2026届高三物理二轮专题强化练习：第16讲 力学实验

第16讲 力学实验 专题强化练习 1． 实验题： 1.(2025·重庆卷·11)弹簧是熄火保护装置中的一个元件，其劲度系数会影响装置的性能。小组设计了如图甲所示的实验装置测量弹簧的劲度系数，其中压力传感器水平放置，弹簧竖直放在传感器上，螺旋测微器竖直安装，测微螺杆正对弹簧。 (1)某次测量时，螺旋测微器的示数如图乙所示，此时读数为　　　　 mm。  (2)对测得的数据进行处理后得到弹簧弹力F与弹簧长度l的关系如图丙所示，由图可得弹簧的劲度系数为　　　　　 N/m，弹簧原长为　　　　　 mm(均保留3位有效数字)。  2.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)如图甲、乙所示，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；撤去拉力F1和F2，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)在图乙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：　　　　。  ３.(2025·北京卷·16)利用打点计时器研究匀变速直线运动的规律，实验装置如图甲所示。 (1)按照图甲安装好器材，下列实验步骤正确的操作顺序为　　　　　(填各实验步骤前的字母)。  A.释放小车 B.接通打点计时器的电源 C.调整滑轮位置，使细线与木板平行 (2)实验中打出的一条纸带如图乙所示，A、B、C为依次选取的三个计数点(相邻计数点间有4个点未画出)，可以判断纸带的　　　　(填“左端”或“右端”)与小车相连。  (3)图乙中相邻计数点间的时间间隔为T，则打B点时小车的速度v=　　　　。  (4)某同学用打点计时器来研究圆周运动。如图丙所示，将纸带的一端固定在圆盘边缘处的M点，另一端穿过打点计时器。实验时圆盘从静止开始转动，选取部分纸带如图丁所示。相邻计数点间的时间间隔为0.10 s，圆盘半径R=0.10 m。则这部分纸带通过打点计时器的加速度大小为　　　　 m/s2；打点计时器打B点时圆盘上M点的向心加速度大小为　　　　 m/s2(结果均保留两位有效数字)。  ４.(2025·江苏卷·11)小明同学探究机械能守恒定律，实验装置如图。实验时，将小钢球在斜槽上某位置A由静止释放，钢球沿斜槽通过末端O处的光电门，光电门记录下钢球的遮光时间t。用游标卡尺测出钢球的直径d，由v=得出其通过光电门的速度v，再计算出动能增加量ΔEk=mv2。用刻度尺测得钢球下降的高度h，计算出重力势能减少量ΔEp。 (1)安装实验装置的操作有： ①在斜槽末端安装光电门 ②调节斜槽在竖直平面内 ③调节斜槽末端水平 ④将斜槽安装到底座上 其合理的顺序是　　　　　(选填“A”“B”或“C”)。  A.①②③④ 　B.④②③① 　　C.④①②③ (2)测量钢球直径的正确操作是图中　　　　(选填“甲”或“乙”)所示的方式。  (3)在斜槽上5个不同的位置由静止释放钢球。测量得出的实验数据见表1。已知钢球的质量m=0.02 kg，重力加速度g取9.80 m/s2。请将表1中的数据补充完整。 表1 h/(×10-2 m) 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 ΔEk/(×10-3 J) 4.90 6.25 7.45 8.78 10.0 ΔEp/(×10-3 J) 7.84 9.80 11.8 13.7 　　  (4)实验数据表明，ΔEk明显小于ΔEp，钢球在下降过程中发生机械能的损失。小明认为，机械能的损失主要是由钢球受到的摩擦力做功造成的。 为验证此猜想，小明另取一个完全相同的斜槽按图平滑对接。若钢球从左侧斜槽上A点由静止释放，运动到右侧斜槽上，最高能到达B点，A、B两点高度差为H。则该过程中，摩擦力做功大小的理论值W理=　　　　　(用m、g、H表示)。  (5)用如图所示的装置，按表1中所列部分高度h进行实验，测得摩擦力做功大小W测。由于观察到H值较小，小明认为，AO过程摩擦力做功近似等于AB过程的一半，即Wf=。然后通过表1的实验数据，计算出AO过程损失的机械能ΔE=ΔEp-ΔEk。整理相关数据，见表2。 表2 h/(×10-2 m) 4.00 5.00 6.00 7.00 ΔE/(×10-3 J) 2.94 3.55 4.35 4.92 Wf/(×10-2 J) 0.98 1.08 1.18 1.27 上表中ΔE与Wf相差明显。小明认为这是由于用近似计算Wf不合理。你是否同意他的观点？　　　　　。请根据表2数据简要说明理由。　　　　　。  ５.(2025·广东卷·11)请完成下列实验操作和计算。 (1)在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中，用螺旋测微器测量小球的直径，示数如图(a)所示，读数　　　　 mm。  (2)实验小组利用小车碰撞实验测量吸能材料的性能，装置如图(b)所示，图中轨道由轨道甲和乙平滑拼接而成，且轨道乙倾角较大。 ①选取相同的两辆小车，分别安装宽度为1.00 cm的遮光条。 ②轨道调节 调节螺母使轨道甲、乙连接处适当升高。将小车在轨道乙上释放，若测得小车通过光电门A和B的　　　　　　　　。证明已平衡小车在轨道甲上所受摩擦力及其他阻力。  ③碰撞测试 先将小车1静置于光电门A和B中间，再将小车2在M点由静止释放，测得小车2通过光电门A的时间为t2，碰撞后小车1通过光电门B的时间为t1。若t2　　　　t1，可将两小车的碰撞视为弹性碰撞。  ④吸能材料性能测试 将吸能材料紧贴于小车2的前端。重复步骤③。测得小车2通过光电门A的时间为10.00 ms，两车碰撞后，依次测得小车1和2通过光电门B的时间分别为15.00 ms、30.00 ms，不计吸能材料的质量，计算可得碰撞后两小车总动能与碰撞前小车2动能的比值为　　　　(结果保留2位有效数字)。  ６.(2025·江苏盐城市三模)某同学在实验室取两个完全相同的木盒，来测量木盒与木板之间的动摩擦因数。由于实验室中的天平损坏，无法称量质量，他采用“对调法”完成测量，如图甲所示，一端装有定滑轮的长木板固定在水平桌面上，木盒1放置在长木板上，左端与穿过打点计时器的纸带相连，右端用细线跨过定滑轮与木盒2相接。 (1)实验前，　　　　(填“需要”或“不需要”)调整定滑轮的角度使细线与长木板平行，　　　　(填“需要”或“不需要”)将长木板左侧垫高来平衡摩擦力，如图甲所示，加速运动过程中，细线中拉力　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)木盒2(含细沙)的总重力。  (2)实验时，木盒1不放细沙，质量设为m1，在木盒2中装入适量的细沙，木盒2含沙总质量设为m2，接通电源，释放纸带，打点计时器打出一条纸带，加速度记为a1，随后将木盒1与木盒2(含细沙)位置互换，换一条纸带再次实验，打出第二条纸带，加速度记为a2，两纸带编号为第一组，改变木盒2中细沙的多少，重复上述过程，得到多组纸带。如图乙为某组实验中获得的两条纸带中的一条，其中相邻两计数点间还有4个计时点未标出，已知交流电源的频率为50 Hz，则该纸带运动的加速度a=　　　　m/s2(保留3位有效数字)。  (3)通过理论分析，分别推导a1和a2的表达式后，找到a2和a1的关系：a2=　　　　(结果用a1、μ和当地重力加速度g表示)。  (4)将实验测得的加速度绘制在图丙中，得到a2-a1关系图像，已知当地重力加速度为9.80 m/s2，由图像可得木盒与木板间的动摩擦因数为　　　　(保留2位有效数字)。  (5)由于纸带的影响，实验测得的动摩擦因数将　　　　(填“保持不变”“偏大”或“偏小”)。  7.(2025·浙江6月选考·14Ⅱ)在用单摆测重力加速度的实验中， (1)如图甲所示，可在单摆悬点处安装力传感器，也可在摆球的平衡位置处安装光电门。甲同学利用力传感器，获得传感器读取的力与时间的关系图像，如图乙所示，则单摆的周期为　　　　　 s(结果保留3位有效数字)。乙同学利用光电门，从小钢球第1次遮光开始计时，记下第n次遮光的时刻t，则单摆的周期为T=　　　　　；  (2)丙同学发现小钢球已变形，为减小测量误差，他改变摆线长度l，测出对应的周期T，作出相应的l-T2关系图线，如图丙所示。由此算出图线的斜率k和截距b，则重力加速度g=　　　　　，小钢球重心到摆线下端的高度差h=　　　　　(结果均用k、b表示)；  (3)丁同学用3D打印技术制作了一个圆心角等于5°、半径已知的圆弧槽，如图丁所示。他让小钢球在槽中运动，测出其运动周期，算出重力加速度为8.64 m/s2。若周期测量无误，则获得的重力加速度明显偏离实际值的最主要原因是　　　 　　　　。  8.(2024·江苏南京市、盐城市模拟)如图甲是一款能显示转速的多功能转动平台。某兴趣小组的同学利用该平台测量正六边形螺母与转盘间的动摩擦因数μ。(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取9.80 m/s2) (1)用游标卡尺测量螺母宽度d=　　　　 cm，再将螺母置于转盘上，进而测量出螺母做圆周运动半径R。  (2)缓慢调节转动平台转速至螺母恰好滑动，读出此时平台转速n，则μ=　　　　　　　(用题中所给字母表示)。改变螺母位置多次测量求出μ的平均值。  (3)有同学认为很难准确判断螺母恰好运动时的状态。于是他们提出了另一个探究方案。在螺母上固定一个无线力传感器(螺母和传感器总质量M=100 g)，并用轻绳连接传感器与转轴。调节平台转速，测出五组数据如表所示：他们在图乙坐标纸中已经描出四个实验点，请将剩余一个点在坐标纸中描出，并画出F-n2图像。 组数 物理量 1 2 3 4 5 绳子拉力F/N 0.40 0.45 1.00 1.71 2.58 转速n/(r·min-1) 60 90 120 150 180 转速平方n2/(r2·s-2) 1.0 2.3 4.0 6.3 9.0 ①根据绘制F-n2图像可测定六角螺母与转盘间的动摩擦因数μ=　　　　。(保留两位有效数字)  ②若在平台加速转动时，就进行测量读数，则μ的测量值　　　　(选填“偏大”“偏小”或“无影响”)。请简述理由：　　　　 　　　　。  9.(2025·江苏盐城市检测)在“探究平抛运动的特点”实验中，某学习小组用如图甲所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出，落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会挤压复写纸，在白纸上留下一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。 (1)下列实验条件必须满足的有　　　　　。  A.斜槽轨道光滑 B.斜槽轨道末端水平 C.每次从斜槽上相同位置无初速度释放钢球 D.图中挡板MN每次必须等间距下移 (2)在某次实验中，甲同学每次都将小球从斜槽的同一位置无初速度释放，并从斜槽末端水平飞出。改变水平挡板的高度，就改变了小球在板上落点的位置，从而可描绘出小球的运动轨迹。某同学设想小球先后三次做平抛运动，将水平挡板依次放在如图乙中1、2、3的位置，且1与2的间距等于2与3的间距。若三次实验中，小球从抛出点到落点的水平位移依次为x1、x2、x3，忽略空气阻力的影响，下面分析正确的是　　　　　。  A.x2-x1<x3-x2 B.x2-x1=x3-x2 C.x2-x1>x3-x2 D.无法判断 (3)乙同学利用图丙所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔0.05 s发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图丁所示(图中未包括小球刚离开轨道的影像)。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为5 cm。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图丁中标出。则小球运动到图中位置A时，其速度的水平分量大小为　　　　　 m/s；根据图中数据可得，当地重力加速度的大小为　　　　　 m/s2(结果均保留两位有效数字)。  10.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。  参考答案： 1.答案　(1)7.413　(2)188　17.6 解析　(1)根据螺旋测微器的读数规则有题图乙读数为 7 mm+41.3×0.01 mm=7.413 mm (2)由题图丙可知当弹力为零时弹簧处于原长，为17.6 mm 将题图丙中图线反向延长与纵坐标的交点约为2.55 N，则根据胡克定律可知弹簧的劲度系数为k=≈188 N/m。 2.答案　(1)见解析图　(2)①没有做到弹簧测力计、细线、橡皮条都与木板平行；②读数时没有正视弹簧测力计 解析　(1)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'，如图所示 (2)F和F'产生不完全重合的误差可能是因为：①没有做到弹簧测力计、细线、橡皮条都与木板平行；②读数时没有正视弹簧测力计。 3.答案　(1)CBA　(2)左端　(3)　(4)0.81　1.6 解析　(1)实验步骤中，首先调整滑轮位置使细线与木板平行，确保力的方向正确；接着接通打点计时器电源，让计时器先工作；最后释放小车。故顺序为CBA； (2)小车做匀加速直线运动时，速度越来越大，纸带上点间距逐渐增大。题图乙中纸带左端间距小，右端间距大，说明纸带左端与小车相连。 (3)根据匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度。B点为A、C的中间时刻，AC间位移为x2，时间间隔为2T，则v= (4)根据逐差法可知a== m/s2=0.81 m/s2 B点是AC的中间时刻点，则有vB== m/s=0.4 m/s 此时向心加速度an== m/s2=1.6 m/s2。 4.答案　(1)B　(2)甲　(3)15.7　(4)mgH　(5)不同意　小球减小的重力势能有一部分转化为小球的转动动能，相差很大的原因是小球的转动动能没有计入 解析　(1)正确步骤为将斜槽安置于底座，调节斜槽在竖直平面内，调节斜槽末端水平，安装光电门，序号为④②③①。故选B。 (2)外测量爪常用于测量小钢球的直径、小圆管的外径、教科书的厚度等，内测量爪常用于测量小圆管的内径、槽的宽度等，测量小球的直径应用外测量爪，故选甲。 (3)根据ΔEp=mgh可知下降高度为8.00×10-2 m时减少的重力势能为ΔEp=0.02×9.80×8.00×10-2 J≈15.7×10-3 J (4)根据动能定理可得mgH-W理=0 可得W理=mgH (5)不同意，原因是小球减小的重力势能有一部分转化为小球的转动动能，相差很大的原因是小球的转动动能没有计入。 5.答案　(1)8.260(8.259、8.261也对)　(2)②时间相等　③等于　④0.56 解析　(1)由题图(a)可知，小球的直径为8 mm+26.0×0.01 mm=8.260 mm (2)②若已平衡小车在轨道甲上所受摩擦力及其他阻力，小车将在轨道甲上做匀速直线运动，通过两个光电门的速度相等，即通过光电门A和B的时间相等。 ③若两个小车发生弹性碰撞，由于两个小车的质量相等，则碰撞后两个小车的速度互换，即碰撞后小车1的速度等于碰撞前小车2的速度，则有t2=t1。 ④根据题意可知，碰撞前小车2的速度为v0== m/s=1 m/s 碰撞后，小车1和小车2的速度分别为v1== m/s，v2== m/s 则碰撞后两小车总动能与碰撞前小车2动能的比值为==≈0.56。 6.答案　(1)需要　不需要　小于　(2)1.20　(3)(1-μ)g-a1　(4)0.54　(5)偏大 解析　(1)为了确保细线的拉力方向沿长木板方向，需要调整定滑轮的高度，使细线与长木板平行。实验目的是测量木盒与木板之间的动摩擦因数，可知，实验中不需要将长木板左侧垫高来平衡摩擦力。题图甲中，加速运动过程中，木盒2的加速度方向向下，根据牛顿第二定律可知，细线中拉力小于木盒2(含细沙)的总重力。 (2)相邻两计数点间还有4个计时点未标出，则相邻计数点间的时间间隔为T=5× s=0.1 s 根据逐差法得出加速度a=≈1.20 m/s2 (3)对木盒1与木盒2(含细沙)整体进行分析，根据牛顿第二定律有m2g-μm1g=(m1+m2)a1 位置互换后，对整体进行分析，根据牛顿第二定律有m1g-μm2g=(m1+m2)a2 解得a2=(1-μ)g-a1 (4)根据a2=(1-μ)g-a1，结合题图丙有(1-μ)g=4.5 m/s2 解得μ≈0.54 (5)由于纸带与打点计时器间有摩擦，所以测量的动摩擦因数将偏大。 7.答案　(1)1.31　　(2)4π2k　kb　(3)见解析 解析　(1)单摆摆动过程中，在最低点绳子的拉力最大，相邻两次拉力最大的时间间隔为半个周期。由题图乙可知，从起始值到终止值经历的时间间隔Δt=7.653 0 s-1.127 7 s=6.525 3 s 则有Δt=10×，解得T≈1.31 s。 由题可得(n-1)=t，解得周期为T=。 (2)摆长为L=h+l，根据单摆周期公式有T=2π，解得l=T2-h，可得l-T2图像的斜率为k=，解得g=4π2k；当T2=b时l=0，则有0=·b-h，解得h=kb。 (3)小球发生滚动，导致周期变长。 8.答案　(1)3.060　(2)　(3)见解析图 ①0.23(0.20~0.35均可)　②偏小　转台加速转动时静摩擦力会有沿切线方向的分力用以增加螺母速度大小 解析　(1)20分度游标卡尺的精确值为0.05 mm，由题图可知螺母宽度为d=3 cm+12×0.05 mm=30.60 mm=3.060 cm (2)缓慢调节转动平台转速至螺母恰好滑动，则有μmg=mω2R，又ω=2πn 联立可得μ= (3)根据表格数据将剩余一个点在坐标纸中描出，并画出F-n2图像如图所示 ①根据牛顿第二定律可得F+μMg=M(2πn)2R 可得F=4π2MR·n2-μMg 可知F-n2图像的纵轴截距为b=-μMg=-0.23 N 解得六角螺母与转盘间的动摩擦因数为μ=≈0.23 ②若在平台加速转动时，就进行测量读数，则μ的测量值偏小；原因是：转台加速转动时静摩擦力会有沿切线方向的分力用以增加螺母速度大小，则测量值只是沿径向方向的摩擦力，使得摩擦力测量值偏小，μ的测量值偏小。 9.答案　(1)BC　(2)C　(3)1.0　9.7 解析　(1)为了获得相同的初速度，需要每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球，斜槽轨道不需要光滑，故A错误，C正确；为保证小球飞出时速度方向水平，所以斜槽轨道末端需要水平，故B正确；挡板只要能记录下钢球在不同高度时的不同位置即可，不需要每次等间距下移，故D错误。 (2)因为钢球在竖直方向上做自由落体运动，下落的速度越来越快，则下落相等位移用的时间越来越短，水平方向上做匀速直线运动，所以x2-x1>x3-x2，故选C。 (3)由题意，小球水平方向做匀速直线运动，根据题图丁中数据可得，小球运动到题图丁中位置A时，水平方向上有 vx== m/s=1.0 m/s 小球竖直方向做自由落体运动，根据逐差法可得 g=×10-2 m/s2=9.7 m/s2。 10.答案　(1)AC (2)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m1OP=m1OM+m2ON (3)ml1=-ml2+Ml3 解析　(1)实验中若使小球碰撞前、后的水平位移与其碰撞前、后速度成正比，需要确保小球做平抛运动，即实验前，调节装置，使斜槽末端水平，故A正确； 为使两小球发生的碰撞为对心正碰，两小球半径需相同，故B错误； 为使碰后入射小球与被碰小球同时飞出，需要用质量大的小球碰撞质量小的小球，故C正确。 (2)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。 碰撞前、后小球均做平抛运动，由h=gt2可知，小球的运动时间相同，所以水平位移与平抛初速度成正比， 所以若m1OP=m1OM+m2ON 即可验证碰撞前后动量守恒。 (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，则由动能定理有mgL(1-cos θ)=mv2 由数学知识可知sin= 联立两式解得v=l 若两小球碰撞过程中动量守恒，则有mv1=-mv2+Mv3 又有v1=l1，v2=l2，v3=l3 整理可得ml1=-ml2+Ml3 学科网（北京）股份有限公司 $