两个守恒定律与测量重力加速度实验 实验题专项强化练习 - 2027届高考物理一轮复习

**基本信息** 聚焦力学实验核心，以守恒定律验证与重力加速度测量为载体，通过多样化实验装置与数据处理，系统培养科学探究能力与实验思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |验证机械能守恒定律|3题|涵盖气垫导轨、打点计时器、单摆等装置，涉及游标卡尺读数、图像斜率分析、误差归因|从弹簧弹性势能与动能转化，到系统重力势能与动能关系，构建能量观念的实验验证逻辑| |验证动量守恒定律|3题|包含碰撞、弹簧弹射、小车碰撞等模型，考查平抛运动间接测量速度、动量表达式推导|通过不同碰撞情境（弹性/非弹性），建立动量守恒条件与实验验证方法的关联| |用单摆测量重力加速度|3题|涉及摆长测量（含直径修正）、周期计时、T²-l图像分析，强调实验操作规范|从单摆周期公式出发，通过实验参数精确测量与图像法处理数据，实现重力加速度的间接测量|

2027届新高考高三第一轮复习 高三物理备课组 新课标 · 新高考2027届高三第一轮复习 实验题专项强化练习 两个守恒定律与测量重力加速度实验 板块 班级：_________ 学号：_________ 姓名：_________ 小专题1　验证机械能守恒定律 1．某物理兴趣小组想利用气垫导轨验证物块和弹簧组成的系统机械能守恒。如图甲所示，气垫导轨调至水平，力传感器固定在导轨的左支架上，将轻质弹簧一端连接到力传感器上，弹簧自由伸长至O点。给装有宽度为d的遮光条的滑块一定的初速度，使之从导轨右端向左滑动，记录滑块经过光电门时的挡光时间∆t以及滑块压缩弹簧至最短时力传感器的示数F，并多次进行上述操作。已知弹簧的劲度系数为k，弹簧弹性势能的表达式为（x为弹簧的形变量），滑块的质量为m。 (1)用游标卡尺测得遮光条的宽度如图乙所示，读数d=________mm。 (2)滑块经过光电门时的动能为，弹簧压缩到最短时，弹簧的弹性势能为________（用题中所给字母表示）。 (3)根据实验数据，作出________（填“”“”或“”）图像，使之成为一条直线，图像的斜率为________（用题中所给字母表示），则可验证系统机械能守恒。 2．某实验小组用如图所示的装置来验证机械能守恒定律。绕过定滑轮的轻质细线的两端分别悬挂质量均为m的重物A、B且处于静止状态，A与纸带连接，纸带通过固定的打点计时器（电源频率为50Hz），在B的下端再挂质量为m0的重物C。由静止释放重物C，利用打点计时器打出的纸带可研究系统（由重物A、B、C组成）的机械能守恒，重力加速度大小为g，回答下列问题： (1)关于该实验，下列说法正确的是（　　） A．无须测量重物C的质量m0就可以验证机械能守恒定律 B．实验时，应先接通打点计时器电源再释放纸带 C．增大重物C的质量可使重物A、B、C的加速度接近g，但不可能超过g (2)此实验存在系统误差，由于摩擦和空气阻力的影响，系统的总动能的增加量略______总重力势能（填“小于”或“大于”）；适当______重物A、B、C的质量，可减小本实验的相对误差。（填“增大”或“减少”） (3)对选取的纸带，若第1个点对应的速度为0，重物A上升的高度为h，通过计算得到三个重物的速度大小为v，然后描绘出v2-h（h为横坐标）关系图像，若系统机械能守恒成立，且，则倾斜直线的斜率k＝______。 3．某物理小组利用图（a）中的装置验证机械能守恒定律。实验步骤如下： （1）将轻绳一端固定于O点，另一端连接一泡沫小球，O点正下方放置光电门；调节光电门位置，使小球摆动时能够通过光电门。 （2）测出轻绳长，用游标卡尺测出泡沫小球的直径，示数如图（b）所示，其读数__________mm； （3）将轻绳拉直至水平位置，由静止释放泡沫小球，记录小球经过光电门时的挡光时间为，可求得小球经过最低点时速度大小__________（用题目中所给的符号表示），此过程中小球动能的增加量__________（选填“大于”“等于”或“小于”）重力势能的减少量； （4）依次更换与泡沫小球体积相同的塑料小球和小钢球，保持轻绳长不变，重复（3）中步骤，分析发现：的差值越来越小。推理得出：在不计阻力时，，即机械能守恒。下列实验的思想方法与本实验推理过程一致的是__________。 A．观测桌面的微小形变实验 B．伽利略理想斜面实验 C．验证平行四边形定则实验 D．探究加速度与力和质量的关系实验 小专题2　验证动量守恒定律 1．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向前作平抛运动，则小球A的质量与小球B的质量应满足______（填“>”“<”或“=” ）。 (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、、、、表示）。 (4)另外两实验小组分别采用图（b），图（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：关系式①：；关系式②：，则采用图（b）实验装置验证应该是关系式______（填“①”或“②”）。 2．某小组用如图1所示的装置验证动量守恒定律。    （1）关于橡皮泥在本实验中的作用，下列说法正确的是________ A．改变小车的质量 B．在两车碰撞时起到缓冲作用，防止撞坏小车 C．若在两个小车的碰撞端分别贴上尼龙搭扣（魔术贴），可起到相同的作用 （2）关于实验的操作，下列说法正确的是________ A．实验前应微调木板的倾斜程度，使小车P能静止在木板上 B．接通打点计时器电源后，应将小车P由静止释放 C．与小车P碰撞前，小车Q应静止在木板上的适当位置 D．加砝码以改变小车质量再次实验，必须再次调整木板倾角 （3）打点计时器每隔0.02s打一次点，实验得到的一条纸带如图2所示，已将各计数点之间的距离标在图上。则小车P碰撞前的速度为________m/s。（计算结果保留三位有效数字）      （4）测得小车P的总质量为，小车Q的总质量为，图2中AB、BC、CD、DE四段长度分别为、、、，为了验证动量守恒定律，需要验证的表达式是________。（用题中所给物理量符号表示） （5）某同学发现系统碰后动量的测量值总是大于碰前动量的测量值，可能的原因是________。（写出一条即可） 3．如图甲所示，某同学制作了一个弹簧弹射装置，轻弹簧两端各放一个金属小球（小球与弹簧不连接），压缩弹簧并锁定，该系统放在内壁光滑的金属管中（管内径略大于两球直径），金属管水平固定在离水平地面一定高度处，解除弹簧锁定，两小球向相反方向弹射，射出管时均已脱离弹簧。现要测定弹射装置锁定时具有的弹性势能，并探究弹射过程遵循的规律，实验小组配有足够的基本测量工具，重力加速度大小为g，按以下步骤进行实验： ①用天平测出小球P和Q的质量分别为m1、m2； ②用刻度尺测出管口离地面的高度H； ③解除锁定，分别记录两小球在水平地面上的落点M、N。 根据该同学的实验，回答下列问题： (1)除上述测量外，要测定弹射装置锁定时具有的弹性势能，还需要测量的物理量是_________。 A．金属管的长度L B．弹簧的压缩量∆x C．两小球从弹出到落地的时间t1、t2 D． P、Q两小球的落地点M、N到对应管口的水平距离x1、x2 用测量的物理量表示弹簧的弹性势能：Ep=_______________________________。 (2)若满足关系式____________，则说明弹射过程中轻弹簧和两金属小球组成的系统动量守恒。（用测得的物理量符号表示） (3)若在金属管口安装光电门，则可以通过测量小球的直径得到小球离开金属管口的速度大小。若用螺旋测微器测得小球的直径的示数如图乙所示，则小球的直径d=____________mm。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 小专题3　用单摆测量重力加速度的大小 1．小明学习“用单摆测量重力加速度”实验后，利用图甲装置做了该实验。 (1)在安装装置时，摆线上端有三种系挂方式，上列方式中正确的是________（填对应序号）。 A． B． C． (2)测量摆长时，先用毫米刻度尺测得摆球悬挂后的摆线长（从悬点到摆球的最上端）为，再用游标卡尺测得摆球的直径，读数如乙图所示，则＝__________，若再测得单摆周期为，则当地的重力加速度＝__________（用表示）。 (3)改变单摆的摆长，多次测量单摆在不同摆长下所对应的周期，并描绘出图像如图丙所示，则可得重力加速度大小为________ 。（计算结果保留三位有效数字） (4)造成图像不过坐标点的原因可能是 。 A．摆长测量偏大 B．摆长测量偏小 C．周期测量偏大 D．周期测量偏小 2．一学生小组用图甲所示的装置做“用单摆测量重力加速度的大小”实验。 (1)组装好装置，用毫米刻度尺测量摆线长度L，用螺旋测微器测量小钢球直径，示数如图乙所示，小钢球直径d=______mm，记摆长。 (2)拉开小钢球，使摆线偏离平衡位置的角度不大于5°，释放小钢球，当其振动稳定时，应在______（选填“最高点”或“最低点”）开始计时并计数，记下多次全振动的时间，计算出周期T。 (3)多次改变摆线长度，在小摆角下测得不同摆长l对应的小钢球摆动周期T，并作出l—T2图像，图像为过原点的直线，其斜率为k，如图丙中实线所示，则重力加速度g=______。（用k表示） (4)若将摆线长度误认为摆长，仍用上述图像法处理数据，作出的图像可能为图丙中的虚线______（选填“1”“2”或“3”）。 3．某同学利用在半径为R的光滑圆弧球面上做简谐运动的匀质小球来测定当地的重力加速度，实验装置如图甲所示，在该实验条件下，小球在圆弧球面上的运动可视为单摆。 (1)该同学首先利用游标卡尺测量小球的直径，示数如图乙所示，则小球的直径为d = __________cm。 (2)该同学在圆弧球面下方安装了压力传感器，将小球从A点由静止释放后，压力传感器的示数变化如图丙所示，则小球摆动的周期为T = __________。 (3)根据已知的物理量，可得当地重力加速度g的表达式为g = __________（用d、t0、R表示）。 (4)另一同学将光滑圆弧球面半径R当做小球等效单摆长度测得重力加速度，则测得的重力加速度的值__________（选填“大于”、“小于”或“等于”）当地重力加速度的真实值。 第 2 页 共 8 页 第 1 页 共 8 页 学科网（北京）股份有限公司 $2027届新高考高三第一轮复习 高三物理备课组 新课标 · 新高考2027届高三第一轮复习 实验题专项强化练习 两个守恒定律与测量重力加速度实验 板块 班级：_________ 学号：_________ 姓名：_________ 小专题1　验证机械能守恒定律 1．(1)10.60 (2) (3) 【详解】（1）游标卡尺的读数为主尺刻度与游标尺刻度之和，所以遮光条的宽度 （2）根据弹性势能的表达式 根据胡克定律 解得 （3）[1][2]若系统机械能守恒，则满足 即 整理可得 故应作图像，图像的斜率为。 2．(1)BC (2) 小于 增大 (3) 【详解】（1）A．根据题意可知，本实验系统减少的重力势能为 系统增加的动能为 需要验证机械能守恒的表达式为 可知验证机械能守恒需要测量重物C的质量m0，故A错误； B．为了充分利用纸带，实验时，应先接通打点计时器电源再释放纸带，故B正确； C．以B、C为对象，根据牛顿第二定律可得 以A为对象，根据牛顿第二定律可得 联立可得加速度大小为 可知增大重物C的质量可使重物A、B、C的加速度接近g，但不可能超过g，故C正确。 故选BC。 （2）[1][2] 此实验由于摩擦和空气阻力的影响，减少的重力势能有一部分转化为内阻，使得系统的总动能的增加量略小于总重力势能；适当增大物A、B、C的质量，可减小摩擦和空气阻力的影响，减小本实验的相对误差。 （3）根据系统机械能守恒可得 整理可得 可知若系统机械能守恒成立，则倾斜直线的斜率为 3． 14.7 小于 B 【详解】[1]游标卡尺是10分度的，游标尺上零刻线在1.4cm后，第7条线和主尺上刻度对齐，因此其读数应为； [2]光电门是将通过光电门的平均速度近似等于球心经过光电门的瞬时速度，所以小球经过最低点时速度大小为； [3]由于实验中存在空气阻力，且泡沫小球较轻，空气阻力造成的影响较大，下落过程中空气阻力做负功，动能增加量小于重力势能的减少量； [4]本实验的核心思想是合理外推法：依次更换相同体积、质量更大的小球，让下落过程中空气阻力造成的影响越来越小，则下落过程中动能的增加量越来越接近于重力势能的减少量。然后合理外推到在不计阻力时，动能增加量和重力势能减少量相等，即机械能守恒。该方法和伽利略理想实验的推理过程是一致的，故选B。 小专题2　验证动量守恒定律 1．(1)同一位置静止 (2)> (3) (4)② 【详解】（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静止静止滚下。 （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向前作平抛运动，则小球A的质量与小球B的质量应满足>。 （3）小球做平抛运动，则有，，， 根据动量守恒定律有 解得 （4）图（b）中令木板与小球飞出点之间的间距为L，则有，， 竖直方向有，， 根据动量守恒定律有 解得 可知，采用图（b）实验装置验证应该是关系式②。 2． C C 1.63 木板倾角过大（碰前小车Q具有沿轨道向下的速度） 【详解】（1）[1]在碰撞过程中，橡皮泥在本实验中的作用是使碰撞后两车粘连在一起。 故选C。 （2）[2]A．实验前应微调木板的倾斜程度，使小车P能在木板上匀速直线运动，平衡摩擦力，故A错误； B．接通打点计时器电源后，小车P匀速运动，故释放时需有一定的初速度，故B错误； C．与小车P碰撞前，小车Q应静止在木板上，保证碰撞前速度为0，且位置要适当，保证可以测量出小车P的碰前速度，故C正确； D．加砝码以改变小车质量再次实验，不需要再次调整木板倾角，故D错误。 故选C。 （3）[3]碰撞前的速度应该选择BC段求平均速度，则 （4）[4]为碰撞后二者的运动距离，则根据动量守恒定律可得 解得 （5）[5]由上述可知 若系统碰后动量的测量值总是大于碰前动量的测量值，则说明碰撞前Q不是处于静止状态，故碰前小车Q具有沿轨道向下的速度。 3．(1) D (2) (3)2.756（2.754~2.758） 【详解】（1）[1][2]根据能量守恒定律有 小球离开金属管后做平抛运动，由于下落高度相同，则下落时间相等，根据平抛运动的规律有 联立可得 由此可知，需要测量的量为小球P和Q的质量；管口离地面的高度；两小球的落地点M、N到对应管口的水平距离x1、x2。 故选D。 （2）若两小球弹射过程中动量守恒，则 所以 （3）螺旋测微器的读数为固定刻度与可动刻度之和，所以 小专题3　用单摆测量重力加速度的大小 1．(1)C (2) 2.150 (3)9.86 (4)B 【详解】（1）为防止摆球摇摆及实验过程摆长变化，应该用夹子固定摆线悬点。 故选C。 （2）[1]该游标卡尺的分度值为0.05mm，则 [2]根据周期公式 可得当地的重力加速度 （3）根据 整理得 结合图丙可知图像斜率 解得重力加速度大小为 （4）由第（3）问可知 可知造成图像不过坐标点的原因是摆长少加了小球的半径，即摆长测量偏小。 故选B。 2．(1)20.024/20.025/20.026 (2)最低点 (3) (4)3 【详解】（1）根据螺旋测微器的读数规律，小钢球直径 （2）为了减小误差，当小钢球振动稳定后，应在平衡位置开始计时并计数，即在最低点开始计时并计数。 （3）根据单摆周期公式有 整理可得 图线的斜率 解得 （4）若将摆线长度L误认为摆长l，则有 整理可得 可知，斜率不变，纵轴截距为负值，可能为图丙中的虚线3。 3．(1)1.050 (2) (3) (4)大于 【详解】（1）由游标卡尺读数有，小球的直径 （2）小球从运动到，再到，返回最后运动到，运动的时间为一个周期，当小球运动到点时，压力传感器示数最大，所以一个周期内压力传感器示数出现两次最大，由图丙可知，小球摆动的周期为。 （3）由题意可知周期，摆长为 根据单摆周期公式，可得 解得 （4）由（3）可知 若将光滑圆弧球面半径当做小球等效单摆长度测得重力加速度，显然等效摆长变大，所以重力加速度g的测量值大于当地重力加速度的真实值。 第 2 页 共 8 页 第 1 页 共 8 页 学科网（北京）股份有限公司 $