考点16力学实验（解析版）-2021届高三《新题速递》物理3月刊（高考复习）

考点 16 力学实验 1．（2021·广东高三月考）用如图所示的实验装置进行实验。重锤从高处由静止开始下落，打点计时器在重 锤拖着的纸带上打出一系列的点。对纸带上的点迹进行测量。 （1）所用的打点计时器在纸带上直接记录的是物体运动过程的_______（填“位置”或“位移”）；通过打点 的数量，可以计算运动过程的______，它所接电源为____电源（填“直流”或“交流”）。 （2）利用这个装置可以测量重锤下落的加速度 a 的数值。如图所示，根据打出的纸带，选取纸带上的 连续的五个点 A、B、C、D、E，测出 A 距起始点 O 的距离为 s0，点 AC 间的距离为 s1，点 CE 间的距离 为 s2，使用的交流电的频率为 f，选用这些条件写出重锤下落的加速度 a＝_____。 【答案】位置 时间 交流 2 2 1( ) 4 s s fa  【详解】 (1)[1]因为纸带跟运动物体连在一起，打点计时器固定，所以纸带上的点迹就相应地记录了物体在不同 时刻的位置。 [2]打点计时器每隔 0.02s 打点一次，因此通过打点的数量，可以计算运动过程的时间。 [3]所接电源为交流电源，交流电的一个周期打一个点。 (2)[4]根据 2x aT  可知     2 2 12 1 2 2 42 12 s s fs sxa T f         2．（2021·江西吉安市·高三月考）“探究小车的速度随时间变化规律”实验装置如图所示，打点计时器接在标 称值 50Hz 的低压交流电源上。实验得到的多条纸带中，有一条纸带的测量数据如下。纸带上的各点都 是时间间隔 T=0.1s 的计数点，B、C、D、E 与 A 的距离分别为 1.2cm、3.6cm、7.2cm、12.0cm。 (1)根据纸带数据，可求得打下 C 点时小车的瞬时速度 vC=______m/s； (2)根据纸带数据，求出小车运动的加速度 a=______m/s2； (3)本实验中，如果电源的实际频率不足 50Hz，则瞬时速度的测量值______（填“偏大”或“偏小”），加速 度的测量值______（填“偏大”或“偏小”）。 【答案】0.3 1.2 偏大 偏大 【详解】 (1)[1]打 C 点时对应的速度为 7.2 1.2 cm / s 30cm / s 0.3m / s2 0.2 BD c xv T     (2)[2]小车运动的加速度 2 2 2 2 12.0 3.6 3.6 cm / s 1.2m / s(2 ) (2 0.1) CE ACx xa T      (3)[3][4]如果电源的实际频率不足50Hz ，则实际周期 T 大于 0.02s ，而计算过程中，T 是按照 0.02s 计 算的，因此测量值偏大，即瞬时速度的测量值 “偏大”，加速度的测量值 “偏大”。 3．（2021·广东佛山市·高一期末）如图甲为某实验小组探究小车加速度大小与其受力之间关系的实验装置 示意图。 (1)图甲中，小车在运动过程中沿木板方向受到阻力与绳子拉力作用。为了平衡小车所受的阻力，应该取 下______，把木板不带滑轮的一端用垫木垫高；接通打点计时器电源后，轻推小车，让小车拖着纸带运 动。如果打出的某部分纸带如图乙所示，则应将垫木______（填“向左移”或“向右移”）； (2)平衡小车阻力后，为了把钩码重力近似看成是小车所受的拉力，应满足的条件是______； (3)某次实验中，接通电源（频率为 50Hz），释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，在纸带上依 次取 O、A、B、C、D 若干个计数点，相邻计数点间还有 4 个计时点没有画出，如图丙所示。则 OB 长 度为______cm，小车加速度 a=______m/s2；（计算结果保留 3 位效数字） 【答案】钩码 向右移 钩码的质量远小于小车质量 3.00cm 20.575m/s 【详解】 (1)[1]为了平衡小车所受的阻力，应该取下钩码，让小车托着着纸带运动； [2]从纸带可以看出小车做加速运动，说明木板的倾角过大，所以应将应将垫木向右移动； (2)[3]设钩码的质量为 m，小车的质量为 M，对钩码与小车组成的系统，由牛顿第二定律得 mga M m   对小车，由牛顿第二定律得 1 Mmg mgT Ma mM m M     只有当 mg mga M m M   只有当钩码的质量远小于小车质量时，即：m＜＜M 时，小车受到的拉力近似等于钩码的重力； (3)[4][5]由图可知 OB 长度为 3.00cm；相邻两计数点之间还有四个计时点未画出，所以相邻个计数点的 时间为 T=0.1s 根据逐差法 2x aT  可得加速度为     2 2 2 2 2 13.10 7.80 4.00 1.00 10 m/s 0.575m/s4 4 0.1 BD OBx xa T       4．（2021·山东滨州市·高二期末）某学校一兴趣小组用如图装置验证木块碰撞过程中动量守恒定律，长木 板固定在水平地面上，长木板左端固定一挡板，挡板上安装一轻弹簧， 将木块 M 放在O 点恰好与弹簧 自然接触。一同学在某次实验中向左推木块 M 将弹簧压缩到 P 点，由静止释放，过O 点后停在 B 点； 再次向左推木块 M 将弹簧压缩到 P 点，在O 点静止放置木块 N ，由静止释放木块 M ，与木块 N 正碰 后分别停在 A 点和C 点。已知木块 M 的质量为 1m 、 N 的质量为 2m ，木块 M N、 与长木板间动摩擦 因数相同。 (1)实验中需要的测量仪器有___________ A．刻度尺 B．弹簧测力计 (2)实验中需要测量的物理量有：___________ a、 PA 间距 1x b、 PB 间距 2x c、 OA 间距 3x d、 OB 间距 4x e、OC 间距 5x f、压缩到 P 点处弹簧弹力 (3)利用上面测得的物理量，写出验证动量守恒定律的表达式：___________ (4)如果长木板右端比左端略高，第(3)间中的表达式___________（“仍成立”“不成立”、“不确定”）。 【答案】 A cde 1 4 1 3 2 5m x m x m x  仍成立 【详解】 (1)[1]本实验是验证碰撞中的动量守恒，由于两个物块的质量已经给出，想办法求出碰撞前后物块的速 度，利用在粗糙木板上运动的位移大小表达出碰撞前后物块的速度，因此利用刻度尺量出水平位移即可。 故选 A。 (2)[2]根据 2 2v ax 而根据牛顿第二定律 mg ma  两个物块的加速度相等，因此 2v ax 设碰前 M 运动到弹簧 O 点处的速度为 0v ，碰后 M、N 的速度分别为 1v 、 2v ，则 0 2v aOB ， 1 2v aOA ， 2 2v aOC 故选 cde。 (3)[3] 根据动量守恒定律 1 0 1 1 2 2m v m v m v  代入数据整理得 1 4 1 3 2 5m x m x m x  (4)[4]如果长木板右端比左端略高，设倾斜角为θ，在向前运动的过程中，根据牛顿第二定律 sin cosmg mg ma    可知物块的加速度仍相等，速度与位移的关系保持不变，因此第(3)间中的表达式仍成立。 5．（2021·山东滨州市·高二期末）在“利用单摆测量当地重力加速度”的实验中： (1)某小组利用游标卡尺测得金属小球直径如图甲所示，小球直径 d  ___________cm。 (2)根据测量数据画出了如图乙所示的 2T L 图像（ L 代表摆长，T 代表周期），由图像可得重力加速度 g  ___________ 2m/s （保留 3 位有效数字）。 (3)受疫情影响，某同学在家里重做该实验，他用手机代替秒表，但是没有合适的摆球，就找了一块外形 不规则的小石块代替摆球，他用摆线长OM 代替摆长，如图丙所示，做出 2T L 图像，根据图像的斜率 求出重力加速度。忽略偶然误差，重力加速度的测量值___________（选填“大于”、“小于”或“等于”）真 实值。 【答案】1.20 9.86（9.83-9.89 均可） 等于 【详解】 (1)[1] 小球直径 12mm 0 0.1mm 12.0mm 1.20cmd      (2)[2] 根据单摆的振动周期公式 2 lT g  可得 2 2 4T lg  根据图像斜率可得 24 4.8 1.2g   整理可得 29.85m/sg  (3)[3]振动周期表达式 02 l lT g   从而可得 2 2 0 4 ( )T l lg   因此利用斜率计算重力加速度没有影响，等于真实值。 6．（2021·江西赣州市·高一期末）某同学通过在竖直悬挂的弹簧下加挂钩码，探究弹力和弹簧伸长量的关 系。若弹簧的弹力用 F 表示，弹簧挂上钩码后的总长度用 L 表示，表中是该同学记录的实验数据，实验 中弹簧始终未超过弹性限度。（g 取 10m/s2） 钩码质量 m/g 0 30 60 90 120 150 弹簧总长度 L/cm 6.0 7.20 8.40 10.80 12.00 (1)根据实验数据在如图所示坐标系中作出弹簧的弹力 F 与弹簧的伸长量 x 的关系图像___________。 (2)根据数据或图像推出钩码质量为 0 与 90g 时弹簧长度分别为___________cm，___________cm。 (3)根据图像得到弹簧的劲度系数是___________N/m。 【答案】 6.00 9.60 25 【详解】 (1)[1]做出拉力 F，形变量 x 的图表 钩码质量 m/g 0 30 60 90 120 150 拉力 F/N 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 弹簧总长度 / cml 6.00 7.20 8.40 10.8 0 12.6 0 弹簧形变量 / cmx 0 1.20 2.40 4.80 6.60 所得图象是过原点的一条直线，本实验中最后一点不符合要求，应该舍去，如图所示 (2)[2]由图象可知，钩码质量为 0 时，弹簧伸长量为 0 即弹簧长度为 6.00cm； [3]钩码质量为 90g 时，弹簧伸长量为 3.60cm，即弹簧长度 9.60cm； (3)[4]由胡克定律 F=kx 得图线的斜率即是劲度系数 1.2 N/m 25N/m0.048 Fk x    7．（2021·福建漳州市·高一期末）某同学用如图甲所示的实验装置探究加速度与物体受力之间的关系。 (1)实验过程中，打点计时器应接在___________（填“直流”或“交流”）电源上，平衡摩擦力后，在细绳 一端挂上钩码，另一端通过定滑轮系在小车前端，调整定滑轮，使细绳___________； (2)图乙为某次实验中得到的一条纸带，相邻两计数点间的时间间隔 T=0.10s，根据实验数据，打点计时 器打出 B 点时小车的速度大小为___________m/s，小车的加速度大小为___________m/s2（结果均保留 3 位有效数字）； (3)某同学在实验过程中未平衡摩擦力，得到图丙所示的加速度与合外力关系图像。设图中直线的斜率为 k，横截距为 b。若牛顿第二定律成立，则小车运动过程中受到的阻力大小为___________（用题中物理 量符号表示）。 【答案】交流 与木板平行 0.565 1.08 b 【详解】 (1)[1]实验过程中，打点计时器应接在交流电源上； [2]平衡摩擦力后，在细绳一端挂上钩码，另一端通过定滑轮系在小车前端，调整定滑轮，使细绳与木板 平行； (2)[3]打点计时器打出 B 点时小车的速度大小为 0.113 m/s 0.565m/s2 0.2 AC B xv T    [4]小车的加速度大小为 2 2 2 2 0.2690 0.1130 0.1130 m/s 1.08m/s4 4 0.1 CE ACx xa T      (3)[5]由牛顿第二定律 F f ma  1 fa Fm m   当 a=0 时 F=f=b 8．（2021·江苏连云港市·高一期末）某实验小组利用如图所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”。 (1)下列做法正确的是___________ A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行 B．在调节木板倾斜度补偿小车受到的阻力时，将挂有槽码的细绳通过定滑轮拴在小车上 C．实验时，先释放小车，再启动打点计时器 D．通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度 (2)如图所示为某次实验得到的纸带（交流电源的频率为 50Hz），由图中数据求出小车加速度大小为 ___________m/s2，打下 E 点时小车速度大小为___________m/s。（结果均保留两位有效数字） (3)在保持小车所受合外力一定的情况下，对实验得到的一系列纸带进行处理，测得小车加速度 a 与其质 量 M 的数据如下表： 实验次数 1 2 3 4 5 6 a （m·s-2） 1.51 1.23 1.00 0.86 0.75 0.67 M（kg） 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 1/M（kg-1） 5.00 4.00 3.33 2.86 2.50 2.22 根据这些数据在给定的坐标纸上描点并作出 a- 1 M 图线___________。 (4)根据作出的图线求得小车所受的合外力大小为___________N（结果保留两位有效数字）。 【答案】AD 3.1 1.9 0.30 （0.28-0.32，同样给分） 【详解】 (1)A.调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行，选项 A 正确； B.在调节木板倾斜度补偿小车受到的阻力时，应不挂砝码，只让小车拖着纸带在木板上匀速下滑，选项 B 错误； C.实验时，先启动打点计时器，再释放小车，选项 C 错误； D.通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新平衡摩擦力，即不需要重新调节木板倾斜度，选项 D 正确； 故选 AD。 (2)根据 2x aT  可得，小车加速度大小为 2 2 2 2 2 (7.72 7.21 6.71 6.25) 10 m/s =3.1m/s4 4 0.04 OF FHx xa T        打下 E 点时小车速度大小为 2(7.72 7.21) 10 m/s 1.9m/s2 2 0.04 OF E xv T     (3) 作出 a- 1 M 图线如图； (4) 因为 1a F M   根据作出的图线求得小车所受的合外力大小为 1.5 N=0.30N5.0F k  9．（2021·湖北荆州市·高三月考）要探究加速度与合外力关系，某同学设计了如图甲所示实验装置，其中 长木板放在水平桌面上，小车的质量为 M，当地重力加速度为 g。（不计纸带运动中受到的阻力） (1)调节砂桶中砂的质量，调节定滑轮的高度，使连接小车的细线与长木板平行，小车靠近打点计时器， 接通电源，轻推小车，结果打点计时器打出的点间隔均匀，弹簧测力计的示数为 F0，则小车受到的摩擦 力大小等于______； (2)不悬挂砂桶，将长木板没有定滑轮的一端适当垫高，当木板与水平面的夹角为 ，且 tan  ______ 时，接通电源，轻推小车，则打点计时器在纸带上打出的点间隔均匀； (3)平衡摩擦力后进行实验，某次实验打出的纸带如图乙所示，O、A、B、C、D 为计数点，打相邻计数 点间的时间间隔为 0.1s，根据纸带求得小车运动的加速度 a=______m/s2（结果保留两位有效数字）； (4)平衡摩擦力后，保持小车的质量 M 不变，多次改变砂桶中砂的质量进行实验，得到多组小车的加速 度 a 和弹簧测力计的示数 F，作出 a-F 图象，则可能的是______。 【答案】F0 0F Mg 0.39 丙 【详解】 (1)[1]根据力的平衡，小车受到的摩擦力大小等于 F0； (2)[2]由(1)可知， 0Mg F  ， 0F Mg   平衡摩擦力时，当 0tan F Mg    时，摩擦力得到平衡； (3)[3]根据匀变速直线运动的推论公式 2x at  可以求出加速度的大小，小车运动的加速度计算表达式 为：   2 2 22 0.1505 0.0674 0.0674 m/s 0.39m/s4 4 0.1 BD OBx xa T       (4)[4]由于小车受到的合外力等于弹簧测力计的示数 F， F Ma ,因此作出的 a-F 图象就是过原点的一 条直的斜线，丙正确. 10．（2021·江西上饶市·高三一模）某兴趣小组在学习了自由落体运动以后想自己设计一个实验测量重力加 速度。从实验室找到一个光电门和一个四边都为 d 的等宽“口”字型铁片，以及游标卡尺，该小组设计了 如图甲所示装置。 (1)如图乙，先用游标卡尺测得“口”字型铁片遮光宽度 d=2.30mm，该读数是游标尺中第 6 格刻度线与主 尺第___________mm 线对齐得到的。 (2)测出铁片上下两边中线间距离 L（L>>d）。 (3)用丝线将铁片悬挂于光电门正上方，让铁片平面与光电门发射接收方向垂直，烧断悬线。 (4)读出数字显示器记录的铁片上边、下边的挡光时间分别为Δt1，Δt2。 (5)“口”形铁片下边通过光电门的速度近似为 v=___________（用 L、d、Δt1、Δt2 中的字母表示）。 (6)由此可测得当地的重力加速 g=___________（用 L、d、Δt1、Δt2 中的字母表示）。 【答案】8 2 d t 2 2 2 1 1 [( ) ( ) ]2 d d L t t    【详解】 (1)[1]游标尺精确度为 0.05mm，从图片上可以看出游标尺中第 6 格刻度线与主尺第 8mm 线对齐得到的。 (5)[2]铁片下边的挡光时间分别为Δt2，铁片遮光宽度 d。则通过光电门的速度近似为 2 dv t   (6)[3]研究铁片上下两边依次通过光电门的运动过程，根据公式有 2 2 2 1 2 ( ) ( )d dgL t t    解得 2 2 2 1 1 [( ) -( ) ]2 d dg L t t     11．（2021·湖南长沙市·长郡中学高三二模）有同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则在竖直 木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮 A 和 B 将绳子打一个结点 O，每个钩码的重量相等，当系统达到 平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力 TOA、TOB 和 TOC，回答下列问题∶ （1）改变钩码个数，实验能完成的是_________。 A．钩码的个数 N1 = N2 = 2，N3 = 3 B．钩码的个数 N1 = N3 = 3，N2 = 6 C．钩码的个数 N1 = N2 = N3 = 5 D．钩码的个数 N1 = 3，N2 = 4，N3 = 9 （2）在拆下钩码和绳子前，必要的步骤是__________。 A．标记结点 O 的位置，并记录 OA、OB、OC 三段绳子的方向 B．量出 OA、OB、OC 三段绳子的长度 C．用量角器量出三段绳子之间的夹角 D．记录钩码的个数 N1、N2、N3 E．用天平测出钩码的质量 （3）在作图时，你认为下图中是正确的__________。（填“甲”或“乙”） 【答案】AC AD 甲 【详解】 （1）[1]A．对 O 点受力分析，如下图所示 OA、OB、OC 分别表示三个力的大小，由于三共点力处于平衡，所以 OC 等于 OD。因此三个力的大小 构成一个三角形。2、2、3 可以构成三角形，则结点能处于平衡状态，A 正确； B．3、3、6 不可以构成三角形，则结点不能处于平衡，B 错误。 C．5、5、5 可以构成三角形，则结点能处于平衡，C 正确； D．3、4、9 不可以构成三角形，则结点不能处于平衡，D 错误。 故选 AC。 （2）[2]为验证平行四边形定则必须作受力图，所以先明确受力点，即标记结点 O 的位置，其次要作出 力的方向并读出力的大小，最后作出力的图示，因此要做好记录，是从力的三要素角度出发，要记录砝 码的个数和记录 OA、OB、OC 三段绳子的方向。 故选 AD。 （3）[3]以 O 点为研究对象，F3 的是实际作用效果在 OC 这条线上，由于误差的存在，F1、F2 的理论值 要与实际值有一定偏差，故甲图符合实际，乙图不符合实际。 12．（2021·安徽高三月考）某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力和质量的关系，实验时将拉力 传感器固定在水平放置的木板上，传感器与水平细线相连，细线绕过定滑轮与水瓶相连，已知木板与桌 面间的滑动摩擦力等于最大静摩擦力。 （1）将质量为 0m 的木板（包括拉力传感器）右端移至与标识线 MN 对齐，向水瓶中加水直到木板刚 要滑动时计下此时传感器的示数 0F ，再加一定量的水，当拉力传感器示数为 1F 时释放木板，记录木板 右端运动到与 MN 间距为 L 的处所 PQ 用时间，为减小误差，多次测量取时间的平均值 t，由此可知木 板运动的加速度为________（结果用 L、t 表示）。 （2）保持水瓶中水的质量一定时，通过在木板上叠放重物来改变其质量，这种情况下________（填“能” 或“不能”）探究物体的加速度与质量的关系。 （3）在保持 0m 一定的情况下，通过改变水瓶中水的质量来改变外力，与用钩码拉动小车相比较，其优 点是________。 A．可以改变滑动摩擦力的大小 B．可以比较准确地测出摩擦力的大小 C．可以获得更大的加速度以提高实验精确度 D．可以让木板受到的拉力连续变化，以取得任意值 【答案】 2 2L t 不能 BD 【详解】 (1)[1]由题意知木板运动时 21 2L at 整理可得加速度为 2 2La t  (2)[2]在保持水瓶中水的质量一定的情况下，拉力一定，但由于木板整体的质量不同，对应的摩擦力也 不相同，因此不能探究 0m 和 a 的关系. (3)[3]A．不可以改变滑动摩擦力的大小，A 错误； B．缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动，可以比较准确地测出滑动摩擦力的大小，B 正确； C．并没有获得更大的加速度，来提高实验精确度，C 错误； D．缓慢向瓶中加水，可以让木板受到的拉力连续变化，以取得任意值，D 正确。 13．（2021·安徽高三开学考试）某同学用如图甲所示装置研究物块的匀变速直线运动。 （1）实验所用的打点计时器如图乙所示，该打点计时器所用的电源是（______） A． 4 ~ 6V 的交流电 B． 4 ~ 6V 的直流电 C． 220V 的交流电 （2）实验中得到一条清晰的纸带如下图所示，并在其上取 A B C D E F G、 、 、 、 、 、 7 个点． 以打 A 点为计时零点，以 t 为横坐标、d t （其中 d 为各点到 A 点的距离，t 表示 A 点到各点的运动时间） 为纵坐标，得到图象的斜率为 k，则加速度的大小为________；图线与纵轴的交点表示的物理意义是： ________。 （3）该同学认为： d tt - 图象中的图线与时间轴围成的面积表示物块在 t 时间内运动的位移大小．他的 观点是________（选填“正确”或“错误”）的。 【答案】C 2k 打 A 点时物块的速度（合理即可） 错误 【详解】 （1）[1]图乙所示的打点计时器为电火花计时器，所用电源为 220V 交流电，故选 C。 （2）[2][3]根据 2 0 1 2d v t at  得 0 1 2 d v att   因此斜率为 2 ak  即加速度大小为 2a k 图线与纵轴的交点为打 A 点时物块的速度。 （3）[4]不能用 d tt - 图象中的图线与时间轴围成的面积表示物块 t 时间内运动的位移大小，他的观点是 错误的。 14．（2021·湖北荆州市·高三月考）某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系。 （1）下列不必要的实验要求是__________。 A．应使小车从靠近打点计时器位置释放 B．滑轮与小车间的细绳应与木板平行 C．应先接通电源，后释放小车 D．应使小车质量 M 远大于重物质量 m E．在调节木板倾斜度平衡小车受到的滑动摩擦力时，将重物通过定滑轮拴在小车上 （2）某条纸带测量数据如图所示，O、A、B、C、D、E、F 为 7 个相邻的计数点，相邻的两个计数点之 间还有四个点未画出。量出相邻的计数点之间的距离分别为 1 4.22cms  、 2 4.65cms  、 3 5.08cms  、 4 5.49cms  、 5 5.91cms  、 6 6.34cms  。已知打点计时器的工作频率为 50Hz，则小滑车的加速度 值为 a=_________ 2m/s （结果保留两位有效数字）。 （3）实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度，根据测得的多组数据画 出 a F 关系图像，如图所示。此图像的 AB 段明显偏离直线，造成此现象的主要原因是 __________________。 【答案】E 0.42 所挂钩码的总质量过大 【详解】 （1）[1] A．应使小车从靠近打点计时器位置释放，这样可以充分利用纸带，A 正确； B．滑轮与小车间的细绳应与木板平行，这样细绳拉力减去摩擦力才是小车所受的合力，B 正确； C．释放小车时，要先接通电源，后释放小车，C 正确； D．要使绳对小车的拉力大小近似等于钩码的重力就需要保证牵引端重物的总质量远小于小车的质量， D 正确； E．在调节木板倾斜度平衡摩擦力时应拿掉重物，E 错误。 选择不必要的，故选 E。 （2）[2] 根据逐差法可得，加速度大小为    4 5 6 1 2 3 29 s s s s s sa T      ， 代入数据解得 20.42m/sa  （3）[3] 在实验中认为细绳的拉力 F 等于钩码的重力 mg，实际上，根据牛顿第二定律可得 F Ma ， mg F ma  整理得 MF mgM m   当 M m 时，拉力近似等于重力，有 1 1Fa mg FM M m M m      a F 图像为直线，随着 m 的增大，当不满足 M m 时， 1 M m 减小，a F 图像的斜率逐渐变小偏 离直线。 15．（2021·赤峰二中高三月考）在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学进行实验的主要步骤是： a.如图甲所示，将橡皮筋的一端固定在木板上的 A 点，另一端拴上两根绳套，每根绳套分别连着一个弹 簧测力计； b.沿着两个方向拉弹簧测力计，将橡皮筋的活动端拉到某一位置，将此位置标记为 O 点，读取此时弹簧 测力计的示数，分别记录两个拉力 F1、F2 的大小。用笔在两绳的拉力方向上分别标记 a、b 两点，并分 别将其与 O 点连接，表示两力的方向； c.再用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至 O 点，记录其拉力 F 的大小并用上述方法记录其方向； (1)本实验用到的物理方法是_______； (2)图乙是在白纸上根据实验数据作出的力的图示，其中________是 F1 和 F2 合力的理论值（填写 F 或 F）； (3)实验中的一次测量如图丙所示，两个测力计 M、N 的拉力方向互相垂直，即α+β＝90 ，若保持测力 计 M 的读数不变，当角α由图中所示的值逐渐增大时，要使橡皮筋的活动端仍在 O 点，可采用的办法是 ______； A．增大 N 的读数，增大β角 B．减小 N 的读数，增大β角 C．减小 N 的读数，减小β角 D．增大 N 的读数，减小β角 【答案】等效替代法 F A 【详解】 (1)[1]合力与分力是等效替代的关系，所以本实验采用的等效替代法 (2)[2]由力的平行四边形定则知道，F′为合力的理论值。 (3)[3]保持活动端在 0 点不动，即合力大小方向都不变，测力计 M 示数不变，根据要求作出力的平行四 边形定则，如下图所示，由图可知，需要测力计 N 示数增大，且增大β角。 故 A 正确。 故选 A。 16．（2021·辽宁朝阳市·高三月考）某实验小组的同学利用如图甲所示的装置做“探究加速度与力质量的关系” 实验。 (1)该实验小组的同学在探究加速度与外力的关系时，通过得到的数据描绘出了加速度关于外力的图象， 如图乙所示。附有滑轮的长木板水平放置，发现图象与横轴有一交点，则该交点的物理意义是 ___________；造成这一现象的原因是___________。 (2)做探究加速度与质量关系实验时，正确平衡摩擦力后，保持悬挂的重物不变，改变小车上砝码的质量 m 多次实验，测出多组加速度 a 及小车上砝码的质量 m，作出图象 1 ma  如图丙所示。若图中直线的斜 率为 k，在纵轴上的截距为 b，若牛顿第二定律成立，且实验过程中小车受到的拉力保持不变，则小车 受到的拉力为___________，小车的质量为___________。 【答案】小车与长木板之间的滑动摩擦力为 0F 没有平衡摩擦力 1 k b k 【详解】 (1)[1][2]小车受细绳的拉力和长木板的滑动摩擦力，则由牛顿第二定律得 F f ma  解得 1F f fa Fm m m    当传感器的示数为 0F 时，小车开始滑动，则小车所受的滑动摩擦力大小为 0f F 即该交点的物理意义为小车与长木板之间的滑动摩擦力 0F ；造成这一现象的原因是没有平衡摩擦力。 (2)[3][4]设小车质量为 M，若牛顿第二定律成立，则 F M m a ( ) 整理得 11 Mma F F  所以图中直线的斜率 1k F  纵轴上的截距 Mb F  解得小车受到的拉力 1F k = 小车的质量 bM k  17．（2021·广东惠州市·高三月考）图（a）是测量木块与木板间动摩擦因数的实验装置。接通电源，开启 打点计时器，从斜面上某点释放木块，木块沿木板滑下，多次重复后选择点迹清晰的一条纸带如图（b） 所示。图中 0～4 是选取的五个计数点，相邻两计数点的时间间隔为 T，如图（b）所示，测出了两个计 数点的间距 x1 和 x4，重力加速度为 g，完成下列填空： (1)木块下滑的加速度大小为______（用符号 T、x1、x4 表示）； (2)下列物理量中，还需测量的是______； A．木块的质量 m B．木板的质量 M C．木块下滑的时间 t D．木板的倾角 (3)木块与木板间的动摩擦因数为______； (4)实验中发现动摩擦因数的测量值大于实际值，可能的一个原因是______。 【答案】 4 1 23 x x T D 4 1 2tan 3 cos x x gT    木块受到纸带阻力作用 【详解】 (1)[1]根据逐差法有 2 4 1 3x x aT  解得木块下滑的加速度大小为 4 1 23 x xa T  (2)[2]根据牛顿第二定律 sin cosmg mg ma    可得 tan cos a g     则要测量动摩擦因数还需要测量木板的倾角，故选 D。 (3)[3]木块与木板间的动摩擦因数为 4 1 2tan = tanc s co3o s x g gT a x       (4)[4]实验中发现动摩擦因数的测量值大于实际值，可能的一个原因是木块受到纸带阻力作用。 18．（2021·济南市·高三月考）某中学实验小组用如图甲所示的实验装置探究做功与动能变 化的关系，一端安装轻质光滑定滑轮的长木板放在水平桌面上，长木板 A 处有一带长方形遮光片的滑块， 滑块右端固定有力传感器，能测出滑块所受的拉力，滑块、传感器及遮光片的总质量为 M，滑块右端由 跨过定滑轮的细绳与一沙桶相连，沙桶和沙的总质量为 m，遮光片两条长边与长木板垂直；长木板上 B 处固定一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间为 t，d 表示遮光片的宽度，L 表示遮光片右 侧初位置至光电门之间的距离。 (1)实验前___________平衡滑块与长木板间的摩擦力（填“需要”或“不需要”）。 (2)实验过程中___________满足 M 远大于 m 。（填“需要”或“不需要”） (3)实验主要步骤如下： ①按图甲正确安装器材并进行正确调节。 ②该同学首先用游标卡尺测量了遮光片的宽度，如图乙所示，遮光片宽度的测量值 d  ___________cm。 ③让沙桶内盛上适量细沙，由静止释放滑块，滑块在细线拉动下运动，记录力传感器的示数 F 和遮光片 通过光电门的时间 t；保持质量 M 和遮光片右侧初位置至光电门之间的距离 L 不变，改变沙桶内细沙的 质量，重复以上步骤。为了直观地研究滑块动能变化与合外力对它所做功的关系，根据多次实验记录的 F 和 t 描点，拟合成一条直线图像，数据处理时应做出的图像是___________（ 请填写选项前对应的字母 ）。 A．t F B． 2t F C． 2 1t F  D． 21 Ft  【答案】需要 不需要 0.560 C 【详解】 (1)[1]实验前需要平衡滑块与长木板间的摩擦力，从而使得细线的拉力等于滑块受到的合力。 (2)[2]因为有力传感器测量滑块受到的拉力，则实验过程中不需要满足 M 远大于 m 。 (3)②[3]遮光片宽度的测量值 d  0.5cm+0.05mm×12=0.560cm。 ③[4]滑块经过光电门时的速度为 dv t  则要验证的关系为 21 2FL Mv 解得 2 2 1 2 Mdt L F   即为了能拟合成一条直线图像，数据处理时应做出的图像是 2 1t F  图像。 故选 C。 19．（2021·湖北武汉市·高三月考）如图为一理想阿特伍德机示意图，利用它可以验证力学定律。物块 A（安 装了一个遮光片）、B 用轻质无弹性的细绳连接后跨在轻质光滑定滑轮两端，两物块离地足够高。物块 A 上的遮光片正下方固定了一个光电门，光电门通过数据采集器与计算机相连。预先已经用天平测出了物 块 A（含遮光片）、B 的质量分别为 mA、mB（mA＞mB）在用游标卡尺测遮光片宽度 d 时，读数如图乙， 则 d=___________mm。 (1)接通光电门，由静止同时释放物块 A、B，此后，计算机自动记录遮光片通过光电门所用的时间 t 。 若想要利用该装置验证牛顿第二定律，已知当地重力加速度为 g，还需要测量的物理量是___________ （利用文字描述并标明对应的物理量符号），验证牛顿第二定律时需要验证的等式为___________（写出 等式的完整形式，无需简化）。 (2)若要利用上述所有数据验证机械能守恒定律，则所需要验证的等式为___________（写出等式的完整 形式，无需简化）。 【答案】 7.30 物块 A 从初始位置到光电门的距离 h 2 2( ) 2 ( )A B A Bm g m g m m d h t    2 2) ) (( ( )A B A B dm m gh m tm   【详解】 （1）[1] 遮光片宽度 7mm 6 0.05mm 7.30mmd     （2）[2] 遮光片通过光电门的速度 dv t   物体 A 下降了 h，根据 22ah v 根据牛顿第二定律，则有 ( )A B A Bm g m g m m a   综上所得 2 2( ) 2 ( )A B A Bm g m g m m d h t    即还需测量物块 A 从初始位置到光电门的距离 h [3] 验证牛顿第二定律时需要验证的等式为 2 2( ) 2 ( )A B A Bm g m g m m d h t    （3）[4] 若用装置验证机械能守恒，测量重力势能减少为 ( )A BPE m m gh   系统动能增加 2 2) ( )( A Bk tE dm m   故若 2 2) ) (( ( )A B A B dm m gh m tm   20．（2021·安徽池州市·高三期末）某同学用如图甲所示装置做研究“加速度与合外力的关系”实验。 (1)该同学在平衡摩擦力后进行实验，小车在运动过程中实际所受的拉力___________钩码的重力（填“大 于”、“小于”或“等于”），根据该同学设置的实验，___________（填“需要”或“不需要"）使钩码质量 m 远 小于小车质量 M。 (2)根据调节好的实验装置，实验打出的一条纸带如图乙所示，每相邻两个计数点间还有四个点没有画出， 交流电的周期为 50Hz，由图中的数据可知，打点计时器打下 C 点时小车运动的速度大小是 ___________m/s，小车运动的加速度大小是___________m/s2。（计算结果均保留两位有效数字） (3)在小车质量 M 保持不变的情况下，不断增加悬挂钩码个数，重复实验多次。测出每次增加钩码后拉 力传感器的示数 F 和小车的加速度 a，作 a-F 的图像。下列图线中正确的表示 a、F 关系的图像是 ___________。 A． B． C． D． 【答案】小于 不需要 0.96 2.4 A 【详解】 (1)[1]对整体分析，根据牛顿第二定律得 mga m M   则绳子的拉力 1 mgF Ma m M    所以实际小车在运动过程中所受的拉力小于钩码的重力。由于力传感器能直接测出小车受到的合外力， 不需要使钩码质量 m 远小于小车质量的 M。 (2)[2]根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，有 228.81 9.61 10 m/s=0.96m/s2 2 0.1 BD C xv T    [3]由题意可知： 1 3.60cmx  ，  2 9.61 3.60 cm=6.01cmx   ，  3 18.01 9.61 cm=8.4cmx   ，  4 28.81 18.01 cm=10.80cmx   ；由此 2.4cmx  ， 0.1sT  ，根据匀变速直线运动推论 2x aT  ， 可得 2 2 2 2 2 2.4 10 m/s =2.4m/s0.1 xa T    (3)[4]由于传感器可直接测出小车的拉力 F，则小车质量 M 不变时，加速度与拉力 F 成正比，所以 a F 图像是一条过原点的倾斜的直线，故选 A。