2026届高三物理二轮复习专题集训15力学实验

专题集训(十五)　力学实验 1． 实验题： 1．如图甲是研究小组用智能手机某软件的“磁力计”功能测量小车在斜面上运动的加速度的示意图。将手机的感应端紧贴斜面放置，圆柱形磁粒分别固定在小车的前后端，两磁粒中心之间的距离为d。当小车前后端磁粒依次经过手机时，“磁力计”记录下前后磁粒经过手机的时间间隔Δt，如图乙。 (1)由图乙可知，前后端磁粒依次经过手机的时间间隔Δt＝________ s。 (2)某次实验时，第一次手机置于位置1，小车由静止释放，读取时间间隔为Δt1，第二次将手机沿小车运动方向移动距离L(L≫d)，置于位置2，再次由静止释放小车，读取时间间隔为Δt2，则加速度的表达式a＝________。(用题中所给物理量的字母表示) (3)对本次实验的理解，下列说法正确的是________。 A．第二次小车可以从不同位置由静止释放 B．若增加小车的长度不会影响初、末速度的测量值 C．若实验操作都准确无误，加速度的测量值仍偏大 2．小明同学用如图1所示的装置来完成探究“加速度与力、质量的关系”实验。 (1)用该装置进行实验，________(选填“需要”或“不需要”)平衡阻力。 (2)根据实验要求进行实验，实验得到如图2所示的一条纸带，已知电源的频率为50 Hz，每两个相邻计数点间还有四个计时点没有画出，则小车运动的加速度大小为________ m/s2(保留两位有效数字)。 (3)改变钩码的质量，根据得到的多条纸带得到小车运动的加速度大小a并记录对应的力传感器的示数F，则根据实验数据得到的a-F关系可能是________。 A　　　　 　　B　　　　　　　C 3．(2024·辽宁校联考一模)某同学利用图(a)所示的装置验证碰撞过程中的动量守恒定律。A、B两滑块均带有弹簧片和宽度相同的遮光片，测得滑块A、B(包含弹簧片和遮光片)的质量分别为m1和m2。将两滑块放在气垫导轨上，气垫导轨右侧两支点高度固定，左侧支点高度可调。 (1)实验前，该同学用游标卡尺测量遮光片的宽度d，结果如图(b)所示，则d＝________ mm。 (2)该同学在调节气垫导轨水平时，开启充气泵，将一个滑块轻放在导轨中部后，发现它向右加速运动。此时，应调节左支点使其高度________(选填“升高”或“降低”)。 (3)将气垫导轨调节水平后，给滑块A一向右的初速度，使它与滑块B发生正碰。碰前滑块A通过光电门1的遮光时间为t0，A、B碰后分别通过光电门1和光电门2，遮光时间分别为t1和t2，则该同学所要验证的动量守恒定律的表达式为________(用m1、m2、t0、t1和t2表示)。 4．如图(a)，两组同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有：长木板、铁块、米尺、打点计时器、位移传感器等。 (1)甲组同学把木板一端固定在建筑物上，构成斜面结构。采用打点计时器并正确操作实验后得到一条纸带如图(b)所示，选择一个恰当点作为计时起点O，其余计数点到O点距离分别为x1、x2、x3、…、x6。已知打点计时器的打点周期为T。则打计数点2时铁块速度的表达式为v＝________；铁块加速度的表达式为a＝________。 (2)乙组同学把木板一端固定在建筑物上，构成斜面结构。使用位移传感器得到物块位移随时间变化的图像如图(c)所示。 根据x-t图像可得该斜面上的铁块加速度大小为________ m/s2(保留两位有效数字)。 (3)假设某次实验中木板与水平面夹角为θ，铁块下滑的加速度大小为a，当地的重力加速度为g，则铁块与木板间的动摩擦因数μ＝________(用θ、a和g表示)。 5．在探究平抛运动规律实验中，利用一管口直径略大于小球直径的直管来确定平抛小球的落点及速度方向(只有当小球速度方向沿直管方向才能飞入管中)，重力加速度为g。 实验一：如图(a)所示，一倾角为θ的斜面AB，A点为斜面最低点，直管保持与斜面垂直，管口与斜面在同一平面内，平抛运动实验轨道抛出口位于A点正上方某处。为让小球能够落入直管，可以根据需要沿斜面移动直管。 (1)以下是实验中的一些做法，合理的是________。 A．斜槽轨道必须光滑 B．安装斜槽轨道，使其末端保持水平 C．调整轨道角度平衡阻力 D．选择密度更小的小球 (2)某次平抛运动中，直管移动至P点时小球恰好可以落入其中，测量出P点至A点距离为L，根据以上数据可以计算出小球此次平抛运动在空中的飞行时间t＝________，初速度v0＝________(用L、g、θ表示)。 实验二：如图(b)所示，一半径为R的四分之一圆弧面AB，圆心为O，OA竖直，直管保持沿圆弧面的半径方向，管口在圆弧面内，直管可以根据需要沿圆弧面移动。平抛运动实验轨道抛出口位于OA线上，可以上下移动，抛出口至O点的距离为h。 (3)上下移动轨道，多次重复实验，记录每次实验抛出口至O点的距离，不断调节直管位置以及小球平抛初速度，让小球能够落入直管。为提高小球能够落入直管的成功率及实验的可操作性，可以按如下步骤进行：首先确定能够落入直管的小球在圆弧面上的落点，当h确定时，理论上小球在圆弧面上的落点位置是________(选填“确定的”或“不确定的”)，再调节小球释放位置，让小球获得合适的平抛初速度运动至该位置即可落入直管。上述条件的平抛运动初速度满足＝________(用h、R、g表示)。 6.(2025·浙江1月选考)“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示。 (1)如图乙是某次实验中得到的纸带的一部分。每5个连续打出的点为一个计数点,电源频率为50 Hz,打下计数点3时小车速度为　　　　m/s(保留3位有效数字)。  (2)下列说法正确的是　　　　(多选)。  A.改变小车总质量,需要重新补偿阻力 B.将打点计时器接到输出电压为8 V的交流电源上 C.调节滑轮高度,使牵引小车的细线跟长木板保持平行 D.小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,后释放小车 (3)改用如图丙所示的气垫导轨进行实验。气垫导轨放在水平桌面上并调至水平,滑块在槽码的牵引下先后通过两个光电门,配套的数字计时器记录了遮光条通过光电门1、2的遮光时间分别为Δt1、Δt2,测得两个光电门间距为x,用游标卡尺测量遮光条宽度d,结果如图丁所示,其读数d=　　　　 mm,则滑块加速度a=　　　　(用题中所给物理量符号表示)。  7.(2025·山东卷)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(选填“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2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a-F图像,如图乙所示。若要得到一条过原点的直线,实验中应　　　　(选填“增大”或“减小”)轨道的倾角。  (4)图乙中直线斜率的单位为　　　　(选填“kg”或“kg-1”)。  8.(2025·四川卷)某学习小组利用生活中常见物品开展“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验。已知水的密度为1.0×103 kg/m3,当地重力加速度为9.8 m/s2。实验过程如下: (1)将两根细绳分别系在弹簧两端,将其平放在较光滑的水平桌面上,让其中一个系绳点与刻度尺零刻度线对齐,另一个系绳点对应的刻度如图甲所示,可得弹簧原长为　　　　cm。  (2)将弹簧一端细绳系到墙上挂钩,另一端细绳跨过固定在桌面边缘的光滑金属杆后,系一个空的小桶。使弹簧和桌面上方的细绳均与桌面平行,如图乙所示。 (3)用带有刻度的杯子量取50 mL水,缓慢加到小桶里,待弹簧稳定后,测量两系绳点之间的弹簧长度并记录数据,按此步骤操作6次。 (4)以小桶中水的体积V为横坐标,弹簧伸长量x为纵坐标,根据实验数据拟合成如图丙所示直线,其斜率为200 m-2。由此可得该弹簧的劲度系数为　　　　N/m(结果保留2位有效数字)。  (5)图丙中直线的截距为0.005 6 m,可得所用小桶质量为　　　　kg(结果保留2位有效数字)。  9 .[2024·海南卷]为验证两个互成角度的力的合成规律,某组同学用两个弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、木板、刻度尺、白纸、铅笔、细线和图钉等器材,按照如下实验步骤完成实验。 (Ⅰ)用图钉将白纸固定在水平木板上; (Ⅱ)如图(a)、(b)所示,橡皮条的一端固定在木板上的G点,另一端连接轻质小圆环,将两细线系在小圆环上,细线另一端系在弹簧测力计上,用两个弹簧测力计共同拉动小圆环到某位置,并标记圆环的圆心位置为O点,拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点,大小分别为F1=3.60 N、F2=2.90 N;改用一个弹簧测力计拉动小圆环,使其圆心到O点,在拉力F的方向上标记P3点,拉力的大小为F=5.60 N,请完成下列问题: ①在图(b)中按照给定的标度画出F1、F2和F的图示,然后按平行四边形定则画出F1、F2的合力F'。 ②比较F和F',写出可能产生误差的两点原因: 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  10. (2025·安徽卷)某实验小组通过实验探究加速度与力、质量的关系。 (1)利用图甲装置进行实验,要平衡小车受到的阻力。平衡阻力的方法是:调整轨道的倾斜度,使小车　　　　(选填正确答案标号)。  a.能在轨道上保持静止 b.受牵引时,能拖动纸带沿轨道做匀速运动 c.不受牵引时,能拖动纸带沿轨道做匀速运动 (2)利用图乙装置进行实验,箱体的水平底板上安装有力传感器和加速度传感器,将物体置于力传感器上,箱体沿竖直方向运动,利用传感器测得物体受到的支持力FN和物体的加速度a,并将数据实时传送到计算机。 ①图丙是根据某次实验采集的数据生成的FN和a随时间t变化的散点图,以竖直向上为正方向。t=4 s时,物体处于　　　　(选填“超重”或“失重”)状态;以FN为横轴、a为纵轴,根据实验数据拟合得到的a-FN图像为图丁中的图线a。  ②若将物体质量增大一倍,重新进行实验,其a-FN图像为图丁中的图线　　　　(选填“b”“c”或“d”)。  参考答案： 1．解析：(1)根据题图乙可知Δt＝2.6 s－1.9 s＝0.7 s。 (2)由于d较小，可用平均速度表示小车经过手机的瞬时速度，则小车经过位置1和位置2的速度分别为v1＝和v2＝，位置1和位置2之间相距L，则有＝2aL，解得加速度a＝。 (3)要想测量小车运动的加速度，小车经过位置1和位置2的运动应是同一段匀变速直线运动，因此第二次小车应从第一次小车释放位置处释放，A错；小车经过位置1和位置2的瞬时速度是用平均速度代替的，小车越长，经过的时间Δt越长，平均速度越不接近瞬时速度，因此小车应该越短越好，B错；小车的长度不可忽略，利用计算的是小车经过手机的平均速度或中间时刻速度，因此v1＝和v2＝之间的真实距离L′>L，结合(2)问分析可知加速度的测量值大于真实值，C对。 答案：(1)0.7　(2)　(3)C 2．解析：(1)因木板所受的阻力不便于测出，则需垫高木板用小车所受重力的分力平衡掉阻力，故实验需要平衡阻力。 (2)每两个相邻计数点间还有四个计时点没有画出，则计数点间的时间间隔为T＝5×0.02 s＝0.1 s，由匀变速直线运动的判别式Δx＝aT2，结合连续的六段位移由逐差法可得a＝＝ m/s2＝0.75 m/s2。 (3)因平衡了阻力，力传感器测出了绳的拉力F，对小车有2F＝Ma，可得a＝F，则a­F图像为过原点的倾斜直线，因测出了准确的合力则图像不会弯曲，故选A。 答案：(1)需要　(2)0.75　(3)A 3．解析：(1)由题图(b)可知，遮光片的宽度为d＝2 mm＋5×0.05 mm＝2.25 mm。 (2)开启充气泵，将一个滑块轻放在导轨中部后，发现它向右加速运动，说明左高右低，则应调节左支点使其高度降低。 (3)根据滑块经过光电门的瞬时速度近似等于平均速度可得，滑块A碰前通过光电门1时的速度大小为v0＝，方向水平向右，同理可得，滑块A碰后通过光电门1时的速度大小为v1＝，方向水平向左，滑块B碰后通过光电门2时的速度大小为v2＝，方向水平向右，若碰撞过程动量守恒，取向右为正方向，则有m1v0＝－m1v1＋m2v2，整理可得＝。 答案：(1)2.25　(2)降低　(3)＝ 4．解析：(1)相邻两计数点间的时间间隔为t＝5T，打计数点2时铁块速度的表达式为v＝＝，根据逐差法可得铁块加速度的表达式为a＝＝。 (2)铁块做匀加速直线运动，对应的x­t图像为曲线，由题图(c)可知，当t＝2.0 s时，位移为x＝0.80 m，则由x＝at2并代入数据得a＝0.40 m/s2。 (3)由牛顿第二定律可得mg sin θ－μmg cos θ＝ma，解得μ＝。 答案：(1)　(2)0.40　(3) 5．解析：(1)斜槽轨道不需要光滑也不需要平衡阻力，只要抛出时每次初速度相同即可，故A、C错误；为保证小球做的是平抛运动，抛出时初速度要水平，则安装斜槽轨道时其末端应保持水平，故B正确；为减小空气阻力的影响，应选择密度更大的小球，故D错误。 (2)由小球从抛出到运动至P点的过程，根据平抛运动规律有tan θ＝＝，L cos θ＝v0t，解得t＝，v0＝。 (3)h一定时，设落点与O点连线与水平方向夹角为α，则有tan α＝，落点处速度的反向延长线过O点，则tan α＝，联立解得h＝gt2，h一定，则用时一定，竖直方向下落高度一定，则落点位置是确定的；由以上分析可知，竖直方向下落高度为gt2＝h，用时t＝，根据几何关系有(h＋h)2＋(v0t)2＝R2，解得＝g。 答案：(1)B　(2)　(3)确定的　g 6.答案　(1)0.391(0.390~0.392均可)　(2)CD (3)10.00　 解析　(1)由题图可知,打下相邻两计数点的时间间隔为T=0.02×5 s=0.1 s,计数点2和4间的距离为x24=(16.71-8.89)×10-2 m=7.82×10-2 m,打下计数点3时小车的速度为v3== m/s=0.391 m/s。 (2)根据补偿阻力的原理可得mgsin θ=μmgcos θ,有sin θ=μcos θ,可知改变小车质量不需要重新补偿阻力,故A错误;电火花计时器使用220 V的交流电源,故B错误;为保证细线对小车的拉力是恒力,则细线应与长木板保持平行,故C正确;为了保证打出的纸带足够长,则小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,后释放小车,故D正确。 (3)由题图丁可知,遮光条的宽度为d=10 mm+0×0.05 mm=10.00 mm;滑块经过光电门1、2的瞬时速度分别为v1=,v2=,由-=2ax可得,滑块加速度a==。 7.答案　(1)1.00　(2)0.41　(3)增大　(4)kg-1 解析　(1)该实验用遮光时间内的平均速度表示遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度,由=知,遮光片的宽度d越窄,Δt越小,小车的瞬时速度测量越精准,所以选用d=1.00 cm的遮光片。 (2)根据题意可得,小车的加速度 a==0.41 m/s2。 (3)由题图乙可知,小车受到的拉力大于0.05 N后才有加速度,原因是未完全平衡阻力,故应增大轨道的倾角θ。 (4)对小车由牛顿第二定律有F+mgsin θ-μmgcos θ=ma 整理得a=+gsin θ-μgcos θ 题图乙中a-F图线斜率表示小车质量的倒数,则其单位为kg-1。8.答案　(1)13.14(13.13~13.15均正确)　(4)49 (5)0.028 解析　(1)该刻度尺的分度值为0.1 cm,应估读到分度值的后一位,故弹簧原长为13.14 cm。 (4)由胡克定律及平衡条件有mg+ρVg=kx 整理得x=V+ 则斜率=200 m-2,解得k=49 N/m。 (5)截距=0.005 6 m,代入数据可得所用小桶质量为m=0.028 kg。9.答案　①见解析图　②没有做到弹簧测力计、细线、橡皮条都与木板平行;读数时没有正视弹簧测力计 解析　①根据F1、F2与F的方向和大小作出力的图示,作出平行四边形,则对角线为F',如图所示。 ②由图可知F与F'不完全重合,该误差的原因可能是没有做到弹簧测力计、细线、橡皮条都与木板平行;读数时没有正视弹簧测力计。 10.答案　(1)c　(2)①失重　②d 解析　(1)平衡阻力的方法应是调整轨道的倾斜度,使小车在不受牵引时,能拖动纸带沿轨道做匀速运动,c正确。 (2)①由题图丙的a-t图像可知t=4 s时,物体的加速度取负值,又竖直向上为正方向,则t=4 s时物体的加速度竖直向下,则物体处于失重状态。②以竖直向上为正方向,对物体受力分析,由牛顿第二定律可得FN-mg=ma,变形得a=FN-g,则a-FN图像的斜率为,纵截距为-g,若将物体的质量增大一倍,重新进行实验,则a-FN图像的斜率变为原来的,纵截距不变,应为题图丁中的图线d。 5/5 学科网（北京）股份有限公司 $