2023年安徽高三物理模拟卷汇编：力学实验

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一、实验题
1．（2023·安徽·校联考三模）某一物理兴趣实验小组利用节拍器和手机摄像功能来研究摩托车启动过程中速度随时间变化的规律，如图所示，节拍器工作原理与单摆类似，摆杆每次经过中间标尺位置时会发出“啪”的一声响，实验时首先调节节拍器的周期，摩托车启动时节拍器刚好响了一声“啪”，并计序号为0，通过拍摄影像，确定每一次“啪”声对应车的位置，数据如下表：
根据表格内容可知（结果均保留两位小数）
（1）由表格数据可判断摩托车近似做匀加速直运动，理由是______；
（2）当时摩托车的速度为______；
（3）摩托车的加速度大小为______。
【答案】 相等时间间隔内的位移差近似相等 1.84 1.29
【详解】（1）[1]由表格数据可知，摩托车在相等时间间隔内的位移差近似等于，由此可知，摩托车近似做匀加速直运动。
（2）[2]当时摩托车的速度为
（3）[3]由逐差法可知，摩托车的加速度为
2．（2023·安徽宿州·统考一模）某学习小组用图所示的装置验证机械能守恒定律，操作步骤如下：
（1）用游标卡尺测出遮光条宽度，如图所示，则其宽度为 ______；
（2）滑块上安装遮光条，并置于气垫导轨上，调节导轨底部的旋钮使导轨水平。请借助图给器材，调整导轨水平的判断方法：______ 。
（3）在滑块左端固定细线，细线下端悬挂质量为的钩码，放手让滑块运动，光电门、记录了被遮时间分别为、，测出两光电门间的距离，滑块及遮光条的总质量。则验证系统机械能守表达式为______（用题给字母及重力加速度表示）；
（4）该实验______（填“需要”或“不需要”）钩码的质量远小于滑块及遮光条的总质量。
【答案】 7.5/ 滑块经过两个光电门的时间相等 不需要
【详解】（1）[1]根据图可知，该游标卡尺的为分度，即读数为
（2）[2]给滑块适当的速度，当滑块经过两个光电门的时间相等时，说明气垫导轨处于水平。
（3）[3]滑块经过光电门时的速度
根据机械能守恒可列式
联立解得
（4）[4]按照实验原理可知，当把钩码和滑块看成整体时，此时细线上面的拉力属于系统内力，做功代数和为零，因此不需要满足钩码的质量远小于滑块及遮光条的总质量。
3．（2023·安徽·统考一模）实验小组的同学们在读到惠更斯用单摆测出巴黎的重力加速度后，设计用图示的装置（如图甲）测量当地的重力加速度。
（1）若测得：单摆的摆线长度为L，摆球直径为D，单摆的周期为T，则重力加速度______（用L、T、D表示）
（2）某次实验中，力传感器记录了绳子上的拉力大小F随时间t的变化如图乙所示，则单摆运动的周期为______s。
（3）在完成图乙的实验数据测量后，用天平测得小球质量，则当地的重力加速度______m/s2（保留三位有效数字）。
【答案】 2 9.79
【详解】（1）[1]周期公式为
整理有
由题意可知
解得
（2）[2]摆球运动到最低点时，由重力和绳子的拉力的合力提供向心力，所以摆球运动到最低点时，绳子拉力最大，则此单摆的周期为
（3）[3]小球速度为零，沿绳子方向平衡，在最高点有
小球在最低点有
设绳子与竖直方向夹角为，有
整理有
联立F1和F2解得
4．（2023·安徽·统考二模）某同学通过实验探究单摆周期与等效重力加速度定量关系，实验装置如图（a）所示，钢球、细线和轻杆组成一个“杆线摆”，杆线摆可以绕着悬挂轴来回摆动，其摆球的运动轨迹被约束在一个倾斜的平面内，这相当于单摆在斜面上来回摆动，但避免了摆球在真实斜面上运动时所受的摩擦力。测量该倾斜平面的倾角，能求出等效重力加速度a的大小，测量不同倾角下的单摆周期T，便能检验T与a的定量关系。已知重力加速度的大小为g，将下列实验补充完整：
（1）斜面倾角的测量。如图（b），铁架台上装一根铅垂线。在铁架台的立柱跟铅垂线平行的情况下把杆线摆装在立柱上，调节摆线的长度，使摆杆与立柱垂直，则此时摆杆是水平的。把铁架台底座一侧垫高如图（c），立柱倾斜，绕立柱摆动的钢球实际上是在倾斜平面上运动。测出静止时摆杆与铅垂线的夹角为，则该倾斜平面与水平面的夹角。则等效重力加速度的大小__________（用g、表示）；
（2）单摆周期T的测量。在图（c）的情况下，尽量减小摆杆与立柱之间的摩擦，使该摆能较长时间绕立柱自由摆动而不停下来。让单摆做小角度下的振动，用停表测量单摆完成20个全振动所用的时间t，则单摆周期__________（用表示）。同样的操作进行三次，取平均值作为该周期的测量值；
在保持摆长一定的情况下，改变铁架台的倾斜程度，测出多组不同倾斜程度下的值及在该倾角下单摆的周期T后，根据实验数据绘制图像是一条过坐标原点的倾斜直线，由此得出的结论是_________________。
【答案】 在摆长一定的情况下，单摆的周期与等效重力加速度的平方根成反比，即
【详解】（1）[1]将重力分解为沿杆和垂直杆，可知，等效重力
等效重力加速度的大小
（2）[2][3]单摆完成20个全振动所用的时间t，则单摆周期
根据题图可知等效重力加速度为
a=gsinθ
则根据单摆周期公式有
绘制图像是一条过坐标原点的倾斜直线，所以在摆长一定的情况下，单摆的周期与等效重力加速度的平方根成反比，即。
5．（2023·安徽·统考二模）如图是向心力演示仪的示意图，长槽4、短槽5和左右塔轮2和3分别固定在一起。匀速转动手柄1，通过皮带带动左右两个变速塔轮2和3随之匀速转动，放在长槽和短槽内小球将在水平面内做匀速圆周运动。图中横臂6对小球的弹力提供小球做圆周运动的向心力，同时由于横臂的弹力也使测力套筒7下降，从而露出标尺，标尺8上露出的红白相间等分格子的多少可以显示出两个球所受向心力的大小（标尺最多可以露出7格）。已知小球放在和B两个位置时，转动半径相同，放在和两个位置时，转动半径之比为，通过调节皮带的位置，可以给左右两个塔轮提供三个挡位：即转速比分别是、和。
（1）应使用__________（选填“等效替代法”、“控制变量法”、“类比法”）来探究影响向心力大小的因素。
（2）在探究向心力与质量的关系时，选用转速比挡位，两个不同质量的小球分别放在挡板B和挡板__________（选填“”、“”）处；
（3）在探究向心力与角速度的关系时，在选取转速比挡位时，由于标尺露出的格数有限，无法观察到的格数比。根据（2）问中探究得到的向心力与质量成正比的结果，可以选用质量比为的小球，这样当观察到标尺露出红白相间的等分格数之比为__________时，就可以说明向心力与角速度的平方成正比。
【答案】 控制变量法
【详解】（1）[1]探究小球受到的向心力大小与质量的关系，需控制一些变量，即保持转动的角速度、转动的半径不变；探究小球受到的向心力大小与转动的半径的关系，需控制一些变量，即保持小球的质量、转动的角速度不变；该实验中应用了控制变量法；
（2）[2]由控制变量法可知，要探究向心力与质量的关系，应保证两球的角速度和运动半径相同，使两球的质量不同，所以两个不同质量的小球分别放在挡板B和挡板；
[3]根据题意可得
可得
6．（2023·安徽·统考二模）某中学实验小组用如图甲所示的实验装置探究做功与动能变化的关系，一端安装轻质光滑定滑轮的长木板放在水平桌面上，长木板A点处有一带长方形遮光片的滑块，滑块右端固定有力传感器，能测出滑块所受的拉力，滑块、传感器及遮光片的总质量为M，滑块右端由跨过定滑轮的细绳与一砂桶相连，遮光片两条长边与长木板垂直；长木板上B点处固定一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间，d表示遮光片的宽度，L表示遮光片初位置至光电门之间的距离。
（1）实验前______（选填“需要”或“不需要”）平衡滑块与长木板间的摩擦力。
（2）实验主要步骤如下：
①按图甲正确安装器材并进行正确调节。
②该同学用游标卡尺测出遮光片的宽度如图乙所示，则遮光片宽度的测量值d=______cm。
③让砂桶内盛上适量细砂，由静止释放滑块，滑块在细线拉动下运动，记录力传感器的示数F和遮光片通过光电门的时间t，保持质量M和遮光片初位置至光电门之间的距离L不变，改变砂桶内细砂的质量，重复以上步骤。
（3）由上可知滑块速度______（用字母表示）；为了直观地研究滑块动能变化与合外力对它所做功的关系，根据多次实验记录的F和t描点，拟合成一条直线图像，数据处理时应做出的图像是______（请填写选项前对应的字母）。
A．t－FB． C． D．
【答案】 需要 0.560 C
【详解】（1）[1]实验探究细绳拉力对滑块、传感器及遮光片做功与其动能的变化关系，需要消除摩擦力的影响，故需要平衡摩擦力。
（2）②[2]遮光片宽度为
（3）[3]滑块速度为
[4]根据动能定理
得
应做出的图像是。
故选C。
7．（2023·安徽·统考三模）某兴趣小组利用如图甲所示装置在暗室中进行“探究机械能守恒定律”的实验。具体操作：通过调节螺丝夹子使漏斗中的水以间隔相同的时间T一滴滴的下落，再由大到小调节频闪仪发出白光的频率，直到第一次看到一串仿佛不动的水滴（如图乙所示），读出水滴对应在竖直固定的荧光刻度米尺上的值x（即将下落的水滴O的刻度值是0）。
（1）频闪仪发出白光的频率满足______的条件时，即可第一次看到一串仿佛不动的水滴。
（2）由频闪仪频率f和水滴的刻度值x可求出水滴的速度v，则水滴3的速度大小为______（用符号、、…和f表示）。
（3）绘出图像是一条过原点的直线，若其斜率为______（在误差范围内），则说明水滴下落过程机械能守恒。（当地的重力加速度为g）
【答案】 2g
【详解】（1）[1]由于由大到小调节频闪仪发出白光的频率，直到第一次看到一串仿佛不动的水滴可知此时频闪仪发出白光的频率等于液滴下落的频率，则有
（2）[2]水滴做匀加速直线运动，某过程的平均速度等于该过程中间时刻的瞬时速度，则水滴3的速度大小为
（3）[3]若机械能守恒，则有
变形得
可知，绘出图像是一条过原点的直线，在误差范围内若其斜率为2g，则说明水滴下落过程机械能守恒。
8．（2023·安徽·统考一模）某同学用如图所示的装置来验证机械能守恒定律。实验时，该同学进行了如下操作：
（1）第一步：带挡光片的钩码A与钩码B用轻绳连接跨放在定滑轮上，处于静止状态，它们的质量均为M。测得挡光片中心到光电门中心的竖直距离为h；
第二步：在B的下端挂上质量为m的钩码C，由静止释放，光电门记录挡光片挡光的时间为；
第三步：测出挡光片的宽度d，计算出挡光片经过光电门时的速度为___________。
（2）如果钩码A、B、C组成的系统机械能守恒，各物理量应满足的关系式为___________。（用题中所给物理量表示，重力加速度为g）。
（3）验证实验结束后，该同学想：如果钩码A、B、C组成的系统机械能守恒，不断增大钩码C的质量m，钩码B的加速度a也将不断增大，那么a与m之间有怎样的定量关系？请你帮该同学写出它们之间的关系式： ___________（用M、m和重力加速度g表示）。
【答案】
【详解】（1）[1]挡光片经过光电门的时间极短，用经过光电门的瞬时速度代替挡光片经过光电门时的瞬时速度
（2）[2]则系统重力势能的减小量
系统动能的增加量为
若系统机械能守恒，则有
（3）[3]根据牛顿第二定律得，系统所受的合力为，则系统加速度为
9．（2023·安徽合肥·统考一模）下图为某同学“验证机械能守恒定律”的实验装置图，斜槽末端安装了光电门。小球从斜槽上的某处由静止释放，记录小球释放点与斜槽底端的高度H和通过光电门的时间t，测得小球的直径为d，重力加速度为g．改变小球在斜槽上的释放位置，进行多次测量。
（1）斜槽末端是否必须要调水平____________（选填“是”或“否”）；
（2）小球从斜槽上某处滑下的过程中，若机械能守恒，则应满足的关系式____________（用d、t、H和g表示）；
（3）为了减小实验误差，应选择体积小密度大的小球，其原因是___________（写出一条即可）．
【答案】 是 减小空气阻力的影响（或减小轨道摩擦力的影响，减小光电门测量小球速度的误差）
【详解】（1）[1]利用斜槽末端的光电门测量小球的速度，不需要小球运动到斜槽末端时速度沿水平方向，所以斜槽末端可以不调水平。
（2）[2]小球从静止释放到斜槽末端的过程中，减少的重力势能为
增加的动能为
若机械能守恒，则应满足的关系式
即
（3）[3]选择体积小密度大的小球，可以减小空气阻力的影响，减小轨道摩擦力的影响，还可以减小光电门测量小球速度的误差。
10．（2023·安徽淮北·统考一模）某幼儿园欲建一个如图甲所示滑梯，根据空地大小和安全需要，对制作滑梯的板材与儿童裤料之间的动摩擦因数有一定要求。某物理兴趣小组用如图乙所示的实验装置测量板材与儿童裤料间的动摩擦因数。先取一种板材水平固定在桌面上，用儿童裤料包裹的物块受重物的牵引在板材上由静止开始运动，细绳始终与桌面平行，当重物落地后，物块再运动一段距离后停在板材上。打点计时器打出的纸带记录了物块的运动情况。
（1）选取重物落地后的一段纸带如图丙所示，1、2、3、4是选取的4个计数点，相邻两个计数点之间还有四个点未画出。图上注明了对各计数点间的测量结果，其中有一个数据在记录时有误，有误的数据是_______段。（填“”“”或“”）。
已知打点计时器电源的频率为。利用纸带测得的数据可求出该物块在减速运动过程中的加速度大小______.
（2）若重力加速度大小取，板材与儿童裤料间的动摩擦因数______。（所有计算结果均保留2位有效数字）
【答案】 4.9 0.49
【详解】（1）[1] 根据记录数据时，数据的精确度应该保持一致，所以有误的一组数据是x2；
根据匀变速直线运动中相同时间内相邻位移差满足
Δx=aT2
其中
解得
（2）[2] 根据牛顿第二定律可得
μmg=ma
解得：
μ=0.49
11．（2023·安徽滁州·校考二模）某实验小组设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验，如图所示，已知拉力传感器只能显示拉力的竖直分量大小。重力加速度为g。
（1）现有以下材质的小球：①乒乓球；②橡胶球；③小钢球。实验中应选用__________（填序号）；
（2）拉起质量为m的小球至某一位置由静止释放，使小球在竖直平面内摆动，记录小球摆动过程中拉力传感器示数的最大值Tmax和最小值Tmin。改变小球的初始释放位置，重复上述过程。为了得到一条直线，应该根据测量数据在直角坐标系中绘制__________（选填“”、“”、“”）关系图像；若小球摆动过程中机械能守恒，该直线斜率的理论值为__________；
（3）该实验系统误差的主要来源是__________（单选，填正确答案标号）。
A．小球摆动角度偏大
B．小球初始释放位置不同
C．小球摆动过程中有空气阻力
【答案】 ③ －2 C
【详解】（1）[1]为了减小实验误差，应选择质量大体积小的小钢球；
（2）[2][3]设初始位置时，设细线与竖直方向夹角为θ，则
到最低点时细线拉力最大，则
联立可得
整理可得
即若小钢球摆动过程中机械能守恒。则图乙中直线斜率的理论值为－2；
（3）[4]该实验系统误差的主要来源是小钢球摆动过程中有空气阻力，使得机械能减小。
故选C。
12．（2023·安徽芜湖·芜湖市第十二中学校考模拟预测）某实验小组利用如图中所示的装置完成“验证机械能守恒定律”实验。将气垫导轨沿倾斜方向固定在水平桌面上，倾角为。将光电门固定在气垫导轨上，带有挡光条的滑块从光电门上方由静止释放。
（1）实验时，该小组的同学利用游标卡尺测了挡光条的宽度，如图乙所示，该游标卡尺的读数为___________。
（2）已知挡光条的宽度为d，释放点到光电门的距离为L，挡光条经过光电门的挡光时间为t，重力加速度为g。若滑块下滑过程中机械能守恒，则关系式___________成立（用题中所给物理量符号表示）。
（3）改变释放点到光电门的距离L，多次实验，并记录滑块每次经过光电门时的挡光时间t，该小组的同学利用图像法验证机械能守恒定律。坐标系以L为纵轴，为了便于验证，应以___________（填“t”“”或“”）为横轴，若图线的斜率为k，重力加速度___________时滑块下滑过程中的机械能守恒。
【答案】 9.30
【详解】（1）[1]由游标卡尺的读数规则可知，该游标卡尺的精确度为0.05，则读数为
（2）[2]滑块经过光电门时的速度为
若滑块下滑过程中的机械能守恒，则由机械能守恒定律得
整理得
（3）[3]由
得
坐标系以L为纵轴，为了便于验证，应以为横轴。
[4]依题意，有
解得
13．（2023·安徽滁州·安徽省定远中学校考模拟预测）为测量木块与木板间的动摩擦因数，一同学设计了如图（甲）所示的实验装置，A为装有光电门的足够长的木板，B为与木板平滑连接的斜面C为带遮光片的小物块。
（1）测量遮光条宽度时游标卡尺的示数如图（乙）所示，则遮光条的宽度d=________mm；
（2）保持光电门的位置不变，多次改变物块在斜面上释放点的位置，每次都将物块由静止释放记录每次物块停止时物块中心到光电门中心的水平距离x和遮光条通过光电门的时间t，为了能直观地显示x与t之间的关系，即作出线性图像其应作________；（填选项序号）
A．x-t图像 B．x-t2图像 C．x-图像 D．x--图像
（3）若（2）问中正确图像的斜率为k，当地的重力加速度为g，不计细线与滑轮间的摩擦及空气阻力，则物块与水平面间的动摩擦因数为________。（用字母表示）
【答案】 3.10 D
【详解】(1)[1] 游标卡尺精准度为0.05mm，故读数为
d=3mm+2×0.05mm=3.10mm
(2)[2] 已知遮光条宽度为d，则滑块经过光电门速度为
已知物块中心到光电门中心的水平距离为x，则有
且有
联立以上各式，有
所以应做x--图像，故选D.
(3)[3] 根据对（2）的分析，有
所以
14．（2023·安徽·模拟预测）某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图（a）所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图（b）记录了桌面上连续6个水滴的位置。（已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴）
（1）由图（b）可知，小车在桌面上是___________（填“从右向左”或“从左向右”）运动的。
（2）该小组同学根据图（b）的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图（b）中点位置时的速度大小为___________m/s，加速度大小为___________。（结果均保留两位有效数字）
【答案】 从右向左 0.19 0.038
【详解】.
（1）[1]用手轻推一下小车，小车在桌面上做减速运动，根据桌面上连续6个水滴的位置可知，小车从右向左做减速运动。
（2）[2]已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴，那么各点时间间隔为
根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，有
[3]根据匀变速直线运动的推论公式
可以求出加速度的大小，得
负号表示方向相反。
节拍器声响序号
0
1
2
3
4
5
6
7
8
摩托车位置/m
0
0.48
1.24
2.32
3.72
5.46
7.53
9.91
12.60