实验组合训练（二）-2027届高三物理一轮复习同步练习

**基本信息** 2027届高三物理一轮复习同步练习，聚焦“力的合成规律”“加速度与力、质量关系”实验，通过基础操作、原理应用到综合设计的三阶分层训练，强化科学探究与科学思维，适配一轮复习知识巩固需求。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础层|实验仪器使用、基本操作（弹簧测力计读数、科学方法判断）|以选择、填空为主，直接考查实验基础，如第1题弹簧测力计读数、第2题等效替代法| |提升层|实验原理应用、误差分析（步骤补充、图像处理）|结合实验情境分析操作逻辑，如第3题补充实验步骤、第8题加速度计算| |综合层|实验方案设计、多知识点综合（力的分解计算、图像斜率分析）|融合科学推理与论证，如第5题量角器结合力的分解、第9题实验数据处理与图像分析|

实验组合训练（二）-2027届高三物理一轮复习同步练习 姓名： 班级： 学号： （实验：探究两个互成角度的力的合成规律） 1.（8分）（2026天津红桥期中）某实验小组做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验情况如图甲所示，其中 A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳，图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。 （1）按照正常实验操作，图乙中的F与F'两力中，方向一定沿AO方向的是　　　（选填“F”或“F'”）。  （2）在某一次实验中，其中一弹簧测力计的指针如图丙所示，则其读数 F1＝　　　　，另一拉力F2的大小为1.80 N。  （3）F1、F2的方向如图丁所示，请在图丁中用力的图示法画出F1、F2的合力。 2.（10分）（2025北京平谷模拟）某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验。图甲为某次实验中用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环的示意图，其中A为固定橡皮条的图钉，O为标记出的小圆环的位置，OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据该次实验结果画出的图。 （1）本实验主要采用的科学方法是　　　　（填选项前字母）。  A.控制变量法 B.等效替代法 （2）图甲所示的操作过程是：用两个规格相同的弹簧测力计，通过细绳沿平行木板平面的不同方向同时拉挂在橡皮条一端的小圆环，将小圆环拉至某点O，记下O点位置和两细绳的方向，并读出两个拉力的大小。左侧弹簧测力计的示数F1＝2.00 N，由图甲可读出右侧弹簧测力计的示数F2＝　　　　　　　　 N。  （3）图乙中的力F和力F'，一定沿橡皮条AO方向的是　　　　（选填“F”或“F'”）。  （4）在另一次实验中，该同学用两个弹簧测力计，通过细绳对小圆环施加平行木板平面的拉力作用，两个拉力的方向如图丙所示。如果小圆环可视为质点，且小圆环、橡皮条和细绳的重力可忽略不计，小圆环平衡时，橡皮条AO、细绳OB和OC对小圆环的拉力分别为F1、F2和F3，关于这三个力的大小关系，正确的是　　　　（填选项前字母）。  丙 A.F1>F2>F3　　 B.F3>F1>F2 C.F2>F3>F1 D.F3>F2>F1 3.（10分）（2025山东潍坊二模）某小组用三根规格相同的橡皮筋（遵循胡克定律）、细线、重物、刻度尺、三角板、白纸、图钉、木板等器材探究两个互成角度的力的合成规律，实验操作如下： ①用细绳拴住橡皮筋两端，确保三根橡皮筋两结点间原长相同，用刻度尺量出橡皮筋的原长； ②木板竖直固定，用图钉将白纸固定在木板上； ③将一根橡皮筋上端的细绳固定在a点，下端细绳连接重物，如图甲所示，待重物静止后记录结点位置，并标记为O，用刻度尺量出橡皮筋1两结点间的长度； ④将另外两根橡皮筋上端的细绳分别固定在b、c两点，下端的细绳连接（结点为O'）并悬挂同一重物，如图乙所示，待重物静止后用刻度尺分别量出橡皮筋2和3两结点间的长度； ⑤用橡皮筋伸长量表示其受力的大小，作出橡皮筋1对O拉力的图示F1，橡皮筋2和3对O'拉力的图示F2和F3； ⑥以F2和F3为邻边作平行四边形，比较F1与平行四边形对角线的大小方向，寻找规律。 请回答下列问题： （1）关于本实验，下列说法正确的是　　　　。  A.图乙中b、c两点可以不在同一高度处 B.图乙中橡皮筋2和3需调整至互相垂直 C.若橡皮筋规格不相同，对实验无影响 D.重物质量适量大些，可以减小实验误差 （2）步骤④中有遗漏，请补充：　　　　　　　　　　　　。  （3）该实验中合力F1和两个分力F2、F3可以等效替代，其作用效果是　　　　　　　。 4.（12分）某兴趣小组自制弹簧测力计做探究两个互成角度的力的合成规律的实验。 甲 乙 丙 （1）用来制作弹簧测力计的弹簧有a、b两种型号，两弹簧弹力与弹簧长度的关系如图甲所示，则选用　　　　弹簧做弹簧测力计误差较小，　　　　弹簧的原长较长。（均选填“a”或“b”）  （2）该小组进行实验操作的装置如图乙所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳，关于实验操作，下列说法正确的是　　　　。  A.在使用两弹簧测力计拉细绳时要保证两弹簧测力计示数相等 B.橡皮条应与两绳夹角的角平分线在同一直线上 C.在使用弹簧测力计时要注意弹簧测力计与木板平面平行 D.在同一次实验中，结点O必须拉到同一位置 （3）进行完正确的实验操作后，如图丙所示，根据实验结果在白纸上用力的图示法画出拉力F1、F2和F'，以表示F1、F2两个力的有向线段为一组邻边作平行四边形，这一组邻边之间的对角线为F，图中F与F'两力中，方向一定沿AO方向的是　　 　　，若　　　　　　　　　　 　　，则验证了力的平行四边形定则。  5.（10分）（2025山东滨州模拟）某中学研究小组的同学们用一只弹簧测力计和一个量角器等器材做验证力的平行四边形定则的实验。设计的装置如图所示，固定在竖直木板上的量角器直边水平，橡皮筋一端固定在量角器圆心O正下方的A点，另一端系着绳套1和绳套2。已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。 （1）实验步骤如下： ①将弹簧测力计挂在绳套1上，竖直向上拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O点，记下弹簧测力计的示数F； ②将弹簧测力计挂在绳套1上，手拉着绳套2，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O点，此时绳套1沿0°方向，绳套2沿127°方向，如图所示，记下弹簧测力计的示数为F1； ③根据力的平行四边形定则计算②中绳套1的拉力大小F1'＝　　　　（用F表示）；  ④比较F1与　　　　（选填“F”或“F1'”）的大小，即可验证力的平行四边形定则。  （2）下列实验要求正确的是　　　　。  A.在实验前弹簧测力计不需要进行校零 B.弹簧测力计轴线、细绳、橡皮筋应与木板平面平行 C.与两绳套相连的细绳之间的夹角越大越好 D.同一次实验中，改变拉力，进行多次测量，每次都要使橡皮筋的结点静止在O点位置 （3）现保持绳套1及结点（在O点位置）位置不变，绳套2沿逆时针缓慢转动27°过程中，绳套2的拉力的变化情况是　　　　。  A.逐渐增大 B.先增大后减小 C.逐渐减小 D.先减小后增大 答案： 1.答案 （1）F'　（2）1.60 N　（3）见解析图 解析 （1）在图乙中的F是两力F1和F2的合力，是理论值，F'是实验值，故方向一定沿AO方向的是F'。 （2）该弹簧测力计分度值是0.1 N，估读到下一位，则其读数为1.60 N。 （3）根据平行四边形定则，利用力的图示法画出F1和F2的合力如图所示。 2.答案 （1）B　（2）1.90（1.89~1.91均可）　（3）F　（4）A 解析 （1）该实验过程中，其合力与分力的作用效果相同，所以本实验主要采用的科学方法是等效替代法，故选B。 （2）由题图甲可知，图中弹簧测力计每一个小格表示0.1 N，需估读到下一位，所以其右侧弹簧测力计的读数为1.90 N。 （3）由题图乙可知，F'是F1和F2所组成的平行四边形的对角线，所以其为理论值，由此可知，F为实际值，即力F的方向一定沿橡皮条AO方向。 （4）最后绳子的结点O静止，由平衡条件，竖直方向有F1＝F2cos 30°＋F3cos 60°，水平方向有F2sin 30°＝F3sin 60°，整理有F2＝F3，F1＝F2，即F1>F2>F3，故选A。 3.答案 （1）AD　（2）记录O'位置（或两根橡皮筋的方向）　（3）将重物提起且保持静止 解析 （1）实验中，b、c两点的高度并不影响力的合成，只要保证结点在同一位置即可，A正确；橡皮筋2和3不需要互相垂直，它们可以互成任意角度，实验的目的是探究任意角度的力的合成规律，B错误；橡皮筋规格不同会导致伸长量与力的关系不一致，影响实验结果，C错误；重物质量较大时，橡皮筋的伸长量更明显，测量误差相对较小，D正确。 （2）将两根橡皮筋分别固定在b、c两点，并悬挂同一重物，但未明确记录结点O'的位置。为了后续作图和分析，需要记录O'点的位置或者记录两橡皮筋的方向。 （3）合力F1和两个分力F2、F3的等效替代作用效果是提起重物并使物体保持静止。 4.答案 （1）b　b　（2）CD　（3）F'　F与F'两力在误差允许范围内相同 解析 （1）根据胡克定律F＝k（l－l0）＝kl－kl0，结合题图甲可知，a的劲度系数大，原长小，当拉力一定时，选用b做的弹簧测力计伸长的长度较大，测量误差较小。 （2）两弹簧测力计示数合适即可，不需要相等，故A错误；实验中，为了便于作出平行四边形，应使两细绳之间的夹角适当大一些，但不需要使橡皮条与两绳夹角的角平分线在同一直线上，故B错误；为了确保准确作出力的图示，需要在使用弹簧测力计时使弹簧测力计与木板平面平行，故C正确；为保证力的作用效果相同，在同一次实验中，结点O必须拉到同一位置，故D正确。 （3）F是通过平行四边形定则作出的理论值，合力的实际测量值是单独用一根弹簧测力计将橡皮条结点拉至O点时，弹簧测力计的示数，该力方向一定沿橡皮条拉伸的方向，可知，方向一定沿AO方向的是F'。若F与F'两力在误差允许范围内相同，则验证了力的平行四边形定则。 5.答案 （1）0.75F　F1'　（2）BD　（3）C 解析 （1）根据力的平行四边形定则可得②中绳套1的拉力大小F1'＝Ftan （127°－90°）＝0.75F。F1为绳套1拉力的测量值，F1'是相同情况下，利用平行四边形定则计算出的绳套1拉力的理论值，则比较F1与F1'的大小，即可验证力的平行四边形定则。 （2）弹簧测力计在使用前需要校零，故A错误；实验时，弹簧测力计轴线、细绳、橡皮筋应与木板平面平行，故B正确；为尽量减小误差，与两绳套相连的细绳之间的夹角要适当大一些，但不是越大越好，故C错误；同一次实验中，改变拉力进行多次测量时，结点的位置应相同，故D正确。 （3）绳套拉力及其合力如图所示，由图可知，保持绳套1及结点位置不变，绳套2沿逆时针缓慢转动27°过程中，绳套2的拉力逐渐减小。 （实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系） 6.（12分）（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： 甲 （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＝　　　　（选填“5.00”或“1.00”） cm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。  乙 （4）图乙中直线斜率的单位为　　　　（选填“kg”或“kg－1”）。  7.（10分）（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）  甲 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。 乙 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”）  丙 丁 8.（12分）（2025山东临沂三模）某实验小组用图甲所示的装置探究“加速度与力和质量”的关系，打点计时器使用的交变电流频率为50 Hz，纸带每5个点取一个计数点，A、B、C、D、E为选取的连续5个计数点。已知重物质量为m，重力加速度为g，滑轮重力及绳与滑轮间的摩擦不计。 甲 乙 （1）本实验中，重物的质量　　　　（选填“需要”或“不需要”）远小于小车的质量。  （2）依据图乙纸带计算，小车做匀加速运动的加速度大小为a＝　　　　 m/s2（保留两位有效数字）。  （3）若不计小车与水平面间的摩擦，则实验中弹簧测力计读数应为F＝　　　　（用m、a、g表示）。  （4）由于绳与滑轮间存在摩擦或存在空气阻力，实验中发现F的计算值总是略　　　　（选填“大于”或“小于”）弹簧测力计的读数。  9.（16分）用如图甲所示的装置做探究小车的加速度与小车受力、小车质量的关系的实验。 甲 （1）除了图中所给器材以及交流电源和导线外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是　　　　（选填正确选项的字母）。  A.秒表 B.天平（含砝码） C.弹簧测力计 D.刻度尺 （2）实验前平衡摩擦力的做法是：把实验器材安装好，先不挂砂桶，将小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。用垫块把木板一端垫高，接通打点计时器，让小车以一定初速度沿木板向下运动，并不断调节木板的倾斜度，直到小车拖动纸带沿木板做　　　　运动。  （3）为使砂桶及砂的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力，需满足的条件是砂桶及砂的总质量　　　　（选填“远大于”“远小于”或“近似等于”）小车的总质量。  （4）实验中打出的一条纸带的一部分如图乙所示。纸带上标出了连续的3个计数点A、B、C，相邻计数点之间还有4个计时点没有标出。打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上。则打点计时器打B点时，小车的速度vB＝　　　　 m/s。多测几个点的速度作出v－t图像，就可以算出小车的加速度。  乙 （5）为研究加速度和力的关系，要保证　　　　的总质量不变，改变砂桶内砂的质量，重复做几次实验，通过实验数据来研究加速度和力的关系。  （6）在研究加速度与质量的关系时，要保证砂桶及砂的质量不变。若砂桶及砂的质量m与小车的总质量m车间的关系不满足第（3）问中的条件，由实验数据作出a和的图线，则图线应如图中的　　　　所示（选填正确选项的字母）。  10.(12分)(2025湖北武汉模拟)为了探究小车加速度与外力的关系,小明同学设计了如图甲所示的实验装置,长木板水平放置在实验台上,细绳一端与力传感器相连,另一端跨过轻质的动滑轮和定滑轮与砂桶相连,小车一端连接纸带,纸带穿过打点计时器,打点计时器所接交流电源的频率为50 Hz,力传感器可测出轻绳中的拉力大小,记小车的质量为m车,砂和砂桶的总质量为m,已知重力加速度为g。 甲 乙 丙 (1)关于该实验的操作,下列说法正确的是　。  A.在实验操作过程中,需要调整长木板左端定滑轮的高度,使细绳与长木板平行 B.为减小实验误差,在细绳一端不挂砂桶的前提下,将带有滑轮的长木板右端用小木块垫高,以平衡小车运动过程中受到的阻力 C.实验时小车尽量靠近长木板左端,先释放小车,再接通电源 D.本实验要保证小车的质量m车远大于砂和砂桶的总质量m (2)小明同学进行正确实验操作时某次得到的纸带如图乙所示,从1点开始每隔4个点取一个计数点,1、2、3、4、5均为计数点,部分实验数据在图中已标注,则可以从图乙中看出纸带　　　　(选填“左”或“右”)端与小车相连,小车运动的加速度是　　　　 m/s2(结果保留2位有效数字)。  (3)保持小车的质量不变,记录多次实验的数据,以力传感器的示数F为横坐标,以加速度a为纵坐标,通过实验数据作出的图像是一条直线,如图丙所示,图线的斜率为k,则小车的质量为m车=　　　　。  答案： 6.答案 （1）1.00　（2）0.41　（3）增大　（4）kg－1 解析 （1）遮光片宽度越小，其通过光电门的平均速度越接近瞬时速度，故选用d＝1.00 cm的遮光片。 （2）由运动学公式可得a＝＝0.41 m/s2。 （3）由图乙可知，当a＝0时，F≠0，说明该实验没有完全平衡阻力，故应该增大轨道的倾角。 （4）斜率的单位＝kg－1。 7.答案 （1）c　（2）①失重　②d 解析 （1）平衡阻力的方法是：调整轨道的倾斜度，使小车不受牵引时，能拖动纸带沿轨道做匀速运动，故选c。 （2）①根据图丙可知，t＝4 s时，加速度方向竖直向下，故物体处于失重状态；②根据牛顿第二定律，有FN－mg＝ma，整理可得物体加速度a＝·FN－g，可知图像的斜率为，故将物体质量增大一倍，图像斜率变小，而纵轴截距不变，其a－FN图像为图丁中的图线d。 8.答案 （1）不需要　（2）2.0　（3）　（4）大于 解析 （1）该实验绳子拉力可以利用弹簧测力计直接测量得到，而不是将重物的重力近似等于绳子的拉力，故该实验，重物的质量不需要远小于小车的质量。 （2）小车的加速度a＝＝2.0 m/s2。 （3）由题意得，弹簧测力计的示数等于绳子的拉力，且小车加速度为重物加速度的2倍，则有mg－2F＝m，则F＝。 （4）由于绳与滑轮间存在摩擦或存在空气阻力，由牛顿第二定律有mg－2F'－Ff＝m，则F'＝，故F的计算值总是略大于弹簧测力计的读数。 9.答案 （1）BD　（2）匀速直线　（3）远小于　（4）0.44　（5）小车　（6）C 解析 （1）需要用天平测量质量，打点计时器可以计时，打出的纸带需测量长度求加速度，所以还需要天平和刻度尺，A、C错误，B、D正确。 （2）平衡摩擦力是使小车拖动纸带在木板上做匀速直线运动。 （3）为了使砂桶及砂的重力在数值上近似等于小车受到的拉力，需要砂桶及砂的总质量远小于小车的总质量。 （4）由某段时间中间时刻的瞬时速度等于该段时间运动过程的平均速度，可得vB＝ m/s＝0.44 m/s。 （5）探究加速度a与外力F的关系时，需要保持小车的总质量不变。 （6）在研究加速度与质量的关系时，由于平衡了摩擦力，所以图像过原点，分别对小车和砂桶及砂受力分析，由牛顿第二定律可得mg－FT＝ma，FT＝m车a，联立解得a＝，因为砂桶及砂的质量不变，所以由实验数据作出的a－的图线不会发生弯曲，故C正确。 10.答案 (1)AB　(2)左　0.39　(3) 解析 (1)在实验操作过程中,为保证细绳拉力与小车运动方向一致,需要调整长木板左端定滑轮的高度,使细绳与长木板平行,故A正确;为减小实验误差,在细绳一端不挂砂桶的前提下,将带有滑轮的长木板右端用小木块垫高,以平衡小车运动过程中受到的阻力,故B正确;实验时小车尽量靠近长木板右端,先接通电源,再释放小车,故C错误;本实验利用力传感器测出轻绳中的拉力大小,所以不用保证小车的质量m车远大于砂和砂桶的总质量m,故D错误。 (2)由乙图可知,纸带左侧相邻点迹间距较小,小车做加速运动,所以纸带左端与小车相连。依题意,相邻计数点间的时间间隔为T=5×=0.1 s,由逐差法可知小车运动的加速度大小为a==0.39 m/s2。 (3)由牛顿第二定律可得2F=m车a,解得a=F,结合丙图,可知=k,解得m车=。 学科网（北京）股份有限公司 $