周练（十七）力学实验（一）-【高考领航】2027年高考物理总复习四测通关卷

**基本信息** 聚焦力学实验核心素养，通过9个典型实验题构建“原理-操作-数据-结论”完整探究链，强化科学思维与实验能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |力的合成与平衡|2题（选择1、8）|原理辨析+数据验证|从平行四边形定则到三力平衡，构建矢量合成模型| |牛顿运动定律|3题（选择3、4、5）|图像分析+公式推导|胡克定律→摩擦力→加速度测量，形成规律应用链| |动量守恒|2题（选择2、9）|条件控制+误差分析|从向心力到碰撞守恒，体现系统动量观念| |平抛与单摆|2题（6、7）|仪器使用+规律验证|平抛运动分解→单摆周期公式，强化运动与相互作用观念|

周练(十七)　力学实验(一) 一、选择题 1．某同学用如图所示的实验装置“探究互成角度的两个力合成的规律”。下列说法正确的是(　　) A．图中弹簧测力计的读数为4.4 N B．该实验不需要测量重物M的重力 C．进行多次实验时，OB都必须保持水平 D．进行多次实验时，O点的位置可以变化 2．用如图所示的装置来探究做圆周运动的小球在质量和半径一定时，所需向心力的大小与角速度间的关系。则下列条件中可行的是(　　) A.一钢球放在挡板A处，另一钢球放在挡板C处；左右塔轮半径之比为1∶1 B．一钢球放在挡板B处，另一铝球放在挡板C处；左右塔轮半径之比为2∶1 C．一钢球放在挡板A处，另一钢球放在挡板B处；左右塔轮半径之比为1∶1 D．一钢球放在挡板A处，另一钢球放在挡板C处；左右塔轮半径之比为2∶1 3．(多选)某同学利用如图甲所示的装置研究摩擦力的变化情况。水平光滑的实验台上固定着一个力传感器，力传感器与一质量为3.5 kg的物块用轻绳连接，物块放置在粗糙的长木板上。水平向左拉长木板，传感器记录的F-t图像如图乙所示。重力加速度g取10 m/s2，下列说法正确的是(　　) 　 　甲　　　　　　　　　　　　　　乙 A．当长木板相对物块滑动后，可以向左做匀加速直线运动 B．向左拉长木板的力的大小与时间的关系图线和图乙中的曲线一定相同 C．物块受到的滑动摩擦力大小约为10 N D．物块与长木板间的动摩擦因数约为0.2 4．如图所示，带有遮光片的物块A的总质量和物块B的质量均为m，遮光片的宽度d，气垫导轨水平放置，打开气垫导轨的充气源，释放物块B，遮光片通过光电门1、2的时间分别为t1、t2，光电门1、2间的距离为L，遮光片从光电门1运动到光电门2的时间为t，重力加速度为g，气垫导轨上方的细线与气垫导轨平行，不计滑轮的摩擦力，下列说法正确的是(　　) A.细线的拉力等于物块B的重力mg B．物块B的加速度为 C．等式2d(t1－t2)＝gt1t2t成立就验证了系统的牛顿第二定律 D．等式d2(t12－t22)＝2gLt12t22成立就验证了系统的机械能守恒定律 二、非选择题 5．某兴趣小组为了研究系头发用的普通橡皮筋产生的弹力与其伸长量之间的关系，分别用细绳系在橡皮筋的两端，一端系在墙上的钉子上，另一端挂小桶，装置如图甲所示。 甲 ①挂上重为G0＝0.05 N的小桶(可用沙子配重)后，测出橡皮筋的伸长量。 ②撤去拉力看橡皮筋是否回到原来位置，以保证橡皮筋在弹性限度内；在小桶内加入一个重为G0的重物后，再测出橡皮筋的伸长量。 ③重复②步骤，测量多组数据如下表： 物理量 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 弹力F/(×10-2 N) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 伸长量x/(×10-3 m) 0 4 9 12 17 21 28 35 44 55 (1)选择前6组数据，用WPS作F-x图像如图乙所示，6个点几乎落在同一条过原点的直线上，由图可知，当橡皮筋伸长量较小时，橡皮筋产生的弹力与橡皮筋的伸长量之间近似满足胡克定律，则橡皮筋的劲度系数为k＝________N/m(结果保留两位有效数字)。 　 乙　　　　　　　　　　　　　　　　　　丙 (2)选择全部数据，用WPS作F-x图像如图丙所示，可知随着橡皮筋形变量的增加，橡皮筋的劲度系数________(填“增加”“减小”或“不变”)。 (3)通过以上分析，可得出实验结论为______________________。 6．如图甲为桶装水的电动抽水器，某实验小组欲使用平抛运动的规律来测量该抽水器的流量Q(单位时间流出的水的体积)。 　 　　甲　　　　　　　　　　乙 (1)为了方便测量，取下不锈钢水管，用游标卡尺测量其内径d，其结果如图乙所示，读数为d＝________cm。 (2)重新安装出水口后，转动出水口至水平，接通电源，待水流速稳定后，测出管口到落地点的高度差h＝54.44 cm，水平距离L＝35.00 cm，已知重力加速度大小g＝9.8 m/s2，则出水口处水流速v＝________ m/s(结果保留三位有效数字)。 (3)该抽水器的流量Q＝____________(用d、L、g、h表示)，经过实际验证发现接满一杯水所用时间总比通过计算得出的时间短，请写出可能的理由：____________________________________(写出一条即可)。 7．某校举办科技节活动，一位同学设计了可以测量水平面上运动物体加速度的简易装置，如图甲所示。将一端系有摆球的细线悬于小车内O点，细线和摆球后面有一个半圆形的刻度盘。当小球与小车在水平面上保持相对静止时，根据悬绳与竖直方向的夹角θ，便可得到小车此时的加速度。 　　 　甲　　　　　　　　　　　　　　乙 (1)为了制作加速度计的刻度盘，需要测量当地的重力加速度，该同学利用单摆进行测量，若已知单摆摆线长为l，周期为T，用游标卡尺测量小球直径，示数如图乙所示，摆球的直径d＝________mm。计算当地重力加速度的表达式为g＝________(用题中符号作答)。 (2)该加速度测量仪的刻度________(填“均匀”或“不均匀”)。 (3)为了检验(1)中计算的重力加速度是否有较大误差而影响该加速度计的精度，该同学让重锤做自由落体运动，利用打点计时器(使用的电源频率为50 Hz)打出的纸带测量当地的重力加速度。实验中得到一条较理想的纸带，如图丙所示。在纸带上取7个连续计时点。根据数据求出重力加速度大小为g＝________m/s2(保留三位有效数字)。 丙 8．某同学用拉力传感器和身边常见器材验证力的平行四边形定则。器材有：铁架台、一个铁块、一个量角器和足够长的细绳。实验过程： ①用长细绳制作三根绳套，并将三根绳套末端拴在一起，结点是O，一根绳套另一端拴铁块。 ②将传感器固定在铁架台上，将第二根绳套A的另一端挂在传感器上，如图甲。静止时读出铁块重力G＝2.00 N。 ③拉动第三根绳套B，让OA水平，如图乙。静止时，读出力传感器示数为F，用量角器测得OB与竖直方向夹角为α。 ④改变夹角α大小，重复步骤③，测得多组F与α，填入图表中，并计算tan α。 ⑤建立tan α-F坐标系，如图丙。 序号 1 2 3 4 5 α 15° 30° 45° 60° 75° tan α 0.268 0.577 1.000 1.732 3.732 F/N 0.54 1.15 2.00 3.46 7.46 回答问题： (1)根据表中数据，在tan α-F坐标系中描点并作出图线； (2)若作出图线的斜率k近似等于________，可以认为实验验证了力的平行四边形定则；(保留1位有效数字) (3)关于本实验，下列操作或要求或说法，正确的是________。(填序号) A．绳套A、B必须等长 B．每次改变α进行实验时，OA绳必须保持水平 C．每次改变α进行实验时，结点O必须在空间的同一位置 D．若用质量不同的两个铁块测得两组数据，在同一坐标系上得到的图线不重合，则不能验证力的平行四边形定则 9．某学习小组做“验证动量守恒定律”实验，设计了如下方案：(已知重力加速度为g) (1)方案甲：如图甲所示，大小相同、质量分别为mA和mB的滑块A、B与地面间的动摩擦因数为μ1、μ2，先不放滑块B，仅将滑块A压缩弹簧至Q点后由静止释放，滑块A在O′点与弹簧分离后，继续滑至P点停止运动；再将滑块B放在O点，仍将滑块A压缩弹簧至Q点后由静止释放，滑块A、B碰撞后分别静止在M、N点，测得O点到M、P、N三点的距离分别为xOM、xOP、xON，若满足__________________，则滑块A、B碰撞过程系统动量守恒。 甲 (2)方案乙：如图乙所示，半径相同、质量分别为mA、mB的小球用等长的细绳悬挂在天花板上，将球A拉至某高度自由释放，记录拉力传感器C碰撞前后瞬时的示数为FC1、FC2，碰后瞬间拉力传感器D的示数为FD，已知球A碰撞后反弹，若满足____________________________________，则滑块A、B碰撞过程系统动量守恒。 　　 乙　　　　　　　　　　　　　　　丙 (3)方案丙：如图丙所示，滑块A、B上端装有等宽遮光片，操作如下： ①打开气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间________时，可认为气垫导轨水平。 ②该装置用于“验证动量守恒定律”时________(填“需要”或“不需要”)测出遮光条的宽度d。 ③滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于两光电门之间，给滑块A一水平向右的初速度，滑块A先后通过光电门1和2的遮光时间分别为Δt1、Δt2，滑块B通过光电门2的遮光时间为Δt3，为使滑块A能通过光电门2，则mA________(填“小于”“等于”或“大于”)mB。 ④若两滑块碰撞过程中动量守恒，则满足表达式______________(用题中物理量的符号表示)。 学科网（北京）股份有限公司 $ 周练(十七)　力学实验(一) 1．D　题图中弹簧测力计读数为3.6 N，故A错误；实验通过做出力的图示，验证“探究互成角度的两个力合成的规律”，该实验需要测量重物M的重力，故B错误；改变拉力，进行多次实验时，每次都要使O点静止，O点的位置可以变化，OB不需要保持水平，故C错误，D正确。 2．D　根据题意可知，探究做圆周运动的小球在质量和半径一定时，所需向心力的大小与角速度间的关系，即要求小球的质量相等，用相同的钢球，要求小球做圆周运动的半径相同，两个小球分别放在挡板A处和挡板C处，角速度不相等，即左右塔轮半径之比不能为1∶1，故选D。 3．AD　长木板相对物块滑动后，受到的摩擦力大小不变，若拉力不变且大于滑动摩擦力，则长木板做匀加速直线运动，故A正确；长木板相对物块滑动前，拉力随时间的变化关系和题图乙相同，但相对滑动后，拉力的大小与物块受到的摩擦力大小无关，故B错误；由题图乙可知，物块受到的最大静摩擦力约为10 N，滑动摩擦力约为7 N，故C错误；由滑动摩擦力公式f＝μFN，FN＝mg，可知物块与长木板间的动摩擦因数约为0.2，故D正确。 4．C　释放物块B，物块B加速下降，处于失重状态，细线的拉力小于B的重力mg，故A错误；遮光片通过光电门1、2的速度分别为v1＝、v2＝，由匀变速直线运动位移与速度的关系，可得2aL＝v22－v12，综合可得a＝，故B错误；遮光片从光电门1运动到光电门2的时间为t，由加速度的定义式可得a＝，对整体由牛顿第二定律可得2ma＝mg，解得a＝，当等式即＝gt1t2t成立，验证了系统的牛顿第二定律，故C正确；物块A、B整体动能的增加量为ΔEk＝×2mv12，光电门1、2间的距离为L，则整体重力势能的减小量为ΔEp＝mgL，当等式ΔEk＝ΔEp即d2(t12－t22)＝gLt12t22成立，验证了系统的机械能守恒定律，故D错误。 5．解析：(1)根据题图乙，橡皮筋的劲度系数为 k＝ N/m≈12 N/m。 (2)随着橡皮筋形变量的增加，图线的斜率减小，橡皮筋的劲度系数减小。 (3)通过以上分析，可得出实验结论为：当形变量较小时，橡皮筋的弹力与伸长量近似成正比。 答案：(1)12　(2)减小　(3)当形变量较小时，橡皮筋的弹力与伸长量近似成正比 6．解析：(1)为了方便测量，应当测量不锈钢水管的内径，其内径读数为 d＝6 mm＋12×0.05 mm＝6.60 mm＝0.660 cm。 (2)由h＝gt2，L＝vt，联立可得v＝L 代入数据可得v＝1.05 m/s。 (3)该抽水器的流量Q＝Sv＝， 实际接满一杯水所用时间总比通过计算得出的时间短，说明计算的流量值偏小，则可能的理由：高度h测量偏大，水平距离L测量偏小，内径d测量偏小。 答案：(1)0.660　(2)1.05　(3)　高度h测量偏大，水平距离L测量偏小，内径d测量偏小 7．解析：(1)摆球的直径d＝2.1 cm＋0.05×5 mm＝21.25 mm 根据单摆周期公式T＝2π 计算当地重力加速度的表达式为g＝。 (2)由受力分析，结合牛顿第二定律，得mg tan θ＝ma 得a＝g tan θ， 可知该加速度测量仪的刻度不均匀。 (3)相邻两计时点间的时间间隔T＝0.02 s， 根据逐差法，重力加速度大小为 g＝ 代入数据得g＝9.78 m/s2。 答案：(1)21.25　　(2)不均匀　(3)9.78 8．解析：(1)将表中数据描点连线，如图所示。 (2)由题根据力的合成可得F＝G tan α，变形得tan α＝F 若要验证力的平行四边形定则，需要让图像斜率k＝＝0.5 N-1 由图像可得斜率k′＝ N-1≈0.5 N-1 由于k＝k′，因此可以认为实验验证了力的平行四边形定则。 (3)绳套A、B的长度不会影响力的测量。因此绳套A、B不需要等长，故A错误；由题可知，该实验中需要满足F＝G tan α，即tan α＝F，因此每次改变α进行实验时，OA绳必须保持水平，且每次改变α时，OA绳中拉力会发生变化，所以O点不是一个固定的点，会发生变化，故B正确，C错误；由题可知，该实验中需要满足F＝G tan α，即tan α＝F，图像的斜率k＝，若用质量不同的两个铁块测得两组数据，在同一坐标系上得到的图线斜率是不同的，两图线不重合是合理的，仍能验证力的平行四边形定则，故D错误。 答案：(1)见解析图　(2)0.5 N-1　(3)B 9．解析：(1)物块A从O点到P点过程，根据动能定理得mAv02 可得碰撞前物块A到O点时速度的大小 v0＝ 同理可得，碰撞后物块A和物块B的速度分别为 v1＝ 若动量守恒定律成立，则应满足mAv0＝mAv1＋mBv2， 即mA＝mA＋mB。 (2)碰撞瞬间前后，对球A有 FC1－mAg＝，FC2－mAg＝ 碰撞后瞬间，对球B有FD－mBg＝ 若碰撞过程动量守恒，有mAv0＝－mAv1＋mBv2 联立整理得。 (3)打开气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间相等时，可认为气垫导轨水平； 实验要验证的关系式为mAv1＝mAv2＋mBv3 其中v1＝， 代入可得 即该实验不需要测出遮光片的宽度d； 为使滑块A能通过光电门2，即防止滑块A碰后反弹，则应使mA大于mB； 由上述分析可知，若两滑块碰撞过程中动量守恒，则满足表达式。 答案：(1)mA＝mA＋mB (2) ＝ (3)①相等　②不需要　③大于　④ 学科网（北京）股份有限公司 $