专题05 力学实验大题综合-2024年高考物理二轮复习大题必刷满分冲刺 （新高考山东专用）

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一、以核心和主干知识为重点。构建知识结构体系，确定每一个专题的内容，在教学中突出知识的内在联系与综合。
二、注重情景与过程的理解与分析。善于构建物理模型，明确题目考查的目的，恰当运用所学知识解决问题：情景是考查物理知识的载体。
三、加强能力的提升与解题技巧的归纳总结。学生能力的提升要通过对知识的不同角度、不同层面的训练来实现。
四、精选训练题目，使训练具有实效性、针对性。
五、把握高考热点、重点和难点。
充分研究近5年全国和各省市考题的结构特点，把握命题的趋势和方向，确定本轮复习的热点与重点，使本轮复习更具有针对性、方向性。对重点题型要强化训练，举一反三、触类旁通，注重解题技巧的提炼，充分提高学生的应试能力。
专题05 力学实验大题综合
一、实验题
1．（2023春·山东烟台·高三统考期中）在“探究平抛运动的特点”实验中，实验小组同学设计了如下实验。如图甲所示，将不透明的小球从O点水平抛出，在该处有一点光源，在抛出点的正前方竖直放置一块毛玻璃，O点与毛玻璃水平距离，小球初速度与毛玻璃平面垂直；小球抛出后在毛玻璃上留下小球运动的投影点，利用闪光频率为30Hz的频闪相机记录投影点的位置。当小球以初速度水平抛出时，频闪相机记录各投影点实际间距如图乙所示，已知重力加速度为。

（1）分析频闪照片可知，在实验误差允许的范围内，小球在毛玻璃上的投影点做 运动，投影点的速度大小为 m/s（结果保留三位有效数字）；
（2）试推导从抛出点开始计时，小球在毛玻璃上的投影点运动的位移y随着时间t变化的表达式为 （用L、、g表示）；
（3）小球平抛的初速度 （结果保留两位有效数字）。
【答案】 匀速直线 1.22 4.1
【详解】（1）[1]由投影可知，误差允许的范围内，相等的时间走过的位移相等，故投影点做匀速直线运动；
[2]由题可知
故两相邻投影点的时间间隔为
投影点的速度大小为
（2）[3]由平抛运动的规律可知
解得
（3）[4]由题可知，竖直方向投影点做匀速直线运动，故
解得
2．（2023·山东济宁·济宁市育才中学校考模拟预测）某研究性学习小组在进行“用单摆测定重力加速度”的实验中（实验装置如图甲所示），已知单摆在摆动过程中的摆角小于5°；在测量单摆的周期时，从单摆运动到最低点开始计时且记数为1，到第n次经过最低点所用的时间为t；在测量单摆的摆长时，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l，再用螺旋测微器测得摆球的直径为d（读数如图乙所示）。

（1）从乙图可知，摆球的直径为d= mm；
（2）用上述物理量的符号写出求重力加速度的一般表达式g= ；
（3）实验结束后，同学们在讨论如何能够提高测量结果的精确度时，提出了以下建议，其中可行的是： 。
A．尽可能选择细、轻且不易伸长的线作为摆线
B．当单摆经过最高位置时开始计时
C．质量相同、体积不同的摆球，应选用体积较大的
D．测量多组周期T和摆长L，作T2﹣L关系图像来处理数据
（4）某同学根据实验中测得的数据，画出T2﹣L图像如图丙所示，取，根据图像，可求得当地的重力加速度大小为 （保留三位有效数字）。

【答案】 5.879/5.980/5.981 AD 9.83/9.84/9.85/9.86/9.86/9.87/9.88/9.89
【详解】(1) [1]螺旋测微器的主尺读数为5.5mm，可动刻度读数为
0.01×48.0mm=0.480mm
则最终读数为5.980mm；
(2)[2]从单摆运动到最低点开始计时且记数为1，到第n次经过最低点所用的时间内为t，则单摆全振动的次数为
周期为
单摆的长度为
由单摆的周期公式
得
（3）[3]A．公式中，重力加速度的测量值与摆长有关，所以要尽可能选择细、轻且不易伸长的线作为摆线，选项A正确；
B．为了减小误差，需要当单摆经过平衡位置时开始计时，选项B错误；
C．为了减小误差，质量相同、体积不同的摆球，应选用体积较小的，选项C错误；
D．应用图像法处理实验数据可以减小实验误差，测量多组周期T和摆长L，作T 2- L关系图像来处理数据，选项D正确。
故选AD。
（4）[4]根据单摆的周期公式
可得
由图像可得，T 2﹣L图像的斜率
则当地的重力加速度大小为
3．（2023·山东·校联考模拟预测）A和B两位同学约定周末在家里各自找器材测定当地的重力加速度。
（1）A同学用手机拍摄小球自由下落的视频，得到分帧图片，利用图片中小球的位置来测量当地的重力加速度，实验装置如图甲所示。他从视频中截取三帧图片，图片中的小球和刻度尺如图乙所示。已知所截取的图片相邻两帧之间的时间间隔为，刻度尺的分度值是1mm，他将测量小球位置时的数据记录在下表中，请帮助他完成表格。
（2）A同学测得当地的重力加速度大小为 。（保留两位小数）
（3）B同学在家里找到了一块外形不规则的小金属挂件代替摆球做了一个如图丙所示的单摆，具体操作如下：用刻度尺测量ON间细线的长度L，将挂件拉开一个比较小的角度，然后由静止释放，从挂件摆至最低处开始用手机计时，测出多次全振动的总时间并计算出单摆的周期T。该同学改变ON间细线的长度先后做了两次实验，记录细线的长度及单摆对应的周期分别为、和、（已知小于），由此测得的重力加速度为 。（用、、、表示）
【答案】 76.69/76.70/76.71 9.68/9.69
【详解】（1）[1]由表格中图a和图b的数据可知，A同学记录了图中小球顶端的位置，则由图c可知，且刻度尺的最小分度为1mm，此时的数据应为76.70cm，由于误差则（76.69cm~76.71cm）均可；
（2）[2]根据逐差法求解加速度的方法可得
由于误差（9.68m/s2~9.69m/s2）均可；
（3）[3]设摆长与细线长度之间的差值为x，根据单摆周期公式可得
联立方程得
4．（2023春·山东·高三统考学业考试）一研究性学习小组利用图甲装置测定滑块加速运动时与平直长木板间的动摩擦因数。

（1）实验过程如下：
①将长木板固定在水平桌面上，其右端安装定滑轮，左端固定位移传感器；总质量为M的滑块（含拉力传感器）在长木板上紧靠位移传感器放置，拉力传感器通过细绳跨过定滑轮与质量为m的重物连接，调节长木板右端定滑轮使细绳与长木板平行；
②静止释放滑块，记录拉力传感器和位移传感器的数据，用计算机拟合得到滑块位移随时间变化的图像如图乙所示，该图线的函数表达式是，则可得滑块加速度 （计算结果保留两位小数）；
③若滑块的加速度为a时，拉力传感器示数为，则滑块与长木板间的动摩擦因数 （用题中物理量字母符号表示）。
（2）本实验中如果不满足滑块质量远大于重物质量，对实验结果的分析 影响（选填“有”“无”）。
【答案】 2.40 无
【详解】（1）②[1]根据匀变速直线运动位移时间关系
又
联立可得滑块加速度为
③[2]以滑块为研究对象，根据牛顿第二定律可得
可得
（2）[3]由于拉力可以通过力传感器得知，所以本实验中如果不满足滑块质量远大于重物质量，对实验结果的分析无影响。
5．（2023·山东·高三专题练习）研究性学习小组利用图甲装置测定滑块与平直长木板间的动摩擦因数。
（1）实验过程如下：
①将长木板固定在水平桌面上，其右端安装定滑轮，左端固定位移传感器；总质量为M的滑块（含拉力传感器）在长木板上紧靠位移传感器放置，拉力传感器通过细绳跨过定滑轮与质量为m的重物连接，调节长木板右端定滑轮使细绳与长木板平行；
②静止释放滑块，记录拉力传感器和位移传感器的数据，用计算机拟合得到滑块位移x随时间t变化的图像如图乙所示，该图线的函数表达式是x=0.60t2(m)，可得滑块加速度a= m/s2（计算结果保留三位有效数字）。
（2）当滑块的加速度为a时，拉力传感器示数为F，则滑块与长木板间的动摩擦因数μ= （用F、M、m、a表示）。
（3）本实验中 （选填“需要”“不需要”）满足滑块质量远大于重物质量。
【答案】 1.20 不需要
【详解】（1）[1]由匀变速直线运动基本规律可知
对比函数表达式
得
（2）[2]由题可知
解得
（3）[3]实验中绳子的拉力由拉力传感器读出，故不需要满足滑块质量远大于重物质量。
6．（2023·山东·高三专题练习）某学习小组了解到交通警察会在高速公路上用激光测速仪随机测速，受此启发，该小组同学用激光测距仪测量某汽车在某时段的运动规律。表格中是测得汽车在平直公路上的位置信息，其中x为汽车到测距点的距离（测距点位于汽车的正前方）。
（1）根据表中的数据可以推断该车在这段时间内的运动性质是 ，依据是 ．
（2）当时，该车的速度大小是 。
（3）这段时间内该车的加速度大小是 （结果保留两位有效数字）。
【答案】 匀减速直线运动 在误差允许范围内，相邻内的位移之差接近
【详解】（1）[1]根据表中的数据可以推断该车在这段时间内的运动性质是匀减速直线运动。
[2]第1个内的位移为，第2个内的位移为，第3个内的位移为，第4个内的位移为，第5个内的位移为，第6个内的位移为，则相邻内的位移之差接近，可判断该车在这段时间内做匀减速直线运动。
（2）[3]当时，该车的速度等于内的平均速度，则
（3）[4]由逐差法可得，这段时间内该车的加速度大小为
7．（2023·山东·高三专题练习）“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置，如图甲所示。
（1）实验时，某同学在一条点迹清晰的纸带上每隔4个点取一个计数点，分别记为，它们到O点的距离如图乙所示。已知打点计时器所用交流电源的频率是，可得小车的加速度大小是 。（计算结果保留两位小数）
（2）如果实验时所用交变电流的频率是，而做实验的同学并不知道，则加速度的测量值 真实值。（选填“大于”、“小于”或“等于”）
（3）两同学同时各取一套图甲所示的装置放在水平桌面上进行实验，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图丙中的A、B两条直线。若小车与轨道间的动摩擦因数分别为，则 。（填“大于”、“小于”或“等于”）
【答案】 大于 大于
【详解】（1）[1]根据题意可知，交流电频率为，每隔4个点取一个计数点，则相邻计数点间的时间为
由逐差法有
解得
（2）[2]如果实验时所用交变电流的频率是，则相邻计数点间的实际使时间间隔大于，而做实验的同学并不知道，仍用，测量的加速度值与真实的加速度值相比是偏大的。
（3）[3]没有平衡摩擦力时，对小车受力分析，根据牛顿第二定律有
整理得
可知，图像得纵坐标的截距为，则有
8．（2023·山东·模拟预测）某同学在学习完单摆的相关知识后，想要在家利用手边的物品测量本地的重力加速度。用不规则的钥匙扣代替小球做成简易单摆装置，手机上的计时功能代替秒表，实验过程如下：
（1）用家中软尺测得悬挂点O到钥匙扣连接处M的长度为；
（2）拉开较小角度后将钥匙扣由静止释放，并在钥匙扣第1次通过最低点按下计时“开始”按钮，第次通过最低点停止计时，记录手机上的时间为，则单摆的周期为 ；
（3）若该同学改变细线长度后只做两次实验，得到两组长度和周期的数据：、；、，利用数据测得重力加速度为 ；
（4）若该同学多次改变细线长度得到多组数据，描点作出得到图像，得到的图像可能是 ；
A． B． C．
（5）钥匙扣的形状不规则，对上述实验测得的重力加速度 （填“有”或者“无”）影响。
【答案】 B 无
【详解】（2）[1]钥匙扣第1次通过最低点按下计时“开始”按钮，第次通过最低点停止计时，记录手机上的时间为，则单摆的周期为
（3）[2]设摆线末端与钥匙扣重心间的距离为，根据单摆周期公式
可得
，
联立可得重力加速度为
（4）[3]根据
可得
故与为一次函数关系，且与纵轴正半轴有截距。
故选B。
（5）[4]由（3）（4）数据处理分析可知，钥匙扣的形状不规则虽导致重心位置无法测量，但对重力加速度的测量无影响。
9．（2023·山东·高三专题练习）某探究学习小组的同学用如图甲所示装置测量滑块和木板间的动摩擦因数。装置由弹簧测力计、两个光电门、滑块、长木板和砝码盘（含砝码）等组成。光电门可以测出滑块上的遮光条依次通过两个光电门的时间、，游标卡尺测出遮光条的宽度d，导轨标尺可以测出两个光电门间的距离L，不计滑轮的质量和摩擦。
（1）测量d时，游标卡尺（主尺的最小分度为）的示数如图乙所示，则遮光条的宽度为 。
（2）改变砝码盘中的砝码，记录弹簧测力计的示数F和用所测数据求出滑块对应的加速度a。以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的图像是一条直线，直线与横坐标的截距为b，直线的斜率为k，重力加速度为g。则滑块与木板间的动摩擦因数可表示为 （用b、k、g表示）。
（3）如果换成表面更加粗糙的木板重新进行实验，则得到的图像的斜率k将 （填“变大”、“变小”或“不变”）。
【答案】 1.140 不变
【详解】（1）[1] 遮光条的宽度为
（2）[2]对滑块，由牛顿第二定律有
解得
可得
解得
（3）[3]由（2）知斜率为
由此可知如果换成表面更加粗糙的木板重新进行实验，则得到的图像的斜率k将不变。
10．（2023·山东·高三专题练习）phyphx app是一款用途广泛的传感器手机软件。某同学使用手机下载phyphx app后设计了一套实验装置用来验证机械能守恒定律。实验过程如下：
（1）一钢尺伸出水平桌面少许，将质量为m=60g的小钢球放在钢尺末端；
（2）用刻度尺测量钢尺上表面与水平地板间的高度h=100.00cm；
（3）打开手机中的声音“振幅”（声音传感器）app；
（4）迅速敲击钢尺侧面，让小钢球自由下落。手机中的传感器记录下声音振幅随时间变化的曲线，如图所示，第一、第二个尖峰的横坐标分别对应小钢球离开钢尺时刻和落地时刻。测得这两个尖峰的时间间隔为t=0.46s。
（5）当地重力加速度g取9.8m/s2，则下落过程中，重力势能减小量 J，动能增加量 J。据此可以得到实验结论：在误差允许的范围内，小钢球自由下落过程中机械能守恒。（结果均保留3位有效数字）
（6）敲击钢尺侧面时若导致小钢球获得了一个竖直向上的未被察觉的小速度，此时小球动能增加量的测量值与真实值相比 （填“偏大”、“偏小”或“相同”）。
【答案】 0.588 0.567 偏大
【详解】（5）[1]下落过程中，重力势能减小量
[2]小钢球落地的平均速度
根据
，
解得
（6）[3]敲击钢尺侧面时若导致小钢球获得了一个竖直向上的未被察觉的小速度，则小钢球落地速度大于小钢球静止释放的落地速度，则此时小球动能增加量的测量值与真实值相比偏大。
11．（2023·山东·校联考模拟预测）某实验兴趣小组利用如图所示装置做“探究加速度与力的关系”实验时，其中M为带滑轮的小车的质量，m为沙和沙桶的质量，力传感器可测出轻绳中的拉力大小，电磁打点计时器接在50Hz的交流电源上。
（1）实验时，一定要进行的操作是 。
A．将带滑轮的长木板右端垫高，以补偿阻力
B．用天平测出沙和沙桶的质量
C．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录力传感器的示数
D．为减小误差，实验中一定要保证
（2）实验中打出的其中一条纸带如图所示，由该纸带可求得小车的加速度 （结果保留两位有效数字）。
（3）由本实验得到的数据作出小车的加速度a与力传感器的示数F的关系图像，与本实验相符合的是 。
A． B．
C． D．
【答案】 AC/CA 0.88 A
【详解】（1）[1]
A．用力传感器测出拉力，从而得出小车受到的合外力，故需要将带滑轮的长木板右端垫高，以补偿阻力，故A正确；
BD．拉力可以由力传感器测出，不需要用天平测出沙和沙桶的质量，也就不需要使小桶（包括沙）的质量远小于车的总质量，故BD错误；
C．为了充分利用纸带，小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录力传感器的示数，故C正确。
故选AC。
（2）[2]设相邻两个计数点之间的位移分别为、、、，相邻两个计数点之间的时间间隔为
由逐差法可得小车的加速度为
（3）[3]以小球为对象，根据牛顿第二定律可得
可得
可知图像为过原点的一条倾斜直线。
故选A。
12．（2023·山东·高三专题练习）某同学制作了一个“竖直加速度测量仪”，可以用来测量电梯竖直上下运行时的加速度，其构造如图甲所示。将弹簧竖直自由悬挂时，指示针指示的刻度尺刻度为6.50cm；在弹簧下端悬挂一质量为0.2kg的钩码，当钩码静止时指示针指示的刻度尺刻度如图甲所示。已知该装置中使用的弹簧在从原长到拉伸4.50cm范围内能较好的满足胡克定律，重力加速度g=9.8m/s2。
（1）该弹簧的劲度系数k= N/m；（结果保留两位有效数字）
（2）该“竖直加速度测量仪”可较准确测量的竖直向上的加速度的最大值为 m/s2；（结果保留三位有效数字）
（3）在实际测量过程中，指示针会随钩码上下振动，为了能让指示针尽快稳定下来，该同学将钩码换成与钩码质量相同的强磁铁，并在强磁铁正下方放置一铝块，如图乙所示。与不加铝块相比，此种情况下测得的加速度值 （选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
（4）弹簧下端悬挂钩码的质量越大，该测量仪可较准确测量的竖直向上的加速度的最大值 （选填“越大”、“越小”或“不变”）。
【答案】 98 12.3 不变 越小
【详解】（1）[1]由图可知刻度尺的读数为
x1=4.50cm
根据胡克定律
（2）[2]当弹簧的伸长量最大时，测得的加速度为最大，根据牛顿第二定律
其中
联立并代入数据解得
（3）[3]当磁铁上下振动时，由于电磁感应现象，铝块和铁块之间会有作用力，当测加速度时磁铁处于稳定状态，磁铁和铝块之间没有作用力，所以对实验结果没有影响；
（4）[4] 弹簧下端悬挂钩码的质量越大，根据牛顿第二定律
其中
可知钩码质量越大，测得的最大加速度就越小。
13．（2023·山东·高三专题练习）某实验小组用橡皮筋验证力的平行四边形定则，实验步骤如下：
①取三条规格相同的橡皮筋，用刻度尺测量并记录它们的自然长度；
②用弹簧测力计分别将三条橡皮筋拉至相同的长度，若弹簧测力计的示数相同，则继续进行后续实验；
③将三条橡皮筋的一端系在一起，再将其中两条的另一端分别固定在贴有白纸的水平木板上的M、N两点，如图所示；
④将第三条橡皮筋的另一端P系一细绳，用力拉细绳，使三条橡皮筋的结点静止在某位置，在白纸上将该位置记作O，同时记录三条橡皮筋的方向和长度；
⑤以结点位置O为起点，分别沿OM、ON方向和PO方向作出线段、、，使每条线段的长度与各自对应的橡皮筋的成正比。
⑥以线段、为邻边作平行四边形，若对角线同线段重合，则说明两个力和它们的合力符合平行四边形定则。
⑦重复以上实验步骤中的④⑤⑥，多做几次实验。
请完成以下问题
（1）以下说法正确的是 。
A．该实验所选用三条橡皮筋的自然长度要相等
B．步骤②的目的是验证三条橡皮筋的劲度系数是否相同
C．步骤④中拉细绳的力可以不与木板平行
D．步骤⑦中多次实验结点静止时的位置O必须在同一位置
（2）将步骤⑤填空中的答案填在答题卡对应的位置上；
（3）若第二次实验同第一次相比较，OM、ON夹角不变，OM、OP的夹角变小；橡皮筋OP长度不变，则橡皮筋OM长度 ；则橡皮筋ON长度 。（选填“变大”或“变小”或“不变”）
【答案】 AB/BA 变小 变大
【详解】（1）[1]AB．三条橡皮筋的规格相同，自然长度要相等，且劲度系数要相同，步骤②的目的是验证三条橡皮筋的劲度系数是否相同，故AB正确；
C．拉线方向必须与木板平面平行，这样才确保力的大小准确性，故C错误；
D．改变拉力，进行多次实验，每次没必要使O点在同一位置，故D错误。
故选AB。
（3）[2][3]若第二次实验同第一次相比较，OM、ON夹角不变，OM、OP的夹角变小；橡皮筋OP长度不变，由平行四边形定则可知，橡皮筋OM长度变小；则橡皮筋ON长度变大。
14．（2023·山东·模拟预测）某实验小组用如图所示的实验装置来验证动量守恒定律，光电门1、2与数字计时器相连并固定在气垫导轨上，两个滑块A、B（包含挡光片）质量分别为、。
（1）在调节装置时，启动充气机，经过调整后，将滑块A轻放在气垫导轨上任何位置都能 ，则气垫导轨已调至水平。
（2）本实验 （“需要”或“不需要”）测量遮光条的宽度。
（3）两滑块A、B从光电门1、2的外侧匀速相向运动，在两光电门中间发生碰撞，运动到气垫导轨一端时立刻被锁定。实验中光电门1记录挡光时间为，光电门2记录三次挡光时间依次为、、。已知两滑块上的遮光片宽度相同，若滑块A和B在碰撞的过程中动量守恒，则应该满足的表达式为 （用已知物理量和测量的物理量的字母表示）。
【答案】 静止 不需要
【详解】（1）[1]将滑块轻放在气垫导轨上任何位置都能静止，表明气垫导轨已调至水平。
（2）（3）[2][3]光电门2记录三次挡光时间依次为滑块B碰前向左通过光电门2、滑块B碰后向右通过光电门2和滑块A碰后向右通过光电门2的时间。设遮光片宽度为d，则滑块A、B碰前速度大小分别为
，
滑块A、B碰后速度大小分别为
，
由题意知系统总动量水平向右，根据动量守恒定律得
整理得
由上式知实验中不需要测量遮光条的宽度。
15．（2023·山东·模拟预测）某同学以墙面为背景，使用手机频闪照相功能拍摄小球自由下落过程，通过对频闪照片的研究，粗略测定当地的重力加速度。请回答下列问题：
（1）该同学要从下列物体中选择做自由落体的小球，最为合理的是 ；
A．小塑料球
B．小木球
C．小钢球
D．小泡沫球
（2）如图为该同学拍得的频闪照片的一部分，测得图中部分墙的高度，手机曝光时间间隔为0.07s，则当地重力加速度g= ，小球到达位置4时的速度大小为 m/s；（结果保留3位有效数字）
（3）照片中位置1 （选填“是”“不是”或“不确定”）小球自由下落的初始位置，由于空气阻力影响，测出的重力加速度值比实际值 （选填“偏大”或“偏小”）。
【答案】 C 9.80 3.78 不是 偏小
【详解】（1）[1]为减小空气阻力对实验造成的误差，需要选择密度较大的小钢球来做实验，质量相同的情况下体积相对较小。
故选C。
（2）[2]由题可得每块砖的厚度为
则
[3]小钢球到达位置3时的速度
小钢球到达位置4时的速度
（3）[4]4个小球间竖直距离之比为3︰4︰5，故照片中位置1不是小球自由下落的初始位置。
[5]由于空气阻力影响，小球加速度偏小，测出的重力加速度值比实际值偏小。
16．（2023·山东聊城·校联考模拟预测）某探究小组利用如图甲所示的装置来测量物体质量。A为装有挡光片的钩码，总质量为，挡光片的宽度为b，轻绳一端与A相连，另一端跨过光滑轻质定滑轮与待测物体B（质量小于）相连，不计绳重、摩擦及空气阻力，重力加速度为g。实验步骤如下：
①用力拉住B，保持A、B静止，测出此时挡光片上端到光电门的距离h；
②自由释放B，A下降过程中经过光电门，测出挡光片的挡光时间t；
③改变挡光片上端到光电门的距离，重复步骤①②，以为纵坐标，h为横坐标，画出图像。
根据以上实验过程，回答下列问题：
（1）用螺旋测微器测得挡光片的宽度如图乙所示，则挡光片的宽度b= mm。
（2）将挡光片经过光电门的平均速度视为钩码A下降h时的瞬时速度。某次测量中，测得h=0.520m，t=2.1ms，则此次测量挡光片经过光电门时的瞬时速度大小为 m/s，物体A的加速度大小为 。（结果均保留三位有效数字）
（3）如图丙所示，图像是一条直线，若图线斜率为k，则物体B的质量为 。（用题目所给物理量的符号表示）
【答案】 3.200 1.52 2.23/2.21/2.22
【详解】（1）[1]螺旋测微器读数为b=3mm＋20.0×0.01mm=3.200mm。
（2）[2] [3]挡光片经过光电门时的瞬时速度大小为
根据运动学公式
解得
（3）[4]由A、B组成的系统机械能守恒，可知
整理得
图线斜率
解得
17．（2023·山东·校联考模拟预测）某小组根据机械能守恒定律测当地的重力加速度，实验装置如图甲所示。框架上装有可上下移动的光电门，框架水平部分用电磁铁吸住一个小球，框架竖直部分紧贴一刻度尺，零刻度线在上端，小球的球心所在高度恰好与刻度尺零刻度线水平对齐，且小球的球心与光电门的中心在同一竖直线上。实验步骤如下：
①用游标卡尺测出小球的直径d如图乙所示：
②测出光电门中心到零刻度线的竖直距离h：
③小球由静止释放经过光电门时，测出其经过光电门的时间
④多次改变光电门的位置重复步骤②③，得到多组对应的h和数据；
⑤在坐标系中得到如图丙所示的图像，图线的斜率为k。
请回答下列问题：
（1）在整个实验过程中，下列措施必要的是 。（本实验中空气阻力很小，可忽略不计）
A．用天平测出小球的质量
B．应选用直径大一些的铁球
C．应选用直径小一些的铁球
（2）图乙中小球的直径d= cm。
（3）由实验获得的图像可知，该地的重力加速度大小g= （用相关量的符号表示），该测量值 （填“大于”“等于”或“小于”）该地重力加速度的真实值。
【答案】 C 1.115 小于
【详解】（1）[1]BC．为记录小球通过光电门中心时的速度，光电门记录了小球通过的遮光时间，小球的直径越小，所用时间越短，可以用该段时间内的平均速度代替瞬时速度，所以小球应选用直径小的铁球，B错误，C正确；
A．因为根据机械能守恒
故
不需要测量小球质量，A错误。
故选C。
（2）[2]游标卡尺主尺的读数为11 mm，游标尺的最小分度值为0.05 mm，读数为3×0.05 mm=0.15 mm，则小球的直径为d=11 mm + 0.15 mm=11.15 mm=1.115 cm。
（3）[3]因通过光电门的速度
根据机械能守恒定律
有
故图像的斜率
解得
[4]从实验的步骤和原理看，小球通过光电门中心的速度v应该是球心通过光电门中心时的速度，而测量时用的是内的平均速度（即时间中点的速度），因时间中点的速度小于其对应的位移中点的速度，也就是测量中使用的速度v偏小，根据，可知g的测量值小于真实值。
18．（2023·山东·模拟预测）阿特伍德机的原理图如图所示，重物A、B的质量分别为M和m，且，定滑轮摩擦不计，绳与滑轮质量不计，绳不可伸长。物理实验小组同学利用阿特伍德机进行改装做力学实验，在重物A右侧安装很窄的宽度为d的遮光片，在阿特伍德机右侧固定一竖直杆，杆上安装两个光电门，两光电门间的竖直距离为h，重物A运动时遮光片可通过光电门，测量遮光时间。重力加速度为。
（1）第一小组的同学用该实验装置验证牛顿第二定律，若物理量满足 ，则牛顿第二定律成立。
（2）第二小组的同学用该实验装置验证机械能守恒定律。具体操作是先将重物A用外力向下拉到下面光电门以下一定距离，然后用力向下拉重物B，使重物A、B获得足够的速度，在遮光片将要通过下面的光电门时，撤去外力，遮光片通过两个光电门。测得，遮光片宽度为1cm，通过两个光电门的时间分别为0.002s，0.004s，，遮光片通过两光电门过程中系统动能的减少量为 J，重力势能的增加量为 J。请说明动能变化量和重力势能变化量数值不相等的原因： 。
【答案】 28.125 28 空气阻力、绳与滑轮间的摩擦力做负功
【详解】（1）[1]遮光片通过两光电门的速度
由
得
对重物A、B，由牛顿第二定律得
若牛顿第二定律成立，则满足
（2）[2][3]根据题意，可得遮光片通过两光电门的速度
，
则系统减少的动能
增加的重力势能为
[4]动能的减少量大于重力势能的增加量，是因为空气阻力、绳与滑轮间的摩擦力做负功。
19．（2023·山东·模拟预测）如图1所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置。所用的打点计时器连接频率为的交流电。
（1）甲同学按照正确的实验步骤操作后，选出一条纸带如图2所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点，然后连续打出7个点依次标为A、B、C、D、E、F、G，已知重锤的质量为，已知当地的重力加速度大小，打点计时器打下点F时，重物的速度为 。
（2）从起点O到打下计数点F的过程中，重物重力势能的减少量 J，重物的动能增加量 J。（结果保留三位有效数字）；
（3）通过正确处理纸带，经过计算发现：重物重力势能的减少量一般会略大于重物动能的增加量，其主要原因是 。
【答案】 1.15 0.686/0.687/0.688/0.689/0.690/0.691/0.692/0.693/0.694/0.695/0.696 0.661 由于纸带运动受到的阻力和重物受到的空气阻力做功产生内能
【详解】（1）[1]由于交流电频率50Hz，则打点时间间隔
图中E点刻度尺读数4.90cm，G点9.50cm，打点计时器打下点F时，重物的速度为
（2）[2] F点刻度尺读数7.04cm，从起点O到打下计数点F的过程中，重物重力势能的减少量
[3]从起点O到打下计数点F的过程中，重物的动能增加量
（3）[4]重物重力势能的减少量一般会略大于重物动能的增加量，其主要原因是由于纸带运动受到的阻力和重物受到的空气阻力做功产生内能。
20．（2023·山东·高三专题练习）某同学利用如图甲所示的实验装置探究合外力做功与物体动能改变量之间的关系．
实验步骤如下：
①用游标卡尺测量遮光条的宽度d，测得小车（含遮光条）的质量为M，用刻度尺测出两光电门中心间的距离为L．调节滑轮高度，让细线与木板始终平行．已知重力加速度为g；
②挂上沙桶，调节木板的倾角，使小车沿木板下滑时通过甲、乙两光电门的遮光时间相同；
③取下沙桶，测得沙和沙桶的总质量为m．将小车从木板上端由静止释放，分别记录小车通过两光电门甲、乙时的遮光时间、；
④改变沙桶总质量和木板倾角，重复步骤②③；
⑤进行数据处理．
回答下列问题：
（1）游标卡尺示数如图乙所示，则遮光条的宽度 ；
（2）取下沙桶后，小车加速运动过程中受到的合外力大小为 （用所给物理量符号表示）；
（3）若小车下滑过程中满足表达式 （用所给物理量符号表示），则说明合外力做的功等于动能的改变量．
【答案】 0.530 mg
【详解】（1）[1]遮光条的宽度d=0.5cm+0.05mm×6=0.530cm；
（2）[2]挂上沙桶，调节木板的倾角，使小车沿木板下滑时通过甲、乙两光电门的遮光时间相同；遏制小车匀速下滑，此时
取下沙桶后，小车加速运动过程中受到的合外力大小为
（3）[3]若满足
即满足
则说明合外力做的功等于动能的改变量。
21．（2023·山东·高三专题练习）某同学利用手机物理APP“声音振幅”功能测定物块与长木板间的动摩擦因数。实验装置如图甲所示，长木板固定在水平桌面上，物块置于长木板上且两端分别用跨过定滑轮的细线与小球A、B相连，实验前分别测量出小球A、B底部到地面的高度、（）。实验时，打开手机软件，烧断一侧细线，记录下小球与地面两次碰撞声音振幅的时间图像（两小球落地后均不反弹），忽略空气阻力，重力加速度g取。
（1）由甲图可知，实验时应烧断物块 （填“左侧”或“右侧”）的细绳。
（2）烧断细线前，用刻度尺测量，可计算出A下落时间为 s。
（3）烧断细线后，手机传感器记录下声音振幅随时间变化曲线如图乙所示，第一、第二个尖峰的横坐标分别对应A、B两球的落地时刻，其差值为两球落地的时间差。则小球B下落的时间 s。（结果保留两位有效数字）
（4）烧断细线前，用刻度尺测量，计算得出小球B下落的加速度 ，已知小球B的质量为，物块质量为，则物块与木板间的动摩擦因数 。
【答案】 左侧 0.3 2.5 0.2 0.47
【详解】（1）[1]由甲图可知，由于物块非常靠近左侧滑轮，故实验时应烧断物块左侧的细绳。
（2）[2]烧断细线后，可认为A做自由落体运动，则有
解得A下落时间为
（3）[3]由图乙可知
解得小球B下落的时间为
（4）[4]烧断细线后，小球B做初速度为零的匀加速直线运动，则有
解得小球B下落的加速度为
[5]设小球B与物块之间细线拉力为，以B为对象，根据牛顿第二定律可得
以物块为对象，根据牛顿第二定律可得
联立可得
22．（2023·山东·高三专题练习）某物理活动小组想利用一根压缩的弹簧弹开带有遮光片的滑块来探究弹簧的弹性势能与形变量之间的关系，装置如图（a）所示，将带有刻度尺的长木板水平固定在桌面上，弹簧的左端固定在挡板上，弹簧左端对应刻度尺位置坐标为零，右端与滑块刚好接触（但不连接，弹簧为原长），记录弹簧原长位置，现让滑块压缩弹簧至P点并锁定，P点位置坐标记为，然后在木板上弹簧原长位置处固定光电门，位置坐标记为。实验步骤如下：
（1）用游标卡尺测量遮光片的宽度d，其示数如图（b）所示， ；
（2）将光电门连接计时器，解除弹簧锁定，滑块被弹开并沿木板向右滑动，计时器记录遮光片通过光电门的时间，再测量滑块停止时的位置坐标记为，若已知遮光片与滑块总质量为m，则弹簧的弹性势能 （用物理量符号表示）；
（3）改变P点的位置，记录弹簧形变量的数值，多次重复步骤（2），通过计算得到多组值，选择合适标度在坐标纸上描点作图，即可得到弹簧弹性势能与形变量的关系；
（4）若在实验过程中，某同学用图像法处理数据，以为纵坐标，以x为横坐标得图像如图（c）所示，设重力加速度为g，则该同学选择的横坐标x为 ，由图线可得滑块与木板间的动摩擦因数
（用物理量的符号表示）。
【答案】 1.30
【详解】（1）[1]游标卡尺主尺读数为，游标尺读数为，则；
（2）[2]位置的速度为
根据功能关系有
根据动能定理有
解得
（3）[3] [4]的过程中，根据动能定理有
可得
则横坐标应为，根据图象斜率可知
解得
23．（2023·山东·高三专题练习）物理社团的同学利用实验室提供的传感器设计了如图甲所示的实验装置，用以探究加速度与力的关系，以及验证机械能守恒定律。他们将附有刻度尺的气垫导轨调整水平，在导轨左侧处固定一光电门，将轻绳一端固定在点，另一端与滑块相连，滑块上安装遮光条和加速度传感器，并且可以增加砝码以改变其质量，在轻绳上通过不计质量的动滑轮悬挂一个重物。打开气泵，将滑块从导轨右侧处由静止释放，记录加速度传感器的数值、遮光条通过光电门的时间以及和之间的距离。已知重物的质量为m，遮光条的宽度为d，重力加速度为g，滑块、遮光条、加速度传感器以及砝码的总质量用M表示，遮光条通过光电门的时间用t表示，加速度传感器的示数用a表示，和之间的距离用L表示。
（1）若某次实验中遮光条挡光时间为，则此时滑块的速度为 ，重物的速度为 ；
（2）该社团同学首先保持L不变改变M进行了若干次实验，根据实验数据画出了如图乙所示的一条过坐标原点的直线，其纵轴为加速度a，经测量其斜率恰为重力加速度g，则该图线的横轴为 （用所给的字母表示）；
（3）接下来他们欲验证该过程中系统机械能守恒，使滑块总质量保持为不变，改变L进行若干次实验，根据实验数据画出的图线也是一条过原点的直线，若图线斜率为k，则需满足 （用所给的字母表示）。
【答案】
【详解】（1）[1]此时滑块的速度为
[2]重物的速度为
（2）[3]由牛顿第二定律可得
整理得
图乙所示的一条过坐标原点的直线，其纵轴为加速度a，经测量其斜率恰为重力加速度g，则该图线的横轴为。
（3）[4]由机械能守恒定律可得
整理可得
根据实验数据画出的图线也是一条过原点的直线，若图线斜率为k，则
24．（2023·山东·高三专题练习）如图所示为某小组验证机械能守恒定律的实验装置。将圆柱体重锤从A点由静止释放，当重锤沿竖直面做圆周运动经过装置E时，E能够同时记录此时重锤相对于最低点的高度h和重锤遮挡光电门的时间t。沿圆周改变装置E的位置，每次都将重锤从A点由静止释放，获得多组数据。已知重锤的质量m=100g，直径为d，重力加速度g=9.8m/s2，取重锤运动的最低点为零势能点，回答下列问题：
（1）重锤经过装置E时的瞬时速度大小可表示为 （用d、t表示）
（2）若两次实验记录的高度分别为h1、h2，时间分别为t1、t2，则验证重锤的机械能守恒的表达式为 （用题中已知量的符号表示）；
（3）以下是4次实验处理的数据，请补充完整第2次实验中的两个数值 J（势能）、 J（机械能）；
（4）分析数据得出实验结论。
【答案】 0.084 0.144
【详解】（1）[1] 重锤经过装置E时的瞬时速度大小可表示为
（2）[2] 重锤的机械能守恒的表达式为
即
（3）[3]势能
[4]机械能
25．（2023·山东潍坊·统考模拟预测）某实验小组设计了如图甲所示实验装置，探究滑块与长木板之间的动摩擦因数。将一端带有定滑轮且表面平整的长木板固定在水平桌面上，滑块置于长木板左端，滑块上面固定一个小遮光片。将滑块和托盘用轻细绳连接，在靠近托盘处连接力传感器，在长木板右侧某位置固定光电门，并连接好数字计时器。重力加速度为g。

实验过程如下：
（1）用游标卡尺测量遮光片的宽度，游标尺固定后如图乙所示，则遮光片的宽度 mm；

（2）滑块静置于长木板上，记录遮光片中线在长木板上的投影位置，用刻度尺测量出该位置到光电门的水平距离x；用手托住托盘，将若干砝码置于托盘内，由静止释放托盘，当遮光片经过光电门时，数字计时器记录时间为t，力传感器记录此过程中绳的拉力为F；
（3）将滑块再次置于初始位置，增加砝码数量后，重复实验，记录数据。利用图像处理数据，作出图像如图丙所示，由图像可知其纵轴截距为b，斜率为k；

（4）滑块和遮光片的总质量 ；滑块和长木板间的动摩擦因数 。（用题目所给物理量符号表示）
【答案】 6.70
【详解】（1）[1]遮光片的宽度
（4）[2][3]设滑块运动加速度为a，由牛顿第二定律可得
当遮光片经过光电门时，速度为
由速度位移关系可得
整理可得
图像如图丙所示，由图像可知其纵轴截距为b，斜率为k，有
解得
26．（2023·山东·模拟预测）某同学用如图1所示的实验装置测量木块与长木板之间的动摩擦因数。将左端带有滑轮的长木板放置在水平桌面上，轻绳跨过定滑轮后左端与重物连接，右端与装有力传感器的木块连接，力传感器可以直接测出绳子的拉力大小。木块拖动穿过打点计时器的纸带运动。

（1）某次实验中打下如图2所示的纸带，图中为相邻的计数点，相邻两计数点间还有4个点未画出，已知打点计时器所接交流电的频率为50Hz，则木块运动的加速度大小为 。（结果保留3位有效数字）

（2）该同学根据测量所得数据在坐标纸上作出木块的加速度a随受到的拉力F变化的图像如图3所示，取重力加速度，可得木块（含力传感器）的质量为 kg，木块与长木板之间的动摩擦因数为 。（结果均保留2位有效数字）
【答案】 2.00 0.43 0.26
【详解】（1）[1]相邻两计数点间还有4个点未画出，则相邻两计数点之间的时间间隔
由逐差法可得，木块运动的加速度大小为
（2）[2][3]由牛顿第二定律有
由题图3可知
解得
当时
可知
27．（2023·山东·高三专题练习）某实验小组设计了图甲所示的装置，测量滑块与水平台面间的动摩擦因数。已知当地重力加速度为，实验步骤如下：

（1）用螺旋测微器测量固定在滑块上的遮光条宽度d，示数如图乙所示，则 ；
（2）将滑块放在光电门下方，测出滑块到转轴的距离。控制转台缓慢加速，滑块滑动前每一周的运动都视为匀速圆周运动。当遮光条挡光时间为时，滑块转动的角速度 ；
（3）当遮光条挡光时间为时，滑块开始滑动，滑块与平台间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则两者间的动摩擦因数 。（用题中所给物理量的符号表示）
【答案】 1.732
【详解】（1）[1]遮光条宽度为
（2）[2]依题意，滑块的线速度大小为
根据
解得
（3）[3]依题意，滑块开始滑动时，有
，
联立，可得
28．（2023·山东·模拟预测）如图甲所示，实验小组利用验证牛顿第二定律的实验装置，改进后探究匀变速直线运动规律。水平木板左端安装位移传感器，右端固定滑轮。质量的滑块（含光电接收器）放置在木板上，滑块右侧拴有细线，细线跨过定滑轮与钩码相连，实验所用钩码质量均为（重力加速度）。
（1）选取11个钩码，第一次细线上悬挂一个钩码，其余钩码均放在滑块上，给滑块某一速度，通过位移传感器得到位移随时间关系图像如图乙所示。第二次细线下端挂2个钩码，系统做加速运动，其加速度大小为；第三次细线下端挂3个钩码，系统做加速运动，其加速度大小为；则 。

（2）若选取钩码个数不详，当细线下端悬挂5个钩码时，通过位移传感器得到位移随时间变化规律是抛物线，图像如图丙所示，则滑块加速度 （保留三位有效数字），钩码个数为 个（保留整数）。
【答案】 1:2 1.14 15
【详解】（1）[1]当挂一个钩码时，通过位移—时间图像可知，滑块做匀速运动，即
得
当挂2个钩码时，由牛顿第二定律有
当挂3个钩码时，由牛顿第二定律有
则
（2）[2][3]设共有n个钩码，当细线下端悬挂5个钩码时，图像是抛物线，根据
得
由牛顿第二定律有
得
29．（2023·山东泰安·统考模拟预测）某同学用图a所示装置测定重力加速度。小球上安装有挡光部件，光电门安装在小球平衡位置正下方。

（1）用螺旋测微器测量挡光部件的挡光宽度d，其读数如图b，则d= mm；
（2）让单摆做简谐运动并开启传感器的计数模式，当光电门第一次被遮挡时计数器计数为1并同时开始计时，以后光电门被遮挡一次计数增加1，若计数器计数为N时，单摆运动时间为t，则该单摆的周期T= ；
（3）摆线长度大约80cm，该同学只有一把测量范围为30cm的刻度尺，于是他在细线上标记一点A，使得悬点O到A点间的细线长度为30cm，如图c所示。现保持A点以下的细线长度不变，通过改变OA间细线长度l以改变摆长，并测出单摆做简谐运动对应的周期T。实验中测得了多组数据并绘制了T2-l图像，求得图像斜率为k，由此可知当地重力加速度g= 。
【答案】 2.330~2.332
【详解】（1）[1]螺旋测微器的读数为固定刻度与可动刻度之和，所以图中测得挡光宽度为
（2）[2]由题意可知
解得
（3）[3]设A点以下的细线长度为l0，根据单摆周期公式得
化简得
T2-l图像的斜率为k，则
解得
30．（2023·山东·高三专题练习）某实验小组用如图甲所示的实验装置研究两个不同材质小球的碰撞是否为弹性碰撞，主要实验步骤如下：
①用天平测出半径相同的入射小球和被撞小球的质量分别为和；
②按照如图甲所示安装实验装置，调整斜槽末端水平，并在斜槽末端悬挂铅垂线；
③白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好，记下铅垂线所指的位置O；
④不放被撞小球，让入射小球每次均从斜槽上某固定位置自由释放，重复10次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面；
⑤把被撞小球放在斜槽末端，让入射小球均从斜槽上同一固定位置沿斜槽自由释放，使它们发生碰撞，重复实验10次。用步骤④的方法，标出碰后入射小球和被撞小球落点的平均位置；
⑥测量标记落点的平均位置a、b、c到O点的距离，如图乙所示。
（1）图乙中间的距离为 ；
（2）在实验操作规范的情况下，根据实验数据判断， （选填“a”“b”或“c”）为被撞小球落点的平均位置；
（3）根据数据计算，本次实验中两小球的碰撞 （选填“是”或“不是”）弹性碰撞。
【答案】 b 不是
【详解】（1）[1]由图乙可知，b之间的距离为。
（2）[2]在实验操作规范的情况下，根据实验数据判断，因为入射小球质量大于被碰小球质量，根据动量守恒和平抛运动规律可得
代入题中数据可知，只有被碰小球落点的平均位置在b点，碰撞前后的动量才能守恒；
（3）[3]若两小球碰撞为弹性碰撞，则有
两式联立得
等式两边同时乘以时间t，得
本次实验中，两小球的碰撞
所以两小球的碰撞不是弹性碰撞。
解法二：如果是弹性碰撞则有
因小球碰撞以后做平抛运动，如果是弹性碰撞则有
即
而实际上
即不是弹性碰撞。
小球的位置
图（a）
图（b）
图（c）
刻度尺的读数（cm）
2.00
25.90

t/s
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
x/m
13.98
10.81
7.98
5.48
3.32
1.49
0.01
次数
高度h（m）
速度v（m/s）
势能（J）
动能（J）
机械能（J）
1
0.102
0.960
0.100
0.046
0.146
2
0.086
1.092
0.060
3
0.063
1.275
0.062
0.081
0.143
4
0.039
1.439
0.038
0.104
0.142