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第 16 讲 力学实验
[保分基础练]
1．(2022·广东肇庆市二模)某同学用如图甲所示装置研究小车在倾斜轨道上运动的加速度 a
与轨道倾角θ的正弦值(sin θ)之间的关系，实验步骤如下：
(1)在水平实验台上，将长为l的长木板一端放在垫块上构成斜面，为得出长木板倾角θ的正
弦值sin θ，则需要测出________；
A．长木板末端距实验台的高度h
B．垫块的高度h′
(2)将打点计时器固定在轨道右端，纸带穿过打点计时器固定在小车上；接通电源，释放小
车，打出一条如图乙所示的纸带，图中相邻两个计数点间还有四个点未画出，已知打点计时
器使用的交流电频率为50 Hz，通过测得的数据可计算出D点的速度大小v ＝______ m/s，
D
滑块的加速度a＝________ m/s2；(结果均保留三位有效数字)
(3)改变垫块高度，重复实验，测出多组轨道倾角θ的正弦值(sin θ)及对应小车的加速度a，
通过计算，该同学发现a与sin θ的比值小于当地的重力加速度，原因是________________
_____________________________________________________________________________.
2．(2022·山西省稷山中学模拟)某小组利用力的传感器探究“圆周运动的向心力表达式”．
如图所示，在光滑的水平面上，固定一个光滑的轨道，A处安装的光电门可以得到小球的速
度，B处安装力的传感器可以测得小球到B点时对轨道的压力．
(1)在这个实验中，利用________来探究向心力大小与小球质量、速度、轨道半径之间的关
系．A．理想实验法
B．控制变量法
C．等效替代法
(2)实验中，同一小球先后两次以不同的速度沿着同一轨道做匀速圆周运动，若光电门记录
的时间比为1∶2，传感器记录的压力比为______，则可得到向心力与______成正比．
(3)实验中，让同一小球先后两次沿着不同半径的轨道做匀速圆周运动．若光电门记录的时
间相同，轨道半径比为1∶2，则传感器记录的压力比为_______，则可得到向心力与______
成正比．
3.(2022·江西九江市一模)用如图所示的装置，来完成“验证动量守恒定律”的实验．实验中
使用的小球1和2半径相等，用天平测得质量分别为m 、m.在水平木板上铺一张白纸，白
1 2
纸上面铺放复写纸，记下重垂线所指的位置 O.先不放小球2 ，使小球1从斜槽上某一点S
由静止滚下，落到水平木板P点．再把小球2静置于斜槽轨道末端，重复上述操作，小球1
和小球2碰撞后分别落在水平木板上，在白纸上留下各自落点的痕迹．
(1)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，可以通过测量小球做平抛运动的水
平射程来解决这个问题．确定碰撞前后落点的位置 P、M、N，用刻度尺测量出水平射程
OP、OM、ON.
①本实验必须满足的条件是________．
A．斜槽轨道必须是光滑的
B．斜槽轨道末端必须是水平的
C．小球1每次必须从同一位置由静止释放
②实验器材准备时，为确保小球1碰后不弹回，要求m______m(选填“>”“<”或“＝”)．
1 2
③若两球相碰前后的动量守恒，其表达式为：OP＝________(用m、m、OM、ON表示)．
1 2
(2)在上述实验中换用不同材质的小球，其他条件不变，记录下小球的落点位置．下面三幅
图中，可能正确的是________．
4．(2022·广东深圳市一模)在“探究共点力的平衡条件”的实验中，将三个细绳套系于一点，
在水平桌面上用三只弹簧测力计互成角度地水平拉细绳套，使结点静止在纸面上 O点，如
图甲所示．(1)弹簧测力计1的指针位置如图甲所示，其读数为________ N，弹簧测力计2和3的读数分
别为1.30 N和1.25 N.
(2)取0.5 cm代表1 N，请在图乙虚线框内作出三个力的图示，并借助平行四边形定则作图，
求出其中两个力的合力．
(3)改变三只弹簧测力计的弹力方向和大小，多次实验．
(4)在误差允许范围内，可归纳出这三个共点力的平衡条件是________．
5．(2022·辽宁葫芦岛市普通高中高三期末)某同学用如图甲所示实验装置“探究弹簧的弹力
和伸长量的关系”．直尺和光滑的细杆(未画出)水平固定在铁架台上，一根弹簧穿在细杆上，
其左端固定，右端与细绳连接．细绳跨过光滑定滑轮，其下端可以悬挂钩码．实验时先测出
不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出对应的弹簧总长
度L，并将所挂钩码的重力大小作为弹簧的弹力大小F.弹簧伸长均在弹性限度内．
(1)把以上测得的数据描点连线，如图乙所示，则该弹簧的原长L ＝__________ cm，劲度系
0
数k＝__________ N/m.(结果均保留3位有效数字)
(2)若该同学先把弹簧竖直悬挂，下端不挂钩码测出弹簧原长为L ，再按照图甲所示方法悬
1
挂钩码，测出弹簧伸长后长度L，以L－L 作为弹簧伸长量x，以钩码重力大小作为弹力F
1
大小．由于弹簧自身重力的影响，得到的图线可能是图中的________．
[争分提能练]
6．(2022·山东卷·13)在天宫课堂中、我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实
验．受此启发．某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等
器材设计了测量物体质量的实验，如图甲所示．主要步骤如下：
①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块上；
②接通气源，放上滑块．调平气垫导轨；③将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块．弹簧处于原长时滑块左端位于 O点．A点到O
点的距离为5.00 cm，拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时；
④计算机采集获取数据，得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像，部分图像如
图乙所示．
回答以下问题(结果均保留两位有效数字)：
(1)弹簧的劲度系数为________ N/m.
(2)该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据，画出a—F图像如图丙中Ⅰ所示，由此可得
滑块与加速度传感器的总质量为______ kg.
(3)该同学在滑块上增加待测物体，重复上述实验步骤，在图丙中画出新的 a－F图像Ⅱ，则
待测物体的质量为________ kg.
7．(2022·湖北武汉市武昌区检测)用实验测量小滑块与木板表面间的动摩擦因数μ，已知当
地重力加速度为g.
(1)第一实验组采用如图甲所示的装置测量．将足够长的固定木板水平放置，弹簧的一端与
固定挡板相连，另一端紧靠带有遮光条的小滑块但不与之拴接，弹簧处于原长时整个弹簧都
在光电门左侧．先用小滑块压缩弹簧至某一位置，释放后记录小滑块上的遮光条通过光电门
的挡光时间t，并测量小滑块停止时的位置B与光电门中心A的距离L.
①利用游标卡尺测得遮光条的宽度如图乙所示，则遮光条的宽度为d＝________ mm；
②多次重复实验，记录多组(t、L)数据．选择L为纵轴，________为横轴，拟合得到一条过
坐标原点的倾斜直线．若该直线的斜率为 k，则小滑块与木板之间的动摩擦因数的表达式为
μ＝________(用题目中已有的符号表示)．
(2)第二实验组使用位移传感器设计了如图丙所示的实验装置，让小滑块从倾斜木板上的 A
点由静止释放，与计算机连接的位移传感器可以测出小滑块到传感器的距离 x，并能描绘出这个x随时间t变化的图像．某次实验得到的图像如图丁．
①根据图丁，可计算出0.4 s时刻小滑块的速度大小v＝________ m/s，小滑块的加速度大小
a＝________ m/s2.(结果均保留2位有效数字)
②为了测定小滑块与木板间的动摩擦因数μ，本次实验还必须测量的物理量是________．
A．小滑块的质量
B．小滑块的宽度
C．木板的长度
D．木板的倾角
8．(2022·河北卷·11)某实验小组利用铁架台、弹簧、钩码、打点计时器、刻度尺等器材验证
系统机械能守恒定律，实验装置如图甲所示．弹簧的劲度系数为 k，原长为L ，钩码的质量
0
为m.已知弹簧的弹性势能表达式为E＝kx2，其中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量，
当地的重力加速度大小为g.
(1)在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置，测得此时弹簧的长度为 L.接通打点计时器电
源．从静止释放钩码，弹簧收缩，得到了一条点迹清晰的纸带．钩码加速上升阶段的部分纸
带如图乙所示，纸带上相邻两点之间的时间间隔均为T(在误差允许范围内，认为释放钩码
的同时打出A点)．从打出A点到打出F点时间内，弹簧的弹性势能减少量为__________，
钩码的动能增加量为__________，钩码的重力势能增加量为________________．
(2)利用计算机软件对实验数据进行处理，得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量
分别与钩码上升高度h的关系，如图丙所示．由图丙可知，随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，主要原因是_______________________________________________________.
