北京市2026届高三物理一模备考限时训练（八）-力学实验（二）

北京市2026届高三物理一模备考限时训练（八） 力学实验（二） （训练时长 45分钟） 一、探究影响圆周运动向心力大小的因素 1.用如图所示的实验装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对球的压力提供了向心力，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值。实验用球分为钢球和铝球，请回答相关问题： （1）在探究向心力与半径、质量、角速度的关系时，用到的实验方法是　　　　　　。 A．理想实验   B．等效替代法 C．微元法 D．控制变量法 （2）在某次实验中，某同学把两个质量相等的钢球放在A、C位置，A、C到塔轮中心距离相同，将皮带处于左右塔轮的半径不等的层上。转动手柄，观察左右露出的刻度，此时可研究向心力的大小与　　　　　　的关系。 A．质量m　　 B．角速度ω　　 C．半径r （3）在（2）的实验中，某同学匀速转动手柄时，左边标尺露出1格，右边标尺露出4格，则皮带连接的左、右塔轮半径之比为　　　　　　； （4）在（2）的实验中, 其他条件不变，若增大手柄转动的速度，则下列符合实验实际的是　　　　　　 A. 左右两标尺的示数将变大，两标尺示数的比值变小 B. 左右两标尺的示数将变大，两标尺示数的比值不变 C. 左右两标尺的示数将变小，两标尺示数的比值变小 D. 左右两标尺的示数将变大，两标尺示数的比值变大 二、验证机械能守恒定律 2某同学用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验所用的电源为学生电源，有频率为的“交流输出”和“直流输出”两种输出，输出的电压均恒为。重锤从高处由静止开始下落，重锤拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点迹。对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。 图1 图2 （1） 下列说法正确的是。 A. 必须将打点计时器接到电源的“交流输出”上 B. 必须用天平测量重锤的质量 C. 必须用秒表测量重锤下落的时间 D. 必须测量纸带上某些点间的距离 （2） 他进行正确操作后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析，如图2所示。其中点为起始点，、、、、、为六个连续的点迹。设点速度为，对应的高度为，根据图2中所示的数据，计算出_  _  ，_  _  ，如果在误差范围内存在关系式为，即可验证机械能守恒定律。（取，结果均保留3位有效数字） （3） 根据纸带算出各点的速度，测量打各点迹时重锤下落距离，并以为纵轴、以为横轴画出图像，应是图中的_  _  _  _  。 A. B. C. D. 3.利用如图1所示的“验证机械能守恒定律”的实验中。 （1）除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是（　　） A. 交流电源 B. 刻度尺 C. 天平（含砝码） D. 秒表 （2）实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图2所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点，测得它们到起始点的距离分别为、、，已知当地重力加速度为，打点计时器打点的周期为。设重物的质量为，从打点计时器打点到打点的过程中，只要表达式　　　　　在误差允许的范围内成立，就可以验证机械能守恒。（用本小问中所给字母书写表达式） （3）某同学设计出如图3所示的实验装置来验证机械能守恒定律。通过电磁铁控制的小球从点自由下落，下落过程中通过光电计时器（图中未画出）记录小球通过光电门的时间，测出之间的距离。已知当地重力加速度为。 a．该同学先用螺旋测微器测出小球的直径如图4所示，则其直径　　　　　mm。 b．保持电磁铁的位置不变，上下调节光电门，改变释放点到光电门的距离，多次实验记录多组数据，作出随变化的图像如图5所示，若该图线的斜率近似等于　　　　　，就可以验证小球下落过程中机械能守恒。 c．考虑到实际存在空气阻力，设小球在下落过程中平均阻力大小为，则实验过程中所受的平均阻力与小球重力的比值　　　　　（用、表示）。 三、验证动量守恒定律 4.如图1所示，用半径相同的两个小球的碰撞验证“动量守恒定律”。实验时先让A球从斜槽上某一固定位置C由静止释放，A球从轨道末端水平抛出，落到位于水平地面的复写纸上，在下面的白纸上留下痕迹，重复上述操作10次，得到10个落点痕迹的平均落点P，再把B球放在水平轨道末端，将A球仍从位置C由静止释放，A球和B球碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作10次，M、N为碰后两个落点的平均位置，O点是水平轨道末端在记录纸上的竖直投影点，如图2所示。 （1）下列说法中正确的有___________（选填选项前的字母）。 A. 安装的轨道必须光滑，末端必须水平 B. 实验前应该测出斜槽末端距地面的高度 C. 实验中A球的质量大于B球的质量 D. 除图中器材外，本实验还必须使用的器材是天平、刻度尺和秒表 （2）实验中，测出A、B两球的质量为m1、m2，测出三个落点的平均位置与O点距离OM、OP、ON的长度分别为x1、x2、x3。在实验误差允许范围内，若满足关系式　　　　　　　　　　　（用所测物理量的字母表示），可以认为两球碰撞前后的总动量守恒。 （3）某实验小组设计用上述装置来研究碰撞前后动能的变化，方案如下：如图3所示，让从斜槽轨道滚下的小球打在正对的竖直墙上，把白纸和复写纸附在墙上，记录小球的落点。选择半径相等的钢球A和塑料球B进行实验，测量出A、B两球的质量m1、m2，其他操作重复验证动量守恒时的步骤。如果、、为竖直记录纸上三个落点的平均位置，小球静止于水平轨道末端时球心在竖直记录纸上的水平投影点为，用刻度尺测量、、到的距离分别为y1、y2、y3。在实验误差允许范围内，若满足关系式　　　　　　　　　　　（用所测物理量的字母表示），则可认为碰撞前后两球的总动能相等。 5. 某同学用如图1所示的装置来完成“验证动量守恒定律”实验。用天平测量小球1和2的质量分别为、，且。在木板上铺一张白纸，白纸上面铺放复写纸，记下重垂线所指的位置。先不放球2，使球1从斜槽上某一点由静止滚下，多次实验，找到其落点的平均位置。再把球2静置于斜槽轨道末端，让球1仍从处由静止释放，与球2相碰后两球均落在水平木板上，多次重复该过程，找到两球落点的平均位置和。 图1 （1） 本实验应满足的条件是。 A. 轨道光滑 B. 调节斜槽末端水平 C. 小球1的半径等于小球2的半径 D. 需要的测量仪器有刻度尺和秒表 （2） 用刻度尺测量出水平距离、、，在误差允许的范围内，若满足_  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  关系，可说明两个小球的碰撞过程动量守恒。 （3） 本实验通过测量小球做平抛运动的水平位移来代替小球碰撞前后的速度，依据是_  _  _  _  _  _  。 （4） 某同学拍摄了台球碰撞的频闪照片如图2所示，在水平桌面上，台球1向右运动，与静止的台球2发生碰撞。已知两个台球的质量相等，他测量了台球碰撞前后相邻两次闪光时间内台球运动的距离、、，其中与连线的夹角为 ，与连线的夹角为 。 从理论分析，若满足_  _  _  _  _  _  关系，则可说明两台球碰撞前、后动量守恒；再满足_  _  _  _  关系，则可说明是弹性碰撞。 图2 四、用单摆测量当地的重力加速度 6. 某研究性学习小组设计了如图甲所示的实验装置，利用单摆测量当地的重力加速度。 （1）以下是实验过程中的一些做法，其中正确的有________（填字母）； A. 为了使摆的周期大一些以方便测量，开始时拉开摆球至较大的偏角 B. 摆球尽量选择质量较大、体积较小的 C. 摆线要选择较轻、无伸缩性，并且适当长一些的 D. 测量周期时应测多次完整周期再取平均，并在小球至最高点时开始、停止计时 （2）用游标卡尺测出小球直径d，如图乙所示，则小球的直径d=　　　　　　　　mm； （3）改变摆线长度，测量出多组周期T、摆线长L的数值后，画出图像如图丙所示，测得此图像斜率为k，则当地重力加速度的表达式为g=　　　　　　　　。 （4）图像不过坐标原点的原因可能是________（填字母）。 A. 测周期时将31个周期时长当作30次 B. 测周期时将29个周期时长当作30次 C. 直接将摆线长作为摆长 D. 将摆线长加上摆球直径作为摆长 7. 某小组同学用如图1所示装置完成“用单摆测量重力加速度大小”的实验。 图1 （1） 制作单摆时，应该选择的悬挂方式是图2中的（选填“甲”或“乙”）。 图2 （2） 让刻度尺的零刻度线对准摆线的悬点，测量摆长，根据图3所示，可测得摆长_  _  _  _  。 （3） 该小组同学测出单摆的摆长及完成次全振动所用的时间，可以推导出重力加速度_  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  （用、、表示）。 图3 （4） 该小组同学多次调整摆长，并分别记录相应单摆完成30次全振动所用时间，处理数据绘出图像，如图4所示。可以计算出当地的重力加速度_  _  （计算结果保留三位有效数字）。 图4 （5） 若已测得当地的重力加速度。将一个摆长为的单摆，从平衡位置拉开很小的角度 （弧度）后静止释放，未测量其周期。忽略空气阻力，以平衡位置作为计时起点，则此摆球偏离平衡位置的位移与时间的关系式为_  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  。 参考答案 1.①D ②B ③2∶1 ④B 2.（1） AD （2） 1.69；1.74 （3） C 3.（1）AB （2） （3）.①6.200 ②2g ③ 4.（1）C （2）. （3） . 5（1） BC （2） （3） 见解析 （4） 见解析 【解析】 （1） 实验中，斜槽轨道不一定需要光滑，只需保证同一高度滑下即可，故错误；实验中，斜槽末端必须水平，保证小球做平抛运动，故正确；为保证是弹性正碰，两小球的半径必须相同，故正确；需要刻度尺测量小球平抛运动的水平距离，需要天平测量小球的质量，不需要秒表，故错误。 （2） 两球离开轨道后做平抛运动，它们在空中运动的时间相等，如果，两边同时乘以时间得，则认为两小球的碰撞过程满足动量守恒。 （3） 小球离开斜槽末端后做平抛运动，根据平抛运动规律有，，，解得，两个小球做平抛运动的高度相同，则,因此可以用代替。 （4） 若两台球碰撞前、后动量守恒，则有 ， ，整理可得 ， ；若两台球碰撞前、后是弹性碰撞，则有，可得或 。 6.（1）BC （2）10.2 （3） （4）C 7. （1） 乙 （2） 97.50 （3） （4） 9.87 （5） 学科网（北京）股份有限公司 $