专题12 力学实验-【好题汇编】2024年高考物理三模试题分类汇编（山东专用）

专题12 力学实验 1、（2024·山东省实验中学高考三模）物理实验小组用如图（a）所示的装置，探究加速度与力、质量的关系。现研究质量不变的情况下，加速度与力的关系。 （1）关于本实验，下列说法正确的是 。 A. 必须平衡摩擦力 B. 必须控制槽码质量不变 C. 必须控制小车质量不变 D. 必须保证槽码的质量远小于小车的质量 （2）某同学在实验中得到如图（b）所示的一条纸带（两计数点间还有四个计时点没有画出），已知打点频率为50Hz，根据纸带可求出小车的加速度大小为__________m/s2（结果保留三位有效数字）。 （3）按正确操作完成实验，以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a−F图像是一条过原点的直线，如图（c）所示，若直线斜率为k，则小车（包含定滑轮）的质量为________（用k表示）。 2、（2024·齐鲁名校大联考高考三模）某同学用如图所示的装置测量滑块与水平桌面间的动摩擦因数，质量为M（含遮光条）的滑块和质量为m的重物通过跨过定滑轮的细绳相连，滑块左上角固定的遮光条的宽度为d，桌面上滑块运动路径的前方固定有光电门，计算机记录的遮光条通过光电门的遮光时间用Δt表示，重力加速度为g。 （1）滑块开始释放时，遮光条的中心与光电门中心之间的距离用x表示，改变x进行多次实验，画出的图像为一条过原点的直线，其斜率为k，则滑块运动的加速度大小为__________。（用k、d表示） （2）滑块与桌面间的动摩擦因数__________。（用k、d、g、M、m表示） （3）下列哪些因素会造成测量误差__________。（填正确答案标号） A. 实验中没有补偿阻力 B. 不满足 C. 遮光条的宽度d太大 D. 滑轮和滑块之间的细绳与桌面不平行 3、（2024·淄博市高考三模）如图所示，在水平平台上静止放置一轻弹簧，弹簧左端与固定竖直挡板拴接，弹簧处于原长时标记右端对应平台台面上的O点，在O点右侧的A处固定一个光电门。已知水平平台摩擦很小可忽略不计，当地重力加速度为g。某同学利用该装置进行“验证动量守恒定律”实验，具体步骤如下： ①在小滑块a上固定一个宽度为d的挡光片； ②用天平分别测出小滑块a和b的质量、； ③使小滑块a向左压缩轻弹簧到某一位置，标记该位置后，由静止释放小滑块a，a瞬间被弹开后沿平台向右运动，经过光电门后与另一小滑块b发生正碰，碰后两滑块先后从平台边缘飞出，分别落在水平地面的B、C点； ④记录小滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t； ⑤用刻度尺测出O、之间的距离l、平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线分别与B、C点之间的水平距离、； ⑥改变弹簧压缩量，进行多次测量。 （1）若满足表达式______（用题目中给定的字母表示），则说明小滑块a、b正碰过程动量守恒； （2）该同学利用图像分析O、之间的距离l与小滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t之间的数值关系，利用描点法做出如图乙所示的图像是一条过原点的直线，该图像纵轴表示l，则横轴表示______（选填“t”、“”或“”）。若该图像的斜率为c，则由图乙可求得该轻弹簧的劲度系数______。（弹簧的弹性势能可表示为，其中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量） 4、（2024·滨州市高考三模）为了验证机械能守恒定律，小南设计了如图甲所示的实验装置。将细线一端固定于铁架台上O点，另一端连接一直径为d的小钢球，用刻度尺测得悬挂点O点到球心的距离为l，在O点正下方固定一光电门，将光电门高度调节到合适高度。实验时，将小钢球拉至O点等高位置，并使细线处于伸直状态，由静止释放小钢球，测得小钢球经过光电门的时间为。已知当地重力加速度为g。 （1）实验中，用螺旋测微计测量小钢球直径，测量结果如图乙所示，则小钢球的直径______。 （2）为验证机械能守恒，应满足的表达式为：__________（用题中所给的物理量表示）。 （3）若实验中测得动能的增加量大于重力势能的减少量，则可能的原因有：___________。 A．空气阻力的影响 B．小球经过光电门时，球心没有正对出光孔 C．悬挂点O到球心的距离l的测量值偏大 D．螺旋测微计使用前没有校零导致小钢球直径测量偏大 5、（2024·济宁市高考三模）在探究小球做匀速圆周运动所受向心力大小F与小球质量m、角速度和半径r之间关系实验中： （1）小明同学用如图甲所示装置进行实验，转动手柄，使变速塔轮、长槽和短槽随之匀速转动。小球做圆周运动的向心力由横臂的挡板提供，同时小球对挡板的弹力使弹簧测力筒下降，标尺上露出的红白相间的等分格数之比即为两个小球所受向心力的比值。已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨道半径之比为，在探究向心力的大小与圆周运动半径的关系时，应选择两个质量相同的小球，分别放在C挡板处与___________（选填“A”或“B”）挡板处，同时选择半径___________（选填“相同”或“不同”）的两个塔轮进行实验。 （2）小强同学用如图乙所示的装置进行实验。一滑块套在水平杆上，力传感器套于竖直杆上并通过一细绳连接滑块，用来测量细线拉力F的大小。滑块随水平杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动，滑块上固定一遮光片，其宽度为d，光电门可记录遮光片通过的时间。已知滑块做圆周运动的半径为r、水平杆光滑。根据以上表述，回答以下问题： ①某次转动过程中，遮光片经过光电门时的遮光时间为，则角速度___________（用题中所给物理量符号表示）； ②以F为纵坐标，以为横坐标，在坐标纸中描出数据点作出一条倾斜的直线，若图像的斜率为k，则滑块的质量为___________。（用k、r、d表示） 6、（2024·济南市高考三模）两小球对心碰撞后相对速度大小与碰撞前相对速度大小的比值被称为此情形下的“恢复系数”，用表示。某实验小组利用如图甲所示的“验证动量守恒定律”的实验装置来探究影响“恢复系数”的因素。实验所用的小球为三个相同大小的钢球、玻璃球、橡胶球，钢球质量大于另外两球质量。 （1）先用钢球和玻璃球来进行实验探究，具体步骤如下： （a）安装实验装置，调整斜槽末端水平，在适当位置铺放好白纸和复写纸，复写纸在上，记下重垂线所指的位置； （b）先不放被撞的玻璃球，让入射的钢球从斜槽上某位置处自由释放，重复10次，用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是小球落点的平均位置； （c）再把被撞玻璃球放在斜槽末端，让入射钢球仍从斜槽上同一位置自由释放，使它们发生对心正碰，重复实验10次，用步骤（b）的方法，标出碰后入射钢球落点的平均位置和被碰玻璃球落点的平均位置，如图乙所示，分别测量到、、的距离； （d）多次改变钢球释放点的位置，重复上述步骤，分别测量到落点、、的距离。实验数据记录和处理的表格如表1所示： 实验次数 1 2 3 4 5 6 0.2841 0.3044 0.3365 0.3723 0.4234 0.4859 0.3952 0.4223 0.4665 0.5181 0.5882 0.6741 0.719 0.721 0.719 0.720 0.721 表1 表1中第2次实验的恢复系数____（保留三位有效数字）； （2）把被撞小球更换为橡胶球，重复上述实验，实验数据记录和处理的表格如表2所示： 实验次数 1 2 3 4 5 6 0.3729 0.4184 0.4561 0.5287 0.6107 0.6588 0.4052 0.4553 0.4965 0.5742 0.6631 0.7165 0.920 0.919 0.919 0.921 0.921 0.920 表2 根据以上两组实验数据可得，恢复系数与碰前速度____（选填“有关”或者“无关”），与小球的材料___（选填“有关”或者“无关”）。 试卷第4页，共5页 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！3 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题12 力学实验 1、（2024·山东省实验中学高考三模）物理实验小组用如图（a）所示的装置，探究加速度与力、质量的关系。现研究质量不变的情况下，加速度与力的关系。 （1）关于本实验，下列说法正确的是 。 A. 必须平衡摩擦力 B. 必须控制槽码质量不变 C. 必须控制小车质量不变 D. 必须保证槽码的质量远小于小车的质量 （2）某同学在实验中得到如图（b）所示的一条纸带（两计数点间还有四个计时点没有画出），已知打点频率为50Hz，根据纸带可求出小车的加速度大小为__________m/s2（结果保留三位有效数字）。 （3）按正确操作完成实验，以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a−F图像是一条过原点的直线，如图（c）所示，若直线斜率为k，则小车（包含定滑轮）的质量为________（用k表示）。 【答案】（1）AC （2）2.00 （3） 【解析】 【小问1详解】 A．实验中必须平衡摩擦力，选项A正确； BC．研究质量不变的情况下，加速度与力的关系时，必须控制小车质量不变，选项B错误，C正确； D．因为有弹簧测力计测量小车受的拉力，则不需要保证槽码的质量远小于小车的质量，选项D错误。 故选AC。 【小问2详解】 小车的加速度大小为 【小问3详解】 由牛顿第二定律 即 由图像可知 解得 2、（2024·齐鲁名校大联考高考三模）某同学用如图所示的装置测量滑块与水平桌面间的动摩擦因数，质量为M（含遮光条）的滑块和质量为m的重物通过跨过定滑轮的细绳相连，滑块左上角固定的遮光条的宽度为d，桌面上滑块运动路径的前方固定有光电门，计算机记录的遮光条通过光电门的遮光时间用Δt表示，重力加速度为g。 （1）滑块开始释放时，遮光条的中心与光电门中心之间的距离用x表示，改变x进行多次实验，画出的图像为一条过原点的直线，其斜率为k，则滑块运动的加速度大小为__________。（用k、d表示） （2）滑块与桌面间的动摩擦因数__________。（用k、d、g、M、m表示） （3）下列哪些因素会造成测量误差__________。（填正确答案标号） A. 实验中没有补偿阻力 B. 不满足 C. 遮光条的宽度d太大 D. 滑轮和滑块之间的细绳与桌面不平行 【答案】（1） （2） （3）CD 【解析】 【小问1详解】 滑块从开始运动到遮光条通过光电门的过程，有 整理解得 则 解得滑块运动的加速度大小为 【小问2详解】 对滑块和重物组成的整体由牛顿第二定律解得 解得滑块与桌面之间的动摩擦因数为 【小问3详解】 A．若补偿阻力，将无法测量出滑块与长木板之间的摩擦因素，故A错误； B．该实验以滑块和重物组成的整体为研究对象，无需重物的重力代替细绳轨滑块的拉力，故不必满足，故B错误； C．实验用遮光条经过光电门的平均速度代替瞬时速度，遮光条的宽度太大，平均速度不是瞬时速度，会产生误差，故C正确； D．若滑轮与滑块之间的细绳与桌面不平行，滑块与桌面间的正压力不等于滑块的重力，会对动摩擦因素的测量造成系统误差，故D正确。 故选CD。 3、（2024·淄博市高考三模）如图所示，在水平平台上静止放置一轻弹簧，弹簧左端与固定竖直挡板拴接，弹簧处于原长时标记右端对应平台台面上的O点，在O点右侧的A处固定一个光电门。已知水平平台摩擦很小可忽略不计，当地重力加速度为g。某同学利用该装置进行“验证动量守恒定律”实验，具体步骤如下： ①在小滑块a上固定一个宽度为d的挡光片； ②用天平分别测出小滑块a和b的质量、； ③使小滑块a向左压缩轻弹簧到某一位置，标记该位置后，由静止释放小滑块a，a瞬间被弹开后沿平台向右运动，经过光电门后与另一小滑块b发生正碰，碰后两滑块先后从平台边缘飞出，分别落在水平地面的B、C点； ④记录小滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t； ⑤用刻度尺测出O、之间的距离l、平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线分别与B、C点之间的水平距离、； ⑥改变弹簧压缩量，进行多次测量。 （1）若满足表达式______（用题目中给定的字母表示），则说明小滑块a、b正碰过程动量守恒； （2）该同学利用图像分析O、之间的距离l与小滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t之间的数值关系，利用描点法做出如图乙所示的图像是一条过原点的直线，该图像纵轴表示l，则横轴表示______（选填“t”、“”或“”）。若该图像的斜率为c，则由图乙可求得该轻弹簧的劲度系数______。（弹簧的弹性势能可表示为，其中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量） 【答案】（1） （2） ①. ②. 【解析】 【小问1详解】 小物块a到达光电门的速度为 之后物块a与物块b发生碰撞，碰后两物块将做平抛运动，竖直方向有 水平方向有 整理有 所以平抛运动时，物块a的速度为 物块b的速度为 由于动量守恒有 整理有 【小问2详解】 [1]由题意可知，l为弹簧的形变量，结合题意可知，弹簧的弹性势能为 由能量守恒有 整理有 所以图像的横坐标为。 [2]由上述分析可知，图像的斜率为 整理有 4、（2024·滨州市高考三模）为了验证机械能守恒定律，小南设计了如图甲所示的实验装置。将细线一端固定于铁架台上O点，另一端连接一直径为d的小钢球，用刻度尺测得悬挂点O点到球心的距离为l，在O点正下方固定一光电门，将光电门高度调节到合适高度。实验时，将小钢球拉至O点等高位置，并使细线处于伸直状态，由静止释放小钢球，测得小钢球经过光电门的时间为。已知当地重力加速度为g。 （1）实验中，用螺旋测微计测量小钢球直径，测量结果如图乙所示，则小钢球的直径______。 （2）为验证机械能守恒，应满足的表达式为：__________（用题中所给的物理量表示）。 （3）若实验中测得动能的增加量大于重力势能的减少量，则可能的原因有：___________。 A．空气阻力的影响 B．小球经过光电门时，球心没有正对出光孔 C．悬挂点O到球心的距离l的测量值偏大 D．螺旋测微计使用前没有校零导致小钢球直径测量偏大 【答案】 ①. 11.700 ②. ③. BD 【解析】 （1）[1]固定刻度读数为11.5mm，可动部分读数为 则小球的直径为 （2）[2]小球到最低点的速度为 为验证机械能守恒，应满足的表达式为 既 （3）[3] A．如果有空气阻力的影响，动能的增加量小于重力势能的减少量，故A错误； B．由可知，如果测得动能的增加量大于重力势能的减少量，可能是球心没有正对出光孔，导致遮光时间变短，算得的速度偏大，故B正确； C．如果悬挂点O到球心的距离l的测量值偏大，动能的增加量小于重力势能的减少量，故C错误； D．螺旋测微计使用前没有校零，导致小钢球直径测量偏大，计算出的速度偏大，测得动能的增加量就大于重力势能的减少量，故D正确。 故选BD。 5、（2024·济宁市高考三模）在探究小球做匀速圆周运动所受向心力大小F与小球质量m、角速度和半径r之间关系实验中： （1）小明同学用如图甲所示装置进行实验，转动手柄，使变速塔轮、长槽和短槽随之匀速转动。小球做圆周运动的向心力由横臂的挡板提供，同时小球对挡板的弹力使弹簧测力筒下降，标尺上露出的红白相间的等分格数之比即为两个小球所受向心力的比值。已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨道半径之比为，在探究向心力的大小与圆周运动半径的关系时，应选择两个质量相同的小球，分别放在C挡板处与___________（选填“A”或“B”）挡板处，同时选择半径___________（选填“相同”或“不同”）的两个塔轮进行实验。 （2）小强同学用如图乙所示的装置进行实验。一滑块套在水平杆上，力传感器套于竖直杆上并通过一细绳连接滑块，用来测量细线拉力F的大小。滑块随水平杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动，滑块上固定一遮光片，其宽度为d，光电门可记录遮光片通过的时间。已知滑块做圆周运动的半径为r、水平杆光滑。根据以上表述，回答以下问题： ①某次转动过程中，遮光片经过光电门时的遮光时间为，则角速度___________（用题中所给物理量符号表示）； ②以F为纵坐标，以为横坐标，在坐标纸中描出数据点作出一条倾斜的直线，若图像的斜率为k，则滑块的质量为___________。（用k、r、d表示） 【答案】（1） ①. B ②. 相同 （2） ①. ②. 【解析】 【小问1详解】 [1][2]在探究向心力的大小与圆周运动半径的关系时，应保持小球的质量和转动的角速度相等，即选择半径相同的两个塔轮进行实验，让小球做圆周运动的半径不同，即分别放在C挡板处与B挡板处。 【小问2详解】 [1]遮光片经过光电门时，滑块的速度为 由公式可得，角速度为 [2]由向心力公式有 则有 解得 6、（2024·济南市高考三模）两小球对心碰撞后相对速度大小与碰撞前相对速度大小的比值被称为此情形下的“恢复系数”，用表示。某实验小组利用如图甲所示的“验证动量守恒定律”的实验装置来探究影响“恢复系数”的因素。实验所用的小球为三个相同大小的钢球、玻璃球、橡胶球，钢球质量大于另外两球质量。 （1）先用钢球和玻璃球来进行实验探究，具体步骤如下： （a）安装实验装置，调整斜槽末端水平，在适当位置铺放好白纸和复写纸，复写纸在上，记下重垂线所指的位置； （b）先不放被撞的玻璃球，让入射的钢球从斜槽上某位置处自由释放，重复10次，用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是小球落点的平均位置； （c）再把被撞玻璃球放在斜槽末端，让入射钢球仍从斜槽上同一位置自由释放，使它们发生对心正碰，重复实验10次，用步骤（b）的方法，标出碰后入射钢球落点的平均位置和被碰玻璃球落点的平均位置，如图乙所示，分别测量到、、的距离； （d）多次改变钢球释放点的位置，重复上述步骤，分别测量到落点、、的距离。实验数据记录和处理的表格如表1所示： 实验次数 1 2 3 4 5 6 0.2841 0.3044 0.3365 0.3723 0.4234 0.4859 0.3952 0.4223 0.4665 0.5181 0.5882 0.6741 0.719 0.721 0.719 0.720 0.721 表1 表1中第2次实验的恢复系数____（保留三位有效数字）； （2）把被撞小球更换为橡胶球，重复上述实验，实验数据记录和处理的表格如表2所示： 实验次数 1 2 3 4 5 6 0.3729 0.4184 0.4561 0.5287 0.6107 0.6588 0.4052 0.4553 0.4965 0.5742 0.6631 0.7165 0.920 0.919 0.919 0.921 0.921 0.920 表2 根据以上两组实验数据可得，恢复系数与碰前速度____（选填“有关”或者“无关”），与小球的材料___（选填“有关”或者“无关”）。 【答案】（1）0.721 （2） ①. 无关 ②. 有关 【解析】 【小问1详解】 根据平抛运动规律 可知小球落地时间相等，则有 ，， 所以恢复系数 【小问2详解】 [1][2]比较以上两组实验数据可得，当碰撞前速度增大时，求得的恢复系数近似不变，但是换用不同的材料，求得的恢复系数变化，因此恢复系数与碰前速度无关，与小球的材料有关。 试卷第4页，共5页 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！3 学科网（北京）股份有限公司 $$