资源简介

专题16　力学实验
　　
1.某兴趣小组采用如图甲所示的实验装置“探究平抛运动的特点”。
（1）根据实验过程，下列说法正确的是　　　。
A.记录的点应适当多一些
B.用平滑曲线把所有的点连接起来
C.图中挡条N每次必须等间距下移
（2）图乙是利用装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由照片可判断实验操作错误的是　　　。
A.释放小球时初速度不为0
B.释放小球的初始位置不同
C.斜槽末端切线不水平
（3）改用频闪照相的方式来研究平抛运动，将频闪得到的三张连续照片叠放在方格纸上，如图丙所示，已知小球的直径与小方格的边长均为2 cm，方格纸的边分别为水平和竖直方向，则该频闪相机频率为　　　　Hz。（重力加速度g取10 m/s2）
2.（1）在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，下列实验器材需要的是　　　。
（2）在“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验中，按实验要求组装好实验器材，待弹簧自由下垂并静止时，测出弹簧的长度，如图甲所示，其大小为l0＝　　　　cm；在弹簧的弹性限度内，依次在弹簧下端挂上1个钩码、2个钩码、3个钩码（已知1个钩码的质量为50 g）……，每一次在钩码处于静止时测出弹簧的长度l，以所挂钩码的个数n为纵坐标，以弹簧长度l为横坐标，建立坐标系，并将测量得到的数据在坐标系中描点，如图乙所示，请在图乙中描出不挂钩码的点并作出n-l关系图像，重力加速度g＝9.8 m/s2，求出弹簧的劲度系数为　　　N/kg（计算结果保留三位有效数字）。考虑到重力对竖直放置弹簧的影响，该实验方案得到的弹簧劲度系数与实际值相比　　　　（填“偏小”“相同”或“偏大”）。
3.某实验小组的同学利用如图甲所示装置做“测定匀变速直线运动加速度”的实验。
（1）实验中，将长木板垫起一个倾斜角度以平衡摩擦力是必需的步骤吗？　　　　（选填“是”或“不是”）。
（2）已知实验中使用的交流电的频率为f，如图乙所示是打出的一条清晰的纸带，相邻计数点之间有四个点没有画出，如果舍掉位移较小的x1，则计算实验小车加速度的表达式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）如果实验时所用交流电的频率比理论值f偏大，则加速度的测量值与实际值相比　　　　（填“偏大”“偏小”或“不变”）。
（4）实验小组的小明同学按照《物理》必修一课后题中提到的方法，从每个计数点处将纸带剪开分成五段贴到坐标纸上，沿下端各计数点连线作横轴，沿AB段左侧作纵轴，上端各计数点（纸带宽度的中点）能够拟合成一条倾斜直线，如图丙所示，说明实验小车做　　　　运动，若用纵轴表示xn（n＝1，2，3，4，5），纸带宽度表示　　　　（用题中所给物理量符号写出表达式），则倾斜直线的斜率就表示纸带运动的加速度。
4.（2025·浙江金华模拟预测）某班级同学在探究向心力大小的表达式实验时：
第一小组采用图甲所示的装置进行探究，两个变速塔轮通过皮带连接，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的钢球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对钢球的压力提供向心力，钢球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个钢球所受向心力的比值。
第二小组采用图乙所示的装置进行探究，滑块套在水平杆上，随水平杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动，力传感器通过一细绳连接滑块，用来测量向心力F的大小。滑块上固定一遮光片，宽度为d，光电门可以记录遮光片通过的时间，测得旋转半径为r。滑块随杆匀速圆周运动，每经过光电门一次，通过力传感器和光电门就同时获得一组向心力F和角速度ω的数据。
　
（1）第一组同学在某次实验时，两个钢球质量和转动半径相等，图中标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为1∶4，与皮带连接的两个变速塔轮的半径之比为　　　。
（2）第二组同学实验时，以F为纵坐标，以为横坐标，可在坐标纸中描出数据点作一条如图丙所示直线，图线斜率为k，则滑块的质量为　　　（用k、r、d表示）。
5.在“用单摆测定重力加速度”实验中：
（1）先用游标卡尺测小球的直径D，如图1所示，则小球的直径D＝　　　　mm。
（2）调节好装置，用毫米刻度尺测得摆线长为l，拉开一个小角度（小于5％）释放小球开始摆动，记小球某次经过最低点为“1”并按下秒表开始计时，再次经过最低点记为“2”，一直数到“n”时停止计时，秒表记录时间为t，请写出重力加速度的字母表达式g＝　　　　　（用D，l，n，t表示）。
（3）为了提高实验的准确度，在实验中可改变几次摆长L并测出相应的周期T，从而得出几组对应的L和T的数值，以L为横坐标、T2为纵坐标作出T2-L图线，但同学们不小心每次都把小球直径当作半径来计算摆长，由此得到的T2-L图像是图2中的　　　（选填“①”“②”或“③”）。
6.（1）①“探究小车速度随时间变化的规律”的实验装置如图1所示，长木板水平放置，细绳与长木板平行。图2是打出纸带的一部分，以计数点O为位移测量起点和计时起点，则打计数点B时小车位移大小为　　　　cm。由图3中小车运动的数据点，求得加速度为　　　　m/s2（保留两位有效数字）。
②利用图1装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验，需调整的是　　　。
A.换成质量更小的小车
B.调整长木板的倾斜程度
C.把钩码更换成砝码盘和砝码
D.改变连接小车的细绳与长木板的夹角
（2）“探究求合力的方法”的实验装置如图4所示，在该实验中
①下列说法正确的是　　　。
A.拉着细绳套的两只弹簧测力计，稳定后读数应相同
B.在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的两点
C.测量时弹簧测力计外壳与木板之间不能存在摩擦
D.测量时，橡皮条、细绳和弹簧测力计应贴近并平行于木板
②若只有一只弹簧测力计，为了完成该实验至少需要　　　（选填“2”“3”或“4”）次把橡皮条结点拉到O点。
7.某实验小组采用如图甲所示实验装置验证动量守恒定律，气垫导轨上安装了1、2两个光电门，滑块A、B上固定相同的遮光条。测出滑块A和遮光条的总质量为m1，滑块B和遮光条的总质量为m2。将滑块A置于光电门1左侧，滑块B置于两光电门之间，推动滑块A使其获得向右的速度，滑块A经过光电门1并与滑块B发生碰撞且被弹回，再次经过光电门1。在某次实验中，光电门1先后记录的挡光时间为Δt1、Δt2，光电门2记录的挡光时间为Δt3。
（1）用游标卡尺测得遮光条宽度d如图乙所示，其读数为　　　　cm。
（2）关于本实验，下列说法正确的是　　　。
A.气垫导轨不需要调成水平
B.滑块和遮光条的总质量应满足m1＜m2
C.为减小实验误差，应选取较宽的遮光条
（3）在实验误差允许范围内，若满足关系式m1＝　　　　　，即验证了碰撞前后两滑块和遮光条组成的系统动量守恒。（利用题中所给物理量的符号表示）
8.（2025·浙江宁波二模）在“研究自由下落物体的机械能”的实验中：
（1）在如图1所示的实验装置中，器材安装摆放使用正确的是　　　　。
（2）在正确操作打出多条点迹清晰的纸带中，应选取相邻点间距离之差最接近　　　　mm的纸带进行测量。
（3）如图2所示，纸带上标记了七个连续打出的点为计数点1、2、…、7，并把刻度尺的“0刻度”对准点“7”。根据纸带算出打下点“4”时重锤的速率v4＝　　　　m/s（结果保留三位有效数字）。
（4）把打下点“7”时重锤所在位置选为参考平面，测出纸带上各点到点“7”之间的距离h，算出打下各点时的重锤速率v，则画出的-h图像是图3中的　　　　。
9.（2025·浙江金华三模）在探究质量一定时加速度与力的关系，小佳同学设计了如图甲所示的实验装置。其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量。（动滑轮质量不计）
（1）操作本实验时，以下操作步骤正确的有　　　；
A.为了获得合力大小需用天平测出砂和砂桶的质量m
B.为减小实验误差，改变砂和砂桶质量时，必须要满足砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M
C.将带滑轮的长木板右端垫高，以补偿阻力
D.为保证纸带上打点的清晰度和点的数量，小车释放时要靠近打点计时器，先释放小车，再接通电源，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数
（2）经正确操作，得到如图乙所示的纸带，已知打点计时器所接交流电源的频率为50 Hz，相邻两计数点之间还有四个计时点未画出，则小车运动的加速度大小为　　　　m/s2。（结果保留两位有效数字）
（3）正确操作记录若干数据后，小佳同学以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a-F图像是一条直线，图线与横坐标的夹角为θ，求得图线的斜率为k，则小车的质量为　　　。
A.k　　　B. C.2tan θ　　D.
10.（2025·浙江嘉兴三模）验证“机械能守恒定律”实验装置如图①所示。
（1）除图1所示器材外，还需选用　　　。
A.刻度尺
B.秒表
C.学生电源
（2）如图2为截取实验所获一条纸带的部分，已知O为测量起点，A、B、C、D为4个连续打下的点，打点频率为50 Hz，则打点“C”时，重锤的速度为　　　　m/s（保留2位有效数字）。
（3）实验中发现，各标记点的动能大于从O至该点过程中重力势能的减少量，其原因可能是 　　　。
A.工作电压偏低
B.存在空气阻力和纸带的摩擦力
C.接通电源前释放了纸带
（4）改用如图3所示的气垫导轨进行实验，将气垫导轨调至水平，将滑块移至图示位置，静止释放滑块，读出挡光片通过光电门的挡光时间t，测出挡光片的宽度d和挡光片到光电门的距离l，用天平称出托盘和砝码的总质量m以及滑块和挡光片的总质量M。若要验证机械能守恒定律的结论，以上物理量应满足的关系式是　　　　　　　　。
11.如图甲所示为“研究碰撞中动量守恒”的实验装置。实验时，先让质量为m1的小钢球A从斜槽上某一位置由静止开始运动，从轨道末端水平抛出，落到水平地面上P点，然后再把质量为m2的小钢球B放到轨道末端处于静止，再让小钢球A从斜槽同一位置开始运动，在轨道末端与小钢球B发生对心碰撞，结果小球B落到水平地面上N点，小球A落到水平地面上的M点。
（1）实验中，必须要测量的物理量有　　　。
A.小球开始释放的高度h
B.小球抛出点距地面的高度H
C.小球做平抛运动的水平距离
D.小球A、B的质量m1、m2
（2）实验中，下列说法正确的是　　　。
A.斜槽一定要光滑
B.两球半径一定要相同
C.两球质量关系一定要满足m1＜m2
（3）小球释放后落在复写纸上会在白纸上留下印迹，如图乙所示。多次试验后，白纸上留下了7个印迹，如果用画圆法确定小球的落点P，图中画的三个圆最合理的是　　　（填字母代号）。
（4）若某次实验时，A、B两钢球落地点分布如图丙所示，M、P、N与O点（O点是水平轨道末端正下方的投影）的距离分别为x1、x2、x3，若满足　　　　　（用m1、m2、x1、x2、x3表示），则该碰撞前后动量守恒。若还满足　　　　　（用x1、x2、x3表示），则说明该碰撞为弹性碰撞。
小专题16　力学实验
1.（1）A　（2）C　（3）10
解析：（1）记录的点适当多一些可以减小误差，故A正确；为比较准确地描出小球运动的轨迹，根据记录点的分布规律，用平滑曲线拟合成运动轨迹，个别偏差较大的点应当舍去，故B错误；描绘轨迹不需要等间距描点，所以题图甲中挡条 N每次不必等间距下移，故C错误。
（2）由题图乙可知，该小球的初速度方向偏上，与小球的初速度的大小无关，与释放小球的位置也无关，故A、B错误；该小球的初速度方向偏上，即小球的初速度的方向不是沿水平方向，可知斜槽末端切线不水平，故C正确。
（3）设该相机的频闪周期为T，相邻两小球位置之间的竖直间距分别为y1＝7×2 cm＝14 cm＝0.14 m，y2＝12×2 cm＝24 cm＝0.24 m，竖直方向小球做自由落体运动，由Δy＝gT2，得y2－y1＝gT2，代入数据解得T＝0.1 s，则该频闪相机频率为f＝＝10 Hz。
2.答案：（1）D　（2）13.40　见解析图　29.9（29.0～31.0均可）　相同
解析：（1）在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，实验器材不需要打点计时器，也不需要天平和铁架台，需要橡皮筋，故选D。
（2）弹簧的长度为l0＝13.40 cm，作出n-l关系图像如图。
不挂钩码的点为图像与横轴的交点位置，弹簧的劲度系数为k＝＝ N/m≈29.9 N/m，弹簧的劲度系数等于图像的斜率，则弹簧的重力对劲度系数的测量无影响，该实验方案得到的弹簧劲度系数与实际值相比相同。
3.答案：（1）不是　（2）a＝　
（3）偏小　（4）匀加速直线　
解析：（1）测定匀变速直线运动加速度的实验中不需要平衡摩擦力，只需要保证小车做匀变速直线运动即可，则将长木板垫起一个倾斜角度以平衡摩擦力不是必需的步骤。
（2）交流电的频率为f，相邻计数点之间有四个点没有画出，则相邻记数点间的时间间隔为T＝
由逐差法有x5＋x4－x3－x2＝a（2T）2
整理可得a＝。
（3）根据题意，由（2）分析可知，若实验时所用交流电的频率比理论值f偏大，则加速度的测量值与实际值相比偏小。
（4）根据题意，若用纵轴表示xn（n＝1，2，3，4，5），由逐差法有xn＝aT2
可知纸带宽度表示T2＝＝
若上端各计数点能够拟合成一条倾斜直线，则a不变，说明实验小车做匀加速直线运动。
4.答案：（1）2∶1　（2）
解析：（1）根据F1＝mr，F2＝mr
由于F1∶F2＝1∶4
则有ω1∶ω2＝1∶2
根据v＝ω1R1＝ω2R2
解得R1∶R2＝2∶1。
（2）滑块做圆周运动的速度v1＝
由于F＝m
则有F＝·
则有＝k
解得m＝。
5.（1）19.00　（2）　（3）①
解析：（1）根据游标卡尺的读数规律，该读数为19 mm＋0.05×0 mm＝19.00 mm。
（2）设单摆周期为T，根据计时过程有t＝（n－1），摆长为L＝l＋，根据单摆周期公式有T＝2π，解得g＝。
（3）由于把小球直径当作半径来计算摆长，则实际摆长为L－，则有T＝2π，解得T2＝L－，可知图像的纵坐标截距为负值，则由此得到的T2-L图像是题图2中的①。
6.（1）①6.20　1.9（1.7～2.1均可）　②BC　（2）①D　②3
解析：（1）①依题意，打计数点B时小车位移大小为6.20 cm；
由题图3中小车运动的数据点，有a＝＝ m/s2≈1.9 m/s2，考虑到偶然误差，1.7 m/s2～2.1 m/s2均可。
②利用题图1装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，需要满足小车质量远远大于钩码质量，所以不需要换质量更小的车，故A错误；利用题图1装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，需要利用小车所受重力沿木板方向斜向下的分力以平衡其所受的摩擦阻力，所以需要让长木板安装打点计时器的一端相比较安装滑轮的一端适当高一些，故B正确；以系统为研究对象，依题意“探究小车速度随时间变化的规律”实验时有≈1.9 m/s2，考虑到实际情况，即f mg，有≈1.9 m/s2，则可知M≈4m，而利用题图1装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时要保证所悬挂物体的质量远小于小车质量，即m M，可知目前实验条件不满足，所以利用当前装置在“探究加速度与力、质量的关系”时，需将钩码更换成砝码盘和砝码，以满足小车质量远远大于所悬挂物体的质量，故C正确；实验过程中，连接钩码和小车的细绳应跟长木板始终保持平行，与之前的相同，故D错误。
（2）①在不超出弹簧测力计的量程和橡皮条形变限度的条件下，使拉力适当大些，不必使两只弹簧测力计的示数相同，故A错误；在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的一个点就可以了，故B错误；实验中拉弹簧测力计时，只需让弹簧与外壳间没有摩擦，此时弹簧测力计的示数即为弹簧对细绳的拉力，与弹簧测力计外壳与木板之间是否存在摩擦无关，故C错误；为了减小实验中摩擦对测量结果的影响，拉橡皮条时，橡皮条、细绳和弹簧测力计应贴近并平行于木板，故D正确。
②若只有一只弹簧测力计，为了完成该实验，用手拉住一条细绳，用弹簧测力计拉住另一条细绳，互成角度的拉橡皮条，使其结点达到某一点O，记下位置O、弹簧测力计示数F1和两个拉力的方向；交换弹簧测力计和手所拉细绳的位置，再次将结点拉至O点，使两力的方向与原来两力方向相同，并记下此时弹簧测力计的示数F2，第三次只用弹簧测力计将结点拉至O点，并记下此时弹簧测力计的示数F的大小及方向，所以若只有一只弹簧测力计，为了完成该实验至少需要3次把橡皮条结点拉到O。
7.（1）0.380　（2）B　（3）m2－m1
解析：（1）游标卡尺的读数为d＝3 mm＋16×0.05 mm＝3.80 mm＝0.380 cm。
（2）为使滑块做匀速直线运动，气垫导轨需要调成水平，A错误；为使滑块A经过光电门1并与滑块B发生碰撞且被弹回，需要满足m1＜m2，B正确；根据v＝可知，为减小测量瞬时速度的误差，遮光条选择较窄的，C错误。
（3）滑块碰撞前后，根据动量守恒定律可知m1v1＝－m1v1'＋m2v2，即m1＝－m1＋m2。
8.（1）A　（2）4　（3）1.29（1.27～1.31均可）　（4）D
解析：（1）B中重锤离打点计时器太远，不能打出足够多的点；C中重锤没有挂在桌子外面且重锤离打点计时器太远。故选A。
（2）相邻点间距离之差Dx＝gT2≈4 mm，则在正确操作打出多条点迹清晰的纸带中，应选取相邻点间距离之差最接近4 mm的纸带进行测量。
（3）由图2可知3、5间的距离x35＝12.05 cm－6.90 cm＝5.15 cm，则打下点“4”时重锤的速率v4＝＝ m/s＝1.29 m/s。
（4）把打下点“7”时重锤所在位置选为参考平面，则根据机械能守恒定律可得m－mgh＝mv2，则有v2＝－gh，可知－h为向下倾斜的直线。故选D。
9.（1）C　（2）2.4　（3）B
解析：（1）本实验中小车受到的拉力可直接由弹簧测力计测出，所以不需要测量砂和砂桶的质量，也不需要满足砂和砂桶的质量远小于小车的质量，故A、B错误；为了使细线拉力等于小车受到的合外力，所以本实验需要补偿阻力，可将带滑轮的长木板右端垫高，以补偿阻力，故C正确；为保证纸带上打点的清晰度和点的数量，小车释放时要靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数，故D错误。
（2）相邻两计数点之间还有四个计时点未画出，可知相邻计数点的时间间隔为T＝5×0.02 s＝0.1 s，根据逐差法可知加速度为a＝＝ m/s2≈2.4 m/s2。
（3）对小车，根据牛顿第二定律可得a＝，可知图线的斜率为k＝，即m＝，故选B。
10.（1）AC　（2）2.4（或2.5）　（3）C　（4）mgl＝（M＋m）
解析：（1）除题图1所示器材外，还需选用刻度尺和学生电源，不需要秒表。故选A、C。
（2）根据中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度，可得C点的瞬时速度为vC＝＝ m/s≈2.4 m/s。
（3）工作电压偏低，对实验结果无影响，故A错误；若存在空气阻力和纸带的摩擦力，重力势能的减少量应大于动能的增加量，故B错误；接通电源前释放了纸带，测得该点的速度时下降的距离大于纸带上起点到该点间的距离，故此时该点的速度偏大，所以动能的增加量大于从O至该点过程中重力势能的减少量，故C正确。
（4）挡光片通过光电门的速度为v＝，动能的增加量为ΔEk＝（M＋m）v2，重力势能的减少量为ΔEp＝mgl，若关系式满足ΔEp＝ΔEk，即mgl＝（M＋m），可验证机械能守恒定律。
11.（1）CD　（2）B　（3）C　（4）m1x2＝m1x1＋m2x3　x1＋x2＝x3
解析：（1）小球离开斜槽后做平抛运动，小球抛出点的高度相等，小球做平抛运动的时间t相等，则碰撞前入射球的速度v0＝，碰撞后入射球的速度v1＝，碰撞后被碰球的速度v2＝，两球碰撞过程系统动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得m1v0＝m1v1＋m2v2，整理得m1OP＝m1OM＋m2ON，实验需要测量小球的质量与小球做平抛运动的位移，实验不需要测量小球开始释放时的高度和抛出点到地面的高度。故选C、D。
（2）只要入射球从斜面的同一高度由静止释放，小球到达斜槽末端时的速度相等，斜槽不一定要光滑，故A错误；为使两球发生对心正碰，两球半径一定要相同，故B正确；为防止两球碰撞后入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球，即两球质量关系一定要满足m1＞m2，故C错误。
（3）实验结束后，舍掉误差较大的点，用尽量小的圆把落点圈在一起，圆心即为小球的平均落地点，则图中画的三个圆最合理的是C。
（4）两球发生弹性碰撞，碰撞过程系统动量守恒、机械能守恒，以向右为正方向，若满足动量守恒定律则m1x2＝m1x1＋m2x3，若满足机械能守恒定律则m1＝m1＋m2，解得m1＝m1＋m2，可得x1＋x2＝x3。

展开更多......

收起↑