專題5力學(xué)類創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)解答總結(jié)

【本專題涉及到的常見的實(shí)驗(yàn)】

各個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)

【方法總結(jié)提升】

1、近五年高考物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題的特點(diǎn)

（1）于教材但不拘泥于教材

分析近五年全國卷實(shí)驗(yàn)題發(fā)現(xiàn)，全部實(shí)驗(yàn)題均“源于教材而不拘泥于教材，源于經(jīng)典實(shí)驗(yàn)而

發(fā)展經(jīng)典實(shí)驗(yàn)”，高度體現(xiàn)了2017年版課程標(biāo)準(zhǔn)提出的“注重體現(xiàn)物理學(xué)科本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生

物理學(xué)科核心素養(yǎng)”的理念和“科學(xué)探究”為主體的實(shí)驗(yàn)評價(jià)方式。

（2）創(chuàng)設(shè)情境引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)與創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)已成為高考題的亮點(diǎn)，這類試題以“某同學(xué)”“某小組”為主角創(chuàng)設(shè)一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

但深入研究會發(fā)現(xiàn)，提供的實(shí)驗(yàn)器材和運(yùn)用的基本原理都是學(xué)生熟悉的，只是需要學(xué)生深入

理解每一個(gè)器材的作用、每一個(gè)原理的意義，才能完成設(shè)計(jì)。這類試題要求學(xué)生深入理解教

材中實(shí)驗(yàn)所涉及的每一個(gè)知識、方法、原理，并能夠在新的實(shí)驗(yàn)?zāi)康南逻w移、重組并應(yīng)用。

總之，實(shí)驗(yàn)題的原理和方法均源于《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求的實(shí)驗(yàn)，但試題更加注重在新情境下的

遷移與應(yīng)用，在考查基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上更加注重創(chuàng)新思維能力的考查。

2、力學(xué)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(dòng)學(xué)規(guī)律和力學(xué)定律設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).

（2）將實(shí)驗(yàn)的基本方法一一控制變量法、處理數(shù)據(jù)的基本方法一一圖像法、逐差法融入到

實(shí)驗(yàn)的綜合分析之中.

3、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題的解法

（1）根據(jù)題目情境，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?，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案.

（2）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)，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)行誤差分析.

4、實(shí)驗(yàn)器材的等效與替換

（1）用氣墊導(dǎo)軌代替長木板:應(yīng)調(diào)整導(dǎo)軌水平，不必平衡摩擦力.

（2）用光電門、頻閃相機(jī)代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.

（3）.用電子秤或已知質(zhì)量的鉤碼等代替彈簧測力計(jì).

【例題11利用氣墊導(dǎo)軌（全程不考慮其對滑塊的阻力）和兩個(gè)光電門驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,

第1頁共22頁

滑塊和遮光條總質(zhì)量為叫，遮光條的寬度為小如圖（a）所示，將氣墊導(dǎo)軌調(diào)整水平后，

將滑塊靜置于光電門1左側(cè)，推動(dòng)滑塊，使其獲得水平向右的速度后手放開，滑塊經(jīng)過光電

門1后，有一質(zhì)量為嗎的橡皮泥從人高處由靜止落下，剛好落至下方經(jīng)過的滑塊上，迅速

粘一起后隨滑塊向右經(jīng)過光電門2,光電門1、2記錄的擋光時(shí)間分別為△"、”2,重力加速

度為g。

光電門1橡皮泥光電門2

02cm

遮光條n?

滑塊1rLiH

氣墊導(dǎo)軌01020

（a）(b)

（1）用游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度如圖（b）所示，其讀數(shù)為mm。

（2）若碰撞過程中水平方向動(dòng)量守恒，則應(yīng)滿足的關(guān)系式/（用以上所給已知量

表不）。

（3）實(shí)驗(yàn)中遮光條寬度的測量值有誤差對驗(yàn)證碰撞過程水平方向動(dòng)量守恒有無影響？請說

明理由：o

△%

【答案】6.75加2-加1無影響；根據(jù)（2）的分析知，實(shí)驗(yàn)中遮光條寬度

的測量值有誤差對驗(yàn)證碰撞過程水平方向動(dòng)量守恒無影響，理由是水平方向動(dòng)量守恒，等式

兩邊的1可消掉。

【解析】（1）20分度游標(biāo)卡尺的精確值為0.05mm,測得遮光條的寬度如圖（b）所示，其讀

數(shù)為

6mm+15x0.05mm=6.75mm

（2）若碰撞過程中水平方向動(dòng)量守恒，則

解得

呵_A%

呵加2-加1

（3）無影響，根據(jù)（2）的分析知，實(shí)驗(yàn)中遮光條寬度的測量值有誤差對驗(yàn)證碰撞過程水平

方向動(dòng)量守恒無影響，理由是水平方向動(dòng)量守恒，等式兩邊的d可消掉。

【例題2】某小組用氣墊導(dǎo)軌研究碰撞，如圖甲所示，兩滑塊A、B的兩端均固定有彈性鋼

圈和相同的擋光片，如圖乙所示。己知A、B兩滑塊的質(zhì)量（含擋光片等配件）分別為，”、

rriBo

第2頁共22頁

光電門1光電門2

滑塊A滑塊B

圖甲

（1）用螺旋測微器來測量擋光片的寬度3如圖丙，讀數(shù)人mm；

（2）連接好氣墊導(dǎo)軌及氣泵，接通電源，將氣墊導(dǎo)軌調(diào)到水平。將A、B兩滑塊分別緊壓

左、右彈射架并靜止。啟動(dòng)彈射架，發(fā)現(xiàn)兩滑塊在兩光電門之間區(qū)域發(fā)生相互作用并各自反

向彈回。光電門1記錄擋光片兩次擋光時(shí)間分別為％、％,光電門2記錄擋光片兩次擋光時(shí)

間分別為‘2、6,如果兩滑塊在彈性鋼圈相互作用時(shí)動(dòng)量守恒，則表達(dá)式（用題中的

物理量符號表示）應(yīng)成立；

（3）在（2）中，如果兩滑塊在彈性鋼圈相互作用時(shí)機(jī)械能也守恒，則表達(dá)式（用題

中的物理量符號表示）應(yīng)成立。

m.m.m.rru.m.

A______D__b____A_A_|____D__AI___D_

一''2'2—'2''2

［答案］2.220%’2%。t2%

【解析】（1）根據(jù)螺旋測微器讀數(shù)規(guī)律，該讀數(shù)為

2mm+0.01x22.0mm=2.220mm

（2）乙水平向右為正方向，則滑塊A、B碰撞前后速度分別為

L

VA2=~~

h

L

L

VB2=7

若碰撞過程動(dòng)量守恒，則有

/FAI+加FBBI='"A2VA2+%2VB2

解得

第3頁共22頁

叫"%」電〃么

'112'2"1

（3）如果兩滑塊在彈性鋼圈相互作用時(shí)機(jī)械能也守恒，則有

哈+，%哈=￡唆+/%總

結(jié)合上述，解得

1f2片焉

【例題3】某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌做驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)，氣墊導(dǎo)軌裝置如圖1所示，所

用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架、光電門等組成，兩滑塊上的擋光板寬度相同。

（1）實(shí)驗(yàn)前用游標(biāo)卡尺測出擋光板的寬度，示數(shù)如圖2所示，則擋光板的寬度d=

mm；

01cm

主尺刻度

游標(biāo)刻度

0510

圖2

（2）實(shí)驗(yàn)前需要調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平：在軌道上只放滑塊1,輕推一下滑塊1,其先后通過光

電門1和光電門2的時(shí)間分別為小t2,若ti>t2,則應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌右端調(diào)（填

“高”或"低”），直到滑塊通過兩光電門的時(shí)間相等；

圖3圖4

（3）將滑塊2放在兩光電門間的氣墊導(dǎo)軌上，滑塊1放在光電門1的左側(cè)氣墊導(dǎo)軌上，在

兩滑塊上裝上如圖3所示的彈性碰撞架，給滑塊1一個(gè)向右的初速度，測得滑塊1第一次通

過光電門的擋光時(shí)間為。，滑塊1與滑塊2碰撞后，滑塊1被彈回；再次通過光電門1的擋

光時(shí)間為t2,滑塊2通過光電門2的擋光時(shí)間為⑶根據(jù)實(shí)驗(yàn)可以判斷滑塊1（包括擋光板

及彈性碰撞架）的質(zhì)量（填“大于”、“小于”或“等于"）滑塊2（包括擋光板及

彈性碰撞架）的質(zhì)量機(jī)2,如果表達(dá)式成立，則兩滑塊碰撞過程動(dòng)量守恒。

第4頁共22頁

（4）若在兩滑塊上裝上如圖4所示的撞針和橡皮泥，將滑塊2放在兩光電門間的氣墊導(dǎo)軌

上，滑塊1放在光電門1的左側(cè)氣墊導(dǎo)軌上，給滑塊1一個(gè)向右的初速度，滑塊1通過光電

門1的時(shí)間為U，滑塊1與滑塊2碰撞后，滑塊通過光電門2的時(shí)間為t5,測得滑塊1（包

括擋光板及撞針）的質(zhì)量為m3,滑塊2（包括擋光板及橡皮泥）的質(zhì)量m4,如果表達(dá)式

成立，則表明碰撞過程動(dòng)量守恒。

dddd/xd

叫一=m2---叫一叫一=（%+■）—

【答案】5.5高小于’1'3G’4h

【解析】（1）游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為主尺讀數(shù)與游標(biāo)尺讀數(shù)之和，所以圖中所測遮光條的寬度為

d=5mm+5x0.1mm=5.5mm

（2）若力＞3說明滑塊做的是加速運(yùn)動(dòng)，說明右端低，則應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌右端調(diào)高；

（3）滑塊1、2發(fā)生彈性碰撞，滑塊1被彈回，說明如小于m2；

兩滑塊碰撞過程中，若動(dòng)量守恒，則有

mlv1=m2V3一叫％

d

v'"?

d

d

“工

所以

ddd

叫一=根2--------呵—

’1'3t2

（4）兩滑塊碰撞過程中，若動(dòng)量守恒，則有

m3V4=（砥+加4R5

d

"一￡

d

所以

d..d

m.—=（m.+m4）一

【例題4】某實(shí)驗(yàn)小組用如圖（〃）所示裝置測量重力加速度。將小球A和手機(jī)B分別系在

一條跨過定滑輪的不可伸長的軟繩兩端。打開手機(jī)B的phyphox軟件，令小球A和手機(jī)B

靜止，細(xì)繩拉緊，然后釋放小球A和手機(jī)B,通過phyphox軟件測得手機(jī)的加速度隨時(shí)間

變化的圖線如圖（6）,實(shí)驗(yàn)室提供的物理量有：小球A的質(zhì)量"，A=50.0g,手機(jī)B的質(zhì)量

第5頁共22頁

砥=150.0g,當(dāng)?shù)貙?shí)際重力加速度g=9.8m/s。

（1）實(shí)驗(yàn)測得的重力加速度大小為m/s7（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

（2）實(shí)驗(yàn)測得的重力加速度與實(shí)際重力加速度有明顯差異，除實(shí)驗(yàn)中的偶然誤差外，請寫

出一條可能產(chǎn)生這一結(jié)果的原因：o

（3）有同學(xué)提出本實(shí)驗(yàn)還可以研究機(jī)械能是否守恒，在小球A上方力高處安裝光電門和配

套的數(shù)字計(jì)時(shí)器。令小球A和手機(jī)B靜止，細(xì)繩拉緊，然后釋放小球A和手機(jī)B,數(shù)字計(jì)

時(shí)器記錄小球A通過光電門的時(shí)間除實(shí)驗(yàn)室提供的物理量外，還需要測量的物理量有

（寫出物理量的名稱和符號），需要驗(yàn)證的原理式為（用實(shí)驗(yàn)室提供的物理量符號和

測量的物理量符號表示）。

【答案】9.4滑輪的軸不光滑（或滑輪有質(zhì)量，軟繩有質(zhì)量，物體運(yùn)動(dòng)過程中受

空氣阻力，手機(jī)在下落過程中發(fā)生擺動(dòng)等）小球A的直徑d

【解析】（1）由圖（5）讀出加速度為。=4.7m/s2,根據(jù)牛頓第二定律，

代入數(shù)據(jù)得

g]=9.4m/s2

（2）測量的重力加速度小于實(shí)際值，除偶然誤差外，也可能是由于滑輪的軸不光滑，或滑

輪有質(zhì)量，軟繩有質(zhì)量，物體運(yùn)動(dòng)過程中受空氣阻力，手機(jī)在下落過程中發(fā)生擺動(dòng)等原因。

（3）由于還需要算出小球的速度，則還需要測量小球A的直徑乩

根據(jù)功能關(guān)系知需要驗(yàn)證的原理式為

1.某同學(xué)用如圖所示的裝置研究碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒，實(shí)驗(yàn)過程如下:

第6頁共22頁

（1）選用兩個(gè)寬度均為很小）的滑塊A和B,且兩滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同，

在滑塊A的前端粘附少許強(qiáng)力膠（不計(jì)強(qiáng)力膠的厚度和質(zhì)量），安裝實(shí)驗(yàn)器材。

（2）用墊塊墊起長木板的右端，移動(dòng)墊塊的位置，調(diào)節(jié)木板的傾角，放上并輕推滑塊A,

使其經(jīng)過兩光電門的時(shí)間相等。這樣做的目的是。

（3）將滑塊B靜置于兩光電門間的某一位置，將滑塊A靜置于光電門1上方的另一位置,

稍用力推下滑塊A,使其以一定的速度沿木板向下運(yùn)動(dòng)，滑塊A經(jīng)過光電門1的遮光時(shí)間

為",則其運(yùn)動(dòng)到光電門1時(shí)的速度匕=（用小.表示），滑塊A和滑塊B碰撞后

粘在一起沿木板向下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過光電門2的遮光時(shí)間為‘2。

（4）已知滑塊A和B質(zhì)量分別為叫、啊，則驗(yàn)證兩滑塊碰撞時(shí)動(dòng)量守恒的表達(dá)式為

（用叫、‘巧、表示）。

【解析】（2）滑塊A經(jīng)過兩光電門的時(shí)間相等，表明A經(jīng)過兩光電門的速度相等，即A做

勻速直線運(yùn)動(dòng)，則有

f=mgsin0

故這樣做的目的是平衡摩擦力。

（3）相用力推物塊A后，A做勻速直線運(yùn)動(dòng)，其通過光電門1時(shí)的速度為

（4）平衡摩擦力后，物塊A、B在沿斜面方向上所受合力為零，則A、B組成的系統(tǒng)在沿

斜面方向上動(dòng)量守恒，故有

m1Vl=（町+"4）彩

由于

=￡_2d

1%,匕工

解得

第7頁共22頁

m,_2（班+咐

4f2

2.如圖1所示，某課外探究小組利用氣墊導(dǎo)軌做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)?；瑝KA和滑塊

B的質(zhì)量（包括遮光條）分別為：叫=150.0g、供=200.0g。實(shí)驗(yàn)中彈射裝置每次給滑塊A

的初速度均相同，滑塊B初始處于靜止?fàn)顟B(tài)。滑塊A的遮光條兩次通過光電門1的擋光時(shí)

間分別為加\,滑塊B的遮光條通過光電門2的擋光時(shí)間為加2。

f'i

板氣墊導(dǎo)軌

光電門2D

12主尺3（皿）

II川加山山"

0510

左側(cè)旋鈕右側(cè)旋鈕連接氣泵

圖2

（1）打開氣泵，先取走滑塊B,待氣流穩(wěn)定后將滑塊A從氣墊導(dǎo)軌右側(cè)彈出，測得光電門

1的時(shí)間大于光電門2的時(shí)間，為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，后續(xù)的操作是（）

A.調(diào)高右側(cè)底座旋鈕B.調(diào)高左側(cè)底座旋鈕

C.將光電門1向左側(cè)移動(dòng)D.將光電門2向右側(cè)移動(dòng)

（2）如圖2所示，用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度由其讀數(shù)為mm；

（3）經(jīng)測量滑塊A、B上的遮光條寬度相同，則驗(yàn)證動(dòng)量守恒的表達(dá)式為：（用

班、機(jī)2、為、M表示）；

（4）小明同學(xué)改變實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)繼續(xù)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，他在滑塊B的右端加上橡皮泥，兩滑

塊每次相碰后會粘在一起運(yùn)動(dòng)。多次改變滑塊B的質(zhì)量機(jī)2,記錄下滑塊B的遮光條每次通

過光電門的擋光時(shí)間加2,在方格紙上作出丐一加2圖像

m2/g200210220230240

-3

Af2/10s9.39.69.810.110.4

/10-3s

（5）小華同學(xué)提出，滑塊B的質(zhì)

第8頁共22頁

量應(yīng)包含橡皮泥的質(zhì)量，考慮到此因素影響，小華所繪制的色一加2圖像中的圖線與（4）中

繪制的圖形相比較，應(yīng)（）

A.向上平移B.向下平移C.向左平移D.向右平移

】網(wǎng)

mm2

r答案】R148"1Az2M

【解析】（1）測得滑塊通過光電門1的時(shí)間大于光電門2的時(shí)間，說明滑塊做加速運(yùn)動(dòng),

也就是氣墊導(dǎo)軌右端高，左端低，所以接下來應(yīng)調(diào)高左側(cè)底座旋鈕，使滑塊做勻速運(yùn)動(dòng)。

故選B。

（2）游標(biāo)卡尺的分度為遮光條的寬度

6?=14mm+8x0.lmm=14.8mm

(3)滑塊1碰撞前的速度大小為

d

匕=一

加1

滑塊1與滑塊2碰撞后的速度大小分別為

dd

v3=——v2=——

A,3加2

若兩滑塊碰撞過程中動(dòng)量守恒，則有

mivi=m2V2一叫匕

聯(lián)立可得

_m2ml

△:\t2加3

（4）根據(jù)表格數(shù)據(jù)繪圖如下:

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“mjg

（5）兩滑塊每次相碰后會粘在一起運(yùn)動(dòng)，根據(jù)動(dòng)量守恒定律可得

變形得

m,=必-At,—

A.

若考慮橡皮泥的質(zhì)量初。，則上式變?yōu)?/p>

m,.

m=--/\t-m—ITIQ

2A%2l

由函數(shù)關(guān)系可知，圖線將向下平移。

故選Bo

3.某活動(dòng)小組利用圖裝置測定當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。直徑為D的鋼球自由下落過程中，先后

通過光電門A、B,計(jì)時(shí)裝置測出鋼球通過A、B的時(shí)間分別為小tB。用鋼球通過光電門的

平均速度表示鋼球球心通過光電門的瞬時(shí)速度。測出兩光電門間的距離為/?,則

Q鋼球

Jd

（1）鋼球通過光電門A時(shí)的瞬時(shí)速度為,鋼球通過光電門A、B間的平均速度

為。

（2）當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹閛

（3）鋼球通過光電門A的平均速度（選填“〉”或“<”）鋼球球心通過光電門A的瞬時(shí)

第10頁共22頁

速度。

(4)由于空氣阻力的存在會使g的測量值偏小，該誤差屬于(選填：“偶然誤差”或

“系統(tǒng)誤差”)

D(，A+，B)。D“A~"/B)

【答案】鼠之挑2〃入，2<系統(tǒng)誤差

【解析】(1)鋼球通過光電門A時(shí)的瞬時(shí)速度為”,由于通過光電門的時(shí)間非常短，所以可

以用其平均速度來表示瞬時(shí)速度則

D

同理可得鋼球通過光電門B時(shí)的瞬時(shí)速度為

D

所以鋼球通過光電門A、B間的平均速度由平均速度公式可得

--%+5_(〃+%)」

工2

(2)設(shè)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取Ｓ蓜蜃兯僦本€運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得

22

vB-vA=2ah

代入數(shù)據(jù)可得

2f2=獷&_%)

,2/72htjt；

(3)由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論：中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度總是小于中間位移的瞬時(shí)速的關(guān)系可得:

鋼球通過光電門A的平均速度小于鋼球球心通過光電門A的瞬時(shí)速度。

(4)偶然誤差一般是由人的主觀意識造成，比如讀數(shù)，作圖之類，所以由于空阻力影響的誤差

屬于系統(tǒng)誤差。

4.某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌上滑塊間的碰撞來尋找物體相互作用過程中的“不變量”，實(shí)驗(yàn)裝置

如圖所示，實(shí)驗(yàn)過程如下(“十、一”表示速度方向)：

實(shí)驗(yàn)1使"22=0.25kg,讓運(yùn)動(dòng)的如碰靜止的根2，碰后，〃/、M12一起運(yùn)動(dòng)。數(shù)據(jù)如表

lo

表2

碰前碰后

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滑塊mi滑塊m2滑塊mi滑塊m2

速度

+0,1400+0.069+0.069

v/(m-s1)

根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)可推知，在誤差允許范圍內(nèi)：

（1）碰前物體的速度（填“等于”或“不等于"）碰后物體速度的矢量和；

（2）碰前物體的動(dòng)能（填“等于”或“不等于"）碰后物體動(dòng)能的和；

（3）碰前物體的質(zhì)量m與速度v的乘積mv（填“等于”或“不等于"）碰后物體的質(zhì)

量m與速度v的乘積mv的矢量和。

實(shí)驗(yàn)2使2如=,"2=0.5kg,讓運(yùn)動(dòng)的如碰靜止的機(jī)2，碰后加、優(yōu)2分開。數(shù)據(jù)如

表2

碰前碰后

滑塊mi滑塊m2滑塊mi滑塊m2

速度

+0.1200-0.024+0.070

v1(m-s1)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可推知，在誤差允許范圍內(nèi)：

（1）碰前物體的速度（填”等于，，或“不等于，，）碰后物體速度的矢量和；

（2）碰前物體的動(dòng)能（填“等于，，或“不等于，，）碰后物體動(dòng)能的和；

（3）碰前物體的質(zhì)量相與速度v的乘積機(jī)v（填“等于”或“不等于"）碰后物體的質(zhì)

量m與速度v的乘積mv的矢量和。

（4）還進(jìn)行了其他情景的實(shí)驗(yàn)，最終在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的“不變量”是0

（5）在“探究碰撞中的不變量”實(shí)驗(yàn)中，關(guān)于實(shí)驗(yàn)結(jié)論的說明，正確的是。

A.只需找到一種情景的“不變量”即可，結(jié)論對其他情景也同樣適用

B.只找到一種情景的“不變量”還不夠，其他情景未必適用

C.實(shí)驗(yàn)中要尋找的“不變量”必須在各種碰撞情況下都不改變

D.進(jìn)行有限次實(shí)驗(yàn)找到的“不變量”，具有偶然性，結(jié)論還需要檢驗(yàn)。

【答案】等于不等于等于不等于不等于等于相互

作用的物體的質(zhì)量與速度乘積的矢量和BCD

【解析】實(shí)驗(yàn)1（1）碰后物體速度的矢量和為

0.069m/s+0.069m/s=0.138m/s

所以碰前物體的速度不等于碰后物體速度的矢量和。

（2）碰前物體的動(dòng)能為

第12頁共22頁

1

29

Ek=—77^x0.14=0.0098ml

碰后物體的動(dòng)能為

2

E[=g(叫+?)x0.069x0.0048ml

碰前物體的動(dòng)能不等于碰后物體動(dòng)能的和。

(3)碰前物體的質(zhì)量相與速度v的乘積為

mv=0.14^

碰后物體的質(zhì)量m與速度v的乘積mv的矢量和為

r

m'v=(mj+m2)x0.069=0.138ml

二者在誤差允許的范圍內(nèi)是相等的。

實(shí)驗(yàn)2(1)碰后物體速度的矢量和為

-0.024m/s+O.O7Om/s=0.046m/s

所以碰前物體的速度不等于碰后物體速度的矢量和。

(2)碰前物體的動(dòng)能為

1,

Ekwijx0.12~=0.00727%

碰后物體的動(dòng)能為

E[=g叫x0.0242+；徑x0.07。2=0.0052/

碰前物體的動(dòng)能不等于碰后物體動(dòng)能的和。

(3)碰前物體的質(zhì)量m與速度v的乘積為

mv=0.12^

碰后物體的質(zhì)量m與速度v的乘積mv的矢量和為

機(jī)'M=叫x(-0.024)+m2x0.070=0.116叫

二者在誤差允許的范圍內(nèi)是相等的。

(4)相互作用的物體的質(zhì)量與速度乘積的矢量和。

(5)實(shí)驗(yàn)中要尋找的“不變量”必須在各種碰撞情況下都不改變,進(jìn)行有限次實(shí)驗(yàn)找到的“不變

量”，具有偶然性，結(jié)論還需要檢驗(yàn)。故選BCD。

5.某物理興趣小組在自主學(xué)習(xí)中看到書籍中記載：兩物體間的最大靜摩擦力工"與接觸面間

的壓力七成正比，且比例系數(shù)由材料決定。于是他們設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證：

將長木板A水平固定，在木板上放置裝有拉環(huán)的滑塊B,用測力計(jì)的掛鉤鉤住拉環(huán)，緩緩增

大拉力，直至拉動(dòng)滑塊B。在時(shí)，記下測力計(jì)示數(shù)力；

在B上加放祛碼，同樣拉動(dòng)滑塊B,記下祛碼質(zhì)量加和方力計(jì)示數(shù)力；

第13頁共22頁

重復(fù)上述過程多次，記下每次祛碼的質(zhì)量機(jī)和測力計(jì)示數(shù)力；

在坐標(biāo)紙上建立坐標(biāo)軸，以測力計(jì)示數(shù)力為縱坐標(biāo)，以切作為橫坐標(biāo)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)

畫出'T”圖像。發(fā)現(xiàn)是一條（選填“過原點(diǎn)”或“不過原點(diǎn)”）的直線；

由于力一〃?圖像是一條直線，他們得出結(jié)論：木板A與滑塊B之間的最大靜摩擦力力與壓

力外的比例系數(shù)幾在誤差范圍內(nèi)是一個(gè)定值。

若該直線的斜率為左，則比例系數(shù)幾=o

k

【答案】滑塊B剛要滑動(dòng)不過原點(diǎn)g

【解析】實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖恰膀?yàn)證：兩物體間的最大靜摩擦力禽與接觸面間的壓力「成正比，且比

例系數(shù)％由材料決定”，故在滑塊8剛要滑動(dòng)時(shí)，記下測力計(jì)示數(shù)工。

由實(shí)驗(yàn)?zāi)康目芍?yàn)證的是

fm=九FN=+根）8=^gm+AmBg

如果關(guān)系成立，則/一機(jī)圖像應(yīng)該是一條“不過原點(diǎn)”的直線。斜率

k=%g

解得

2=-

g

6.某同學(xué)用DIS實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證“機(jī)械能守恒定律”，如圖甲，力傳感器固定在天花板上，

細(xì)線一端吊著小球。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①將質(zhì)量為根的小球拉至與豎直方向夾角為6處的A點(diǎn)無初速釋放；

②通過軟件描繪出細(xì)線拉力大小P隨時(shí)間變化如圖乙；

③改變無初速釋放小球時(shí)細(xì)線與豎直方向夾角°值，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到多組數(shù)據(jù)。

第14頁共22頁

（1）小球由A點(diǎn)無初速釋放到第一次回到A點(diǎn)的時(shí)間為（用含有1的符號表

示）；

（2）如圖丙，以cos。為橫軸，以小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)細(xì)線拉力大小/為縱軸，描點(diǎn)繪圖，

已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間,當(dāng)圖像斜率上=；縱軸截距匕=時(shí)，即

可驗(yàn)證小球機(jī)械能守恒。（用題中所給物理量符號表示）

【答案】27b-2mg3mg

【解析】（1）由乙圖可得，小球由A點(diǎn)無初速釋放到第一次回到A點(diǎn)小球經(jīng)過最低點(diǎn)兩次，

則拉力出現(xiàn)最大值兩次，故小球由A點(diǎn)無初速釋放到第一次回到A點(diǎn)的時(shí)間為2公。

（2）小球重心與懸點(diǎn)距離記為r,小球經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)，繩子上的拉力與最低點(diǎn)速度關(guān)系為

v2

Fm—mg=in-

i'

則判斷機(jī)械能守恒的表達(dá)式為

12

mgr（\-cos0）=—mv

聯(lián)立可得

Fm=3mg-2mgcos0

則圖像斜率

k=—2mg

縱軸截距

b=3mg

7.在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在50Hz低壓

交流電源上，某同學(xué)在打出的紙帶上按打點(diǎn)的先后順序每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，共取了4

B、C、D、E、/六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。從A點(diǎn)開始在每一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)處將紙帶剪開分成五段（分別為

a、b、c、d、e段），將這五段紙帶由長到短緊靠但不重疊地粘在xOy坐標(biāo)系中，如圖所示。

（1）若把每一段紙帶的右上端連接起來，結(jié)果得到一條傾斜的直線，如圖所示，由圖可知

紙帶（選填“勻加速”、“勻減速”或“勻速”）直線運(yùn)動(dòng)，且直線與無軸正方向的夾

角越大，說明紙帶運(yùn)動(dòng)的加速度（選填“越大”或“越小”）。

（2）從第一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A開始計(jì)時(shí),為求出0.15s時(shí)紙帶的瞬時(shí)速度,需要測出（選

填'或"e”）段紙帶的長度。

第15頁共22頁

(3)若測得a段紙帶長度為15.0cm,e段紙帶長度為3.0cm,則可求出加速度大小為

m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。

【答案】勻減速越小b3.0

【解析】(1)由于每段紙帶所用時(shí)間相同，因此紙帶的長度表示速度大小，而水平方向相鄰

兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔相等，因此水平軸表示時(shí)間，因此該圖像表示v—t圖像，由于圖像

是一條傾斜的直線，因此可知，紙帶做勻減速度運(yùn)動(dòng)。而且傾斜的直線與龍軸正方向夾角越

大，說明紙帶做勻減速度運(yùn)動(dòng)的加速度越小。

(2)0.15s恰好為6段紙帶的中間時(shí)刻，因此應(yīng)該測6段紙帶的長度，算出該段的平均速度

就是0.15s時(shí)刻的瞬時(shí)速度。

(3)根據(jù)

Ar=X5~xi=4aT2

可求得加速度大小為

a=3.0m/s2

8.如圖，在直尺上鉆一個(gè)小孔，使小孔恰能穿過一根細(xì)線，線下端掛一質(zhì)量為山、直徑為

d的小鋼球。將直尺固定在水平桌面上，使鋼球在水平面內(nèi)做圓心為。的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，待

鋼球的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定后，從直尺上方，保持視線垂直于直尺往下看，估測鋼球外側(cè)到點(diǎn)。的距

離人再測量轉(zhuǎn)動(dòng)〃圈的時(shí)間3計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)的周期，再用刻度尺測出圓錐擺的高度，就可驗(yàn)證

向心力公式。利用上述裝置完成探究。

(1)用秒表或手表測量鋼球運(yùn)動(dòng)w圈的總時(shí)間f,鋼球的運(yùn)動(dòng)周期為

(2)鋼球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為；

(3)測量。點(diǎn)距選點(diǎn)的高度九則細(xì)繩與豎直方向的夾角的正切為；

(4)小球在運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的合力為；

(5)利用公式計(jì)算小球需要的向心力為；

(6)若滿足,則可以驗(yàn)證向心力公式。

trmgr47r2n2rg_47r2n2

22

［答案］nrhhtht

【解析】(1)鋼球運(yùn)動(dòng)n圈的總時(shí)間t,則周期為

T=-

n

第16頁共22頁

(2)保持視線垂直于直尺往下看，估測鋼球外側(cè)到點(diǎn)0的距離r,可知鋼球做勻速圓周運(yùn)

動(dòng)的半徑為八

(3)由幾何關(guān)系知，細(xì)繩與豎直方向的夾角的正切為

tan。=2

h

(4)小球受到重力和細(xì)繩的拉力，由幾何關(guān)系可得

年=〃7gtan*等

(5)小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力為

L472

Fmrm

f,l=yr=—tr-

(6)若滿足電二「，則可以驗(yàn)證向心力公式。即滿足

g_472〃2

ht1

9.物理小組利用頻閃照相和氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”的試驗(yàn)。步驟如下：

①用天平測出滑塊A、8的質(zhì)量分別為300g和200g

②安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平；

③向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣；

④把A、8兩滑塊放到導(dǎo)軌上，并給他們一個(gè)初速度，同時(shí)開始閃光照相，閃光的時(shí)間間隔

設(shè)定為4=0.2s。照片如圖：該組同學(xué)結(jié)合實(shí)驗(yàn)過程和圖像分析知：該圖像是閃光4次攝得

的照片，在這4次閃光的瞬間，A、B兩滑塊均在0~80cm刻度范圍內(nèi)；第一次閃光時(shí)，滑

塊B恰好通過x=55cm處，滑塊A恰好通過x=70cm處；碰撞后有一個(gè)物體處于靜止?fàn)顟B(tài)。

請問：

01020304050607080/cm

I__________I__________I___________________x

1i1iIi

B

7777777777777777777777777777777777777[777777可777777777777777~

(a)以上情況說明碰后(選填A(yù)或8)物體靜止，滑塊碰撞位置發(fā)生在

cm處；

(b)滑塊碰撞時(shí)間發(fā)生在第一次閃光后s；

(c)設(shè)向右為正方向，試分析碰撞前兩滑塊的質(zhì)量與速度乘積之和是kg-m/s,

碰撞后兩滑塊的質(zhì)量與速度乘積之和是kg-m/s,以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明在碰撞過程

中保持不變的物理量是o

【答案】A600.1-0.2-0.2碰撞前后兩物體的質(zhì)量與速

度的乘積之和

【解析】(a)由圖可知，A只有兩個(gè)位置有照片，則說明A碰后保持靜止，故碰撞發(fā)生在第

第17頁共22頁

1、2兩次閃光時(shí)刻之間，碰撞后A靜止，故碰撞發(fā)生在m60cm處。

(b)碰撞后A向左做勻速運(yùn)動(dòng)，設(shè)其速度為V，所以

r

vA-Az=20cm

碰撞到第二次閃光時(shí)3向左運(yùn)動(dòng)10cm,時(shí)間為心有

f

vA't=10cm

第一次閃光到發(fā)生碰撞時(shí)間為b有

得

△t0.2八?

t=——=——s=O.ls

22

(c)設(shè)向右為正方向，碰撞前，5的速度大小為

0.05/

v=-----m/s=0.5m/s

BR0.1

A的速度

0.1.

v=------m/sz=-Im/s

'A0.1

則碰撞前兩滑塊的質(zhì)量與速度乘積之和

Pi=mBvB+mAvA=0.2x0.5kg.m/s-0.3xIkg.m/s=-0.2kg.m/s

碰撞后，A靜止，B速度為

，-0.2/i/

v=------m/s=-Im/s

BR0.2

則碰撞后兩滑塊的動(dòng)量

PB=一叫%=-0.2xlkg.m/s=-0.2kg*m/s

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明在碰撞過程中保持不變的物理量是碰撞前后兩物體的質(zhì)量與速度的乘積

之和。

10.某物理興趣小組同學(xué)利用如圖甲所示的“氣墊導(dǎo)軌”和“光電計(jì)時(shí)器”來研究滑塊的勻變速

直線運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①用刻度尺測量滑塊上遮光條的寬度d和兩光電門間的距離L；

②釋放左側(cè)的槽碼，滑塊向左做加速運(yùn)動(dòng)，通過光電門1時(shí)的時(shí)間為A"通過光電門2時(shí)

的時(shí)間為A/2；

1

③保持光電門1的位置不變，左右移動(dòng)光電門2的位置，并測量多組L值，以加；為縱坐

1

標(biāo)，L為橫坐標(biāo)，繪制出圖像。

第18頁共22頁

回答下列問題：

(1)用刻度尺測量的遮光條的寬度如圖乙所示，則上cm；

1

(2)若繪制的“片1圖像如圖丙所示，則△片s,物塊運(yùn)動(dòng)的加速度大小為a=

m/s2(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)；

(3)下列方法可以減小實(shí)驗(yàn)誤差的是。(填標(biāo)號)

A.適當(dāng)?shù)卦龃笳诠鈼l的寬度

B.換用更光滑的氣墊導(dǎo)軌

C.多次測量遮光條的長度，取平均值

【答案】1.000.0500.20C

【解析】(1)毫米刻度尺要估讀最小刻度的下一位，因此遮光條的讀數(shù)為LOOcm；

(2)滑塊通過光電門1時(shí)的速度為

d

v.=——

△八

通過光電門2時(shí)的速度為

d

v2=——

AZ2

由速度位移關(guān)系，即

—v；=2aL

聯(lián)立上述各式整理可得

1_2〃1

d2+A彳

通過圖像分析可得

■吟4Vom生

1_9

解得

2

A/j=0.050sa=o.2Om/s

(3)A.適當(dāng)?shù)販p小遮光條的寬度可以更精確地用平均速度代替瞬時(shí)速度，故A錯(cuò)誤;

第19頁共22頁

B.該實(shí)驗(yàn)與氣墊導(dǎo)軌的粗糙程度無關(guān)，故B錯(cuò)誤；

C.多次測量可以有效地減小偶然誤差，故C正確。

故選C。

11.某研究性學(xué)習(xí)小組利用如圖1所示裝置測量彈簧的彈性勢能和物塊與桌面間的動(dòng)摩擦因

數(shù)，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①將一長直薄木板上端斜靠在水平桌面右邊緣O點(diǎn)，長木板下端固定在水平地面上；

②將輕彈簧一端固定在水平桌面左邊沿的墻面上，彈簧處于原長時(shí)，其右端在。點(diǎn)左側(cè)；

③用帶凹槽的物塊把彈簧壓縮到尸點(diǎn)，釋放物塊，測出物塊在長木板上的落點(diǎn)與。點(diǎn)的距

離無；

④通過在物塊上增減祛碼來改變物塊的質(zhì)量m,重復(fù)步驟③的操作；

1

X-----

⑤得到一系列的機(jī)與X,根據(jù)數(shù)據(jù)作出機(jī)圖象，如圖2所示。

回答下列問題：

（1）為達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，除已?jīng)測出物塊的質(zhì)量和在長木板上的落點(diǎn)與。點(diǎn)的距離x外，還

需要測量______;

A.彈簧的原長及

B.P點(diǎn)到桌面右邊沿的距離L

C.用量角器測出長木板與水平面的夾角。

D.彈簧壓縮前物塊到桌面右邊沿的距離L

（2）若當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間,根據(jù)圖2可知彈簧被壓縮到尸點(diǎn)時(shí)的彈性勢能為,

物塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為。（用圖2中的°、6和（1）中所選物理量的符號表示

結(jié)果）

bgcos26Z?cos26

［答案］BC4〃sin84Lsin6

【解析】（1）釋放彈簧后彈簧對滑塊做功，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為滑塊的動(dòng)能；從釋放滑塊到

滑塊到達(dá)桌面邊緣過程，由能量守恒定律得

12

Ep=jLimgL+—mv

滑塊離開桌面后做平拋運(yùn)動(dòng)，水平方向

xcos3-vt

第20頁共22頁

豎直方向

%sine=；g?

整理得

4EpSin61

尤=

gcos20mcos26

實(shí)驗(yàn)除了測出"，X外，還需要測出彈簧壓縮后滑塊到桌面邊沿的距離L與長木板與水平地

面的夾角°。

故選BC。

4目sin614〃Lsin。1

X=x-----

22可知,

Q）由gcos0mcos0m圖象的斜率

b_4Epsin0

K=