重難點20力學實驗（二）考點2025考向預測考點1：研究加速度與力質量的關系高考主要考查力學實驗的基本原理和方法，并借助基本實驗分析拓展創新實驗。主要考查研究加速度與力質量的關系；研究動量守恒定律；研究機械能守恒定律；探究向心力大小與半徑、角速度、質量的關系；力學拓展創新實驗。通常作為第一個實驗題，考查實驗的基本原理和方法，難度一般較小。考點2：研究動量守恒定律考點3：研究機械能守恒定律考點4：探究向心力大小與半徑、角速度、質量的關系【情境解讀】【高分技巧】1．探究加速度與物體受力、物體質量的關系①實驗原理(1)保持質量不變，探究加速度跟合外力的關系．(2)保持合外力不變，探究加速度與質量的關系．(3)作出a－F圖像和a－eq\f(1,m)圖像，確定a與F、m的關系．②實驗器材小車、槽碼、細繩、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、學生電源、導線、紙帶、天平、刻度尺、坐標紙．③實驗過程(1)測量：用天平測量槽碼的質量m′和小車的質量m.(2)安裝：按照如圖所示裝置把實驗器材安裝好，只是不把懸掛槽碼的細繩系在小車上(即不給小車牽引力)．(3)補償阻力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，使小車能勻速下滑．(4)操作：①槽碼通過細繩繞過定滑輪系于小車上，先接通電源后放開小車，斷開電源，取下紙帶，編號碼．②保持小車的質量m不變，改變槽碼的質量m′，重復步驟①.③在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，計算加速度a.④描點作圖，作a－F的圖像．⑤保持槽碼的質量m′不變，改變小車質量m，重復步驟①和③，作a－eq\f(1,m)圖像．④數據處理(1)利用逐差法或v－t圖像法求a.(2)以a為縱坐標，F為橫坐標，描點、畫線，如果該線為過原點的直線，說明a與F成正比．(3)以a為縱坐標，eq\f(1,m)為橫坐標，描點、畫線，如果該線為過原點的直線，就能判定a與m成反比．⑤注意事項(1)開始實驗前首先補償阻力：適當墊高木板不帶定滑輪的一端，使小車的重力沿斜面方向的分力正好補償小車和紙帶受到的阻力．在補償阻力時，不要把懸掛槽碼的細繩系在小車上，讓小車拉著穿過打點計時器的紙帶勻速運動．(2)實驗過程中不用重復補償阻力．(3)實驗必須保證的條件：m?m′.(4)一先一后一按：改變拉力或小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通電源，后釋放小車，且應在小車到達滑輪前按住小車．⑥誤差分析(1)實驗原理不完善：本實驗用槽碼的總重力m′g代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于槽碼的總重力．(2)補償阻力不準確、質量測量不準確、計數點間距離測量不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差．2．驗證動量守恒定律實驗方案及實驗過程案例一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒1．實驗器材氣墊導軌、數字計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥．2．實驗過程(1)測質量：用天平測出滑塊的質量．(2)安裝：正確安裝好氣墊導軌，如圖所示．(3)實驗：接通電源，利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度．(4)改變條件，重復實驗：①改變滑塊的質量；②改變滑塊的初速度大小和方向．(5)驗證：一維碰撞中的動量守恒．3．數據處理(1)滑塊速度的測量：v＝eq\f(Δx,Δt)，式中Δx為滑塊上擋光片的寬度(儀器說明書上給出，也可直接測量)，Δt為數字計時器顯示的滑塊(擋光片)經過光電門的時間．(2)驗證的表達式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.案例二：研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒1．實驗器材斜槽、小球(兩個)、天平、復寫紙、白紙、圓規、鉛垂線等．2．實驗過程(1)測質量：用天平測出兩小球的質量，并選定質量大的小球為入射小球．(2)安裝：按照如圖甲所示安裝實驗裝置．調整固定斜槽使斜槽底端水平．(3)鋪紙：白紙在下，復寫紙在上且在適當位置鋪放好．記下鉛垂線所指的位置O.(4)放球找點：不放被撞小球，每次讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復10次．用圓規畫盡量小的圓把所有的小球落點圈在里面．圓心P就是小球落點的平均位置．(5)碰撞找點：把被撞小球放在斜槽末端，每次讓入射小球從斜槽同一高度(同步驟(4)中的高度)自由滾下，使它們發生碰撞，重復實驗10次．用步驟(4)的方法，標出碰后入射小球落點的平均位置M和被撞小球落點的平均位置N，如圖乙所示.(6)驗證：連接ON，測量線段OP、OM、ON的長度．將測量數據填入表中，最后代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在誤差允許的范圍內是否成立．(7)整理：將實驗器材放回原處．3．數據處理驗證的表達式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON.注意事項1．前提條件：碰撞的兩物體應保證“水平”和“正碰”．2．案例提醒(1)若利用氣墊導軌進行驗證，調整氣墊導軌時，應確保導軌水平．(2)若利用平拋運動規律進行驗證：①斜槽末端的切線必須水平；②入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放；③選質量較大的小球作為入射小球；④實驗過程中實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變．3．驗證機械能守恒定律實驗原理(如圖所示)通過實驗，求出做自由落體運動物體的重力勢能的減少量和對應過程動能的增加量，在實驗誤差允許范圍內，若二者相等，說明機械能守恒，從而驗證機械能守恒定律．數據處理(1)求瞬時速度由公式vn＝eq\f(hn＋1－hn－1,2T)可以計算出重物下落h1、h2、h3…的高度時對應的瞬時速度v1、v2、v3….(2)驗證守恒方案一：利用起始點和第n點計算代入mghn和eq\f(1,2)mvn2，如果在實驗誤差允許的范圍內，mghn和eq\f(1,2)mvn2相等，則驗證了機械能守恒定律．注意：應選取最初第1、2兩點間距離接近2_mm的紙帶(電源頻率為50Hz)．方案二：任取兩點計算①任取兩點A、B，測出hAB，算出mghAB.②算出eq\f(1,2)mvB2－eq\f(1,2)mvA2的值．③在實驗誤差允許的范圍內，若mghAB＝eq\f(1,2)mvB2－eq\f(1,2)mvA2，則驗證了機械能守恒定律．方案三：圖像法測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算對應速度v，然后以eq\f(1,2)v2為縱軸，以h為橫軸，根據實驗數據作出eq\f(1,2)v2－h圖像．若在誤差允許的范圍內圖像是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證了機械能守恒定律．對本實驗的改進創新的方法1．速度測量方法的創新從測量紙帶上各點速度→eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(由光電門測速度,由頻閃照片測速度,由平拋運動測速度))2．研究對象的創新從單個物體創新為兩個物體組成的系統，驗證系統在某一過程機械能守恒．3．實驗目的的創新由驗證機械能守恒定律創新為測量彈簧的彈性勢能，測重力加速度．4.探究向心力大小與半徑、角速度、質量的關系1．實驗思路本實驗探究了向心力與多個物理量之間的關系，因而實驗方法采用了控制變量法，如圖所示，勻速轉動手柄，可以使塔輪、長槽和短槽勻速轉動，槽內的小球也就隨之做勻速圓周運動，此時小球向外擠壓擋板，擋板對小球有一個向內的(指向圓周運動圓心)的彈力作為小球做勻速圓周運動的向心力，可以通過標尺上露出的紅白相間等分標記，粗略計算出兩球所需向心力的比值．在實驗過程中可以通過兩個小球同時做圓周運動對照，分別分析下列情形：(1)在質量、半徑一定的情況下，探究向心力大小與角速度的關系．(2)在質量、角速度一定的情況下，探究向心力大小與半徑的關系．(3)在半徑、角速度一定的情況下，探究向心力大小與質量的關系．2．實驗器材向心力演示器、質量不等的小球．3．實驗過程(1)分別將兩個質量相等的小球放在實驗儀器的兩個小槽中，且小球到轉軸(即圓心)距離相同即圓周運動半徑相同．將皮帶放置在適當位置使兩轉盤轉動，記錄不同角速度下的向心力大小(格數)．(2)分別將兩個質量相等的小球放在實驗儀器的長槽和短槽兩個小槽中，將皮帶放置在適當位置使兩轉盤轉動角速度相等、小球到轉軸(即圓心)距離不同即圓周運動半徑不等，記錄不同半徑的向心力大小(格數)．(3)分別將兩個質量不相等的小球放在實驗儀器的兩個小槽中，且小球到轉軸(即圓心)距離相同即圓周運動半徑相等，將皮帶放置在適當位置使兩轉盤轉動角速度相等，記錄不同質量下的向心力大小(格數)．4．數據處理分別作出Fn－ω2、Fn－r、Fn－m的圖像，分析向心力大小與角速度、半徑、質量之間的關系，并得出結論．5．注意事項搖動手柄時應力求緩慢加速，注意觀察其中一個標尺的格數．達到預定格數時，即保持轉速恒定，觀察并記錄其余讀數．（建議用時：60分鐘）【考向一：研究加速度與力質量的關系】1．（2024·天津薊州·模擬預測）在進行力學實驗時，需要結合實驗原理來掌握實驗的有關要求，不能死記硬背。如圖甲所示的裝置，附有滑輪的長木板平放在實驗桌面上，將細繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當的槽碼，使小車在槽碼的牽引下運動，利用這套裝置做“探究加速度與力和質量的關系”的實驗。(1)在進行實驗時，需要先將長木板傾斜適當的角度，這樣做的目的是，還要求槽碼的質量遠小于小車的質量，這樣做的目的是。A．使小車獲得較大的加速度

B．使細線的拉力等于小車受到的合外力C．使小車最終能勻速運動

D．使槽碼重力近似等于細線的拉力(2)在探究加速度與質量關系時，需在小車上放置砝碼以改變質量，若以小車上放置的砝碼的總質量為橫坐標，為縱坐標，在坐標紙上做出關系圖線，圖乙為按照正確的實驗步驟所得實驗圖線的示意圖，所有物理量均采用國際單位，已知圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，若牛頓定律成立，則小車受到的拉力為，小車的質量為。2．（2024·天津濱海新·三模）如圖1所示是“探究加速度與力、質量的關系”的實驗裝置。(1)本實驗近似地認為細繩拉力等于槽碼的重力，因此帶來系統誤差，為減小或改善這種誤差帶來的影響，下列可行的方案是_______。A．讓小車質量遠大于槽碼質量B．用氣墊導軌代替普通導軌，滑塊代替小車C．在小車上加裝遮光條，用光電計時系統代替打點計時器D．在小車與細繩之間加裝力傳感器，測出小車所受拉力大小(2)如圖2給出的是實驗中獲取的一條紙帶的一部分，每相鄰兩計數點間還有4個打點（圖中未標出），計數點間的距離、如圖所示。根據圖中數據計算的加速度（保留三位有效數字）。(3)如圖為某次實驗所得實驗圖線的示意圖，其中橫軸表示在槽碼數不變的情況下，在小車中增加的砝碼質量m，縱軸表示小車產生的加速度a的倒數。若該圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，若牛頓第二定律成立，則小車的質量為。3．（2024·天津和平·三模）某學習小組利用如圖甲所示的實驗裝置來探究加速度與力的關系。(1)該實驗中，下列操作步驟必要的是______。A．需將木板遠離滑輪的一端適當墊高B．補償阻力時將空的沙桶和小車連接好C．懸掛的沙和沙桶質量應遠小于小車的質量D．小車運動結束后，先取下紙帶再關閉打點計時器(2)小李同學在這次實驗中獲得一條如圖乙所示的紙帶，每5個打點間隔取一個計數點，建立以計數點0為坐標原點的x軸，各計數點的位置坐標分別為0、、……、。已知打點計時器的打點周期為T，則打計數點5時小車速度的表達式，小車加速度的表達式是。(3)該小組以測力計的示數F為橫坐標、小車的加速度大小a為縱坐標作出圖像如圖丙所示，已知固定在小車上的滑輪的質量為，測得圖線的斜率為k，則小車的質量M為（用題中已知物理量的字母表示）。4．（2024·天津武清·模擬預測）小明同學利用氣墊導軌、無線加速度傳感器、輕彈簧、天平和待測物品等器材設計了“探究加速度與質量關系”的實驗，如圖甲所示。主要步驟如下：a．將無線加速度傳感器固定在滑塊上，并測量滑塊和加速度傳感器的質量之和；b．接通氣源。放上滑塊。調平氣墊導軌；c．將彈簧左端連接左側支架，右端連接滑塊。彈簧處于原長時滑塊左端位于O點。拉動滑塊使其左端處于A點，由靜止釋放并開始計時；d．計算機采集獲取數據，得到滑塊加速度a隨時間t變化的圖像如圖乙所示；e．改變滑塊及其上物體總質量，再次拉動滑塊使其左端處于A點，多次進行實驗。回答以下問題（結果均保留兩位有效數字）：(1)如圖丙所示是小明同學將滑塊及其上物體總質量改為后進行實驗，獲得的圖像，由此可推測出該次實驗中滑塊及其上物體總質量（填“大于”“小于”或“等于”）。(2)小明同學通過多次實驗，記錄每次釋放瞬間的加速度并畫出如圖丁所示的Ⅰ圖像，然后他將釋放位置改變到B（圖中未標出）重復試驗，得出Ⅱ圖像。由圖像我們可以推斷，B點在A點的側。（填“左”或者“右”）。(3)小明同學利用上述裝置測量彈簧的勁度系數。主要步驟如下：a．將彈簧左端固定，右端連接質量為的滑塊（包含加速度傳感器的質量）。b．彈簧處于原長時滑塊左端位于O點。拉動滑塊使其左端處于A點，記錄OA的距離x；c．釋放滑塊，計算機采集獲取數據，加速度a隨時間t變化的圖像，記錄釋放瞬間的加速度a。d．改變OA的距離x，進行多次實驗，并畫出如圖戊所示的圖像。已知戊圖的斜率為k，請寫出彈簧勁度系數的表達式（用、k表示）。5．（2024·天津·模擬預測）用如圖a所示裝置探究加速度與物體受力的關系。實驗小車在長木板上，左端與打點計時器的紙帶相連，右端通過輕細繩跨過定滑輪和動滑輪與力傳感器相連，動滑輪下方掛砝碼盤和砝碼。在砝碼盤中放不同數量的砝碼，小車運動，得到多條紙帶，某條紙帶的一部分及相關數據如圖b所示。(1)關于本實驗的部分操作或要求，下列說法正確的是______。A．必須保證砝碼盤和砝碼的總質量遠小于小車的質量B．與小車相連的細線必須與長木板平行C．不需要進行平衡摩擦力的操作D．不需要刻度尺也不需要天平(2)已知圖b中相鄰兩個計數點的時間間隔均為0.1s，則根據圖中數據，打點4時所對應的小車的速度m/s，打這條紙帶時小車加速度大小（結果均保留3位有效數字）。(3)對同一輛實驗小車，記錄打每條紙帶時砝碼盤和砝碼的總質量m、力傳感器的讀數F，通過紙帶計算小車運動對應的加速度a。如圖甲、乙、丙丁所示的或圖線，本實驗應該由圖線得到“加速度大小與物體所受合力大小成正比”的結論。6．（2024·天津·二模）某實驗小組利用如圖（）所示的裝置探究加速度與力、質量的關系。(1)下列做法正確的是______（填正確答案標號）。A．調節滑輪的高度，使牽引木塊的細繩與長木板保持平行B．在調節木板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時，將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上C．實驗時，先放開木塊再接通打點計時器的電源D．通過增減木塊上的砝碼改變質量時，不需要重新調節木板傾斜度(2)實驗得到如圖（）所示的紙帶，已知打點計時器使用的交流電源頻率為50Hz，相鄰兩計數點之間還有四個點未畫出，由圖中數據可知小車運動的加速度大小是（結果保留三位有效數字）。(3)甲、乙兩同學在同一實驗室，各取一套圖示的裝置放在水平桌面上，木塊上均不放砝碼、在沒有平衡摩擦力的情況下，研究加速度a與拉力F的關系如圖（）所示，分別得到圖中甲、乙兩條直線。設甲、乙用的木塊質量分別為、，甲、乙用的木塊與木板間的動摩擦因數分別為，由圖可知，，。（選填“大于”、“小于”或“等于”）【考向二：研究動量守恒定律】7．（2025·廣西·一模）如圖甲所示，某同學制作了一個彈簧彈射裝置，輕彈簧兩端各放一個金屬小球（小球與彈簧不連接），壓縮彈簧并鎖定，該系統放在內壁光滑的金屬管中（管內徑略大于兩球直徑），金屬管水平固定在離水平地面一定高度處，解除彈簧鎖定，兩小球向相反方向彈射，射出管時均已脫離彈簧。現要測定彈射裝置鎖定時具有的彈性勢能，并探究彈射過程遵循的規律，實驗小組配有足夠的基本測量工具，重力加速度大小為g，按以下步驟進行實驗：①用天平測出小球P和Q的質量分別為m1、m2；②用刻度尺測出管口離地面的高度H；③解除鎖定，分別記錄兩小球在水平地面上的落點M、N。根據該同學的實驗，回答下列問題：(1)除上述測量外，要測定彈射裝置鎖定時具有的彈性勢能，還需要測量的物理量是。A．金屬管的長度LB．彈簧的壓縮量C．兩小球從彈出到落地的時間t1、t2D．P、Q兩小球的落地點M、N到對應管口的水平距離x1、x2用測量的物理量表示彈簧的彈性勢能：Ep=。(2)若滿足關系式，則說明彈射過程中輕彈簧和兩金屬小球組成的系統動量守恒。（用測得的物理量符號表示）(3)若在金屬管口安裝光電門，則可以通過測量小球的直徑得到小球離開金屬管口的速度大小。若用螺旋測微器測得小球的直徑的示數如圖乙所示，則小球的直徑d=mm。8．（2025·安徽黃山·一模）我國天宮實驗室中曾進行過“應用動力學方法測質量”的實驗。某興趣小組受到啟發，設計了在太空完全失重環境下（忽略空氣阻力）測小球質量并驗證彈性碰撞的實驗方案：（1）裝置如圖，在環繞地球運轉的空間站中的桌面上固定一個支架，支架上端通過力傳感器O連接一根輕繩，輕繩末端系一個直徑為d的小球a；（2）保持輕繩拉直，給小球a一個初速度，小球a在與桌面垂直的平面內做勻速圓周運動，支架上端O與小球球心的距離為L。當小球a運動至最高點時，該處的光電門M可記錄下小球a通過該位置的遮光時間，記為，并同時記下力傳感器顯示的讀數F。根據以上測量數據，可得小球a的質量（用“L，F，，d”表示）；（3）更換大小相同的小球b，重復以上操作，可測得小球b的質量；（4）在小球a勻速圓周運動的過程中，將小球b放置在桌面右側的固定支架上，支架在小球a運動的平面內。當小球a運動至最低點時剪斷輕繩，為保證小球a與小球b能發生正碰，小球b放置的高度與小球a運動至最低點的高度相比，應（選填“等高”“稍高一些”或“稍低一些”）；（5）小球a與b碰后，依次通過右側的光電門N，光電門記錄下小球a的遮光時間為、小球b的遮光時間為，若測得，則當測出時，即可驗證小球a、b的碰撞為彈性碰撞。9．（2024·重慶·模擬預測）小張同學設計了如圖所示的實驗裝置來驗證“動量守恒定律”。主要實驗步驟如下：①用天平測出半徑相等的、兩球的質量，分別記為、；②將兩球懸掛在豎直放置的實驗裝置上，懸掛點、等高且間距為小球直徑，兩球靜止時球心處于同一水平面上；③將球平行于豎直板拉開，讀出其懸線與豎直方向的夾角：④然后將球由靜止釋放，使其與球發生正碰，記錄碰撞后兩球懸線偏離豎直方向的最大角度、。(1)要完成該實驗，（選填“需要”或“不需要”）測量懸掛點到兩球球心的距離。(2)某次實驗時，若，則需滿足關系式（用、、、、表示），才可以認為兩球組成的系統在碰撞前、后動量守恒。(3)某次實驗時，若，則球碰撞前、后速度方向（選填“一定相反”或“不一定相反”）。10．（2025·全國·模擬預測）利用如圖1所示的實驗裝置驗證動量守恒定律時，通過讀取拉力傳感器的示數，可以進行相關的計算與驗證。已知重力加速度為，實驗步驟如下：（1）選擇大小相同、質量相等的小鋼球A、B，測出小球質量為，使用游標卡尺測量小球直徑，如圖2，則小球直徑cm。（2）將小鋼球A、B用長度均為的不可伸長輕質細線懸掛在同一高度處，懸掛點、間距。（3）保持A球、B球與在同一豎直面內，將A球拉開一定角度且細線繃緊。由靜止釋放A球。A球與B球碰撞后，A球靜止不動，B球繼續擺動。讀取拉力傳感器數據，記錄球A擺動過程最大拉力，球B擺動過程最大拉力。（4）碰撞前瞬間，A球的動量大小為（用題中所給物理量字母表示）；若滿足關系式（用、表示），則驗證碰撞中動量守恒。11．（2024·廣西柳州·一模）某實驗小組用如圖所示的氣墊導軌完成驗證動量守恒定律的實驗，兩滑塊的上端裝有相同的擋光片。某次實驗中將質量為m1的滑塊1從圖示位置以某一初速度撞向質量為m2的靜止滑塊2，碰撞后滑塊1被彈回。實驗數據記錄如下表，其中t1為碰前滑塊1的擋光片經過光電門1的擋光時間，t2為碰后滑塊2的擋光片經過光電門2的擋光時間，t1′為碰后滑塊1的擋光片經過光電門1的擋光時間。m1/gm2/gd/cmt1/mst2/mst1′/ms2003004.505.7022.50(1)用游標卡尺測量擋光片的寬度d如圖所示，則d=cm；(2)碰撞前滑塊1和滑塊2的總動量為kg·m/s，碰撞后滑塊1和滑塊2的總動量為kg·m/s。（以上兩空均保留3位有效數字）12．（2024·廣西·模擬預測）某實驗小組組裝了如圖甲所示的實驗裝置來完成“探究碰撞中的不變量”的實驗。在小車P的后端連接通過打點計時器的紙帶，前端粘有橡皮泥。給小車P一向前的瞬時沖量，然后與原來靜止在前方的小車Q相碰并粘合成一體后，繼續向前運動。(1)下列操作正確的是（）A．實驗時給小車向前的瞬時沖量越大越好B．兩小車粘上橡皮泥是為了改變兩車的質量C．先接通打點計時器的電源，再給小車向前的瞬時沖量D．實驗前，需要在長木板靠近打點計時器一端墊上適量小木塊以補償阻力(2)實驗獲得的一條紙帶如圖乙所示，根據點跡的不同特征把紙帶上的點進行了區域劃分，用刻度尺測得各點到起點A的距離分別為s1、s2、s3、s4。根據碰撞前后小車的運動情況，應選紙帶上段來計算小車P的碰前速度。（選填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”）(3)測得小車P（含橡皮泥）的質量為m1，小車Q（含橡皮泥）的質量為m2，如果實驗數據滿足關系式（用題目中的已知量和測量量表示），則可探知：在誤差允許的范圍內，小車P、Q碰撞過程中動量守恒。【考向三：研究機械能守恒定律】13．（2024·浙江·模擬預測）圖甲和圖乙分別是用打點計時器和用氣墊導軌跟光電計時器來完成“驗證機械能守恒定律實驗”的兩種方案。(1)關于兩種實驗方案，下列說法正確的是______。A．甲方案中，在紙帶上選取計數點時應間隔若干個點取一個計數點B．甲方案中，進行數據處理時要用到多條打上點的紙帶進行測量C．乙方案中，擋光條的寬度對實驗誤差會產生影響D．乙方案中，拉動滑塊的細繩與導軌是否平行不影響機械能守恒，細繩與導軌可不平行(2)用甲方案進行實驗時，打出的紙帶可能是下列a、b兩圖中的圖。(3)乙方案中，擋光條寬度為d，砝碼和砝碼盤的總質量為m，滑塊的質量為M，兩光電門間距為x。導軌調成水平，滑塊在細繩拉動下經過1、2兩光電門時，擋光條的擋光時間分別為、。為驗證機械能守恒，需要滿足的關系式為（用題中字母表示）。14．（2024·新疆喀什·模擬預測）某同學利用重物自由下落來做“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置如圖甲所示。(1)請指出實驗裝置甲中存在的一處明顯錯誤：；(2)進行實驗時，為保證測量的重物下落時初速度為零，應（）A．先接通電源，再釋放紙帶B．先釋放紙帶，再接通電源(3)根據打出的紙帶，選取紙帶上連續打出的1、2、3、4四個點如圖乙所示。已測出點1、2、3、4到打出的第一個點O的距離分別為，打點計時器的打點周期為。理論上，若代入所測數據能滿足表達式，則可驗證重物下落過程機械能守恒（用題目中已測出的物理量表示）；(4)實際數據分析，重物動能的增加量（選填“稍小于”、“等于”或“稍大于”）重力勢能的減少量；(5)某同學作出了圖像（圖丙），則由圖線得到的重力加速度（結果保留3位有效數字）。15．（2025·全國·模擬預測）某實驗小組同學用如圖甲所示的阿特伍德機驗證機械能守恒定律。已知物塊A（含遮光片）的總質量為m，物塊B的質量為M，當地重力加速度大小為g，光電門1、2中心間的高度差為h。請回答下列問題：(1)用螺旋測微器測量遮光片的寬度d，示數如圖乙所示，則其讀數為mm。(2)用手托住B，使滑輪兩側輕繩處于伸直狀態。將B由靜止釋放后，分別記錄遮光片通過光電門1、2的遮光時間、，則遮光片通過光電門1、2時的速度大小分別為、。（結果均用題中所給物理量字母表示）(3)若表達式成立，則可驗證A、B組成的系統機械能守恒。（結果用題中所給物理量字母表示）(4)試提出一條減小實驗誤差的措施：。16．（2024·山東·模擬預測）某同學利用氣墊導軌和光電門驗證機械能守恒，實驗裝置如圖甲所示。取重力加速度。(1)如圖乙所示，利用游標卡尺測得遮光條的寬度cm；用天平測得滑塊和遮光條的總質量，鉤碼的質量；用刻度尺測得釋放前滑塊上遮光條到光電門的距離。(2)接通氣源，釋放滑塊，數字計時器上顯示遮光時間；滑塊從釋放到遮光條經過光電門這一過程中，系統重力勢能減少量為J，動能增加量為J。（結果均保留兩位有效數字）(3)①改變遮光條到光電門的距離，多次重復實驗，得到幾組不同的和對應的遮光時間，在坐標紙作出圖像如圖丙中所示；②在保證鉤碼的質量和遮光條的寬度不變的情況下，該同學換用質量不同的滑塊再次進行實驗，重復步驟①，得到的圖像如圖丙中所示。分析可知圖線對應的滑塊和遮光條的總質量（選填"大于"或"小于"）圖線對應的滑塊和遮光條的總質量。17．（2025·全國·模擬預測）實驗小組的同學用如圖所示的裝置驗證機械能守恒定律，細繩一端固定在O點處的拉力傳感器上，另一端拴接一小球，O點與球心間的距離為L。刻度尺豎直放置，當輕繩沿豎直方向時小球球心與刻度尺的“0”刻線平齊。實驗操作步驟如下：①讓小球靜止在最低點，從與拉力傳感器相連的顯示器讀出拉力大小為；②將小球拉到某位置，保持細繩伸直，讀出小球球心所對的刻線h，由靜止釋放小球，從與拉力傳感器相連的顯示器讀出最大拉力；③重復步驟②，測得多組和h，作出圖像。請回答下列問題：(1)用天平測得小球的質量為m，當地的重力加速度大小為（用題給物理量的字母表示）。(2)若所作圖像的縱截距為、斜率為（均用已知量符號表示），即可驗證在誤差允許范圍內小球運動過程機械能守恒。(3)不改變細繩長度的情況下，換用半徑相同、質量不同的小球進行實驗，作出的圖線（填“相同”或“不同”）。18．（2025·陜西寶雞·一模）某實驗小組的同學利用如圖甲所示的裝置驗證機械能守恒定律，實驗時，該小組的同學完成了如下操作：a.測量滑塊和遮光條的總質量M以及所掛鉤碼的質量m；b.用游標卡尺測量遮光條的寬度d；c.調整氣墊導軌水平，將光電門固定在氣墊導軌的左端，并組裝實驗裝置；d.在細繩的左端掛上鉤碼，將滑塊從氣墊導軌的右端合適的位置由靜止釋放，測量釋放點到光電門的距離L；e.記錄滑塊經過光電門時遮光條的擋光時間；f.改變釋放點到光電門的距離L，重復步驟d、e、f，記錄多組實驗數據L和。(1)操作b中，游標卡尺的讀數如圖乙所示，則遮光條的寬度d=cm；(2)通過以上操作可測得滑塊經過光電門時的瞬間速度，此測量值（填“大于”“小于”或“等于”）滑塊此時速度的真實值；實驗時，應選用（選填“較寬”或“較窄”）的遮光條。(3)利用記錄的多組實驗數據，當滿足時，則系統的機械能守恒。（用題目中所給字母表示）【考向四：探究向心力大小與半徑、角速度、質量的關系】19．（2024·天津北辰·三模）某實驗小組用如圖甲所示裝置探究向心力大小與線速度大小和運動半徑的關系。光滑的水平直桿固定在豎直轉軸上，水平直桿的左側固定寬度為d的遮光條，遮光條到豎直轉軸的距離為2r，水平直桿的右側套上質量為m的滑塊，用細線將滑塊與固定在豎直轉軸上的力傳感器連接，物塊到轉軸的距離為r，細線處于水平伸直狀態，細線拉力的大小可以通過力傳感器測得。安裝在鐵架臺上的光電門可測遮光條通過光電門的時間。(1)用游標卡尺測量遮光條的寬度如圖乙所示，則cm；(2)當滑塊隨水平直桿一起勻速轉動時，光電門顯示遮光條通過光電門的時間為，則此時滑塊線速度大小（用字母d，表示）；若保持滑塊到豎直轉軸的距離不變，讓轉軸以不同的角速度勻速轉動，測得多組力傳感器的示數F和對應的擋光時間。為了畫出的圖像是一條直線，應做力F與（選填“”或“”）的函數圖像。20．（2024·天津河西·三模）如圖所示為研學小組的同學們用圓錐擺驗證向心力表達式的實驗情景。將一輕細線上端固定在鐵架臺上，下端懸掛一個質量為m的小球，將畫有幾個同心圓周的白紙置于懸點下方的水平平臺上，調節細線的長度使小球自然下垂靜止時恰好位于圓心處。用手帶動小球運動使它在放手后恰能在紙面上方沿某個畫好的圓周做勻速圓周運動。調節平臺的高度，使紙面貼近小球但不接觸。(1)忽略小球運動中受到的阻力，在具體的計算中可將小球視為質點，重力加速度為g。小球做圓周運動所需的向心力大小可能等于____（選填選項前的字母）。A．繩子對球拉力 B．小球自身重力C．拉力和重力的合力 D．拉力在水平方向的分力(2)考慮到實驗的環境、測量條件等實際因素，對于這個驗證性實驗的操作，下列說法中正確的是____（選填選項前的字母）。A．小球質量的測量誤差不影響本實驗驗證B．小球勻速圓周運動半徑的測量影響本實驗驗證C．在其他因素不變的情況下，實驗中細繩與豎直方向的夾角越大，小球做圓周運動的線速度越大D．在細繩與豎直方向的夾角保持不變的情況下，實驗中細繩越長，小球做圓周運動的線速度越大(3)在考慮到有空氣阻力的影響下，上述實驗中小球運動起來后，經過比較長的時間，會發現其半徑越來越小，足夠長時間后，小球會停止在懸點正下方。這與無動力人造地球衛星在微薄阻力下的運動有很多類似。若小球和衛星在每轉動一周的時間內半徑變化均可忽略，即每一周都可視為勻速圓周運動，請對小球和衛星運動的周期變化情況進行比較，并寫出結論21．（2025·廣東珠海·一模）下列是《普通高中物理課程標準》中列出的三個必做實驗的部分步驟，請完成實驗操作和計算。(1)圖甲是“探究加速度與物體受力、物體質量的關系”實驗裝置圖。在平衡摩擦力時，要調整長木板的傾斜角度，使小車在不受細繩拉力的情況下，能夠在長木板上向下做運動。圖乙是實驗得到紙帶的一部分，相鄰兩計數點間有四個點未畫出。打點計時器電源頻率為，則小車的加速度大小為（結果保留2位有效數字）。(2)圖丙是“測量玻璃的折射率”實驗裝置圖，在直線上插了兩枚大頭針和，在側調整觀察視線，另兩枚大頭針和可能插在直線上（選填“1”“2”“3”或“4”）。如果有幾塊寬度（圖中的長度）不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減小誤差，應選用寬度（選填“大”或“小”）的玻璃磚來測量。(3)圖丁為“探究向心力大小與半徑、角速度、質量的關系”實驗裝置，在小球質量和轉動半徑相同，塔輪皮帶套在左、右兩個塔輪的半徑之比為2∶1的情況下，逐漸加速轉動手柄到一定速度后保持勻速轉動，此時左、右兩側露出的標尺格數之比為。其他條件不變，若增大手柄的轉速，則左、右兩標尺的格數