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专题05 力学实验大题综合
一、实验题
1．（2023·湖南邵阳·统考模拟预测）某同学设计了一个探究加速度a 与物体所受合力
F 及质量m 的关系的实验，如图所示为本次实验装置简图。
（1）当探究a 与m 的关系时，先保证F 不变，再测出不同m 下的a，然后依
图
像进行数据处理，这里用到的主要科学研究方法是 ；
（2）如果该同学实验操作正确，数据处理合理，且实验误差较小，请描述
图像
的主要特征 。
【答案】 控制变量法 一条过原点的直线
【详解】（1）[1]当探究a 与m 的关系时，先保证F 不变，再测出不同m 下的a，然后
依
图像进行数据处理，这里用到的主要科学研究方法是控制变量法；
（2）[2]根据
即
在F 一定时，则
图像是一条过原点的直线。
2．（2023·湖南邵阳·统考模拟预测）某同学用如图所示的装置做“验证机械能守恒定
律”的实验，则：
1
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（1）该实验选用的电源应该是 。
A．约8V 的交流电源 B．约8V 的直流电源
C．220V 的交流电源 D．220V 的直流电源
（2）如果该同学操作正确，某次的实验数据一定是动能的增加量 势能的减少
量（选填“大于”或“等于”或“小于”）。
【答案】 C 小于
【详解】（1）[1]电火花打点计时器的工作电压为220V 交流电源，故C 正确，故选
C。
（2）[2]下落过程中存在空气阻力、纸带和限位孔间阻力，阻力做负功，造成机械能减
少，故动能的增加量小于势能的减少量。
3．（2023·湖南长沙·长郡中学校考二模）某学习小组学习了单摆的相关知识后，想利
用如图甲所示的装置测量当地的重力加速度。
（1）赵同学找到实验室的光敏电阻等元件，利用如图乙所示装置记录振动周期，在摆
球运动的最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻，光敏电阻与某自动记
录仪相连，该仪器显示的光敏电阻阻值R 随时间t 的变化图线如图丙所示，则该单摆
的振动周期为
s（结果保留四位有效数字）。
（2）王同学则利用计算机绘制了a、b 两个摆球的振动图像（如图丁所示），由图可
2
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知，两单摆摆长之比
。
（3）李同学每次用同一套实验装置，用同样的步骤进行实验，但所测得的重力加速度
总是偏大，其原因可能是 。
A．开始计时时，过早按下秒表
B．测周期记录全振动次数时，将n 次全振动误记为
次
C．摆球的质量过大
D．计算摆长时，只考虑悬线的长度，没有加上小球的半径
【答案】 2.000
B
【详解】（1）[1]单摆在一个周期内两次经过平衡位置，根据图线丙的变化规律可知，
该单摆的周期为
（2）[2]由图丁振动图线可知，两单摆的周期之比
由公式
，可得两单摆摆长之比
（3）[3]根据题意，由单摆的周期公式
可得
A．开始计时时，过早按下秒表，周期的测量值偏大，则重力加速度的测量值偏小，
故A 错误；
B．如果振动次教多数了一次，即
偏小，
偏大，故B 正确；
C．摆球的质量过大，不会影响单摆的周期与摆长，所以不影响重力加速度的测量，故
C 错误；
D．算摆长时漏加小球半径，则偏小，求得的
偏小，故D 错误。
故选B。
4．（2023·湖南·模拟预测）某实验小组用如图甲所示的装置来探究弹簧弹力F 和弹簧
长度L 的关系，把弹簧上端固定在铁架台的横杆上，记录弹簧自由下垂时下端所到达
3
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的刻度位置，然后在弹簧下端悬挂不同质量的钩码，记录每一次悬挂钩码的质量和弹
簧下端的刻度位置，实验中弹簧始终未超过弹簧的弹性限度，通过分析数据得出实验
结论。
（1）实验时认为可以用钩码所受重力的大小来代替弹簧弹力的大小，这样做依据的物
理规律是 。
（2）以弹簧受到的弹力F 为纵轴、弹簧长度L 为横轴建立直角坐标系，依据实验数据
作出F－L 图像，如图乙所示。由图像可知，弹簧自由下垂时的长度L0 = cm，
弹簧的劲度系数k = N/m。（结果均保留2 位有效数字）
（3）该小组的同学将该弹簧制成一把弹簧测力计，某次测量时弹簧测力计的指针如图
丙所示，弹簧测力计所测力的大小F = N。
【答案】 共点力的平衡条件 4.0 1.0 × 102 8.00
【详解】（1）[1]钩码静止时其所受重力大小等于弹力的大小，这样做依据的物理规律
是共点力的平衡条件。
（2）[2][3]根据胡克定律
F = k(L－L0)
可得题图乙的F—L 图像的横截距即为弹簧的自然长度L0，斜率即为弹簧的劲度系数
k，所以可得
L0 = 4.0cm
（3）[4]题图丙中弹簧测力计的示数为F = 8.00N。
5．（2023·湖南衡阳·衡阳市八中校考模拟预测）在“用打点计时器验证机械能守恒定
律”的实验中，某同学打出了一条纸带。已知实验中使用的电源频率是50Hz，他按打
点的先后顺序，从比较清晰的点起，每五个点取一个计数点，分别标为O、A、B、
C、D，如图所示，则：
4
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相邻两计数点间的时间间隔为 s，打A 点时的瞬时速度大小为 m/s。
（后一空结果保留两位小数）
【答案】 0.1 0.18
【详解】[1]每五个点取一个计数点，则相邻两计数点间的时间间隔为
[2]根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度，则打A 点时的瞬时速
度大小为
6．（2023·湖南株洲·统考三模）频闪照相是研究运动的常用手段，频闪仪每隔相等时
间短暂闪光一次，照片上记录了钢球在各个时刻的位置。
（1）某同学做该实验时事先没确定竖直方向，如图甲所示，已知
为相邻的
三个拍照点，试帮助该同学确定竖直方向（
方向） 。
（2）如图乙是小球做平抛运动的频闪照片，图中小方格的边长
，那么小球平抛的
初速度大小
，经B 点合速度大小
。（结果均保留两位有
效数字，
取
）
【答案】 连接AC 线段取其中点O，然后连接OB 两点，OB 两点所在直线即为竖
直方向 2.5 3.9
【详解】（1）[1]根据题意可知，连接AC 线段取其中点O，然后连接OB 两点，OB 两
点所在直线即为竖直方向。
（2）[2][3]根据图乙可知，相邻点迹之间的水平距离相等，即相邻点迹之间的时间间
隔相等，根据
解得
5
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则小球平抛的初速度为
结合上述可知，小球经B 点竖直分速度大小
结合上述可知，经B 点合速度大小
7．（2023·湖南长沙·长沙一中校考一模）某探究性实验小组用如图1 所示的实验装置
来测量重力加速度。他们将一个球形小磁铁用细线悬挂起来构成一个能在竖直平面内
摆动的单摆。在细线的悬挂点正下方放有一根与小磁铁摆动平面垂直的粗直导体棒，
导体棒通过导线与电流传感器一起构成一个闭合回路。当小磁铁摆动时，在回路中就
会产生感应电流，电流传感器可以通过计算机记录相应的电流随时间变化的图像，如
图2 所示。
（1）小李同学用20 分度的游标卡尺测量球形小磁铁的直径，读数如图3 所示，则其
直径
，小张同学用卷尺测得细线悬挂点到与小磁铁的连接点之间的长度
为。
（2）图2 中图线上（下）方标出的数据分别表示的是感应电流取极值时对应的时刻，
6
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由图可知，小磁铁摆动的周期为
（结果保留两位有效数字），进一步计算
重力加速度
的表达式为 （用题目所给的符号表示）。
【答案】 0.330 2.0
【详解】（1）[1]游标卡尺分度值为0.05mm，球形小磁铁的直径为
d=3mm+6×0.05mm=3.30mm=0.330cm
（2）[2]感应电流连续两个最大值（或最小值）对应的时间差等于小磁铁摆动周期
可得
[3]由单摆周期公式
解得
8．（2023·湖南·高三统考学业考试）在“探究平抛运动的特点”的实验中，对于接通
电源和释放小车的先后顺序，要先 ，后 。
【答案】 接通电源 释放小车
【详解】[1][2]考虑到实验的可行性，节约纸带，对于接通电源和释放小车的先后顺序
应为先接通电源，后释放小车。
9．（2023·湖南·校联考模拟预测）学校物理兴趣小组用如图甲所示的阿特伍德机验证
牛顿第二定律，并测量当地的重力加速度。绕过定滑轮的轻绳两端分别悬挂质量相等
的重物A（由多个相同的小物块叠放组成）和重物B。主要实验步骤如下：
①用天平分别测量一个小物块的质量和B 的质量m；
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②将A 中的小物块取下一个放在B 上，接通打点计时器的电源后，由静止释放B，取
下纸带，算出加速度大小，并记下放在B 上的小物块的质量；
③重复步骤②，获得B 上面的小物块的总质量
和对应加速度大小a 的多组数据。
（1）某次实验打出的纸带如图乙所示，相邻两计数点间还有四个计时点未画出，已知
打点计时器所用交流电源的频率为
，则本次实验中A 的加速度大小为
（结果保留三位有效数字）。
（2）利用本装置验证牛顿第二定律。若在误差允许的范围内，满足重物A 的加速度大
小
（用
、
和当地的重力加速度大小
表示），则牛顿第二定律得
到验证。
（3）利用本装置测量当地的重力加速度。根据放在B 上面的小物块的总质量
和对
应加速度大小a 的多组数据，以
为横坐标，a 为纵坐标作出
图像。若图线的
斜率为
，则当地的重力加速度大小可表示为
（用
表示）。
【答案】 0.810
【详解】（1）[1]根据题意可知，交流电源的频率为
，相邻两计数点间还有四个
计时点未画出，则相邻计数点间的时间间隔为
，由逐差法有
解得
（2）[2]根据牛顿第二定律，对A、B 组成的系统有
解得
（3）[3]由（2）的结果变形可得
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则有
解得
10．（2023·湖南·高三学业考试）在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，研究
小车质量一定的情况下加速度a 与合外力F 的关系，得到了如图①所示的a-F 图线，
主要原因是 ；如果得到了如图③所示的a—F 图线，主要原因是 。
【答案】 未平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足 平衡摩擦力过度
【详解】[1] 如果得到了如图①所示的a-F 图线，最开始有拉力没有加速度，说明未平
衡摩擦力或者平衡摩擦力不足；
[2] 如果得到了如图③所示的a—F 图线，最开始没有拉力就有加速度，说明平衡摩擦
力过度。
11．（2023·湖南衡阳·衡阳县第三中学校考模拟预测）某同学用如图甲所示的实验装置
测量木块与长木板之间的动摩擦因数。将左端带有滑轮的长木板放置在水平桌面上，
细线跨过定滑轮后左端与重物连接，右端与装有力传感器的木块连接，力传感器可以
直接测出细线的拉力大小。木块连接穿过打点计时器的纸带。
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（1）实验前应调节 的高度，使牵引木块的细线与长木板平行，接通电源，释
放木块。
（2）某次实验时，打下如图乙所示的纸带，图中O、A、B、C、D、E、F 为相邻的计
数点，相邻两计数点间还有4 个计时点未画出，打点计时器所接交流电的频率为
50Hz，则木块运动的加速度大小为 m/s2（结果保留3 位有效数字）。
（3）该同学根据测量所得数据在坐标纸上作出木块的加速度a 随力传感器示数F 变化
的图像，如图丙所示，取重力加速度g=9.8m/s2，根据图像可得木块（含力传感器）的
质量为 kg，木块与长木板之间的动摩擦因数为 （计算结果均保留2 位
有效数字）。
【答案】 定滑轮 2.00 0.43 0.26
【详解】（1）[1]实验前应调节定滑轮的高度，使牵引木块的细线与长木板平行。
（2）[2]相邻两计数点间还有4 个计时点未画出，则相邻两计数点之间的时间间隔
由逐差法可知，木块运动的加速度大小
（3）[3]根据牛顿第二定律得，木块的加速度大小
由题图丙可知
可得
[4]当
时，有
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可知
12．（2023·湖南·模拟预测）李达同学想利用“验证平抛运动”的实验装置做“验证机
械能守恒定律”实验。实验装置如图甲所示，选用的斜槽很光滑，先调整斜槽使其末
端切线水平，贴有坐标纸的木板靠近斜槽竖直放置。实验时将小球于斜槽上固定位置
P 点由静止释放，P 点到斜槽末端的竖直高度差为H，小球离开斜槽末端O 点时开始做
平抛运动。以小球在斜槽末端球心位置为原点，水平方向为x 轴，竖直方向为y 轴，
建立平面直角坐标系，多次重复实验描下小球做平抛运动时经过的几个点a、b、c、
d，如图乙所示。
（1）图乙中每个正方形小格的边长为l，则小球从b 点至c 点的运动时间为
，做平抛运动的初速度v0= 。（重力加速度为g）
（2）如果小球在斜槽上的运动满足机械能守恒定律，则H 与l 应满足 。
【答案】
【详解】（1）[1][2]已知图乙中一个小格对应的实际长度为l，任意两点间时间间隔为
T，则在水平方向上，有
在竖直方向上，有
由图可知
11
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解得
（2）[3]如果小球在斜槽上的运动满足机械能守恒定律，则有
即
13．（2023 春·湖南·高三长郡中学校联考阶段练习）在做“探究弹力和弹簧伸长量的
关系”的实验中：
（1）如图甲所示的装置，在细绳下端依次挂上
钩码、
钩码、
钩码……，
每次当钩码处于静止状态时测出弹簧的长度l。
（2）以弹簧弹力F（大小等于砝码重力，重力加速度g 取
）为纵坐标，弹簧长
度l 为横坐标，建立坐标系。将相应数据在坐标系上描点，如图乙所示，请在图中作出
图像 。根据所得图像，可知弹簧处于原长时弹簧长度的读数为 cm；弹簧的
劲度系数为 N/m。（结果均保留三位有效数字）
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【答案】
1
【详解】（2）[1]作出图像，如图所示。
[2]由图像可知，横轴截距为弹簧的原长，则弹簧处于原长时弹簧长度的读数为
；
[3]根据胡克定律可得，弹簧的劲度系数为
14．（2023·湖南株洲·校联考模拟预测）为了测定斜面上小车下滑的加速度，某实验小
组利用DIS（数字化信息系统）技术进行实验，如图所示。当装有宽度为d=2cm 的遮
光条的小车经过光电门时，系统就会自动记录挡光时间，并由相应软件计算遮光条经
过光电门的平均速度来表示瞬时速度。某次实验中，小车从距离光电门中心为L 处由
静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间为T=0.04s。
（1）计算经过光电门时小车的速度为 m/s。
（2）试写出计算小车下滑的加速度a 的表达式： （用d、T 和L 表示）。
（3）若L=0.5m，则小车下滑的加速度为 m/s2.
（4）测量计算出来的加速度比真实的加速度 （选填“偏大”“偏小”或
“相等”）
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【答案】 0.5/0.50
0.25 偏小
【详解】（1）[1]遮光条经过光电门时的平均速度
得到
（2）[2]依据匀变速直线运动的速度与位移的关系，有
又
解得
（3）[3]由（2）中的表达式，代入数据可以得到
（4）[4]由于光电门测速度只是测量平均速度，在匀变速直线运动中，平均速度与中间
时刻的瞬时速度相等，却又小于中间位置的瞬时速度，而在测量位移L 时，测的是光
电门中间位置到遮光条之间的距离，大于中间时刻所在位置到遮光条之间的距离，所
以测量计算出来的加速度比真实的加速度偏小。
【点睛】本题考查利用光电门测算加速度的基本原理和误差分析。
15．（2023·湖南长沙·校联考二模）某实验小组利用如图甲所示的装置验证机械能守恒
定律，在动滑轮的下方悬挂重物A、定滑轮的下方悬挂重物B，重物B 上固定一遮光
条，遮光条的宽度为d，已知重物B 与遮光条的质量是重物A 的2 倍，悬挂滑轮的轻
质细线始终保持竖直，滑轮的质量忽略不计。
14
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（1）开始时，绳绷直，重物A、B 处于静止状态。释放后，A、B 开始运动，测出遮
光条通过光电门的时间t，则重物B 经过光电门时的速度为v= （用题中所给
的字母表示）。
（2）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d= cm。
（3）测得开始释放时遮光条中心到光电门中心之间的高度为h，测得遮光时间为t。如
果系统的机械能守恒，应满足的关系式为 （已知当地重力加速度大小为
g，用实验中所测得的物理量的字母表示）。
【答案】
1.020
【详解】（1）[1]重物B 经过光电门时的速度为
（2）[2]游标卡尺的读数为主尺读数与游标尺读数之和，即
（3）[3]若系统机械能守恒，则应满足
联立可得
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16．（2023·湖南娄底·统考模拟预测）实验小组在探究“加速度与物体的受力、物体质
量的关系”时，用如图所示的装置让滑块做匀加速直线运动来进行；由气垫导轨侧面
的刻度尺可以测出光电门A、B 之间的距离L，用游标卡尺测得遮光条的宽度d，遮光
条通过光电门A、B 的时间
、
可通过计时器（图中未标出）分别读出，滑块的质量
（含遮光条）为M，钩码的质量为
。重力加速度为g，回答下列问题：
（1）实验时 （选填“需要”或“不需要”）满足钩码的质量远小于小车的
质量；
（2）滑块的加速度a= （用L、
、
、d 来表示）；图乙遮光条的宽度在
游标卡尺上对应的读数为d= mm；
（3）改变钩码质量得到一系列的滑块加速度a 和传感器示数F，通过得到的实验数据，
描绘了
图像。若实验前，已将气垫导轨调至水平，但忘记打开气源，得到的
图像如图所示，图线的斜率为k，纵截距为b，滑块与导轨之间的动摩擦因数μ=
；滑块的质量M= 。（用F0、b、g 表示）
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【答案】 不需要
9.80
【详解】（1）[1]对滑块由牛顿第二定律得
T 可直接由传感器读出，故不需要钩码的质量远小于小车的质量；
（2）[2]由题意可知，滑块通过光电门A、B 对应的瞬时速度分别为
滑块从A 运动到B 的过程中，由匀变速直线运动速度时间关系可得
，可得
[3]图乙遮光条的宽度在游标卡尺上对应的读数为
（3）[4][5]未打开气源，滑块所受摩擦力不可忽略，根据牛顿第二定律可知
整理得
由图像可得
解得
17．（2023·湖南岳阳·统考模拟预测）某同学想用实验验证动能定理。
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（1）该同学先用图甲所示装置测滑块与长木板间的滑动摩擦力，把弹簧测力计的一端
固定在墙上，用力F 水平向左拉放在水平面上的长木板，长木板向左运动，此时测力
计的示数稳定（图中已把弹簧测力计的示数放大画出），则滑块受到长木板的滑动摩
擦力大小
N。
（2）再在图乙装置中实验，将图甲中的长木板装上定滑轮平放在水平实验台上，调节
，使拉滑块的细线与长木板平行，由静止释放滑块，打点计时器打出的纸带如图丙所
示，O 点为刚释放钩码时打下的点，A、B、C、D 是四个连续点，各点与O 点间的距
离图中已标出，打出此纸带过程中，力传感器的示数为F，已知打点计时器所用交流
电的频率为f，测出小车质量为M，钩码和力传感器总质量为m，重力加速度为g。则
打下O 点到C 点过程中，如果表达式 （用物理量符号表示）成立，则动能定理
得到验证。
【答案】 4.60 定滑轮高度
【详解】（1）[1]由弹簧测力计的读数可知滑动摩擦力的大小为
（2）[2][3]调节定滑轮高度，使拉滑块的细线与长木板平行，打C 点时，滑块的速度
则从打O 点到打C 点过程中，如果表达式
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即
成立，则动能定理得到验证。
18．（2023·湖南·统考模拟预测）2022 年10 月16 日，党的二十大在京开幕，在二十大
报告中，体育、健康等关键词多次被提及，报告提出：“促进群众体育和竞技体育全
面发展，加快建设体育强国”，这正是全面建设社会主义现代化国家的一个重要目标，
冰壶运动深受人们的喜爱，现在流行一种旱地冰壶，它的赛道是由多块正方形的耐力
板组成，如图甲所示，某实验小组的同学想用此装置验证碰撞中的动量守恒，为了便
于实验研究，将旱地冰壶的赛道改造成如图乙所示的赛道，现有两个材料不同的红壶
和黄壶，某同学先将黄壶放在出发点a 处，轻推黄壶，测得黄壶经过b 点后再向前运
动
格速度变为零，并恰好停在分界线的中心点上；然后在a 处仍然放上黄壶，在b
处放上红壶，用同样的力度轻推黄壶，与红壶碰撞后，测得红壶向前运动
格速度变
为零，黄壶经过b 点后再向前运动
格速度变为零，两壶均恰好停在分界线的中心点
上。
（1）为保证碰撞中的实验效果，要求黄壶的质量 （填“大于”“等于”或
“小于”）红壶的质量。
（2）若已知黄壶的质量为
，与耐力板间的动摩擦因数为
；红壶的质量为
，与
耐力板间的动摩擦因数为
，则验证动量守恒定律的表达式为
（用题中所给字母表示）。
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（3）若两壶为弹性碰撞，则
（用
、
、
表示）。
【答案】 大于
【详解】（1）[1]验证碰撞中的动量守恒实验，为防止入射壶反弹，入射壶的质量应大
于被碰壶的质量，所以黄壶的质量要大于红壶的质量。
（2）[2]设每格耐力板的长度均为
，先在
点放黄壶，设黄壶经过
点时的速度为
，
根据动能定理有
解得
接着在
点放黄壶，在
点放红壶，用同样力度轻推黄壶，设黄壶碰撞后的速度为
，
红壶的速度为
，根据动能定理，对黄壶有
解得
对红壶有
解得
根据动量守恒定律有
将各速度代入可得
20
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即为验证动量守恒定律的表达式。
（3）[3]若碰撞是弹性的，根据能量守恒定律有
与（2）中验证动量守恒定律的表达式联立可得
19．（2023·湖南·模拟预测）某同学用平板
和
制作了一个直角架．该同学想通过该
装置，利用压力传感器和量角器来验证力的平行四边形定则，主要实验步骤如下：
（1）平板
置于水平面上，压力传感器固定在平板
上，将木块
置于压力传感器正
上方，木块
紧靠平板
，如图甲所示，记录此时传感器的示数
，此时平板
对木
块
的弹力为 ；
（2）以直角架连接边为转轴，抬高平板
的另一端，使平板
绕转轴逆时针旋转，平
板
转过的角度为
时，记录传感器的示数
，如图乙所示；
（3）在误差允许的范围内，比较
和
的大小，若
与
的关系为 ，即可
初步验证平行四边形定则；
（4）重复步骤（2），多次调整平板
转动的角度，比较
和
的大小，多次验证；
（5）在步骤（2）中，若不考虑平板
与木块
间的摩擦，通过平行四边形定则可以
推出平板
对木块
的弹力 （填“一直变大”或“先变大后变小”）．
【答案】 0
一直变大
【详解】（1）[1]题图甲中平板B 水平放置，平板A 与木块C 只接触不作用，所以平
板A 对木块C 的弹力为0。
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（3）[2]对木块C 进行受力分析，可知平板A 对木块C 的弹力和平板B 对木块C 的弹
力均与各自接触面垂直，由于木块C 处于平衡状态，故这两个弹力的合力应该竖直向
上，作出平行四边形如图1，根据几何关系可知合力为
，所以在误差允许的范围内，
若
，即两个平板对木块C 的弹力的合力与木块C 受到的重力大小相等，方向
相反，则可初步验证平行四边形定则。
（5）[3]平板B 从题图甲所示位置缓慢旋转至题图乙所示位置的过程中，两板对木块C
的弹力夹角不变，保持垂直，作出辅助圆，如图2，可知平板A 对木块C 的弹力一直
变大。
20．（2023 春·湖南常德·高三常德市一中校考阶段练习）（1）某学习小组设计如图装
置做“探究物体加速度与质量的关系”实验，请回答下列问题：
①为了使滑轮右侧的细线与长木板平行，应调整 ；
A．打点计时器左右位置 B．物块左右位置
C．长木板倾角 D．滑轮高度
②在实验中，托盘和砝码的的总质量 （填“一定要远大于”“可以大于”或
“一定要远小于”）物块（包括力传感器）的总质量。
③在细线与木板调整平行和平衡摩擦力后，把盘中放入适当的砝码，接通电源，释放
物块，记录力传感器的读数为F，从纸带上获得数据求出加速度；在物块上添加砝码
并改变托盘中砝码的质量，使力传感器的示数为 ；如此反复实验、可获得物
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块的总质量M 和加速度a 的多组实验数据，作出
图像。
（2）“验证力的平行四边形定则”的实验如图甲所示，其中A 为固定橡皮筋的图钉，
O 为橡皮筋与细绳的结点，OB 和OC 为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的力
的图示。
①本实验采用的科学方法是 ；
A．理想实验法
B．等效替代法
C．控制变量法
②图乙中的F 与F'两力中，方向一定沿AO 方向的是 ；
③关于实验下列说法正确的是 。
A．拉橡皮条的细绳短一些，实验效果较好
B．拉橡皮条时，弹簧秤、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行
C．橡皮条弹性要好，拉结点到达某一位置O 时，拉力F1和F2的夹角越大越好
D．在同一次实验中O 点位置不能变
【答案】 D 可以大于 F B F' BD/DB
【详解】（1）①[1]为了减小误差，应调节滑轮的高度，使牵引物块的细绳与长木板保
持平行。
故选D；
[2]
②
由于细线的拉力可以直接用力传感器测量，因此实验中不需要满足托盘和砝码的
总质量远小于物块（包括力传感器）的总质量，托盘和砝码的的总质量可以大于、等
于或小于物块（包括力传感器）的总质量；
[3]
③
实验是探究物体加速度与质量的关系，采用控制变量法，保证物块所受合力不变，
即每次实验时要保证力的传感器的示数均为F；
（2）[4]①本实验用一根弹簧的拉力代替两根弹簧的拉力作用效果，采用等效替代法。
故选B。
[5]
②
F 是通过作图的方法得到合力的理论值，在平行四边形的对角线上，而F'是通过
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一个弹簧秤沿AO 方向拉橡皮条，使橡皮条伸长到O 点，其方向一定沿AO 方向。
[6]A
③
．在实验中要减小拉力方向的误差，应让标记同一细绳方向的两点尽量远些，
故细绳应该长一些，故A 错误；
B．作图时，我们是在白纸中作图，做出的是水平力的图示，若拉力倾斜，则作出图的
方向与实际力的方向有较大差别，故应使各力尽量与木板平面平行，故B 正确；
CD．两个拉力的夹角过大，合力会过小，取理论值时相对误差变大，故应使夹角合适
即可，但要保证力的作用效果即O 点位置不能变，故C 错误，D 正确。
故选BD。
21．（2023·湖南·统考模拟预测）某物理兴趣小组用如图甲所示的装置探究加速度与力、
质量的关系。
（1）下面是实验操作步骤，请你整理出正确的操作顺序，从先到后依次是 。
A．抬高长木板一端平衡摩擦力，让小车做匀速直线运动；
B．接通电源后释放小车，使小车在细线的拉动下运动，测出槽码的重力mg 作为细线
对小车的拉力F，利用纸带测量出小车的加速度a；
C．将纸带穿过打点计时器并将一端固定在小车上；
D．把细线的一端固定在小车上，另一端通过定滑轮与槽码相连；
E．更换纸带，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力，重复步骤B 的操作．
（2）实验中打出的纸带如图乙所示，相邻计数点间的时间间隔为0.1s，纸带上只测出
了两组数据，图中长度单位为cm，由此可以算出小车运动的加速度大小a=
m/s2。
（3）实验得到的理想a-F 图像应是一条过原点的直线，但由于实验误差影响，常出现
如图丙所示的三种情况，图线①产生的原因是不满足槽码的总质量远 （填
“小于”或“大于”）小车的质量的条件；图线②产生的原因是平衡摩擦力时长木板
的倾角过 （填“小”或“大”）；图线③产生的原因是平衡摩擦力时长木板
的倾角过 （填“小”或“大”）。
【答案】 CADBE 2 小于 大 小
【详解】（1）[1]按照实验原理，题中五个步骤的先后顺序应该为CADBE；
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（2）[2]由
得
解得
（3）[3]实验中认为槽码的总重力等于绳的拉力F，则加速度
当
时，图线是直线，所以图线①的上部弯曲的原因是当小车受拉力
较大时，不满足槽
码的总质量远小于小车的质量的条件；
[4]图线②在
轴的截距大于0，产生原因是平衡摩擦力时长木板的倾角过大，拉力
（即不挂槽码）时小车就具有了加速度；
[5]图线③在
轴的截距大于0，产生原因是平衡摩擦力时长木板的倾角过小，只有当
拉力
增加到一定值时，小车才获得加速度。
22．（2023·湖南长沙·长郡中学校考模拟预测）某兴趣小组的同学利用身边的实验器材，
完成验证动量守恒定律实验．身边的实验器材有：刻度尺、天平、打点计时器（一
套）、装有厚厚一层松软细沙的小车（以下简称“小车”）、铁块、一端带有竖直挡
板的长木板、木块、纸带．实验步骤如下：
第1 步：把长木板带有竖直挡板的一端固定在水平桌面上，把木块垫在木板左端下方，
制成一个斜面，并将实验器材按如图所示方式安装好；把小车放到木板上，将穿过打
点计时器的纸带与小车连接．通过左右调整木块位置，直至给小车一个沿木板向下的
初速度，小车所连纸带上打出的点间隔均匀为止．
第2 步：把小车放到木板上靠近打点计时器的一端，给小车一个沿木板向下的初速度，
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经过一段时间后把铁块轻轻放到小车里的细沙上．
第3 步：取下纸带，测量纸带上点迹均匀的两部分连续5 个点的距离x1和x2，且
．
第4 步：重复第2 步和第3 步，记录x1和x2。
请回答下列问题．
（1）铁块轻轻放到小车里的细沙上发生在相邻的两个点 之间．（填
纸带上计数点字母符号）
（2）在坐标纸上，以x1和x2分别为纵、横轴，把记录的数据在坐标纸上描点连线，得
到一条斜率为k 的过原点的直线．只需满足铁块与小车（含细沙）的质量的比值为
，就能验证小车和铁块沿水平方向的动量守恒．
（3）若铁块从一定高度处做自由落体运动落到小车上的细沙里，小车匀速运动时的动
量 （选填“大于”“小于”或“等于”）铁块落到细沙里后铁块和
小车的总动量．
【答案】
小于
【详解】（1）[1]铁块轻轻放到小车里前小车做匀速运动，铁块轻轻放后也是匀速运动，
但速度会发生变化，对应纸带上的点，可以知道放上铁块的位置在
之间。
（2）[2]设小车（含细沙）和铁块的质量分别为
和
，长木板倾角为
，小车沿木
板做匀速运动时，有
把铁块放到小车内，稳定后对铁块和小车有
即在小车内放铁块前后沿木板方向的合外力都为0，则沿木板方向动量守恒，根据动
量守恒定律有
设纸带上打下连续5 点的时间为，有
可得
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由上述分析可知，小车和铁块组成的系统沿木板方向动量守恒，由
可知，斜率
即
（3）[3]铁块落到细沙上前有沿斜面向下的分速度，小车做匀速运动时的动量和铁块落
入小车前瞬间沿斜面向下的动量之和等于铁块落到细沙上后铁块和小车的总动量，所
以小车做匀速运动时的动量小于铁块落到细沙上后铁块和小车的总动量。
23．（2023·湖南·校联考模拟预测）某同学做如下居家实验：如图甲所示，在小桌旁立
一边长为
的正方形方格网板背景，使小球沿桌面水平飞出，用数码相机拍摄小球
做平抛运动的录像（每秒60 帧）。采用逐帧分析的办法，保存并打印各帧的画面。
（1）他大约可以得到 帧小球正在空中运动的照片；
（2）他从获得画面中选取四帧，重叠后得到如图乙所示，取
，那么，各帧
照片的时间间隔
s；小球做平抛运动的水平初速度大小是
。
【答案】 24 0.1 2.0
【详解】（1）[1]由图可知桌子高度为
，根据竖直方向的运
动规律有
解得
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数码相机每秒60 帧，所以该同学大约拍到
照片。
（2）[2] [3]由图可知，从相邻两点的时间间隔相等，设为T，竖直方向，根据
Δy=gT2=2L
解得
水平方向
解得
24．（2023·湖南·模拟预测）某同学利用如图所示的装置探究小车的加速度与所受合外
力的关系。
其实验操作步骤如下：
A．按照图甲安装好实验装置，挂上托盘和砝码；
B．调节长木板的倾角
，轻推小车，使小车沿长木板向下匀速运动；
C．取下细绳、托盘和砝码，测量并记录托盘和砝码的总质量m；
D．保持长木板的倾角不变，不挂托盘和砝码，将小车置于靠近打点计时器的位置，
由静止释放小车后启动打点计时器，打点结束关闭电源开关并取下纸带；
E．重新挂上细绳、托盘和砝码，改变托盘中砝码数量，重复B、C、D 步骤。注意：
多次改变砝码的数量，小车都是沿长木板向下运动。
根据以上描述完成下列问题：
（1）装置图中有一明显不当之处是 。
（2）请将实验步骤描述中有明显错误的地方改正为 。
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（3）实验获得如图乙所示的纸带，计数点a、b、c、d、e、f 间均有四个点未画出，电
源的频率为50Hz，则在打d 点时小车的速度大小vd= m/s（保留3 位有效数
字）；打这条纸带时小车的加速度大小a= m/s2（保留2 位有效数字）。
【答案】 打点计时器安放位置过低，不能有效利用木板长度 先启动打点计
时器，再由静止释放小车
【详解】（1）[1]打点计时器安放位置过低，不能有效利用木板长度；
（2）[2]先启动打点计时器，再由静止释放小车；
（3）[3] [4]相邻两个计数点之间的周期
，则
25．（2023·湖南长沙·雅礼中学校考二模）某兴趣小组用频闪摄影的方法验证机械能守
恒定律，实验中将一钢球从与课桌表面等高处的O 点自由释放，在频闪仪拍摄的照片
上记录了钢球在下落过程中各个时刻的位置，拍到整个下落过程的频闪照片如图所示。
（1）若已知频闪仪的闪光频率为f，重力加速度为g，再结合图中所给下落高度的符号，
为验证从O 点到A 点过程中钢球的机械能守恒成立，需验证的关系式为：
。
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（2）关于该实验，下列说法正确的是 。
A．实验开始时，先释放钢球再打开频闪仪
B．也可以用
计算出A 点的速度，并用来验证机械能守恒
C．若已知闪光频率f，该实验方案也可以测出当地重力加速度g 的数值
（3）结合实际的实验场景，请估算闪光频率f 应为 （g 取10
）。
A．1Hz B．5Hz C．20Hz D．100Hz
【答案】
C C
【详解】（1）[1]A 点的速度为
据需要验证的原理公式为
可得需要验证的关系式为
（2）[2] A．实验开始时，应先打开频闪仪再释放钢球，故A 错误；
B．用
计算出A 点的速度等效于已经确定钢球下落过程中机械能守恒了，再
去验证将无意义，在本实验中A 点的速度需用平均速度法求出，故B 错误；
C．若已知闪光频率f，运用逐差法通过该实验方案可以测出当地重力加速度g 的教值，
故C 正确。
故选C。
（3）[3]课桌表面到地面的高度约为0.8m，小球做自由落体运动，从图中可知经过8
次闪光到达地面，故有
解得
即
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故选C。
26．（2023·湖南·模拟预测）某实验小组设计了如图所示的实验装置来测量物体的质量，
质量
的物体Q 通过一根跨过定滑轮的轻质细线连接质量未知的物体P，在外力
作用下P、Q 处于静止状态，左边竖直放置两个光电门，两个光电门间距为
，
Q 上固定的挡光片宽度为
，且Q 在运动过程中，挡光片可以从两个光电门中
间穿过。某次实验中，将Q 从光电门1 下方某一位置由静止释放，挡光片通过光电门
1 的时间为
，通过光电门2 的时间为
，不计绳与滑轮间摩擦和定滑轮的
质量，
（结果均保留两位有效数字）。
（1）Q 物体的加速度大小a=
；
（2）P 物体的质量M= kg；
（3）通过该装置还可以验证系统机械能守恒定律，根据该实验装置，验证系统机械能
是否守恒的关系式为 （用题中所给物理量或者测量量的符号表示）
【答案】 5.0 3.0
【详解】（1）[1]挡光片通过光电门1、2 的速度分别为
，
根据速度位移关系有
由题给数据解得
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（2）[2]设运动过程中绳的拉力为T，则对P 分析有
对Q 分析有
解得
（3）[3]若系统满足机械能守恒，则有
结合上述解得
27．（2023 春·湖南常德·高三汉寿县第一中学校考阶段练习）某同学用如图所示的实
验装置验证机械能守恒定律。滑块和遮光条的总质量为M，槽码共有6 个，每个槽码
的质量均为m。
（1）先用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则
。
（2）实验开始前要调整气垫导轨水平，不挂槽码和细线，接通气源，轻推滑块使其从
轨道右端向左端运动，如果发现遮光条通过光电门2 的时间小于通过光电门1 的时间，
则可调节旋钮P 使轨道左端 （选填“升高”或“降低”）一些，直到再次
轻推滑块使其从轨道右端向左端运动，遮光条通过光电门2 的时间等于通过光电门1
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的时间。
（3）取走光电门1，细线上悬挂6 个槽码，让滑块从气垫导轨上A 点（图中未标出）
由静止释放，记录滑块通过光电门2 时，遮光条挡光时间，测出A 点到光电门2 的距
离为x，若式子 （用给出的物理量符号表示）成立，则机械能守恒定律得到
验证。
【答案】 3.60 升高
【详解】（1）[1]该游标卡尺游标尺为20 分度值，则其精度为0.05mm，主尺读数为
3mm，游标尺读数为
则可得遮光条的宽度为
。
（2）[2]遮光条通过光电门2 的时间小于通过光电门1 的时间，说明滑块做加速运动，
说明左端偏低，因此需要通过调节旋钮P 使轨道左端升高一些。
（3）[3]根据题意，如果机械能守恒，则有
成立，机械能守恒定律可得到验证。
28．（2023·湖南衡阳·衡阳县第三中学校考模拟预测）某学习小组利用如图甲所示装置
测量弹簧的弹性势能和物块与桌面间的动摩擦因数，实验步骤如下：
①将轻弹簧一端固定在水平桌面左边沿的墙面上，弹簧处于原长时，其右端在桌面右
边沿O 点左侧，记录O 点在水平地面上的垂直投影点Oʹ；
②用物块把弹簧压缩到P 点，释放物块，测出物块在水平地面上的落点与Oʹ 点的水平
距离x；
③换用接触面粗糙程度相同、质量不同的物块，重复步骤②的操作；
④得到一系列的物块质量m 与水平距离x，根据数据作出图像，如图乙所示。
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回答下列问题：
（1）为达到实验目的，除了测出物块的质量m 和在水平地面上的落点与Oʹ 点的距离x
外，还需要测量 （填字母序号）。
A．弹簧的原长L0
B．P 点到桌面右边沿的距离L
C．弹簧压缩前物块到桌面右边沿的距离L1
D．桌面边缘到水平地面的高度h
（2）若当地的重力加速度为g，测出图像的斜率为k、纵轴截距为b，则弹簧被压缩到
P 点时的弹性势能为Ep= ，物块与桌面间的动摩擦因数为μ= 。（用（1）
中所选物理量的符号表示结果）
【答案】 BD/DB
【详解】(1)[1]释放弹簧后弹簧对物块做功，弹簧的弹性势能转化为物块的动能，从释
放物块到物块到达桌面右边沿的过程，由能量守恒定律得
物块离开桌面后做平抛运动，水平方向有
竖直方向有
整理得
，
即
为达到实验目的，还需要测出弹簧压缩后物块到桌面右边沿的距离L、桌面边缘到水
平地面的高度h，故选B、D。
（2）[2][3]由
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得
图像的斜率
图像的纵轴截距
解得
29．（2023·湖南衡阳·衡阳县第三中学校考模拟预测）如图，某同学用平抛运动演示仪
验证碰撞中的动量守恒，实验的主要步骤如下：
（1）将斜槽末端处的切线调成 。
（2）将O 点处的小球b 移开，将小球a 从P 点由静止释放，记录下小球a 在水平面上
的落点位置。
（3）在O 点处放上小球b，再将小球a 从P 点由静止释放，记录下两球落在水平面上
的位置，在本次操作中，小球a 的质量应 （填“大于”“等于”或“小于”）
小球b 的质量。
（4）测出各落点位置与水平面上A 点（OA 与水平面垂直）间的距离分别为AB＝L1、
AC＝L2、AD＝L3。
（5）用天平测出小球a、b 的质量分别为m1、m2，若满足m1L2＝ ，则两小球碰
撞时遵循动量守恒；若满足
（用m1、m2表示），则两小球碰撞为弹性碰
撞。
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【答案】 水平 大于
【详解】（1）[1]小球做平抛运动的初速度方向应该是沿水平方向，所以应将斜槽末端
处的切线调成水平。
（3）[2]为防止小球a 反弹，小球a 的质量应大于小球b 的质量。
（5）[3]由平抛运动规律得
，
，
由动量守恒定律得
联立解得
若两小球的碰撞为弹性碰撞，由机械能守恒得
则
，
联立可得
30．（2023·湖南郴州·郴州一中校联考模拟预测）某同学要验证机械能守恒定律，设计
了如下实验。如图甲所示，把带孔的重金属球套在“L”形轻杆的直角弯头上，把球拉
到一定高度后，由静止释放，在重力作用下，重球和轻杆一起绕转轴O 自由下摆。
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（1）如图乙所示，在轻杆转动轴的正下方装有一个横挡杆，把重球拉高当球的重心到
达A 点时由静止释放，当“L”形轻杆运动到竖直位置时，被横挡杆挡住，重球便离开
“L”形轻杆沿水平方向抛出。用游标卡尺测量重球的直径如图丙所示，则重球的直径
mm。
（2）该同学测得的物理量有A 点距离地面的高度H，球的重心最低点B 距离地面的高
度h，重球落地点到B 点的水平距离x，重力加速度为g。设重球在B 点的速度为v，
由于重球不能看作质点，根据平抛运动规律，v 可以表示为 （用h、g、d、
x 表示）。若满足关系式
（用H、h、d 表示）即可验证机械能守恒。
【答案】 14.15
【详解】（1）[1]由题图丙可知，主尺刻度为14mm，游标尺第3 格与主尺刻线对齐，
且该游标卡尺为20 分度，精度为0.05mm，游标卡尺不估读，所以其读数为
14.15mm。
（2）[2]重球在落到水平地面后，重球的尺寸不能忽略，根据平抛运动的规律，竖直方
向有
水平方向有
联立解得
[3]若想验证机械能守恒，需满足关系式
将v 代入整理得
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