周练（十八）力学实验（二）-【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，通过多样化题型构建从实验原理到数据处理的完整逻辑链，强化科学探究与推理能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础实验操作|3题|选择/填空|涵盖简谐运动周期测量、平抛运动条件控制、平衡阻力方法，形成实验操作规范体系| |数据处理与误差分析|3题|计算/选择|围绕加速度计算、机械能守恒验证、弹簧劲度系数测定，构建数据处理方法链| |综合实验探究|3题|综合应用|整合动量守恒、系统加速度测量等复杂实验，体现运动与相互作用观念的综合应用|

周练(十八)　力学实验(二) 一、选择题 1．如图，某同学利用一半径R较大的固定光滑圆弧槽和一直径为d(d≪R)的刚性小球来测定当地的重力加速度。已知小球的运动为简谐运动。下列说法正确的是(　　) A．应从小球处于最高点开始计时 B．从不同高度释放，小球的周期不同 C．若将n次全振动误记为n－1次，重力加速度的测量值将偏小 D．小球经过最低点时加速度为零 2．(多选)如图是研究平抛运动的实验装置示意图，桌面上的小球经压缩状态的弹簧弹开后，飞出桌面做平抛运动，撞到带有白纸和复写纸的竖直长木板上，并留下痕迹A。重复实验，木板依次后退相同的水平距离x，小球撞在木板上，留下痕迹B、C，测量A、B、C点到同一点O的距离y1、y2、y3，其中O点与小球抛出时圆心位置等高。关于此实验， 以下说法正确的是(　　) A．重复实验时，必须将弹簧压缩到同一位置，再释放小球 B．桌面必须保证严格水平 C．桌面必须尽量光滑，多次重复实验 D．一定会有y1∶y2∶y3＝1∶4∶9 3．(多选)某实验小组设计如图甲所示的装置探究“向心力的大小与角速度的关系”。圆柱体在光滑水平圆盘上做半径为r的匀速圆周运动，力传感器测量向心力大小F，角速度传感器测量角速度ω。改变角速度ω，该组同学测得多组数据，作出了如图乙所示的图像，图像为一条过原点且斜率为k的直线。下列说法正确的是(　　) 　　　　　甲　　　　　　　　　　　乙 A．图乙横坐标为ω B．图乙横坐标为ω2 C．圆柱体的质量为kr D．圆柱体的质量为 4．如图所示，某同学用智能手机的频闪功能拍摄一滑块在足够长斜面上的运动情况，频闪时间间隔为T＝0.1 s，滑块从斜面底端开始向上运动，用频闪照相记录下滑块依次经过斜面上的1、2、3、4、5点，且知3点为滑块运动的最高点。测得各段的实际距离x34＝0.0125 m、x42＝0.0250 m、x25＝0.0125 m、x51＝0.1000 m，已知滑块在运动过程中所受的摩擦阻力大小不变，斜面倾角θ＝30°，重力加速度g取10 m/s2。以下说法正确的是(　　) A．滑块经过2点时的速度大小是0.60 m/s B．滑块向上运动时的加速度大小是3.0 m/s2 C．滑块向下运动时的加速度大小是1.0 m/s2 D．滑块所受摩擦阻力与重力大小之比是1∶4 二、非选择题 5．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________(填正确答案标号)。 甲 a．能在轨道上保持静止 b．不受牵引时，能拖动纸带沿轨道做匀速运动 c．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。 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变化的图像，以竖直向上为正方向。t＝3 s时，物体处于________(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若将物体质量减小为原来的一半，重新进行实验，其a-FN图像为图丁中的图线________(填“B”“C”或“D”)。 6．某兴趣小组利用轻弹簧与刻度尺设计了一款加速度测量仪，如图甲所示。轻弹簧的右端固定，左端与一小车固定，小车与测量仪底板之间的摩擦阻力可忽略不计。在小车上固定一指针，装置静止时，小车的指针恰好指在刻度尺正中间，图中刻度尺每一小格的长度为1 cm。测定弹簧弹力与形变量的关系图线如图乙所示；用弹簧测力计测定小车的质量，读数如图丙所示。重力加速度g取10 m/s2。 　 　 甲　　　　　　　　　　　　乙　　　　　　　　丙 (1)根据弹簧测力计的读数可知小车质量m＝________kg。(保留两位有效数字) (2)根据弹簧弹力与形变量的关系图线可知，弹簧的劲度系数k＝________N/m。(保留两位有效数字) (3)利用“↓”符号在图甲中刻度尺上方标出小车获得向右的、大小为10 m/s2的加速度时指针所指的刻度位置。 (4)若将小车换为一个质量更大的小车，其他条件均不变，那么该加速度测量仪的量程将________(选填“增大”或“减小”)。 (5)加速度测量仪制作完成后，将刻度尺不同刻度对应的加速度大小标在尺上。在测量某次运动的过程中，该同学观察到指针由读数较大的位置逐渐变小到读数几乎为0。图中可能表示该装置在这段时间内运动的v-t图像的是________。 7．某物理小组利用如图甲所示实验装置来“验证机械能守恒定律”。所用器材包括：装有声音传感器的智能手机、铁球、刻度尺、钢尺等。实验操作步骤如下： 　　 　甲　　　　　　　　　　　　　乙 a．在钢尺的一端粘一层薄橡皮泥，将该端伸出水平桌面少许，用刻度尺测出橡皮泥上表面与地板间的高度差h＝90 cm； b．将质量为m的铁球放在钢尺末端的橡皮泥上，保持静止状态； c．将手机置于桌面上方，运行手机中的声音“振幅”(声音传感器)项目； d．迅速敲击钢尺侧面，铁球自由下落； e．传感器记录声音振幅随时间的变化曲线。 (1)声音振幅随时间的变化曲线如图乙所示，第一、第二个尖峰的横坐标分别对应敲击钢尺和铁球落地的时刻，则铁球下落的时间间隔t＝________s。 (2)已知铁球质量为m＝200 g，某同学利用v＝求出了铁球落地时的速度，则下落过程中，铁球动能的增加量为ΔEk＝________J；重力加速度为9.8 m/s2，铁球重力势能的减少量为ΔEp＝________J。据此可得出，在误差允许的范围内，铁球在自由下落过程中机械能守恒。(结果均保留三位有效数字) (3)若敲击钢尺侧面时铁球获得一个较小的水平速度，对实验测量结果________(选填“有”或“没有”)影响。 8．某实验小组用如图甲所示的实验装置同时测量A、B两个箱子的质量，其中D为铁架台，E为固定在铁架台上的轻质滑轮(质量和摩擦可忽略不计)，F为光电门，C为固定在A上、宽度d＝2 mm的细遮光条(质量不计)，此外，该实验小组还准备了一套砝码(总质量m0＝0.2 kg)和刻度尺等，取重力加速度大小g＝10 m/s2。计算结果均保留两位有效数字。 甲 (1)在铁架台上标记一位置O，并测得该位置与光电门F之间的高度差h＝0.50 m。取出质量为m的砝码放在A箱子中，剩余砝码放在B箱子中，让A箱子从位置O由静止开始下落，则A箱子从静止下落到F处的过程中，A箱子与A箱子中砝码组成的系统的机械能________(填“增加”“减少”或“守恒”)。 乙 (2)若遮光条通过光电门的时间t＝1 ms，则A箱子下落过程中的加速度大小a＝________m/s2。 (3)改变m重复(2)、(3)步骤，得到多组m与a的数据，作出a-m图像如图乙所示。可得A箱子的质量mA＝________kg，B箱子的质量mB＝________kg。 (4)A、B箱子及砝码组成的系统的最大加速度am＝________m/s2。 9．某物理兴趣小组设计了如图甲所示的实验装置。在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门，其右侧摩擦很小，可忽略不计，左侧为粗糙水平面。当地重力加速度大小为g。采用的实验步骤如下： 　 甲　　　　　　　　　　　　　　　　　乙 A．在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片； B．用天平分别测出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mb； C．在a和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的轻短弹簧(与a、b不连接)，静止放置在平台上； D．细线烧断后，a、b瞬间被弹开，向相反方向运动； E．记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t，用刻度尺测出滑块a运动停止时离光电门的距离x； F．小球b从平台边缘飞出后，落在水平地面的B点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离s； G．改变弹簧压缩量，进行多次测量。 (1)用游标卡尺测量挡光片的宽度，如图乙所示，则挡光片的宽度d＝________mm。 (2)针对该实验装置和实验结果，同学们做了充分的讨论。讨论结果如下： ①该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证a、b两物体弹开后的动量大小相等，即________＝________(用上述实验所涉及物理量的字母表示)； ②若该实验的目的是求弹簧的最大弹性势能，则弹簧的弹性势能为____________(用上述实验所涉及物理量的字母表示)； ③改变弹簧压缩量，多次测量后，该实验小组得到xa与的关系图像如图所示，图线的斜率为k，则平台上A点左侧与滑块a之间的动摩擦因数大小为________(用上述实验数据字母表示)。 学科网（北京）股份有限公司 $ 周练(十八)　力学实验(二) 1．C　在简谐运动中，通常选择平衡位置作为计时起点，此时速度最大，便于测量，时间误差最小，最高点速度为零，不是最佳的计时起点，A错误；对于简谐运动，周期 T只与系统的固有性质(如摆长、重力加速度)有关，与振幅(即释放高度)无关，因此从不同高度释放，小球的周期相同，B错误；根据单摆运动的周期公式T＝若将n次全振动误记为n－1次，会使小球运动周期偏大，重力加速度的测量值偏小，C正确；在简谐运动中，小球绕点O做圆周运动，小球在最低点时速度最大，但加速度不为零，方向指向O点，D错误。 2．AB　重复实验时，必须将弹簧压缩到同一位置，再释放小球，以保证每次弹出的初速度都相同，故A正确；桌面必须保证严格水平，以保证小球做平抛运动，故B正确；桌面光滑与否与实验精度无关，只要弹出时速度相同即可，故C错误；由于竖直长木板的初始位移与抛出点的距离不一定也是x，则O、A、B、C四点的时间间隔不一定相同，则不一定会有y1∶y2∶y3＝1∶4∶9，故D错误。 3．BD　由向心力公式F＝mrω2，可知当质量和半径不变时F∝ω2，所以图像的横坐标为ω2，A错误，B正确；图像的斜率k＝mr，所以圆柱体的质量m＝，C错误，D正确。 4．D　由匀变速直线运动中某点的瞬时速度等于其相邻两点间的平均速度，故滑块经过2点时的速度大小是v2＝＝0.75 m/s，故A错误；由逐差法可知，滑块向上运动时的加速度大小是a1＝＝7.5 m/s2，故B错误；由逐差法可知，滑块向下运动时的加速度大小是a2＝＝2.5 m/s2，故C错误；物块向上运动时，由牛顿第二定律G sin θ＋f＝ma1，物块向下运动时，由牛顿第二定律G sin θ－f＝ma2，其中θ＝30°，联立解得，滑块所受摩擦阻力与重力大小之比是，故D正确。 5．解析：(1)平衡阻力的方法：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b。 (2)根据图像可知，t＝3 s时，加速度方向竖直向上，故处于超重状态； 对物体，根据牛顿第二定律有FN－mg＝ma， 整理得a＝·FN－g 可知图像的斜率为，故将物体质量减小为原来的一半，图像斜率变大，纵轴截距不变，其a-FN图像为图丁中的图线B。 答案：(1)b　(2)①超重　②B 6．解析：(1)由题图丙可得弹簧测力计的示数为F测＝2.0 N，由二力平衡F测＝mg， 解得小车质量m＝ kg＝0.20 kg。 (2)由胡克定律F＝kx， 可知弹簧的劲度系数k＝ N/m＝40 N/m。 (3)小车获得方向向右的a1＝10 m/s2加速度时，可知弹簧处于伸长状态，设伸长量为x1， 根据牛顿第二定律F1＝ma1，又F1＝kx1 联立解得，x1＝5 cm 故小车获得向右的、大小为10 m/s2的加速度时指针所指的刻度位置如图所示。 (4)设弹簧的最大形变量为xm， 根据牛顿第二定律kxm＝mam 解得可测量的最大加速度am＝ 可知若将小车换为一个质量更大的小车，其他条件均不变，那么该加速度测量仪的量程将减小。 (5)指针由读数较大的位置逐渐变小到读数几乎为0，说明小车的加速度逐渐减小到几乎为0，即小车可能做加速度逐渐减小的加速运动，最后做匀速运动，也可能做加速度逐渐减小的减速运动，最后静止或匀速运动，而v-t图像的斜率绝对值表示加速度大小，故该装置在这段时间内运动的v-t图像可能是选项CD。 答案：(1)0.20　(2)40　(3)见解析图　(4)减小　(5)CD 7．解析：(1)铁球下落的时间间隔 t＝1.95 s－1.52 s＝0.43 s。 (2)铁球下落过程中，落地速度为v＝ 则铁球动能的增加量为ΔEk＝mv2≈1.75 J 铁球重力势能的减少量为 ΔEp＝mgh＝0.2×9.8×0.9 J≈1.76 J。 (3)小球在竖直方向上做自由落体运动，小球下落的时间由高度决定，若敲击钢尺侧面时铁球获得一个较小的水平速度，不会影响小球的落地时间，故对实验测量结果没有影响。 答案：(1)0.43　(2)1.75　1.76　(3)没有 8．解析：(1)A箱子从静止下落到F处的过程中，受到绳子的拉力，拉力做负功，则其机械能减少。 (2)A箱子下落到F处的速率v＝ 由速度位移公式有v2＝2ah，解得a＝4.0 m/s2。 (3)根据牛顿第二定律有 (mA＋m)g－(mB＋m0－m)g＝(m0＋mA＋mB)a 解得a＝g 可知图像的斜率k＝ 纵截距b＝g 解得mA＝0.60 kg，mB＝0.20 kg。 (4)根据(3)分析可知当m＝0.2 kg时有最大加速度为am＝6.0 m/s2。 答案：(1)减少　(2)4.0　(3)0.60　0.20　(4)6.0 9．解析：(1)20分度游标卡尺的精确值为0.05 mm，由题图乙可知挡光片的宽度为d＝3 mm＋16×0.05 mm＝3.80 mm。 (2)应该验证mava＝mbvb，a球通过光电门可得va＝ b球离开平台后做平抛运动，则有h＝gt′2，s＝vbt′ 可得vb＝s 因此验证动量守恒的表达式为ma＝mbs 根据能量守恒定律可知，弹簧的弹性势能为 Ep＝mava2＋mbvb2 联立可得Ep＝ 根据动能定理可得－μmgxa＝0－mva2 而va＝ 联立整理得xa＝ 可知xa-图像的斜率为k＝ 可得动摩擦因数为μ＝。 答案：(1)3.80　(2)①ma　mbs　②　③ 学科网（北京）股份有限公司 $