近四年全国卷Ⅲ力学实验题来源浅析

云南 张西武 刘 六

力学实验题是每年高考物理的必考题，其考试题目形式千变万化，所涉及知识面广、方法多，仪器的选取和使用技巧性强，却又不超过考纲要求的六个力学实验范围，试题一般通过设计新颖的实验情景，以问题为导向，要求考生将物理实验知识、方法和技能与新的情景相结合来完成实验，充分体现对物理观念、科学思维、实验探究和科学态度与责任的四大核心素养的考查。本文列举分析了近四年全国卷Ⅲ高考物理力学实验题，并阐述破解高考力学实验题的解题策略，以使考生能更高效地进行2020年高考的备考。

【例1】(2019年全国卷Ⅲ第22题)甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔0.1 s拍1幅照片。

(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是________。(填正确答案标号)

A.米尺 B.秒表 C.光电门 D.天平

(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法。

答：________________________________。

(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab=24.5 cm、ac=58.7 cm，则该地的重力加速度大小为g=________m/s2。(保留2位有效数字)

【例2】(2018年全国卷Ⅲ第22题)甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间。实验步骤如下：

(1)甲用两个手指轻轻捏住量程为L的木尺上端，让木尺自然下垂。乙把手放在尺的下端(位置恰好处于L刻度处，但未碰到尺)，准备用手指夹住下落的尺。

(2)甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子。若夹住尺子的位置刻度为L1，重力加速度大小为g，则乙的反应时间为________(用L、L1和g表示)。

(3)已知当地的重力加速度大小为g=9.80 m/s2，L=30.0 cm，L1=10.4 cm。乙的反应时间为________s(结果保留两位有效数字)。

(4)写出一条能提高测量结果准确程度的建议：_____

___________________________________________。

【例3】(2017年全国卷Ⅲ第22题)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图1中甲所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。

(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图乙所示，F的大小为________N。

乙

(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图甲中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2 N和F2=5.6 N。

(ⅰ)用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O为作用点，在图甲中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；

甲

(ⅱ)F合的大小为________N，F合与拉力F的夹角的正切值为________。若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。

【分析】本题是从物理(人教版)《必修一》课本第62页《探究求合力方法》的实验情景和第63页例题演化而来的，考查了“验证力的平行四边形定则”的实验，只是实验中的白纸换成了坐标纸，有利于作图求解，并且增加了读取弹簧测力计示数一项。(ⅰ)考查考生对仪器的使用能力；(ⅱ)考查求合力方法中一种很重要的方法：作图法求合力，属于物理方法中的等效替代法，从而验证了平行四边形定则的正确性。F与F合在误差允许的情况下可认为相等。

【策略点拨】夯实基础，勤于观察，构建物理模型，应用好数学工具，培养动手能力和解决问题的能力，增强科学素养，让学生在备考中回归教材，形成知识网络，注重基本概念和基本规律的应用。通过物理情景培养逻辑推理、信息加工、模型构造的能力，并在备考中着重研究教材中所给出实验的变化方式和种类，增强考生解决问题的能力。解决本题的关键在于理解并运用平行四边形定则，能从题目中提取两分力的数值，找出各力之间的三角函数关系，对于大多数学生来说作图和求合力基本没问题，但在读数时容易丢分，原因在于为了实验的精确性读数需要估读一位。

【例4】(2016年全国卷Ⅲ第23题)某物理课外小组利用图2中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中，置于试验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮，轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=5个，每个质量均为0.010 kg。实验步骤如下：

图2

(1)将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。

(2)将n(依次取n=1，2，3，4，5)个钩码挂在轻绳右端，其余N-n各钩码仍留在小车内，用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s-t图象，经数据处理后可得到相应的加速度a。

(3)对应于不同的n的a值见下表。n=2时的s-t图象如图3所示，由图3求出此时小车的加速度(保留两位有效数字)，将结果填入下表。

图3

n12345a/m·s-20.200.580.781.00

(4)利用表中的数据在图4中补齐数据点，并作出a-n图象。从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。

图4

(5)利用a-n图象求得小车(空载)的质量为________kg(保留两位有效数字，重力加速度取g=9.8 m·s-2)。

(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是________(填入正确选项的标号)

A.a-n图线不再是直线

B.a-n图线仍是直线，但该直线不过原点

C.a-n图线仍是直线，但该直线的斜率变大

【策略点拨】解决此类试题的思维程序：①把题中的文字转化为物理情景；②把物理情景转化成物理条件；③把物理条件转化为数学条件，本质上建立数学模型，将x-t图象转化成二次函数图象，a-n图象转换为一次函数图象，增加物理图象多样化的理解，不能仅只局限于运动图象。增加对物理图象斜率、“面积”、交点、截距等知识的理解，增强解决图象问题的能力。本题主要考查学生的图象解题能力，要求考生能从题目中提取有效信息并结合图3找出s-t的函数关系式，这是完成本题的关键一步。相比于其他年份，2016年的力学题略微偏难，丢分也较多，这主要在于考生对牛顿第二定律公式F=ma的理解不透彻，其中，需要注意F表示的是合力的大小。最后一个丢分点在作图时忽略经过原点，根据牛顿第二定律我们知道，当合外力不为零时，物体就会产生加速度，因此图线会经过原点。