暑期综合提高练习（二十一）物理力学实验练习——2026-2027年高中物理新高三年级暑期强化训练含答案

这是一份暑期综合提高练习（二十一）物理力学实验练习——2026-2027年高中物理新高三年级暑期强化训练含答案，共5页。试卷主要包含了单选题，多选题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
一、单选题（本大题共6小题）
1．在探究加速度与力、质量的关系时，可以先控制小车质量不变，改变小车受力，判断加速度与力的关系；再控制力不变，改变小车质量，判断加速度与质量的关系。这一探究过程运用到的科学方法是（ ）
A．控制变量法B．等效替代法C．理想模型法D．微元法
2．下列关于物理学史、物理学研究方法的叙述中，正确的是（ ）
A．用质点来代替实际物体是采用了微元法
B．是采用比值法定义的
C．伽利略根据斜面实验，提出了惯性定律
D．牛顿借助实验研究和逻辑推理得出了自由落体运动规律
3．伽利略对“自由落体运动”和“运动和力的关系”的研究，开创了科学实验和逻辑推理相结合的重要科学研究方法。图、分别表示这两项研究中实验和逻辑推理的过程，对这两项研究，下列说法不正确的是（ ）
A．图小球在斜面上做匀变速运动，合理外推得出自由落体运动是匀变速直线运动
B．图中先在倾角较小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力，使时间测量更容易
C．图的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出物体的运动不需要力来维持
D．图中完全没有摩擦阻力的斜面是实际存在的，实验可实际完成
4．如图所示，A、B为两固定的光电门，在光电门A正上方的O处有一边长为0.5 cm的铁片自由落下，铁片下落的过程中底边始终水平，已知铁片通过A、B光电门的时间分别为，。 若将铁片通过光电门的平均速度视为瞬时速度，忽略空气阻力的影响，g取10m/s2， 下列说法错误的是（ ）
A．铁片通过光电门B的瞬时速度为
B．O点到光电门A的距离为1.00 m
C．铁片从光电门A到B所需的时间为0.40 s
D．光电门A、B之间的距离为2.40 m
5．如图所示，在气垫导轨上安装有两个光电门A、B，A、B间的距离为L=30cm.为了测量滑块的加速度，在滑块上安装了一宽度为d=1cm的遮光条，现让滑块以某一加速度通过光电门A、B.现记录了遮光条通过两光电门A、B的时间分别为0.010s、0.005s，滑块从光电门A到B的时间为0.200s.则下列说法正确的是( )
A．滑块经过光电门A时的速度大小为1cm/s
B．滑块经过光电门B时的速度大小为2cm/s
C．滑块的加速度大小为5m/s2
D．滑块在光电门A、B间的平均速度大小为3m/s
6．如图所示，板长为，板的端静止放有质量为的小物体，物体与板的动摩擦因数为，开始时板水平，在缓慢转过一个小角度的过程中，小物体保持与板相对静止，则在这个过程中（ ）

A．摩擦力对小物体做功为
B．摩擦力对小物体做功为
C．弹力对小物体做功为
D．板对小物体做功为
二、多选题（本大题共4小题）
7．在“互成角度的两个力的合成”实验中，实验要求
A．只要两次橡皮条的伸长量相同即可
B．互成角度的两个力大小必须相等
C．互成角度的两个拉力夹角不一定为90°
D．弹测力计必须与木板保持平行
8．小明同学在“研究平抛物体运动”实验中，为了描绘出小球平抛运动的轨迹，设计了下图的实验装置（左图），让小球多次从斜槽上滚下，重复描点，实验后在白纸上连点成线可得到轨迹图（右图）。以下操作和说法中正确的是（ ）
A．为了保证小球在空中做平抛运动，安装斜槽时，其末端切线必须水平。
B．小球与斜槽之间不可避免有摩擦，会使得该实验的误差很大。
C．若不从平抛起点开始研究，通过相同的水平位移，所用时间也相同
D．实验中，小球每次都应该从斜槽上同一位置无初速度释放。
9．关于下列实验，说法正确的是（ ）
A. 图甲实验装置既可以验证自由落体运动规律，也可以验证机械能守恒定律
B. 图乙“利用单摆测重力加速度”实验中，测周期时，将n次全振动误记为n−1次，则测出的g值偏大
C. 图丙为“探究向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系”的实验，如图所示情景，A、B都为质量相同的钢球，标尺上黑白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为1:4，则与皮带连接的变速轮塔相对应的半径之比为2:1
D. 图丁“验证动量守恒定律”实验中，斜槽轨道必须光滑且其末端水平
10．某同学设计了一个研究平抛运动特点的家庭实验装置，去验证平抛运动水平方向做匀速直线运动， 如图所示，在水平桌面上放置一个斜面，每次都让钢球从斜面上的同一位置 滚下，滚过桌边后钢球便做平抛运动，若已知物体做平抛运动时在竖直方向 上为自由落体运动下列说法正确的是( )
A．除实验中描述的器材外，该实验还必需的实验器材是刻度尺
B．除实验中描述的器材外，该实验还必需的实验器材是秒表、刻度尺
C．相对平抛起始位置，测出下落高度与平抛水平位移的平方成正比，说明钢球水平向做匀速运动
D．相对平抛起始位置，测出平抛水平位移与下落高度的平方成正比，说 明钢球水平向做匀速运动
三、非选择题（本大题共5小题）
11．某实验小组做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验，实验时，先把弹簧平放在桌面上，把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一只钩码记下对应的弹簧长度L，数据记录如下表所示：
(1)根据表中数据在图中作出F－L图线 ；
(2)由此图线可得，该弹簧劲度系数k＝ N/m；
(3) 弹簧的原长是 cm
(4)分析图像总结出弹簧弹力F与弹簧总长L之间的关系是
12．某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,将画有坐标轴(横轴为x轴,纵轴为y轴,最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上,如图甲所示.将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外),另一端P位于y轴上的A点时,橡皮筋处于原长.
(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O,此时拉力F的大小可由测力计读出.测力计的示数如图乙所示,F的大小为 N.
(2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A点;现使用两个测力计同时拉橡皮筋,再次将P端拉至O点.此时观察到两个拉力分别沿图甲中两条虚线所示的方向,由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2 N和F2=5.6 N.
(i)用5 mm长度的线段表示1 N的力,以O为作用点,在图甲中画出力F1、F2的图示,然后按平行四边形定则画出它们的合力F合;
(ii)F合的大小为 N,F合与拉力F的夹角的正切值为 .
若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内,则该实验验证了力的平行四边形定则.
13．某同学验证两个小球在斜槽末端碰撞时的动量守恒，实验装置如图所示。A、B为两个直径相同的小球。实验时，不放B，让A从固定的斜槽上E点自由滚下，在水平面上得到一个落点位置；将B放置在斜槽末端，让A再次从斜槽上E点自由滚下，与B发生正碰，在水平面上又得到两个落点位置。三个落点位置标记为M、N、P。
①为了确认两个小球的直径相同，该同学用10分度的游标卡尺对它们的直径进行了测量，某次测量的结果如下图所示，其读数为______mm。
②下列关于实验的要求哪个是正确的_______。(填选项前的字母)
A.斜槽的末端必须是水平的
B.斜槽的轨道必须是光滑的
C.必须测出斜槽末端的高度
D.A、B的质量必须相同
③如果该同学实验操作正确且碰撞可视为弹性碰撞，A、B碰后在水平面上的落点位置分别为_______、_______。(填落点位置的标记字母)
阅读下列材料，完成下面小题
落体运动
1971年，在“阿波罗15号”登月后，航天员斯科特面对着电视镜头从相同高度令一片羽毛和一柄锤子做自由落体运动，打破了人们对于物体下落快慢的固有认知。
14．两个物体中先落地的是______。
A．羽毛B．锤子C．同时落地D．无法判断
15．如图所示的装置装有一根羽毛与一个金属小球，它可以使得上述实验现象在地球上重现，原因是排除了 的影响；将管倒置，向外拉动注射器活塞，羽毛的加速度大小将 （选涂：A．变大 B．不变 C．变小）。
16．在月球上，下列能被描述为自由落体运动的是______。
A．树上掉落的苹果砸中科学家B．硬币被竖直砸进许愿池
C．空间站内墙壁上的一块墙灰掉落D．小铁球由静止开始竖直下落
伽利略在对落体运动的研究过程中开创的科学研究方法可以用下面的流程图表示：
17．方框1和2中的方法和对应内容均正确的是______。
A．1是猜想假设：落体运动的速度v和时间t成正比
B．1是数学推演：落体运动的位移x和时间的平方t2成正比
C．2是得出结论：落体运动的速度v和时间t成正比
D．2是得出结论：落体运动的位移x和时间的平方t2成正比
18．在月球上将一小球由静止释放，用快门曝光时间间隔为0.02 s（每0.02 s记录一次图像）的相机摄得的频闪照片如图所示。（结果均保留三位有效数字）
（1）B点的速度vB大小为 m/s；
（2）月球表面的重力加速度大小为 m/s2；
（3）由静止下落 s后，小球到达D点。
19．（论证）如图（a）所示，将质量为m的小球在长为l、倾角为θ的光滑斜面最上端由静止释放。（重力加速度为g）请借助此模型，通过数学推演证明：如图（b）所示的实验中理想斜面倾角θ越小，越容易测量时间。
20．（10分）
（1） 某同学经过相关学习，知道了弹簧弹力 F 随其形变量 x 变化的图像如图甲所示，还知道该图像与坐标轴围成的面积数值上等于弹簧的弹性势能。由此可得，劲度系数为 k 的弹簧，形变量为 x0 时的弹性势能 Ep= _______________。
甲
（2） 为了验证此表达式是否正确，他进行了如下实验：
① 如图乙所示，将一轻弹簧悬挂在铁架台上，一指针（质量可忽略）固定在弹簧下端，刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都沿竖直方向，在弹簧下端挂上质量为 0.4kg 的钩码，钩码静止时测得弹簧的伸长量为 3.92cm ，取 g=9.80m/s2 ，则弹簧的劲度系数为 k= _______ N/m 。
乙
②他将弹簧一端固定在气垫导轨左端，气垫导轨调成水平的，一光电门固定在气垫导轨上方，如图丙所示。
丙
③ 将遮光条固定在一小滑块上，用10分度游标卡尺测量遮光条宽度，如图丁所示，则遮光条的宽度为 d= ___________ mm 。
丁
④测得小滑块的质量（包括遮光条） m=50.0g 。
⑤ 使气垫导轨正常工作，用小滑块将弹簧压短距离 x0=6.00cm 后由静止释放，弹簧将小滑块弹出，小滑块离开弹簧一段时间后通过光电门，光电门记录的遮光时间为 △t=2×10−3s 。则小滑块离开弹簧后获得的动能 Ek= ___________ J ；根据（1）问中得到的表达式，结合前面所得 k 值可得弹簧的弹性势能 Ep= ___________ J 。（计算结果均保留两位有效数字）
⑥改变弹簧压缩量，多次重复步骤⑤进行验证。
21．（9分）汽缸是在自动化设备中广泛应用的执行机构，如图所示，某汽缸主要部件由缸体 A 、活塞 B 、活塞杆 C 、气阀 K1 、 K2 组成。活塞、活塞杆与缸体的导热以及密封性能均良好，且活塞与活塞杆运动过程中与缸体的摩擦力可以忽略不计。活塞连同活塞杆的质量 m=5kg ，汽缸缸内横截面积以及活塞横截面积均为 S=5cm2 ，汽缸内部长为 L=60cm ，忽略活塞厚度。某次测试时，竖直固定汽缸，打开气阀 K1 、 K2 ，将活塞杆提升至汽缸顶部，然后只关闭气阀 K2 ，释放活塞和活塞杆，已知重力加速度 g 取 10m/s2 ，标准大气压 p0=1.0×105Pa 。
（1） 求活塞静止时距汽缸底部的距离；
（2） 保持气阀 K1 与大气连通，在原有气体不泄漏的情况下打开气阀 K2 ，使用增压气泵通过与 K2 连接的导管向汽缸的下部分充气，最终使活塞回到汽缸顶部，求增压气泵充入的空气在1个标准大气压下的体积。
参考答案
1．【知识点】实验：探究加速度与力、质量的关系
【答案】A
【详解】先控制小车质量不变，改变小车受力，判断加速度与力的关系；再控制力不变，改变小车质量，判断加速度与质量的关系。这一探究过程运用到的科学方法是控制变量法。选A。
2．【知识点】伽利略的理想斜面实验、牛顿第一定律、质点
【答案】B
【详解】A．用质点来代替实际物体是采用了理想模型法，A错误；
B．是采用比值法定义的，B正确；
C．在伽利略研究的基础上，牛顿提出了牛顿第一定律，C错误；
D．伽利略借助实验研究和逻辑推理得出了自由落体运动规律，D错误。
选B。
3．【知识点】伽利略对自由落体运动的研究、伽利略的理想斜面实验
【答案】D
【详解】
A．伽利略通过实验得出小球在斜面上做匀变速运动，合理外推得出自由落体运动是匀变速直线运动，故A正确；
B．设想物体下落的速度与时间成正比，因为当时无法测量物体的瞬时速度，所以伽利略通过数学推导证明如果速度与时间成正比，那么位移与时间的平方成正比；由于当时用滴水法计算，无法记录自由落体的较短时间，伽利略设计了让铜球沿阻力很小的斜面滚下，来“冲淡”重力得作用效果，而小球在斜面上运动的加速度要比它竖直下落的加速度小得多，所用时间长的多，所以容易测量。伽利略做了上百次实验，并通过抽象思维在实验结果上做了合理外推。故B正确；
C．伽利略用抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法得到物体的运动不需要力来维持，故C正确；
D．实际中没有摩擦力的斜面并不存在，故该实验无法实际完成，故D错误；
本题选不正确的，故选D。
4．【知识点】实验：测量做直线运动物体的瞬时速度
【答案】B
【详解】
A．铁片通过光电门B的瞬时速度
故A正确；
B．铁片通过光电门A的瞬时速度
O点到光电门A的距离
故B错误；
C．铁片从光电门A到B所需的时间
故C正确；
D．光电门AB之间的距离
故D正确。
此题选择错误的选项，故选B。
5．【知识点】实验：用打点计时器测量物体的速度
【答案】C
【解析】滑块经过光电门A时的速度大小为vA=，经过光电门B时的速度大小为vB=，A、B错误；滑块在光电门A、B间的平均速度大小为v=LtAB=,D错误；由a=vB−vAtAB得，滑块的加速度大小为a=5m/s2，C正确.
【快解】对于匀变速直线运动（第二章会学到）来说，滑块在光电门A、B间的平均速度大小为v=vA+vB2=1.5m/s.
6．【知识点】动能定理的简单应用、实验：探究做功与物体动能变化的关系
【答案】D
【详解】
AB．摩擦力的方向与木块运动的方向垂直，则摩擦力不做功，故A B错误；
C．滑块受重力、支持力和静摩擦力，重力做功为，摩擦力不做功，根据动能定理有
故，故C错误；
D．摩擦力不做功，故板对滑块做的功等于支持力的功，即为，故D正确。
故选D。
7．【知识点】实验：探究两个互成角度的力的合成规律
【答案】CD
【详解】A．两次拉伸橡皮条要将橡皮条拉伸到同一结点，保证两次情况下，两根弹簧秤拉力的合力与一根弹簧秤拉力大小相等，方向相同，A错误；
B．互成角度的两个力大小不需要一定相等，B错误；
C．实验时两个分力间的夹角稍微大一些，但不是越大越好，不一定必须等于90°，C正确；
D．实验中为了减小误差，弹簧测力计必须保持与木板平行，这样才能正确的确定弹力方向，D正确。
故选：CD。
8．【知识点】实验：探究平抛运动的特点
【答案】ACD
【详解】A．为了保证小球在空中做平抛运动，安装斜槽时，其末端切线必须水平，A正确；
B．小球与斜槽之间有摩擦，但只要小球到达底端的速度相同即可，不会对该实验造成误差，B错误；
C．因平抛运动的水平速度不变，即使不从平抛起点开始研究，通过相同的水平位移，所用时间也相同，C正确；
D．实验中，小球每次都应该从斜槽上同一位置无初速度释放，以保证小球到达底端时的速度相同，D正确。选ACD。
9．【知识点】实验：探究向心力的大小、实验：用单摆测量重力加速度、实验：验证动量守恒定律、实验：验证机械能守恒定律
【答案】AC
【详解】
10．【知识点】实验：探究平抛运动的特点
【答案】AC
【详解】已知钢球在竖直方向做自由落体运动，则h=gt2，水平方向若做匀速运动则满足：，解得，则相对平抛起始位置，测出下落高度h与平抛水平位移x的平方成正比，说明钢球水平向做匀速运动，选项C正确；，则相对平抛起始位置，测出平抛水平位移与下落高度的平方根成正比，说明钢球水平向做匀速运动，选项D错误；由以上分析可知，实验中需要用刻度尺测量距离，不需要秒表，选项A正确，B错误；选AC.
11．【知识点】实验：探究弹簧弹力和形变量的关系
【答案】 100N/m 4cm
【详解】(1)[1]描点作图，如图所示
(2)[2]图象的斜率表示劲度系数，故有
(3)[3]图线与L轴的交点坐标表示弹簧不挂钩码时的长度即原长，由图可知，弹簧的原长是4.0cm；
(4)[4]由图示图象可知，弹簧力F跟弹簧长度L之间的关系式为
．
12．【知识点】实验：探究两个互成角度的力的合成规律
【答案】(1)4.0 (2)(i)见详解 (ii)4.0 0.05
【详解】(1)由题图可知,F的大小为4.0 N.
(2)(i)根据题意画出F1、F2的图示,如图所示,F1用长为21 mm的线段表示,F2用长为28 mm的线段表示;
(ii)根据图示,测得合力F合的长度为20 mm,则F合的大小为4.0 N,利用作图法可得F合与F夹角的正切值为0.05.
13．【知识点】研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
【答案】①10.5 ②A ③M P
【解析】①观察主尺的单位为 cm，主尺的读数是10 mm，游标尺上的第五条刻度线与主尺上的刻度线对齐，游标尺读数为0.5 mm，结合主尺及游标尺的读数得到被测直径为D=10 mm+0.5 mm=10.5 mm。
②ABC：在实验的过程中，需要小球A两次沿斜槽滚到末端时的速度都水平且大小相同。实验时应使小球A每次都从同一位置由静止开始释放，并不需要斜槽的轨道光滑，也不需要测出斜槽末端的高度，但是必须保证斜槽末端水平，故A正确，B、C错误；
D：小球A与B发生正碰时，为使小球A在碰后不反弹，要求小球A的质量大于小球B的质量，故D错误。故选A。
③设A、B两球的质量分别为mA和mB，且mA>mB；碰前A的速度为v0。以两球组成的系统为研究对象，以碰前小球A的速度方向为正方向，因为两个小球的碰撞可视为弹性碰撞，则由动量守恒定律得，
由机械能守恒定律得，
解得，。
可见碰后小球A的速度小于小球B的速度，也小于碰前A的速度v0。所以小球A单独滚下落到水平面上的位置为N，A、B 碰后在水平面上的落点位置分别为M、P。
【知识点】两类动力学问题、自由落体相关实验、自由落体运动
【答案】14．C
15． 空气阻力 A
16．AD
17．A
18． 0.163 1.63 0.140
19．见解析
【解析】14．在月球上的同一高度同时释放羽毛和铁锤，由于没有阻力，都做自由落体运动，加速度均为，根据知运动时间均相等，则同时落地；故选C。
15．[1]如图所示的装置装有一根羽毛与一个金属小球，它可以使得上述实验现象在地球上重现，原因是排除了空气阻力的影响；
[2]将管倒置，向外拉动注射器活塞，管内的空气变少，则下落的空气阻力变小，由牛顿第二定律可知羽毛的加速度大小将变大，选A；
16．A．树上掉落的苹果砸中科学家可以忽略空气阻力，苹果的下落可以看成自由落体运动，A正确；
B．硬币被竖直砸进许愿池，硬币有向下的初速度，则其运动不是自由落体运动，B错误；
C．空间站内墙壁上的一块墙灰掉落，由于处于完全失重的状态，则其相对空间站的运动不是自由落体运动，C错误；
D．小铁球由静止开始竖直下落，空气阻力较小而忽略，其运动可以看成自由落体运动，D正确。
选AD。
17．AB．观察现象后1是猜想假设：落体运动的速度v和时间t成正比，A正确，B错误；
CD．2是得出结论：小球沿光滑斜面运动的位移x和时间的平方t2成正比，CD错误。
选A。
18．[1] B点的速度为AC段的平均速度，则有
[2]连续相等的闪光时间内有四段位移，由逐差法可得重力加速度为
[3]小球过D点的速度大小为
根据自由落体规律可知静止下落到达D点的时间为
19．对小球进行受力分析，如图所示
沿斜面方向正交分解可知，水平方向有
ma＝Gx＝mgsinθ
即
a＝gsinθ
由于，可得
所以a越小，时间t越长。由于在时，θ越小，sinθ越小，a越小。由此可知：如图（b）所示的实验中理想斜面倾角θ越小，越容易测量时间。
20（1） 形变量为 x0 时，弹簧弹力大小为 kx0 ，由 F−x 图像与坐标轴围成的面积数值上等于弹簧的弹性势能得 Ep=12kx02 。
（2） ① 根据胡克定律得 k=mgx=0.4××10−2N/m=100N/m ；
③ 遮光条的宽度 d=5mm+2×0.1mm=5.2mm ；
⑤ 小滑块的速度大小为 v=d△t=5.2×10−3m2×10−3s=2.6m/s ，小滑块的动能为 Ek=12mv2≈0.17J ，弹簧的弹性势能 Ep=12kx02=12×100×6×10−22J=0.18J 。
21．【知识点】实验：探究弹簧弹力和形变量的关系
【答案】
（1） 30cm
（2） 3×10−4m3
【详解】
（1） 当活塞静止时，设下部分气柱长度为 ℎ ，对活塞和活塞杆进行受力分析如图所示，
得 p1S=p0S+mg （2分）解得 p1=p0+mgS=2×105Pa （1分）对汽缸中下部分气体应用玻意耳定律得 p0LS=p1ℎS （2分）解得 ℎ=L2=30cm （1分）
（2） 对下部分气体及充入的气体，根据玻意耳定律得 p0V+p1L2S=p1SL （2分）解得 V=3×10−4m3 （1分）钩码个数
1
2
3
4
5
弹力F/N
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
弹簧的长度L/cm
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
选项
分析
正误
A
利用打点计时器打出的纸带可以测量位移，可以计算速度，可以计算加速度，同时有时间，所以该实验装置既可以验证自由落体运动规律，也可以验证机械能守恒定律
√
B
由单摆周期公式T=2πLg，周期测量值偏大时，可判断g偏小
×
C
两钢球质量相等，匀速圆周运动半径相等，向心力之比为1:4，角速度之比为1:2，线速度大小相等，半径之比为2:1
√
D
验证动量守恒定律实验中斜槽末端必须水平，以保证发生对心碰撞。轨道不需要光滑，从同一高度释放小球保证在水平轨道末端具有相同速度即可
×