第3部分 11 实验题专练(一) 力学实验（Word讲义）-【金版新学案】2026年高考物理大二轮专题复习与测试（广东专版）

实验题专练(一)　力学实验 (时间：45分钟　满分：70分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 1.(6分)(2025·陕西安康三模)某实验小组用如图甲所示的实验装置测量木块运动的加速度，一端垫起的木板上有一木块，木块与穿过电火花计时器的纸带相连，电火花计时器接频率为50 Hz的交流电源，接通电源后，由静止释放木块，木块带动纸带打出如图乙所示的一条纸带，A、B、C、D、E是选取的计数点，每相邻两计数点间还有四个点未画出。 (1)图甲中电火花计时器所接电源的电压为　　　　(选填“约8 V”或“220 V”)。 (2)根据图乙中的数据可知，电火花计时器打D点时木块的速度大小vD＝　　　　m/s，木块加速度大小a＝　　　　m/s2。(结果均保留2位有效数字) 答案：(1)220 V　(2)1.3　3.0 解析：(1)题图甲中电火花计时器所接电源的电压为220 V。 (2)每相邻两计数点间还有四个点未画出，则相邻计数点的时间间隔为T＝5×0.02 s＝0.1 s 根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度，可知电火花计时器打D点时木块的速度大小为 vD＝＝m/s≈1.3 m/s 根据逐差法可得木块加速度大小为a＝＝ m/s2≈3.0 m/s2。 2.(6分)(2025·云南大理二模)某物理兴趣小组为测量自动笔里面被压缩弹簧的劲度系数，设计了如图甲所示的实验：将自动笔活动端竖直置于电子秤上，当竖直向下按下约0.80 cm时(未触底且未超过弹簧弹性限度)，稳定后电子秤上的读数增加了32.8 g(重力加速度取g＝10 m/s2) (1)这支笔的重力对实验　　　　　(选填“有”或“无”)影响，这支笔里的弹簧劲度系数为　　　　　N/m(保留3位有效数字)。 (2)他们将三根相同的弹簧串起来，竖直挂在图乙所示的装置中。某次弹簧上的指针在刻度尺上对应的位置如图丙所示，该处的读数为　　　　　cm。 (3)通过测量，他们作出三根弹簧的总长度l与相应所挂重物重力即拉力大小F的关系图像(图丁)，则一根弹簧的劲度系数k＝　　　　　N/m(保留3位有效数字)。 答案：(1)无　41.0　(2)7.20　(3)50.0 解析：(1)由于弹簧弹力可根据电子称读数的增加量得出，所以笔的重力对实验无影响。 根据胡克定律，可得弹簧劲度系数为 k＝＝ N/m＝41.0 N/m。 (2)如题图丙所示，刻度尺分度值为0.1 cm，应估读到下一位，则指针对应处的读数为7.20 cm。 (3)由于有三根弹簧，则一根弹簧的劲度系数 k＝ N/m＝50.0 N/m。 3.(8分)(2025·河北秦皇岛二模)某同学使用如图甲装置做“验证力的平行四边形定则”实验。 (1)下列说法中正确的是　　　　。 A.弹簧测力计拉细线时，拉力方向必须竖直向下 B.在测量同一组数据F1、F2和合力F的过程中，橡皮条结点O的位置不能变化 C.为减小测量误差，F1、F2方向间夹角应为90° D.F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程 (2)弹簧测力计的指针如图乙所示，由图可知拉力的大小为　　　　N。 (3)若两个弹簧测力计的读数均为7 N，且结点O相连的两细绳OA与OB拉力的方向互相垂直，则　　　　(选填“能”或“不能”)用一个量程为8 N的弹簧测力计测量出它们的合力，理由是　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)BD　(2)3.8　(3) 不能　合力超出弹簧测力计的量程 解析：(1)弹簧测力计拉细线时，拉力方向不一定要竖直向下，只要把点拉到同一位置即可，故A错误；要保证两个弹簧测力计的拉力与一个弹簧测力计的拉力效果相同，在测同一组数据时，要使橡皮条沿相同方向伸长量相同，则O点的位置应固定，故B正确；本实验只要使两次效果相同就行，两个弹簧测力计拉力的方向没有限制，为减小误差，夹角应在60°～120°范围为宜，并非一定要夹角为90°不变，故C错误；在测量的过程中F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程，否则测量错误，故D正确。 (2)如题图乙所示弹簧测力计，每一大格被分成5小格，则1小格就等于0.2 N，所以题图乙中弹簧测力计的示数为3.8 N。 (3)不能。两力均为7 N，且相互垂直，则其合力大小为7 N＞8 N，合力超过了弹簧测力计的量程，弹簧测力计无法测出物体所受的合力，故不能使用。 4.(8分)(2025·广东佛山二测)用图甲装置研究“小车(含拉力传感器)质量一定时，加速度与合力关系”，实验步骤如下： ①细绳一端绕过光滑定滑轮与盘子(盘中装适量砂子)连接，另一端系在拉力传感器上。将小车放在长板的P位置，调整细绳与长板平行，在盘子中适当增减砂子，使小车沿长板向下做匀速运动，记录此时拉力传感器的示数F0； ②撤去细绳和盘子，让小车从P位置由静止开始下滑，设此时小车受到的合力为F，通过计算机可得到小车与位移传感器的距离随时间变化的s -t图像，并求出小车的加速度a； ③改变长板的倾角，重复步骤①②可得多组F、a的数据。 完成下列相关实验内容： (1)在步骤①中，若小车运动越来越慢，则在保持长板倾角不变情况下，应在盘中适当　　　　(选填“增加”或“减少”)砂子。在步骤①②中，F0　　　　(选填“＝”“＞”或“＜”)F。 (2)本次实验　　　　(选填“需要”“不需要”)测量砂子和盘子的总质量，　　　　(选填“需要”或“不需要”)平衡小车所受到的摩擦力。 (3)某段时间内小车的s -t图像如图乙，根据图像可得小车的加速度大小为　　　　m/s2(计算结果保留2位小数)。 (4)分析表格中的F、a数据可知：在误差允许范围内，小车质量一定时，　　　　　　　　　　　　。 F/N 0.4 1.0 1.5 1.8 2.1 a/(m/s2) 0.79 2.10 3.10 3.62 4.19 答案：(1)减少　＝　(2)不需要　不需要　(3)3.10　(4)小车的加速度与合力成正比 解析：(1)在步骤①中，若小车运动越来越慢，则小车沿斜面向下做减速运动，故在保持长板倾角不变的情况下，应在盘中适当减少砂子。 小车匀速下滑时，由平衡条件得mgsin θ＝F0＋Ff，小车加速下滑时，由受力分析可得F＝mgsin θ－Ff，联立可得F＝F0。 (2)由上述分析可知，小车加速下滑过程的合力已通过①中小车匀速下滑时拉力传感器的示数F0读出，所以本次实验不需要测量砂子和盘子的总质量，也不需要平衡小车所受到的摩擦力。 (3)题图乙中标出的三个位置坐标反映了小车连续相等时间内的位移，根据匀变速直线运动的推论得a＝＝ m/s2＝3.10 m/s2。 (4)由题表中数据可以看出，F与a的比值基本不变，所以可得在误差允许范围内，小车质量一定时，小车的加速度与合力成正比。 5.(6分)(2025·贵州贵阳一模)某实验小组用如图(a)所示的装置探究平抛运动。将坐标纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直硬板上。小钢球沿斜槽轨道PQ滚下后从Q点飞出，落在水平挡板MN上。钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。上下移动挡板，重新释放钢球，如此重复，坐标纸上将留下一系列痕迹点。 (1)为了完成该实验，下列操作中不必要的是　　　　。 A.斜槽必须尽可能光滑 B.必须保持斜槽末端水平 C.必须用铅垂线检查硬板和坐标纸上的竖线是否竖直 D.小球每次必须从斜槽上同一位置自由滚下 E.挡板MN每次上下移动的距离必须相等 (2)通过规范的实验操作，实验小组得到一条平抛运动的轨迹，如图(b)，A、B、C是轨迹上的三点。已知坐标纸中小方格的边长为L，当地重力加速度为g。 ①可以判断图中A点　　　　　(选填“一定是”“可能是”或“一定不是”)抛出点； ②可以求得小钢球平抛的初速度大小为　　　　。(用L和g表示) 答案：(1)AE　(2) ①一定不是　②2 解析：(1)为了保证小球每一次抛出时的速度大小相等，需要小球每次必须从斜槽上同一位置自由滚下，轨道不需要光滑；为了保证小球做平抛运动，必须保持斜槽末端水平；为了保证轨迹是抛物线，必须用铅垂线检查硬板和坐标纸上的竖线是否竖直；档板MN每次上下移动的距离不需要相等。故选AE。 (2)①若A点是抛出点，则AB和BC竖直方向的位移比为1∶3，由题图(b)可知AB和BC竖直方向的位移比为3∶5，可知题图(b)中A点一定不是抛出点。 ②由题图(b)可知，从A到B和从B到C时间相等，竖直方向有Δy＝2L＝gt2 水平方向有4L＝v0t 联立可得v0＝2。 6.(8分)(2025·山西吕梁三模)阿特伍德机是英国数学家和物理学家阿特伍德制作的一种著名力学实验装置。受此原理启发，某实验小组设计了如图甲所示装置来验证系统机械能守恒。主要实验步骤如下：(当地重力加速度为g) ①用天平测出物块A(含遮光条)的质量m，用刻度尺测出两光电门间的竖直距离h，用50分度的游标卡尺测出遮光条的宽度d，如图乙所示。 ②用天平测出拉力传感器与小桶及桶内砂的总质量M。 ③按图甲所示连接物块A与拉力传感器及小桶，将小桶从图示位置由静止释放，记录物块A上的遮光条通过光电门1的时间t1、通过光电门2的时间t2和此过程中拉力传感器的示数为F1。 ④往小桶里加适量的砂，多次重复步骤②③。 请回答下列问题。 (1)遮光条的宽度d＝　　　　mm。 (2)如果验证系统机械能守恒，需验证的表达式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　；如果进一步验证绳拉力对物块A(含遮光条)做的功等于物块A(含遮光条)机械能的增加量，还需要验证的表达式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　。(均用题中的字母表示) 答案：(1)3.20 (2)Mgh－mgh＝－　F1h＝mgh＋m－m 解析：(1)遮光条的宽度是3 mm＋10×0.02 mm＝3.20 mm。 (2)如果验证系统机械能守恒，需验证的表达式为Mgh－mgh＝－ 如果验证绳拉力对小物块A(含遮光条)做的功等于小物块A(含遮光条)机械能的增加量，还需要验证的表达式为F1h＝mgh＋m－m。 7.(8分)(2025·北京丰台三模)在“验证动量守恒定律”中，三个实验小组分别设计了如图(a)、(b)、(c)三个实验装置。 (1)为了保证小球A碰撞小球B之前的速度不变，每次由静止释放小球A时必须从斜槽上　　　　　　滚下。 (2)两个小球碰撞之后都直接做平抛运动，则小球A的质量m1与小球B的质量m2应满足m1　　　　(选填“＞”“＜”或“＝” )m2。 (3)一实验小组采用图(a)所示装置进行实验，则能验证两个小球碰撞过程动量守恒的关系式为　　　　　　　　　　　　(用m1、m2、x1、x2、x3表示)。 (4)另外两实验小组分别采用图(b)、(c)所示装置进行实验，要验证两个小球碰撞过程动量守恒，以下有两个关系式：①m1＝m1＋m2；②＝＋，则采用图(b)实验装置应该验证关系式　　　　(选填“①”或“②”)。 答案：(1)同一位置　(2)＞　(3)m1x2＝m1x1＋m2x3　(4)② 解析：(1)为了保证小球A碰撞小球B之前的速度不变，每次由静止释放小球A时必须从斜槽上同一位置滚下。 (2)为了避免入射小球发生反弹，使两个小球碰撞之后都直接做平抛运动，则小球A的质量m1与小球B的质量m2应满足m1＞m2。 (3)小球做平抛运动，则有 h＝gt2，x2＝v0t，x1＝v1t，x3＝v2t 根据动量守恒定律有m1v0＝m1v1＋m2v2 解得m1x2＝m1x1＋m2x3。 (4)题图(b)中令木板与小球飞出点之间的间距为L，则有L＝v1t1，L＝v2t2，L＝v3t3 竖直方向有x1＝g，x2＝g，x3＝g 根据动量守恒定律有m1v2＝m1v3＋m2v1 解得＝＋ 可知，采用题图(b)实验装置应该验证关系式②。 8.(6分)某同学利用如图甲所示的一半径较大的固定光滑圆弧面测定当地重力加速度。该同学将小铁球从最低点移开一小段距离由静止释放，则小铁球的运动可等效为单摆模型。 具体步骤如下： ①用游标卡尺测量小铁球的直径d； ②用停表测量小铁球的运动周期T； ③更换不同的小铁球进行实验，正确操作，根据实验记录的数据，绘制如图乙所示的T2 -图像，横、纵轴截距分别为a、b。 (1)测量小铁球运动周期时，开始计时的位置为图甲中的　　　　(选填“A”“O”或“A'”)。 (2)由T2 -图像可得当地的重力加速度g＝　　　　(用字母π、a、b表示)。 (3)该同学查阅资料得知，单摆做简谐运动的周期T0是初始摆角很小时的近似值，实验过程中初始摆角对周期T有一定的影响，与初始摆角θ的关系如图丙所示。若实验时该同学释放小铁球的位置离O点较远，初始摆角接近20°，若只考虑初始摆角的影响，重力加速度的测量值会　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 答案：(1)O　(2)　(3)偏小 解析：(1)测量小铁球运动周期时，为了减小误差，从最低点开始计时，即从O点开始计时。 (2)由单摆周期公式可得T＝2π 变形可得T2＝－·＋ 由T2 -＝ 解得g＝。 (3)根据单摆周期公式有T＝2π，T0＝2π 解得g测＝，g真＝ 由题图丙知T＞T0，故g测＜g真。 9.(6分)(2025·辽宁朝阳二模)为了测量汽车沿水平方向做直线运动时加速度大小，小张和小李两同学分别设计了不同的装置。已知重力加速度为g。 (1)小张将一量角器如图甲所示放置在架子上，用细线一端拴一小球，另一端固定在量角器的中心，在车加速直线运动时测量细线与竖直方向的夹角为θ，则车的水平加速度大小为　　　　。 (2)小李将一等腰直角三角板如图乙所示放在架子上，用细线一端拴一小球，另一端固定在三角板的顶点处，三角板顶点到底边的距离为h，在车加速直线运动时测量细线与三角板底边交点偏离竖直中线的距离为x，则车的水平加速度大小为　　　　。 (3)如果要在量角器的半圆形底边和三角板的底边上直接标注加速度的数值，你认为　　　　(选填“甲”或“乙”)方案标注的刻度值是均匀的。这种方案在实际测量中用起来更方便。 答案：(1)gtan θ　(2)g　(3)乙 解析：(1)对小球受力分析得 FTsin θ＝ma，FTcos θ＝mg 解得a＝gtan θ。 (2)由几何关系得tan θ＝ 代入(1)问结果中得a＝g。 (3)由a＝g，且h为定值，可知a正比于x，因此乙方案的刻度值是均匀的。 10.(8分)(2024·广东茂名一模)在“用单摆周期公式测量重力加速度”的实验中，某同学利用智能手机和两个相同的圆柱体小磁粒进行了如下实验： ①用铁夹将细线上端固定在铁架台上，将两个小磁粒的圆柱底面吸在一起，细线下端夹在两个小磁粒中间，做成图(a)所示的单摆； ②用刻度尺测量悬线的长度l，用游标卡尺测得小磁粒的底面直径d； ③将智能手机磁传感器置于小磁粒平衡位置正下方，打开手机智能软件，测量磁感应强度的变化； ④将小磁粒由平衡位置拉开一个小角度，由静止释放，运行手机软件记录磁感应强度的变化曲线如图(b)所示。 回答下列问题： (1)由图(b)可知，单摆的周期为　　　。 (2)重力加速度的表达式为g＝　　　　　　　　(用测得物理量的符号表示)。 (3)改变悬线长度l，重复步骤②③④的操作，可以得到多组周期T和悬线长度l的值，以　　　　(选填“”“T”或“T2”)为纵坐标，以l的值为横坐标，描点作图。若所得的图像如图(c)所示，图像的斜率为k，则重力加速度的测量值为　　　　。 答案：(1)2t0　(2)　(3)T2　 解析：(1)根据单摆的运动规律可知一个周期内应该有两个磁感应强度的最大值。由题图(b)可得出，单摆的周期为T＝2t0。 (2)根据T＝2π，T＝2t0，L＝l＋， 解得g＝。 (3)根据T＝2π，可得T2＝l＋，若以l为横坐标，要得到直观的图像，则应以T2为纵坐标，此时斜率k＝，解得g＝。 学科网（北京）股份有限公司 $