第16讲 力学实验(强化练)-【优化探究】2026年高考物理二轮专题复习配套课件（广东专版）

2 3 4 5 6 7 8 1 [基础保分练] 1.(8分)(2025·广东湛江二模)某同学准备用自由落体测量当地的重力加速度。已知打点计时器所接电源频率为50 Hz。 (1)实验室中有如图甲所示的器材,在该实验中 需要使用到的器材有　　　　。   解析:重物从高处由静止开始下落,打点计时器在重物拖着的纸带上打出一系列的点,在该实验中需要使用到的器材有A、C。 AC 2 3 4 5 6 7 8 1 (2)实验中得到一条打点清晰的纸带,a、b、c是纸带上连续打出的三个点,用毫米刻度尺测量这三个点的距离如图乙所示,打b点时,纸带的速度大小为　　　　m/s(结果保留三位有效数字)。   解析:相邻两个计时点间的时间间隔T=0.02 s,打b点时,纸带的速度大小为vb==×10-2 m/s≈1.38 m/s。 1.38 2 3 4 5 6 7 8 1 (3)关于这个实验,下列说法正确的是　　　　。   A.实验过程中,应该先释放纸带,再接通电源 B.若某纸带上打出的前面几个点比较模糊,则必须弃用该纸带 C.利用这种方法也可以验证机械能守恒定律 D.若测得的重力加速度比当地真实值大,则其原因可能是交流电源的频率大于50 Hz 解析:实验过程中,应该先接通电源,待打点稳定后再释放纸带,故A错误;若某纸带上打出的前面几个点比较模糊,可舍去前面的这几个点,在后面取一段较为清晰的点同样可以验证,故B错误;利用这种方法可以得出某点的速度,用刻度尺测距离,所以利用这种方法也可以验证机械能守恒定律,故C正确;加速度a==Δx·f 2,因交流电源的实际频率大于50 Hz,而计算时代入的仍是50 Hz,所以会造成测得的重力加速度值比当地真实值偏小,故D错误。 C 2 3 4 5 6 7 8 1 2.(8分)(2025·广东佛山检测)某同学利用“向心力定量探究仪”探究向心力大小与质量、半径和角速度的关系,装置如图所示,小球放在光滑的带凹槽的旋转杆上,其一端通过细绳与电子测力计相连,当小球和旋转杆被电机带动一起旋转时,控制器的显示屏显示小球质量m、转动半径r、转动角速度ω以及细绳拉力F的大小。 2 3 4 5 6 7 8 1 (1)该同学采用控制变量法,分别改变小球质量、　 　　　以及转动角速度进行了三组实验,测得的实验数据如表甲、乙、丙所示。 甲 小球质 量/kg 转动半 径/m 转动角速 度/(rad/s) 向心 力/N 0.1 0.2 4π 3.15 0.2 0.2 4π 6.29 0.3 0.2 4π 9.45 0.4 0.2 4π 12.61 乙 小球质 量/kg 转动半 径/m 转动角速 度/(rad/s) 向心力/N 0.2 0.1 4π 3.16 0.2 0.2 4π 6.31 0.2 0.3 4π 9.46 0.2 0.4 4π 12.63 转动半径 2 3 4 5 6 7 8 1 丙 解析:探究向心力大小与质量、半径和角速度的关系,由甲、乙、丙表格可知该同学采用控制变量法,分别改变小球质量、转动半径以及转动角速度进行了三组实验。 小球质量/kg 转动半径/m 转动角速度/(rad/s) 向心力/N 0.2 0.2 2π 1.57 0.2 0.2 4π 6.29 0.2 0.2 6π 14.14 0.2 0.2 8π 25.16 2 3 4 5 6 7 8 1 (2)由甲表的数据可得:当_____________ ___________一定时,小球的向心力F大小 与　　　　　　　　成　　　比。   解析:在误差允许范围内,由甲表的数据可得:当小球的转动半径r和转动角速度ω一定时,小球的向心力F大小与小球质量m成正比。 转动半径r和转 动角速度ω 甲 小球质 量/kg 转动半 径/m 转动角速 度/(rad/s) 向心 力/N 0.1 0.2 4π 3.15 0.2 0.2 4π 6.29 0.3 0.2 4π 9.45 0.4 0.2 4π 12.61 小球质量m 正 2 3 4 5 6 7 8 1 (3)为了更直观地呈现向心力F与角速度ω之间的关系,应绘制的图像是　　　　。   A.F-ω图像　　　B.F-ω2图像 C.F- 图像 D.F2-ω图像 解析:在误差允许范围内,由丙表的数据可得:当小球质量m和转动半径r一定时,小球的向心力F与角速度的平方ω2成正比,则为了更直观地呈现向心力F与角速度ω之间的关系,应绘制的图像是F-ω2图像,从而得到一条拟合的直线,故选B。 B 2 3 4 5 6 7 8 1 3.(8分)某实验小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置如图甲所示。 (1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d,如图乙所示,则游标卡尺读数d=　　　　mm。  解析:遮光条的宽度d=9 mm+0.05 mm× 6=9.30 mm。 9.30 2 3 4 5 6 7 8 1 (2)调节旋钮P、Q使气垫导轨水平,在滑块上挂上细线与钩码,接通气源,将滑块从导轨右端由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门1、2的时间分别为t1、t2,由标尺读出光电门1、2中心间的距离L,用天平测出滑块和遮光条的总质量M及钩码的质量m,遮光条的宽度用d表示,重力加速度大小为g。用以上物理量写出验证机械能守恒定律的关系式　 。  解析:滑块和钩码组成的系统机械能守恒,即系统重力势能的减少量等于系统动能的增加量,对滑块在光电门1、2间的运动有 mgL=(M+m)-(M+m), 根据极短时间的平均速度等于瞬时速度可得,遮光条通过光电门1和2时,滑块和钩码组成的系统速度分别为v1=,v2=,整理得mgL=(M+m)[()2-()2]。 mgL=(M+m)[()2-()2] 2 3 4 5 6 7 8 1 (3)多次重复实验,发现系统重力势能的减少量ΔEp总是稍小于动能的增加量ΔEk,造成这一结果的可能原因是　　　　　　　　　　　　。  解析:系统动能的增加量ΔEk总是稍大于系统重力势能的减少量ΔEp,可能是由导轨右高左低不水平导致的。 导轨右高左低不水平 2 3 4 5 6 7 8 1 4.(8分)(2024·甘肃卷)用图1所示实验装置探究外力一定时加速度与质量的关系。 2 3 4 5 6 7 8 1 (1)以下操作正确的是　　　　。  A.使小车质量远小于槽码质量 B.调整垫块位置以补偿阻力 C.补偿阻力时移去打点计时器和纸带 D.释放小车后立即打开打点计时器 解析:为了使小车所受的合外力大小近似等于槽码的总重力,故应使小车质量远大于槽码质量,故A错误;为了保证小车所受细线拉力等于小车所受合力,则需要调整垫块位置以补偿阻力,也要保持细线和长木板平行,故B正确;补偿阻力时不能移去打点计时器和纸带,需要通过纸带上点迹是否均匀来判断小车是否做匀速运动,故C错误;根据操作要求,应先打开打点计时器再释放小车,故D错误。 B 2 3 4 5 6 7 8 1 (2)保持槽码质量不变,改变小车上砝码的质量,得到一系列打点纸带。其中一条纸带的计数点如图2所示,相邻两点之间的距离分别为s1、s2、…、s8,时间间隔均为T。下列加速度算式中,最优的是　　　　。 A.a=(++++++) B.a=(+++++) C.a=(++++) D.a=(+++) D 解析:整理选项中的四个加速度算式,A、B、C中的计算式通分相加后,只能利用其中部分数据,只有选项D中的算式将全部实验数据都用到了,故最优的是D选项。 2 3 4 5 6 7 8 1 (3)以小车和砝码的总质量M为横坐标,加速度的倒数为 纵坐标,甲、乙两组同学分别得到的-M图像如图3所示。 由图可知,在所受外力一定的条件下,a与M成　　　　(选 填“正比”或“反比”);甲组所用的　　　　(选填“小车”“砝 码”或“槽码”)质量比乙组的更大。  解析:根据图像可知与M在误差允许范围内成正比,故在所受外力一定的条件下,a与M成反比;设槽码的质量为m,则由牛顿第二定律有mg=(m+M)a,化简可得=·M+,故斜率越小,槽码的质量m越大,由题图3可知甲组所用的槽码质量比乙组的更大。 反比 槽码 2 3 4 5 6 7 8 1 5.(10分)(2025·广东肇庆二模)一兴趣小组在学习了平抛运动后,进行了“探究平抛运动的特点”实验,实验中,以小球离开轨道末端时的球心位置为坐标原点O,建立水平(x)与竖直(y)坐标轴。让质量为m的小球从斜槽上离水平桌面高为h处由静止释放,使其水平抛出,通过多次描点可绘出小球做平抛运动时球心的轨迹如图甲所示。 2 3 4 5 6 7 8 1 (1)以下实验操作合理且必要的是　　　　。   A.调整斜槽末端,必须使末端保持水平 B.小球每次都从斜槽上不同的位置由静止释放 C.以球心为坐标原点,借助重垂线确定竖直方向并建立直角坐标系 D.用砂纸打磨斜槽轨道,尽量使斜槽轨道光滑一些 解析:该实验中要求斜槽末端的切线保持水平以保证小球做平抛运动,A正确;小球每次必须从斜槽上相同的位置由静止释放,以保证小球水平抛出时的速度相同,B错误;以球心为坐标原点,借助重垂线确定竖直方向并建立直角坐标系,C正确;只要小球每次从斜槽上相同的位置由静止释放,以相同的水平速度抛出即可,小球与斜槽间的摩擦对实验没影响,D错误。 AC 2 3 4 5 6 7 8 1 (2)已知小球平抛运动的初速度为v0,重力加速度为g,则小球做平抛运动的轨迹方程为y=　　　　　。   解析:根据平抛运动的规律有x=v0t,y=gt2,联立两式,将时间t消去有y=x2。 x2 2 3 4 5 6 7 8 1 (3)某同学在实验过程中,记录了小球平抛运动轨迹的一部 分,如图乙所示。g取10 m/s2,由图中所给的数据可判断出 图中坐标原点O　　　　(选填“是”或“不是”)抛出点;小球 从A点运动到B点的时间为　　　　s;若小球的质量为100 g, 则小球经过图乙中的位置A时重力的瞬时功率为　　　　W。   解析:由平抛运动的水平位移可知,OA段和AB段的时间相等,若O为抛出点,则OA段和AB段的竖直位移之比为1∶3,而实际竖直位移之比是1∶2,可知O点不是抛出点。在竖直方向上有Δy=gT2,解得T== s=0.1 s,即小球从A点运动到B点的时间为0.1 s。小球过A点时,在竖直方向上的速度为vAy== m/s=1.5 m/s,则小球经过题图乙中的位置A时重力的瞬时功率为P=mgvAy=0.1×10×1.5 W=1.5 W。 不是 0.1 1.5 2 3 4 5 6 7 8 1 6.(6分)(2024·广西卷)单摆可作为研究简谐运动的理想模型。 (1)制作单摆时,在图甲、图乙两种单摆的悬挂方式中,选择图甲方式的目的是要保持摆动中　　　　不变。  解析:选择图甲方式的目的是要保持摆动中摆长不变。 摆长 2 3 4 5 6 7 8 1 (2)用游标卡尺测量摆球直径,测得读数如图丙,则摆球直径为　 cm。  解析:摆球直径为 d=10 mm+6×0.1 mm=10.6 mm=1.06 cm。 1.06 2 3 4 5 6 7 8 1 (3)若将一个周期为T的单摆,从平衡位置拉开5°的角度释放,忽略空气阻力,摆球的振动可看为简谐运动。当地重力加速度为g,以释放时刻作为计时起点,则摆球偏离平衡位置的位移x与时间t的关系为　　　　　　　　　　。  解析:根据单摆的周期公式T=2π可得单摆的摆长为l=,从平衡位置拉开5°的角度处释放,可得振幅为 A=lsin 5°,以该位置为计时起点,根据简谐运动规律可得摆球偏离平衡位置的位移x与时间t的关系为x=Acos ωt=cos(t)。 x=cos(t) 2 3 4 5 6 7 8 1 [提能争分练] 7.(8分)一研究性学习小组利用图甲装置测定滑块加速运动时与平直长木板间的动摩擦因数。 2 3 4 5 6 7 8 1 (1)实验过程如下: ①将长木板固定在水平桌面上,其右端安装定滑轮,左端固定位移传感器;总质量为M的滑块(含拉力传感器)在长木板上紧靠位移传感器放置,拉力传感器通过细绳跨过定滑轮与质量为m的重物连接,调节　　　　　　 　使 细绳与长木板平行;  解析:为了减小误差,需调节长木板右端定滑轮使细绳与长木板平行; 长木板右端定滑轮 2 3 4 5 6 7 8 1 ②由静止释放滑块,记录拉力传感器和位移传感器的 数据,用计算机拟合得到滑块位移随时间变化的s-t图 像如图乙所示,该图线的函数表达式是s=1.19t2(m),则 可得滑块加速度a=　　　　m/s2(计算结果保留两位小数);  ③若滑块的加速度为a时,拉力传感器示数为F,则滑块与长木板间的动摩擦因数μ=　　　　(用题中物理量字母符号表示)。  解析: ②根据s=at2可得a=2.38 m/s2;③根据牛顿第二定律可得F-μMg=Ma,可得μ=。 2.38 2 3 4 5 6 7 8 1 (2)本实验中　　　　(选填“需要”或“不需要”)满足滑块质量远大于重物质量。  解析:由于拉力可以通过拉力传感器得知,所以不需要满足滑块质量远大于重物质量。 不需要 2 3 4 5 6 7 8 1 8.(10分)小明发现,在夜景照片中,车灯常常会划出一道道美丽的弧线,受此启发,他决定利用发光小球自由下落时在照片上留下的光弧来测量当地重力加速度。设计实验步骤如下: ①在黑暗的房间里,按如图甲所示将相机正对 竖直的刻度尺放置,调节相机快门为100(即曝 光时间Δt为 s); ②将发光小球从刻度尺零刻度处由静止释放,待小球下落至与相机近似等高位置时按下相机快门,得到如图乙所示的照片,读出亮线上边沿到释放点的距离H,亮线的长度d(曝光时间Δt内小球的位移); 2 3 4 5 6 7 8 1 ③用Δt内的平均速度近似等于小球下落高度H+时的瞬时速度,进而计算出重力加速度g; ④重复步骤②③,读出数据如下表所示,计算g的平均值,测得当地重力加速度。   第一张图 第二张图 第三张图 d/cm 2.50 2.80 3.20 H/cm 31.3 39.50 51.70 2 3 4 5 6 7 8 1 (1)根据下表数据,小球在第三张图中曝光时间Δt内的平均速度大小v= 　　　　m/s(结果保留两位有效数字)。  解析:小球在第三张图中曝光时间Δt内的平均速度大小 v== m/s=3.2 m/s。 3.2   第一张图 第二张图 第三张图 d/cm 2.50 2.80 3.20 H/cm 31.3 39.50 51.70 2 3 4 5 6 7 8 1 (2)根据步骤③计算出当地重力加速度的表达式为g=　 　　　(用Δt、H、d表示)。  解析:由自由落体运动规律得v2=2g(H+),又v=,联立解得g=。 2 3 4 5 6 7 8 1 (3)本实验测得的重力加速度　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。  解析:忽略空气阻力的情况下,设小球下落H高度的速度为v1,下落H+高度的速度为v2,下落H+d高度的速度为v3,由自由落体运动规律得=2gH,= 2g(H+),=2g(H+d),解得v2=,而小球在曝光时间内的平均速度v==,则v<v2,所以由本实验原理v2=2g(H+)可得,本实验测得的重力加速度小于真实值;若考虑空气阻力,则由牛顿第二定律可得mg-f=ma,所测得的加速度a小于重力加速度的真实值。 小于 2 3 4 5 6 7 8 1 (4)为减小实验误差,可以采取下列哪些措施　　　。  A.选用密度大,体积小的发光小球 B.选用密度小,体积大的发光小球 C.将相机快门调整为125 D.将相机快门调整为60 解析:选用密度大、体积小的发光小球,空气阻力的影响相对小很多,有利于减小误差,故A正确,B错误;将快门调大,即减小Δt,则v1和v3的差值减小,v和v2的差值也减小,有利于减小误差,故C正确,D错误。 AC $