专题过关创新练(20) 力学实验（Word练习）-【艺术生百日冲刺】2026高考物理艺术生基础生文化课成功方案

[基础保分练] 1．(2024·北京高考)如图甲所示，让两个小球在斜槽末端碰撞来验证动量守恒定律． (1)关于本实验，下列做法正确的是________(填选项前的字母). A．实验前，调节装置，使斜槽末端水平 B．选用两个半径不同的小球进行实验 C．用质量大的小球碰撞质量小的小球 (2)图甲中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，首先，将质量为m1的小球从斜槽上的S位置由静止释放，小球落到复写纸上，重复多次．然后，把质量为m2的被碰小球置于斜槽末端，再将质量为m1的小球从S位置由静止释放，两球相碰，重复多次．分别确定平均落点，记为M、N和P(P为m1单独滑落时的平均落点). a.图乙为实验的落点记录，简要说明如何确定平均落点____________； b．分别测出O点到平均落点的距离，记为OP、OM和ON.在误差允许范围内，若关系式 ____________成立，即可验证碰撞前后动量守恒． (3)受上述实验的启发，某同学设计了另一种验证动量守恒定律的实验方案．如图丙所示，用两根不可伸长的等长轻绳将两个半径相同、质量不等的匀质小球悬挂于等高的O点和O′点，两点间距等于小球的直径，将质量较小的小球1向左拉起至A点由静止释放，在最低点B与静止于C点的小球2发生正碰，碰后小球1向左反弹至最高点A′，小球2向右摆动至最高点D.测得小球1、2的质量分别为m和M，弦长AB＝l1、A′B＝l2、CD＝l3. 推导说明，m、M、l1、l2、l3满足关系即可验证碰撞前后动量守恒． 【解析】　(1)A.实验要保证小球到达斜槽末端时以相等的速度做平抛运动，要求小球从斜槽的同一位置由静止释放且斜槽轨道末端水平即可，故A正确；B.为了保证两球发生对心碰撞，两球的半径要相等，故B错误；C.为防止反弹，入射小球的质量必须大于被碰小球的质量，故C正确； (2)a.用圆规画圆，尽可能用最小的圆把各个落点圈住，这个圆的圆心位置代表平均落点； b．若碰撞过程动量守恒，设小球m1的初速度方向为正方向，根据动量守恒定律应满足m1v0＝m1v1＋m2v2，小球做平抛运动竖直位移相同，故运动时间相同，由x＝vt可知，平抛初速度与水平位移成正比，故应满足的表达式为m1·OP＝m1·OM＋m2·ON； (3)设轻绳长为L，小球从偏角θ处静止摆下，摆到最低点时的速度为v，小球经过圆弧对应的弦长为l，则由动能定理得：mgL(1－cos θ)＝mv2，由数学知识可知：sin ＝，联立解得：v＝l，若两小球碰撞过程中动量守恒，选水平向右为正方向，则有mv1＝－mv2＋Mv3，其中v1＝l1，v2＝l2，v3＝l3，整理可得：ml1＝－ml2＋Ml3. 【答案】　(1)AC　(2)a.用圆规画圆，尽可能用最小的圆把各个落点圈住，这个圆的圆心位置代表平均落点；b.m1·OP＝m1·OM＋m2·ON (3)ml1＝－ml2＋Ml3，推导过程见解答 2．(2022·湖南高考)小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等，设计了如图(a)所示的实验装置，测量冰墩墩玩具的质量．主要实验步骤如下： (1)查找资料，得知每枚硬币的质量为6.05 g； (2)将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋，测量每次稳定后橡皮筋的长度l，记录数据如下表： 序号 1 2 3 4 5 硬币数量n/枚 5 10 15 20 25 长度l/cm 10.51 12.02 13.54 15.05 16.56 (3)根据表中数据在图(b)上描点，绘制图线； (4)取出全部硬币，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，稳定后橡皮筋长度的示数如图(c)所示，此时橡皮筋的长度为________cm； (5)由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为________g(计算结果保留三位有效数字). 【解析】　(3)根据表格数据描点连线如图： (4)由题图(c)可知刻度尺的分度值为1 mm，故读数l＝15.35 cm. (5)设橡皮筋的劲度系数为k，原长为l0，则 n1mg＝k(l1－l0)，n2mg＝k(l2－l0) 则橡皮筋的劲度系数为k＝ 从作出的l－n图线读取数据可得 k＝＝mg(N/cm)， l0＝＝9.00 cm 设冰墩墩的质量为m1， 则有m1g＝k(l－l0) 可得m1＝×6.05×(15.35－9.00) g≈128 g. 【答案】　(3)见解析图　(4)15.35　(5)128 3．(2024·黑龙江、吉林、辽宁新高考)图(a)为一套半圆拱形七色彩虹积木示意图，不同颜色的积木直径不同．某同学通过实验探究这套积木小幅摆动时周期T与外径D之间的关系． (1)用刻度尺测量不同颜色积木的外径D，其中对蓝色积木的某次测量如图(b)所示，从图中读出D＝________cm. (2)将一块积木静置于硬质水平桌面上，设置积木左端平衡位置的参考点O，将积木的右端按下后释放，如图(c)所示．当积木左端某次与O点等高时记为第0次并开始计时，第20次时停止计时，这一过程中积木摆动了 ____个周期． (3)换用其他积木重复上述操作，测得多组数据．为了探究T与D之间的函数关系，可用它们的自然对数作为横、纵坐标绘制图像进行研究，数据如表所示： 颜色 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 ln D 2.9392 2.7881 2.5953 2.4849 2.197 ... 1.792 ln T －0.45 －0.53 －0.56 －0.65 －0.78 －0.92 －1.02 根据表中数据绘制出ln T－ln D图像如图(d)所示，则T与D的近似关系为 __________． A．T∝　　　　　　B．T∝D2 C．T∝ D．T∝ (4)请写出一条提高该实验精度的改进措施：________________________________________． 【解析】　(1)刻度尺的分度值为0.1 cm，需要估读到分度值下一位，读数为：D＝7.55 cm； (2)积木左端两次经过参考点O为一个周期，当积木左端某次与O点等高时记为第0次并开始计时，第20次时停止计时，这一过程中积木摆动了10个周期； (3)将图(d)所示图像延长如下图所示： 取(1.60，－1.10)与(3.00，－0.40)两组数据，分别代入关系式：ln T＝k·ln D＋b，解得：k＝0.5，b＝－1.90，可得：ln T＝0.5ln D－1.90，即两者是正比关系．变形为：ln T＝ln D－1.90，可得T与D的近似关系为：T∝，故A正确，BCD错误； (4)实验的误差主要来自于积木与接触面之间的滚动摩擦，为了减小实验误差，可采用更光滑的硬质接触面，比如接触面采用玻璃板． 【答案】　(1)7.55　(2)10　(3)A　(4)可采用更光滑的硬质接触面，比如接触面采用玻璃板 [考能提分练] 4．(2025·潍坊一模)某同学利用如图所示装置探究滑块与长木板间的动摩擦因数． 实验过程如下： ①长木板水平固定，将弹簧左端固定在挡板P上，弹簧右端与滑块不栓接，当弹簧处于原长时，与弹簧右端接触的滑块中心位于O点，O点右侧放一相同的木板，与左侧木板上表面平齐水平对接，如图甲所示； ②用滑块压缩弹簧到A点，用刻度尺测量出AO间的距离x；释放滑块，记录其在右侧木板上停止时的位置B，测出OB间的距离L1； ③如图乙所示，拆去O点右侧的木板，在O点下方挂上重锤，再次用滑块将弹簧压缩到A点无初速释放，记录其落到水平地面的位置C，测出O点到地面的竖直高度h，及落地点C到O点的水平距离L2； ④查得当地重力加速度为g. 请回答下列问题： (1)滑块从O点滑离时的初速度大小为______，滑块与长木板间的动摩擦因数μ＝________(用所测物理量符号表示). (2)若测得滑块质量为m，则释放滑块时弹簧的弹性势能Ep＝__________(用所测物理量的符号表示). 【解析】　(1)当滑块做平抛运动时，运动时间为：t＝，水平方向上可求出初速度为：v＝＝L2，在OB上运动时，根据运动学公式可得：v2－0＝2aL1 其中，根据牛顿第二定律可得：a＝μg，可求出：μ＝； (2)从A到O，根据能量守恒定律可得： Ep＝mv2＋μmgx 解得：Ep＝. 【答案】　(1)L2　 (2) 5．物理社团的同学利用实验室提供的传感器设计了如图甲所示的实验装置，用以探究加速度与力的关系，以及验证机械能守恒定律．他们将附有刻度尺的气垫导轨调整水平，在导轨左侧P2处固定一光电门，将轻绳一端固定在P1点，另一端与滑块相连，滑块上安装遮光条和加速度传感器，并且可以增加砝码以改变其质量，在轻绳上通过不计质量的动滑轮悬挂一个重物．打开气泵，将滑块从导轨右侧P3处由静止释放，记录加速度传感器的数值、遮光条通过光电门的时间以及P2和P3之间的距离．已知重物的质量为m，遮光条的宽度为d，重力加速度为g，滑块、遮光条、加速度传感器以及砝码的总质量用M表示，遮光条通过光电门的时间用t表示，加速度传感器的示数用a表示，P2和P3之间的距离用L表示． (1)若某次实验中遮光条挡光时间为t1，则此时滑块的速度为_______，重物的速度为_______； (2)该社团同学首先保持L不变改变M进行了若干次实验，根据实验数据画出了如图乙所示的一条过坐标原点的直线，其纵轴为加速度a，经测量其斜率恰为重力加速度g，则该图线的横轴为________(用所给的字母表示)； (3)接下来他们欲验证该过程中系统机械能守恒，使滑块总质量保持为M0不变，改变L进行若干次实验，根据实验数据画出的L－图线也是一条过原点的直线，若图线斜率为k，则需满足k＝____________(用所给的字母表示). 【解析】　(1)此时滑块的速度为v1＝ 重物的速度为v2＝＝ (2)由牛顿第二定律可得mg－2Ma＝ma 整理得a＝ g 图乙所示的一条过坐标原点的直线，其纵轴为加速度a，经测量其斜率恰为重力加速度g，则该图线的横轴为 (3)由机械能守恒定律可得mg＝M0＋m 整理可得L＝· 根据实验数据画出的L－图线也是一条过原点的直线，若图线斜率为k，则k＝. 【答案】　(1)　　(2) (3) 6．(2025·厦门质检)某同学设计实验“探究向心力大小与半径、角速度的关系”，装置如图甲所示，角速度ω可调节的水平圆盘，沿半径方向固定一光滑凹槽，小球Q通过轻绳与传感器在圆心O处连接，且可在凹槽内沿半径方向滑动，当小球与凹槽一起绕圆心O旋转时，传感器可测出转动的角速度和轻绳的拉力大小． (1)用游标卡尺测出小球的直径，示数如图乙所示，则小球的直径d＝________mm； (2)关闭转动盘的开关，转盘缓慢减速，测出这一过程的角速度ω和轻绳拉力F数据，作出F与ω2的关系图像如图丙所示，由图可判断当小球质量m和转动半径r一定时，ω减小，F ______(填“增大”“减小”或“不变”)，已知r＝0.40 m，根据相关数据可求得小球的质量m＝________kg(计算结果保留两位有效数字). (3)在“探究向心力大小F与转动半径r的关系”时，根据实验数据得出F与r的关系图像如图丁所示，图线没有过原点，图线没有过原点的原因可能是 ________． A．把轻绳长作为转动的半径 B．把轻绳长与小球直径之和作为转动的半径 C．凹槽不够光滑小球受到指向圆心的摩擦力 【解析】　(1)10分度游标卡尺的精确度为0.1 mm，小球直径d＝14 mm＋4×0.1 mm＝14.4 mm； (2)根据图丙可知，角速度ω减小，力F减小；根据向心力公式F＝mrω2，F－ω2函数图像的斜率k＝ kg·m＝0.01 kg·m，因此k＝mr，小球质量m＝＝ kg＝0.025 kg； (3)A.若把轻绳长作为转动的半径，则真实的转动半径r′＝r＋，根据向心力公式F＝mr′ω2＝mrω2＋mdω2，F－r图像的纵截距b＝mdω2＞0，符合图丁对应的图线，故A正确；B.轻绳长与小球直径之和作为转动的半径，则真实的转动半径r′＝r－ 根据向心力公式F＝mr′ω2＝mrω2－mdω2，F－r图像的纵截距b＝－mdω2＜0，不符合图丁对应的图线，故B错误；C.凹槽不够光滑小球受到指向圆心的摩擦力，根据向心力公式F＋f＝mrω2，变形得F＝mrω2－f，F－r图像的纵截距b＝－f＜0，不符合图丁对应的图线，故C错误．故选A. 【答案】　(1)14.4　(2)减小　0.025　(3)A [高考高分练] 7．(2024·浙江1月选考)如图1所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置． (1)该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此我们采用的研究方法是________； A．放大法 B．控制变量法 C．补偿法 (2)该实验过程中操作正确的是 ________； A．补偿阻力时小车未连接纸带 B．先接通打点计时器电源，后释放小车 C．调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行 (3)在小车质量 ________(填“远大于”或“远小于”)槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力．上述做法引起的误差为 ________(填“偶然误差”或“系统误差”).为减小此误差，下列可行的方案是________； A．用气垫导轨代替普通导轨，滑块代替小车 B．在小车上加装遮光条，用光电计时系统代替打点计时器 C．在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小 (4)经正确操作后获得一条如图2所示的纸带，建立以计数点0为坐标原点的x轴，各计数点的位置坐标分别为0、x1、…、x6.已知打点计时器的打点周期为T，则打计数点5时小车速度的表达式v＝______；小车加速度的表达式是 ______． A．a＝ B．a＝ C．a＝ 【解析】　(1)该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此我们可以控制其中一个物理量不变，研究另外两个物理量之间的关系，即采用了控制变量法．故选B. (2)A.补偿阻力时小车需要连接纸带，一方面是需要连同纸带所受的阻力一并平衡，另外一方面是通过纸带上的点间距判断小车是否在长木板上做匀速直线运动，故A错误；B.由于小车速度较快，且运动距离有限，打出的纸带长度也有限，为了能在长度有限的纸带上尽可能多地获取间距适当的数据点，实验时应先接通打点计时器电源，等打点计时器工作稳定后释放小车，故B正确；C.为使小车所受拉力与速度同向，应调节滑轮高度使细绳与长木板平行，故C错误．故选B. (3)设小车质量为M，槽码质量为m.对小车和槽码根据牛顿第二定律分别有F＝Ma mg－F＝ma，联立解得：F＝，由此可知在小车质量远大于槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力．上述做法引起的误差是由于实验方法或原理不完善造成的，属于系统误差．该误差是将细绳拉力用槽码重力近似替代所引入的，不是由于车与木板间存在阻力(实验中已经补偿了阻力)或是速度测量精度低造成的，为减小此误差，可在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小．故选C. (4)由题意可知相邻两计数点间的时间间隔为t＝5T，打计数点5时小车速度的表达式为：v＝＝，根据逐差法可得小车加速度的表达式为：a＝＝.故选A. 【答案】　(1)B　(2)B　远大于　(3)系统误差　C　(4)　A 8.(2024·湖北高考)某同学设计了一个测量重力加速度大小g的实验方案，所用器材有：2g砝码若干、托盘1个、轻质弹簧1根、米尺1把、光电门1个、数字计时器1台等． 具体步骤如下： ①将弹簧竖直悬挂在固定支架上，弹簧下面挂上装有遮光片的托盘，在托盘内放入一个砝码，如图(a)所示． ②用米尺测量平衡时弹簧的长度l，并安装光电门． ③将弹簧在弹性限度内拉伸一定长度后释放，使其在竖直方向振动． ④用数字计时器记录30次全振动所用时间t. ⑤逐次增加托盘内砝码的数量，重复②③④的操作． 该同学将振动系统理想化为弹簧振子．已知弹簧振子的振动周期T＝2π，其中k为弹簧的劲度系数，M为振子的质量． (1)由步骤④，可知振动周期T＝________． (2)设弹簧的原长为l0，则l与g、l0、T的关系式为l＝________． (3)由实验数据作出的l－T2图线如图(b)所示，可得g＝________ m/s2(保留三位有效数字，π2取9.87). (4)本实验的误差来源包括 ________(双选，填标号). A．空气阻力 B．弹簧质量不为零 C．光电门的位置稍微偏离托盘的平衡位置 【解析】　(1)由步骤④，振动周期T＝＝； (2)根据胡克定律有Mg＝k(l－l0)， 又T＝2π，联立解得l＝l0＋； (3)根据图(b)，斜率k＝＝ m/s2＝0.24 m/s2，解得g≈9.59 m/s2； (4)A.空气阻力的存在会影响弹簧振子的振动周期，是实验的误差来源之一，故A正确；B.弹簧质量不为零导致振子在平衡位置时弹簧的长度变化，不影响其他操作，根据(3)中处理方法可知对实验结果没有影响，故B错误；C.根据实验步骤可知光电门的位置稍微偏离托盘的平衡位置会影响振子周期的测量，是实验的误差来源之一，故C正确． 【答案】　(1)　(2)l0＋　(3)9.59　(4)AC 9．(2025·山东高考)某小组采用如图甲所示的装置验证牛顿第二定律，部分实验步骤如下： (1)将两光电门安装在长直轨道上，选择宽度为d的遮光片固定在小车上，调整轨道倾角，用跨过定滑轮的细线将小车与托盘及砝码相连．选用d＝________cm(填“5.00”或“1.00”)的遮光片，可以较准确地测量遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度． (2)将小车自轨道右端由静止释放，从数字毫秒计分别读取遮光片经过光电门1、光电门2时的速度v1＝0.40 m/s、v2＝0.81 m/s，以及从遮光片开始遮住光电门1到开始遮住光电门2的时间t＝1.00 s，计算小车的加速度a＝________ m/s2(结果保留两位有效数字). (3)将托盘及砝码的重力视为小车受到的合力F，改变砝码质量，重复上述步骤，根据数据拟合出a­F图像，如图乙所示．若要得到一条过原点的直线，实验中应________(填“增大”或“减小”)轨道的倾角． (4)图乙中直线斜率的单位为________(填“kg”或“kg-1”). 【解析】　(1)实验用遮光片通过光电门的平均速度代替瞬时速度，遮光片宽度越小，代替时的误差越小，故为较准确地测量遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度，选择宽度较小的d＝1.00 cm的遮光片． (2)根据加速度的定义式可得a＝＝0.41 m/s2. (3)根据题图乙可知当有一定大小的外力F时此时小车的加速度仍为零，可知平衡摩擦力不足，若要得到一条过原点的直线，需要平衡摩擦力，故实验中应增大轨道的倾角． (4)题图乙中直线斜率为k＝，根据F＝ma可知直线斜率的单位为kg-1. 【答案】　(1)1.00　(2)0.41　(3)增大　(4)kg-1 10．(2024·山东高考)在第四次“天宫课堂”中，航天员演示了动量守恒实验．受此启发，某同学使用如图甲所示的装置进行了碰撞实验，气垫导轨两端分别安装a、b两个位移传感器，a测量滑块A与它的距离xA，b测量滑块B与它的距离xB.部分实验步骤如下： ①测量两个滑块的质量，分别为200.0 g和400.0 g； ②接通气源，调整气垫导轨水平； ③拨动两滑块，使A、B均向右运动； ④导出传感器记录的数据，绘制xA、xB随时间变化的图像，分别如图乙、图丙所示． 回答以下问题： (1)从图像可知两滑块在t＝________s时发生碰撞； (2)滑块B碰撞前的速度大小v＝________ m/s(保留两位有效数字)； (3)通过分析，得出质量为200.0 g的滑块是 ________(填“A”或“B”). 【解析】　(1)由x－t图像的斜率表示速度可知，两滑块的速度在t＝1.0 s时发生突变，此时发生了碰撞； (2)由x－t图像斜率的绝对值等于速度大小可知，碰撞前瞬间B的速度大小为： v＝ m/s＝0.20 m/s； (3)由题图乙可知，碰撞前A的速度大小为：vA＝m/s＝0.50 m/s，碰撞后A的速度大小为： vA′＝m/s≈0.36 m/s，由题图丙可知，碰撞后B的速度大小为：v′＝m/s＝0.50 m/s，对A和B的碰撞过程，以向右为正方向，由动量守恒定律有：mAvA＋mBv＝mAvA′＋mBv′，代入数据解得：≈2，已知两个滑块的质量分别为200.0 g和400.0 g，所以质量为200.0 g的滑块是B. 【答案】　(1)1.0　(2)0.20　(3)B 学科网（北京）股份有限公司 $