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高中物理实验题库及解析

力学实验篇

力学是物理学的基础，力学实验在高中物理实验中占据了相当大的比重。这部分实验主要围绕质点运动、牛顿运动定律、机械能守恒、动量守恒等核心知识点展开，涉及打点计时器、游标卡尺、螺旋测微器、天平等基本测量仪器的使用。

实验一：研究匀变速直线运动

实验要点回顾：

本实验利用打点计时器在纸带上打出的点迹来研究物体的运动情况。核心原理是匀变速直线运动中，某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，以及连续相等时间间隔内的位移差为一恒量（Δx=aT2）。

典型例题解析：

例题1：在“研究匀变速直线运动”的实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为f，得到一条纸带如图所示。从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，分别标明0、1、2、3、4。量得x?=1.50cm，x?=3.00cm，x?=4.50cm，x?=6.00cm。则打点计时器打计数点2时，物体的瞬时速度v?=______m/s，物体的加速度a=______m/s2。

解析：

首先，明确打点计时器的打点周期T?=1/f。题目中每5个点取一个计数点，故相邻计数点间的时间间隔T=5T?=5/f。若f为50Hz（常用频率），则T=0.1s，但此处题目未直接给出f数值，我们先以字母f进行推导，最后可代入具体数值。

计数点2的瞬时速度v?等于计数点1到3之间的平均速度，即：

v?=(x?+x?)/(2T)=(0.0300m+0.0450m)/(2*5/f)=(0.0750m)*f/10=0.0075fm/s。

若f=50Hz，则v?=0.0075*50=0.375m/s。

加速度a可利用逐差法计算，对于匀变速直线运动，有x?-x?=2aT2，x?-x?=2aT2。为了充分利用数据，通常取平均值：

a=[(x?+x?)-(x?+x?)]/(4T2)

代入数据：

(x?+x?)=0.0450m+0.0600m=0.1050m

(x?+x?)=0.0150m+0.0300m=0.0450m

差值为0.1050m-0.0450m=0.0600m

分母4T2=4*(5/f)2=100/f2

故a=0.0600m*f2/100=0.0006f2m/s2。

若f=50Hz，则a=0.0006*(50)2=0.0006*2500=1.50m/s2。

点评：本题考查了匀变速直线运动中瞬时速度的计算（中间时刻速度等于平均速度）和加速度的计算（逐差法），这是本实验的核心内容。理解并熟练运用这两个公式是解题的关键，同时要注意单位换算和有效数字的保留。

实验二：探究加速度与力、质量的关系

实验要点回顾：

本实验采用控制变量法。探究加速度a与合外力F的关系时，保持小车质量M不变；探究加速度a与质量M的关系时，保持合外力F不变（通常通过砂和砂桶的重力近似提供）。实验中需要平衡摩擦力，且要求砂和砂桶的质量远小于小车的质量，以保证绳的拉力近似等于砂和砂桶的总重力。

典型例题解析：

例题2：在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，某同学得到了如图所示的一条纸带（部分），纸带上A、B、C、D、E为计数点，相邻计数点间的时间间隔为T。测得AB=x?，BC=x?，CD=x?，DE=x?。

（1）为了计算小车的加速度，可采用的公式是（）

A.a=(x?-x?)/(3T2)

B.a=(x?+x?-x?-x?)/(4T2)

C.a=(x?-x?+x?-x?+x?-x?)/(3T2)=(x?-x?)/(3T2)

D.a=(x?-x?)/(2T2)+(x?-x?)/(2T2)再求平均

（2）若该同学在实验中，没有平衡摩擦力，且摩擦力不可忽略，则他画出的a-F图像可能是下列图像中的（）

解析：

（1）选项A和C的表达式形式上都是(x?-x?)/(3T2)，这是利用了x?-x?=3aT2（因为A到D有3个时间间隔）。选项B是更精确的逐差法，利用了(x?+x?)-(x?+x?)=4aT2，能更有效地减小偶然误差。选项D的做法虽然也利用了逐差思想，但最终结果与A相同。在实际数据处理中，逐差法（选项B）更为推荐，因为它利用了更多的数据点。因此，本题最佳答案为B。

（2）若未平衡摩擦力或平衡不足，则当拉力F较小时，小车的加速度a仍为零。只有当F增大到一定值（足以克服最大静摩擦力和滑动摩擦力）后，小车才开始有加速度。因此，a-F图像会在F轴上有一段截距，即当Ff（摩擦力）时，a才随F线性增加。故正确图像应