测出悬线1到转轴的距离L，将整个装置绕竖直转轴匀速转动，磁性小球每次经过磁传感器附近时，磁传感器就接收到一个反映磁场强度的脉冲，如图乙所示，由图可知，磁性小球做圆周运动周期T= s；（结果保留两位有效数字）
(2)多次改变转动的角速度ω，获得多组对应的力传感器1的示数F1及力传感器2的示数F2，为了直观地反映向心力F与ω的关系，在坐标纸中做 （填写纵坐标-横坐标，如y-x）图。在误差允许范围内做出的图像为 。
某同学利用如图甲所示的装置探究平抛运动：
(1)做实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球平抛运动的轨迹。下列操作合理的是（　　）
A．重垂线是为了确定轨道末端是否水平
B．记录小球位置时，挡板不必等间距下降
C．描点作图线时，应该用平滑的曲线连接所有的点
D．每次小球释放的初始位置必须相同
(2)为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于O点，在下图中，坐标原点选择正确的是（　　）
A． B．
C． D．
(3)如图乙所示，为一次实验记录中的一部分，图中背景方格的边长表示实际长度5cm。从图像上分析，计算得小球经过B点的速度为 m/s。（保留两位有效数字）
某实验小组欲测量滑块和木板间的动摩擦因数，操作步骤如下：
①如图甲所示，将木板的一端用垫片垫起形成一个斜面，测出垫片到斜面底端的水平距离，光电门距斜面底端的距离等于滑块的长度，在滑块尾部装上宽度为的遮光片（遮光片的宽度远小于滑块的长度），让滑块的前端对齐垫片的位置，将滑块由静止释放，记录遮光时间；
②如图乙所示，调整垫片的位置，从而改变斜面的倾角，测出垫片到斜面底端的水平距离，让滑块的前端对齐垫片的位置，将滑块由静止释放，记录遮光时间；
③多次重复以上操作，记录数据。
(1)如图丙所示，用游标卡尺测得遮光片的宽度 。
(2)根据采集的垫片到斜面底端的水平距离、遮光时间的数据表，作出了如图丁所示的图像，则该图像的纵轴和横轴分别为__________。
A．， B．， C．， D．，
(3)已知图丁的斜率大小为，重力加速度为，则滑块与木板间的动摩擦因数 。（用题中所给字母表示）
(4)若把滑块在斜面上调个头，让有遮光片的尾部放前面并对齐垫片的位置，由静止释放，其他都不变，对动摩擦因数的测量 （填“有影响”或“无影响”）。
某物理兴趣小组想利用气垫导轨验证物块和弹簧组成的系统机械能守恒。如图甲所示，气垫导轨调至水平，力传感器固定在导轨的左支架上，将轻质弹簧一端连接到力传感器上，弹簧自由伸长至点。给装有宽度为的遮光条的滑块一定的初速度，使之从导轨右端向左滑动，记录滑块经过光电门时的挡光时间以及滑块压缩弹簧至最短时力传感器的示数，并多次进行上述操作。已知弹簧的劲度系数为，弹簧弹性势能的表达式为（为弹簧的形变量），滑块的质量为。
(1)用游标卡尺测得遮光条的宽度如图乙所示，读数 。
(2)滑块经过光电门时的动能为 ，弹簧压缩到最短时，弹簧的弹性势能为 。（用题中所给字母表示）
(3)根据实验数据，作出 （填“”“”或“”）图像，使之成为一条直线，图像的斜率为 （用题中所给字母表示），则可验证系统机械能守恒。
某兴趣小组设计了如图甲所示的探究物体做匀速圆周运动时向心力大小与角速度大小的关系的实验装置。磁性滑块（形状为小正方体，可视为质点）放置在转台上，长为L的绝缘细线一端连接磁性滑块内侧，另一端连到固定在转轴上的力传感器上，细线与转台平行，计算机力传感器显示细线上拉力F的大小。磁性滑块静止时，力传感器示数为零。转台左侧固定一智能手机，智能手机中的“磁传感器”能实时记录手机附近磁场的大小，磁体越靠近手机“磁传感器”记录下的磁感应强度越大。当转台绕竖直轴水平匀速转动时，手机记录滑块多次经过时的磁场脉冲信号，如图乙所示。
(1)由图乙可得滑块做匀速圆周运动的角速度大小 （用、表示）。
(2)经多次实验后，以力传感器的示数F为纵轴，对应的角速度平方为横轴，建立直角坐标系，描点后拟合为一条直线，如图丙所示，试分析图像不过原点的原因： 。
(3)该小组通过分析发现由丙图可计算出滑块的质量m，则 （用a、b、L表示）。
物理学习小组利用气垫导轨和光电门验证动量守恒定律，其实验过程如下：
(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度，对齐的刻度线如图甲中的箭头所示，则遮光条的宽度d= mm。
(2)将滑块A从左端向右轻推一下，滑块通过光电门1的时间大于通过光电门2的时间，则应该将气垫导轨左端的底脚调 （选填“高”或“低”）。
(3)气垫导轨调节水平后，将滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于光电门1、2之间，如图乙所示。给滑块A一定的初速度去碰撞滑块B，若数字计时器记录滑块通过光电门1的时间分别为、，通过光电门2的时间为。若两滑块发生弹性碰撞，则、、应满足的关系式为 （请用题中所给的字母表示）。
(4)相对误差的绝对值表达式为（p为碰前系统的总动量，p'为碰后系统的总动量）。若滑块A与B的质量之比为1∶3，某次实验中测得、、，则本次实验中的 （结果保留两位有效数字）。
晓强同学利用下图所示的装置完成了“探究加速度与力、质量的关系”的实验。
(1)关于本实验的操作，下列说法正确的是____（填选项序号）。
A．实验时打点计时器应接8V的直流电源
B．实验时应先释放小车后接通电源
C．实验时应调节连接小车的细绳与长木板平行
D．小车质量应远大于砂桶的质量
(2)某次实验时得到的纸带如下图所示，已知相邻两计数点间还有4个点未画出，电源的频率为50Hz，则小车的加速度大小为a= m/s2；若本次实验时力传感器的示数为1.9N，重力加速度g取10m/s2，则沙桶的总质量为m= kg（结果均保留2位有效数字）。
某同学利用阿特伍德机验证机械能守恒。实验装置如图甲所示，已知物块A（含遮光片）的总质量为，物块B的质量为，当地重力加速度大小为。请回答下列问题：
(1)用螺旋测微器测量遮光片的宽度，示数如图乙所示，则其读数为 mm；
(2)实验中，保持A在光电门1下由静止释放的位置不变，保持光电门1的位置不变，多次改变光电门2的位置，每次实验测出挡光片通过光电门1、2时的挡光时间、，并测出每次实验中两光电门间的高度差，根据测得的数据，若机械能守恒定律成立，应有关系式 （用题中所给物理量表示）；
(3)以为纵轴，以为横轴做图，若机械能守恒，图像的斜率应等于 ，图像与纵轴的截距应等于 （均用题中所给物理量表示）；
(4)该实验中可能的系统误差来源是 。
在探究单摆周期与重力加速度定量关系实验中，小明同学发现，要把单摆的轨迹约束在一个确定的平面上比较困难。他在伽利略研究小球自由落体运动规律时用斜面来“冲淡”重力思想的启发下，创设了“重力加速度”可以人为调节的实验环境，如图甲所示，已知当地重力加速度大小为g。
（1）小球在倾角的斜面上做单摆运动时，等效重力加速度= 。
（2）为减小图甲实验中摩擦力的影响，小明同学制作了“杆线摆”。如图乙所示，铁架台上装一根重垂线，在铁架台的立柱跟重垂线平行的情况下，将小球、摆线、摆杆组成的“杆线摆”装在立柱上，调节摆线的长度，使摆杆与立柱垂直，摆杆可绕着立柱自由转动，且不计其间的摩擦。如图丙所示，把铁架台底座的一侧垫高，立柱倾斜，测出静止时摆杆与重垂线的夹角为。
（3）当摆杆来回摆动时，小球相当于在一个倾角为θ的斜面上做单摆运动，则斜面的倾角 （用含的式子表示）。
（4）测出不同倾斜程度下的值以及该倾角下“杆线摆”的周期T，为了寻找物理量之间的线性关系，应该绘制的图像是( )
A． B．
C． D．
物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。例如：
(1)某同学用多用电表测量某未知电阻的阻值，选择欧姆“×10”挡位，测量结果如图所示，读数为 Ω。
(2)某同学利用自由落体运动测量重力加速度，打点计时器在随重锤下落的纸带上打下一系列点迹。纸带的其中一部分如图所示，A、B、C为纸带上标出的3个连续计数点，通过测量得到O、A间距离为h1，O、B间距离为h2，O、C间距离为h3，相邻计数点间的时间间隔为T。则打下B点时，重锤下落的速度vB=
(3)如图所示，是探究向心力的大小与小球质量、角速度和半径之间的关系的实验装置图，下列说法中正确的是______
A．转动手柄的快慢会影响露出标尺的多少
B．转动手柄的快慢会影响两个球所受向心力的比值
C．如果保证两小球角速度相同，两小球应该同时放在长槽、处
D．为了探究向心力大小和角速度的关系，皮带应套在左右变速塔轮的不同半径圆盘上
(4)某同学用如图所示装置验证机械能守恒定律，将力传感器固定在天花板上，细线一端系着小球，另一端连在力传感器上的点。将小球拉至细线呈水平且与点等高处无初速度释放。若力传感器显示拉力的最大值为，小球质量为，重力加速度为，当约为 时，可说明小球下摆过程中机械能守恒。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑