2027届高考物理二轮复习实验专题-专题十六 力学实验 (1)

**基本信息** 聚焦力学实验核心素养，涵盖打点计时器、光电门等15个实验情境，通过误差分析、数据处理等分层设计，适配高考二轮专题突破需求。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |实验题|15题|加速度测量、牛顿第二定律、平抛运动、机械能守恒等|结合逐差法数据处理（如纸带分析），设置误差分析（如遮光条测量加速度偏差），融入实验创新设计（如改进装置平衡摩擦力）|

2027届高考物理二轮复习第四部分实验专题 专题十六力学实验同步练习 1．在高中阶段，我们学习了多种测量物体加速度的方法。 (1)通过打点计时器，可以测量小车的加速度。实验装置如图所示。通过实验得到了一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O（t=0），然后每隔0.1s选取一个计数点，如图中A、B、C、D、E、F…所示。某同学测量了相邻两计数点间的距离：OA=7.05cm，AB=7.68cm，BC=8.31cm，CD=8.95cm，DE=9.57cm，EF=10.20cm。据此计算该小车的加速度=______（保留小数点后2位）。 (2)通过光电门，同样可以测量物体的加速度。如图，滑块上安装了宽度为2.0cm的遮光条，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过光电门1的时间，通过光电门2的时间，遮光条从开始遮住光电门1到开始遮住光电门2的时间t=2.5s，试估算滑块的加速度=______（保留2位有效数字），该估算值与真实值相比______（选填“偏大”“偏小”或“相同”）。 2．利用如图甲的实验装置“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”。 (1)图乙是实验得到纸带的一部分，每相邻两计数点间有四个点未画出。相邻计数点的间距已在图中给出。打点计时器电源频率为50 Hz，则小车的加速度大小为______m/s2（结果保留3位有效数字）。 (2)实验得到的理想a − F图像应是一条过原点的直线，但由于实验误差影响，常出现如图丙所示的①、②、③三种情况。下列说法正确的是（　　） A．图线①的产生原因是小车的质量太大 B．图线②的产生原因是平衡摩擦力时长木板的倾角过大 C．图线③的产生原因是小车的质量太小 (3)实验小组的同学觉得用图甲装置测量加速度较大时系统误差较大，所以大胆创新，选用图丁所示器材进行实验，测量小车质量M，所用交流电频率为50 Hz，共5个槽码，每个槽码的质量均为m = 10 g。实验步骤如下：i．安装好实验器材，跨过定滑轮的细线一端连接在小车上，另一端悬挂着5个槽码。调整轨道的倾角，用手轻拨小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列等间距的点，表明小车沿倾斜轨道匀速下滑：ii．保持轨道倾角不变，取下1个槽码（即细线下端悬挂4个槽码），让小车拖着纸带沿轨道下滑，根据纸带上打的点迹测出加速度a；iii．逐个减少细线下端悬挂的槽码数量，重复步骤ii；iv．以取下槽码的总个数n（1 ≤ n ≤ 5）的倒数为横坐标，为纵坐标，在坐标纸上作出关系图线。已知重力加速度大小g = 9.78 m/s2，计算结果均保留三位有效数字，请完成下列填空： ①写出随变化的关系式______（m，g，M，a，n表示）； ②测得关系图线的斜率为2.5 s2/m，则小车质量M = ______kg（计算结果保留两位有效数字）。 3．实验室有不同规格的弹簧，某实验小组进行如下实验： 一、实验小组利用弹簧测定木块与水平长木板之间的动摩擦因数，若选取的弹簧可视为理想轻弹簧，测量的步骤和方法如图所示： （1）如图a，将轻弹簧竖直悬挂起来，测出轻弹簧的自然长度； （2）如图b，将重量的木块悬挂在轻弹簧的下端，静止时测出弹簧的长度。则该弹簧的劲度系数___________N/m。 （3）如图c，将轻弹簧一端连接木块，另一端固定在竖直墙壁上，拉动长木板，使其相对物块向左运动。向左拉动长木板时，___________（填“需要”或者“不需要”）保证长木板匀速前进； （4）稳定后测出弹簧长度，根据测出的物理量，推导出木块与长木板之间的动摩擦因数的表达式___________（用、、等字母表示）。 二、实际情况下，由于弹簧自身重力的影响，弹簧平放时的长度与竖直悬挂时的长度有明显不同，实验小组选取另一弹簧继续进行了如下操作： ①先将弹簧平放在桌面上，用刻度尺测得弹簧的长度为； ②再将弹簧的一端固定在铁架台上，弹簧自然下垂，然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧的一侧，刻度尺零刻度线与弹簧上端对齐，并使弹簧下端的指针恰好落在刻度尺上，将指针指示的刻度值记作；弹簧下端挂一个50g的砝码时，指针指示的刻度值记作；弹簧下端挂两个50g的砝码时，指针指示的刻度值记作；…，弹簧始终处于弹性限度内，测量记录如表： 代表符号 刻度值/cm 1.70 3.40 5.10 6.85 8.60 10.30 根据表中数据计算，实验小组所用弹簧的劲度系数___________N/m；弹簧自身的重力___________N。（g取，结果保留3位有效数字） 4．某同学利用智能小车测量物体间动摩擦因数。如图甲所示，将橡胶板平整固定在水平桌面上，把质量为200g的物块放置在橡胶板的右端，用细线与小车连接，调整细线与橡胶板平行。 智能小车启动，缓慢拉动物块，使物块由静止逐渐变为匀速直线运动，小车每隔0.2s采集一组拉力与时间的数据，实验数据如图乙所示。回答以下问题： (1)在t < 2.6s范围内，物块处于_________________（填“静止”或“匀速直线运动”）状态。 (2)为得到物块运动过程中的滑动摩擦力，应选用时间段__________s。（填“2.8 ~ 6.0”或“4.0 ~ 6.0”）内的数据。 (3)当地重力加速度大小为9.8m/s2，此物块与橡胶板间动摩擦因数为________（保留两位有效数字）。 (4)若桌面不水平，右端略高于左端，则会导致动摩擦因数的测量值比实际值_________（填“偏大”或“偏小”）。 5．在进行“探究两个互成角度的力的合成规律”实验时，实验思路如下：如图甲所示，在铺有白纸的木板上，将橡皮筋一端用图钉固定于K点，另一端与两细线打一个结点E；如图乙所示，两细线分别挂上测力计，用力互成角度地拉两个测力计，用铅笔标出结点E被拉伸到的位置，记为O点。记下两个测力计的示数、，并沿两细线标记出力的方向；如图丙所示，用力拉一个测力计，同样将结点E拉到O处，记下此时测力计的示数F，并沿细线标记出力的方向；用力的图示画出、及F，探究它们之间的关系。 (1)该实验应用的物理科学方法为________（选填“理想化实验”“控制变量”或“等效替代”）法； (2)某次实验中拉一个测力计将结点E拉到O点时测力计的示数如图丁所示，则F=________N，读数时产生的误差为________（选填“相对”“偶然”或“系统”）误差； (3)记录力的方向时，下列操作可取的是________； A．由结点位置O开始，沿着细线用铅笔将拉力的方向描出 B．沿细线选择与O点相距较远的位置再确定一点，连接点O与该点，即为力所在的方向 C．沿细线选择与O点相距较近的位置再确定一点，连接点O与该点，即为力所在的方向 (4)在具体操作时一定要满足的有________； A．两根细线的长度一致 B．用两个测力计拉动橡皮条时，橡皮筋与两细线的角平分线共线 C．用两个测力计拉动橡皮条时，拉力必须小于用一个测力计时的拉力 D．使用弹簧测力计时，弹簧测力计与木板平面平行 6．某同学设计了一个验证牛顿第二定律的实验，使用的器材有：直导轨、小车、光电门、数字毫秒计、遮光条、天平、钩码、刻度尺、游标卡尺、定滑轮、细绳等。实验装置如图所示，光电门1、2分别固定在导轨、处，遮光条安装在小车上，连接小车两端的细绳分别跨过左右定滑轮、各悬挂10个质量均为的钩码，定滑轮间的细绳与导轨平行。重力加速度大小为 。实验步骤如下： ⅰ．用天平测量小车和遮光条的总质量 ，用刻度尺测量、间的距离，用游标卡尺测量遮光条的宽度 。 ⅱ．调节导轨倾斜程度，使小车沿导轨向右下滑时通过两个光电门的遮光时间近似相等。 ⅲ．从左侧细绳取下 个钩码挂到右侧细绳，再从导轨左端静止释放小车，用数字毫秒计测量遮光条经过光电门1、2的遮光时间、。 回答下列问题： (1)步骤ⅱ操作的主要目的是__________。 (2)由牛顿第二定律，小车的加速度大小 __________（用、 、 和 表示）。 (3)步骤ⅲ中测得的小车加速度大小 __________（用 、、和表示）。 (4)该同学根据测出的多组、 值，作出图像。若该图像近似是一条通过原点的直线，则可以验证：质量一定时，物体的加速度与所受合外力成__________。 (5)若图像明显不过原点，原因可能是__________（单选，填标号）。 A．步骤ⅲ中小车没有从静止释放 B．步骤ⅱ中导轨的倾斜程度调节不恰当 C．钩码质量没有远小于小车和遮光条的总质量 7．某同学在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图所示装置进行实验。 (1)安装实验器材，用垫木把长木板的右端垫高来平衡摩擦力； 将电火花打点计时器接到交流电源上； 保持小车质量不变，改变槽码个数，多次实验后，该同学根据实验数据作出的图像（为槽码重力）如图所示，发现该图线不通过坐标原点且段明显偏离直线，分析其产生的原因，下列说法正确的是___________（多选）。 A．不通过坐标原点可能是因为平衡摩擦力不足 B．不通过坐标原点可能是因为平衡摩擦力过度 C．图线段弯曲可能是悬挂物总质量不满足远小于小车质量的条件 (2)某次实验中得到如图所示纸带，相邻计数点间的时间间隔为，则小车的加速度大小___________。（用、、、、表示） (3)某次实验中小车质量为、砝码质量为，根据实验数据作出图像如图丙所示。该同学利用最初的几组数据拟合了一条直线。一条与纵轴平行的直线和这两条图线以及横轴的交点分别为、、。若已知，则此时对应的___________。 8．某同学利用图（a）所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图（b）所示（图中未包括小球刚离开轨道的影像）。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图（b）中标出。 完成下列填空：（结果均保留2位有效数字） （1）小球运动到图（b）中位置A时，其速度的水平分量大小为___________，竖直分量大小为___________； （2）根据图（b）中数据可得，当地重力加速度的大小为___________。 9．某学习小组完成了“探究平抛运动的特点”的实验： (1)先用图甲装置探究平抛运动竖直分运动的特点，实验中听到两小球同时落地，改变H大小，重复实验，A、B两小球仍同时落地，该实验结果表明_________。 A．两小球在空中运动的时间相等 B．两小球落地时的速度大小相同 C．小球A在竖直方向的分运动与小球B的运动相同 D．小球A在水平方向的分运动是匀速直线运动 (2)再用图乙装置获得小球平抛的轨迹 ①关于实验装置和操作，下列说法正确的是_________。 A．小球与斜槽之间应足够光滑     B．安装斜槽时应使其末端切线水平 C．坐标纸原点应与斜槽末端（轨道口）重合     D．小球每次从斜槽上同一位置由静止释放 ②如图丙所示，a、b、c是小球平抛轨迹在方格纸上的三个位置。已知方格纸每一小格边长为5cm，重力加速度g取。则小球平抛的初速度为_________。（计算结果保留两位有效数字） (3)某同学做实验时，从斜槽末端沿重锤线方向画出直线，并描出轨迹曲线如图丁，在曲线上取e、f两点，用刻度尺分别量出它们到直线的水平距离，，以及与之间的距离h，当地的重力加速度为g，则小球平抛的初速度为_________。 A． B． C． D． 10．“探究向心力大小的表达式”实验装置如图所示。 ①采用的实验方法是__________ A．控制变量法　　B．等效法　　C．模拟法 ②在小球质量和转动半径相同的情况下，逐渐加速转动手柄到一定速度后保持匀速转动。此时左右标尺露出的红白相间等分标记的比值等于两小球的________之比（选填“线速度大小”、“角速度平方”或“周期平方”）；在加速转动手柄过程中，左右标尺露出红白相间等分标记的比值__________（选填“不变”、“变大”或“变小”）。 11．（1）用图所示装置做“探究功与速度变化的关系”实验时，除了图中已给出的实验器材外，还需要的测量工具有_______（填字母） A．秒表         B．天平       C．刻度尺      D．弹簧测力计 （2）用图所示装置做“验证机械能守恒定律”实验时，释放重物前有下列操作，其中正确的两项是_________（填字母） A．将打点计时器的两个限位孔调节到同一竖直线上 B．手提纸带任意位置 C．使重物靠近打点计时器 （3）如图是小球做平抛运动的频闪照片，其上覆盖了一张透明方格纸．已知方格纸每小格边长均为0.8 cm，由图中可知小球的初速度大小为_____m/s（g取10 m/s2，结果保留两位有效数字）。 12．实验小组利用图1所示装置验证机械能守恒定律。可选用的器材有：交流电源（频率）、铁架台、电子天平、重锤、打点计时器、纸带、刻度尺等。 (1)下列所给实验步骤中，有4个是完成实验必需且正确的，把它们选择出来并按实验顺序排列：________（填步骤前面的序号） ①先接通电源，打点计时器开始打点，然后再释放纸带 ②先释放纸带，然后再接通电源，打点计时器开始打点 ③用电子天平称量重锤的质量 ④将纸带下端固定在重锤上，穿过打点计时器的限位孔，用手捏住纸带上端 ⑤在纸带上选取一段，用刻度尺测量该段内各点到起点的距离，记录分析数据 ⑥关闭电源，取下纸带 (2)图2所示是纸带上连续打出的五个点A、B、C、D、E到起点的距离。则打出B点时重锤下落的速度大小为________ （保留3位有效数字）。 (3)纸带上各点与起点间的距离即为重锤下落高度h，计算相应的重锤下落速度v，并绘制图3所示的关系图像。理论上，若机械能守恒，图中直线应________（填“通过”或“不通过”）原点且斜率为________（用重力加速度大小g表示）。由图3得直线的斜率________（保留3位有效数字）。 (4)定义单次测量的相对误差，其中是重锤重力势能的减小量，是其动能增加量，则实验相对误差为________（用字母k和g表示）；当地重力加速度大小取，则________（保留2位有效数字），若，可认为在实验误差允许的范围内机械能守恒。 13．做“验证机械能守恒定律”实验时，有如图所示的甲、乙两组实验装置可供选用。 (1)两组装置中，更容易实现“由静止释放纸带并减小纸带与限位孔间摩擦力”的是___________（填“甲”或“乙”）装置。 (2)选择了更合理的装置实验。实验后选出的纸带如图丙所示，为验证机械能守恒，需要获得打点“1”和打点“13”的速度和、两打点的间距 以及重力加速度。以下几种测量方案，其中正确的是___________。 A．用刻度尺测，取当地的重力加速度，由计算出速度 和 B．用刻度尺测，取当地的重力加速度，由纸带数据算出瞬时速度 和 C．由纸带数据算出瞬时速度和，取当地的重力加速度，由计算出高度 D．由纸带数据算出瞬时速度和，用刻度尺测出，由计算出重力加速度 (3)多次重复实验后发现，重物重力势能的减少量始终大于动能的增加量，小组讨论后认为是重物受空气阻力作用导致的。为减小空气阻力的影响，请提出一条改进意见______________________。 14．小组用单摆测量重力加速度，装置如图。 (1)游标卡尺测得摆球直径，刻度尺测得摆线长，则摆长_____（保留四位有效数字）； (2)使摆线与竖直方向夹角为（），无初速度释放摆球，摆球位于_____选填：(“最高点”或“最低点”）开始计时，记录摆球做次全振动，则单摆周期_____，由此测得当地重力加速度_____（取，保留三位有效数字）。 15．某实验小组用如图所示的装置验证动量守恒定律。实验前，安装调节好实验装置，在水平底板上铺一张白纸，纸上放复写纸，记下重垂线所指的位置。 实验步骤如下： 第一步：用天平分别测出两小球的质量和。 第二步：将入射小球从斜槽轨道S处由静止释放。重复实验，找到其多次落点的中心位置。 第三步：将被碰小球静置于斜槽轨道末端，再将从S处由静止释放，与碰撞。重复实验，分别找到和相碰后各自多次落点的中心位置和。 第四步：分别测出点到各个落点中心的距离、和。 回答以下问题： (1)关于实验装置和操作，下列说法正确的是__________（多选，填正确答案标号）。 A．两个小球的材质应相同 B．两个小球的大小应相等 C．斜槽轨道表面必须光滑 D．斜槽轨道末端应调节至水平 (2)改变被碰小球的质量，进行多组实验，测量出对应的和值。以为横坐标，以__________（单选，填正确答案标号）为纵坐标描点，若这些点都近似在一条直线上，则说明动量守恒定律成立。 A． B． C． D． (3)若，且碰撞近似为弹性碰撞，则与的比值应为__________。 参考答案 1．(1)0.63 (2) 0.12 偏小 2．(1)2.86 (2)B (3) 0.19 3． 500 不需要 28.5N/m 0.16N 4．(1)静止 (2)4.0 ~ 6.0 (3)0.56 (4)偏小 5．(1)等效替代 (2) 2.75 偶然 (3)B (4)D 6．(1)平衡摩擦力 (2) (3) (4)正比 (5)B 7．(1)AC (2) (3) 8． 1.0 2.0 9.7 9．(1)AC (2) BD 1.5 (3)D 10． A 角速度平方 不变 11． C AC/CA 0.70 12．(1)④①⑥⑤ (2)1.79 (3) 通过 18.6 (4) 5.1 13．(1)乙 (2)B (3)选用质量大、密度大的重物 14．(1) (2) 最低点 1.80 15．(1)BD (2)A (3)2 学科网（北京）股份有限公司 $