专题突破卷07 力学实验专题-【考点通关】2025年高考物理一轮复习试卷（新高考通用）

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力学实验专题（18实验）
1．（2024·广东深圳·三模）利用图中所示的装置可以研究自由落体运动，实验中需要调整好仪器，接通打点计时器的电源，松开纸带，使重物下落，打点计时器会在纸带上打出一系列的点。
(1)本实验采用电火花计时器，所接电源为频率为的交流电，打点的时间间隔 s。
(2)取下纸带，取其中的一段标出计数点（每间隔一个点取一个计数点）如图乙所示，测出相邻计数点间的距离分别为，，，，，，若打点计时器的打点周期表示为T，则重锤运动的加速度计算表达式为 （用题目中的字母表示），代入数据，可得加速度 （计算结果保留两位有效数字）。
2．（2024·山东泰安·模拟预测）在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，将橡皮条的一端固定在竖直放置的木板上，另一端系上两根细绳套OA、OB，O为两细绳与橡皮条的结点，细绳OA跨过C点处钉在木板上的光滑的钉子，下端挂重力已知的钩码，细绳OB用一个弹簧测力计钩住，如图所示，可以通过改变钩码的个数和弹簧测力计的拉力调整橡皮条与两细绳的结点O的位置。
(1)关于实验中必须注意的以下几项，其中正确的是______。
A．只用弹簧测力计通过细绳拉橡皮条时结点O达到的位置，应与钩码、弹簧测力计同时拉时相同
B．在拉动弹簧测力计时弹簧不可与外壳相碰或摩擦
C．两个分力、间的夹角不宜过大，也不宜过小，两个分力、的大小越大越好
D．拉橡皮条的细绳要适当长些，视线通过细绳垂直于纸面，在绳下的纸上用笔画出两个点的位置并使这两个点的距离适当远些
(2)图中OC与橡皮条延长线的夹角为，细绳OB与橡皮条延长线的夹角为，，下列操作正确的是______。
A．减少钩码个数后，为使结点位置不变，应减小，同时增大弹簧测力计的拉力
B．减少钩码个数后，为使结点位置不变，应增大，同时增大弹簧测力计的拉力
C．保持钩码个数不变，将钉子向右平移一些，为使结点位置不变，应增大，同时增大弹簧测力计的拉力
D．保持钩码个数不变，将钉子向右平移一些，为使结点位置不变，应减小，同时减小弹簧测力计的拉力
3．（2024·山东泰安·模拟预测）某同学设计了如图甲所示的实验装置来验证力的平行四边形定则。已知两根直杆在同一竖直面上，a杆竖直，b杆倾斜，一条不可伸长的轻绳两端分别固定在杆上P、Q两点，轻绳穿过光滑的轻质动滑轮，动滑轮下端连接物块A，在轻绳的左端连接力传感器（力传感器的重力忽略不计），重力加速度为g。实验步骤如下：
① 用天平测出物块A的质量m；
② 测出轻绳的长度L，P、Q两点间的水平距离D；
③ 改变物块A的质量m，记录力传感器相应的示数F。
(1)要验证力的平行四边形定则，力传感器的示数F与物块A的质量m满足关系式 （用题中给出的物理量表示）。
(2)若轻绳的P端不动，将Q端沿杆稍微向上移动，力传感器的示数 （填“变大”“变小”或“不变”）。
(3)某同学改变物块A的质量，作F－m的图像，如图乙，图像的斜率为k，但是他忘记了记录间距D的大小，利用图乙和已知物理量求出D为 （L，k，g已知）。
4．（2024·海南省直辖县级单位·模拟预测）某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置“探究牛顿第二定律”。长木板B静止于水平桌面上，木板右侧安装有光电门1与定滑轮，物块A上方装有一宽度为d的挡光片，细线连接A后，平行于长木板绕过光滑的定滑轮与钩码连接。实验操作步骤如下：
①如图甲所示，安装好实验器材；
②在木板中间位置加装光电门2，将木板左侧适当垫高，细线上不挂钩码，轻推物块，使得挡光片通过两个光电门的挡光时间相等；
③撤去光电门2，将物块A静置于长木板B上的O点，测出挡光片与光电门1之间的距离；
④在细线右端悬挂一个质量为的钩码，静止释放物块A；
⑤读取光电门1的挡光时间；
⑥再次将物块A静置于O点，在细线右端增加一个相同质量的钩码，释放物块A，读取光电门1的挡光时间；
⑦重复操作⑥，得到多组光电门1的挡光时间，与钩码数目n的数值。
(1)步骤②中，将长木板左侧适当垫高的目的是 。
(2)小组成员根据步骤⑦中的数据，以为纵坐标，以为横坐标，作出图像如图乙所示，则可测得当地的重力加速度g= ，物块A与挡光片的总质量M= 。（均用c、b、d、、表示）
5．（2024·福建龙岩·模拟预测）某软件能够调用手机内置加速度传感器，实时显示手机加速度的数值。小明通过安装有该软件的智能手机（其坐标轴如图1所示）探究加速度与力、质量的关系，实验装置原理图如图2所示。已知当地重力加速度为g。
(1)往小桶中增加砝码，重复步骤（3），测得实验数据如下：
根据图3软件截图，上表中空白处的数据为 m/s2。利用数据作出a-F图像，在图4中描出第一组数据的点并连线 ，可以得到结论：当手机的质量一定时，手机的加速度与手机所受合外力成正比。
保持小桶和砝码的质量不变，用双面胶把不同数量的配重片贴在手机背面，重复步骤（3），测得实验数据并作出图像，得出结论：当合外力一定，加速度与物体质量成反比。
(2)从图3软件截图可以看出，即使整个实验装置处于静止状态，手机依然显示有加速度扰动，为了减少该扰动造成的相对误差，下列做法可行的是（ ）
A．使用质量更大的砝码组
B．将弹簧更换为不可伸长的细线
C．将弹簧更换为劲度系数更小的弹簧
D．让小桶和砝码的质量远远小于手机的质量
6．（2024·江苏南通·模拟预测）某实验小组用如图甲所示的装置探究牛顿第二定律。将长木板一端固定在水平桌面的左端，在长木板另一端用垫块将木板垫起。在木板上固定两个光电门1和2，木板上端放置一个带有遮光条的小车，小车通过轻质细线绕过固定在木板右端的光滑定滑轮与小物块相连，木板上方的细线与木板平行，重力加速度大小为g。实验步骤如下：
（1）在小车上放上一定质量的砝码，调整垫块的位置，给小车一沿木板向下的初速度，直到遮光条通过两个光电门的遮光时间相等，然后去掉小物块，让小车沿木板下滑记录遮光条经过光电门1、2的遮光时间、，可求出小车加速度a；
（2）改变小车上所放砝码的质量，再次调整垫块的位置，重复（1）中操作，求出小车上所放砝码质量为m时对应的小车加速度a；
（3）若实验数据满足牛顿第二定律，以砝码的质量m为横轴，在坐标纸上作出 （填字母序号）关系图线为一条直线，如图乙所示；
A． B． C． D．
（4）已知图乙中直线的斜率为k，纵截距为b，则小车和砝码受到的合力大小为 ，小车的质量为 （用题给已知量字母表示）
7．（2024·福建莆田·三模）取中国象棋的“炮”和“車”两个棋子。如图所示，将“車”夹在拇指与弯曲的食指之间，“炮”放在中指上，使两个棋子处于同一高度。用食指弹击放在中指上的“炮”，使其水平方向飞出，同时“車”被释放，自由下落。改变高度或改变食指弹击的力量，观察到“炮”和“車”两个棋子总是 （选填“同时”或“不同时”）落地；该现象可以说明棋子“炮”在竖直方向做 运动。
8．（2024·山西太原·二模）某学习小组利用频闪照相机、毫米刻度尺、量角器研究小球做平抛运动的规律，频闪照相机每隔时间T拍摄一张照片。
（1）为了尽可能减小空气阻力的影响，小球应选择 （填选项前的字母）；
A．实心金属球 B．空心塑料球 C．实心塑料球
（2）依次连续拍下三张小球照片并标记位置A、B、C；
（3）经测量，AB段的长度为，AB与竖直方向的夹角为，BC段的长度为，BC与竖直方向的夹角为；
（4）当地重力加速度为g，若在误差允许范围内满足 ，则说明小球在水平方向做匀速直线运动；若小球在竖直方向做加速度为g的匀加速直线运动，则T= ；小球在B点处速度与竖直方向夹角的正切值为 （用图中所给字母及角度的三角函数值表示）。
9．（2024·山东济宁·三模）在探究小球做匀速圆周运动所受向心力大小F与小球质量m、角速度和半径r之间关系实验中：
(1)小明同学用如图甲所示装置进行实验，转动手柄，使变速塔轮、长槽和短槽随之匀速转动。小球做圆周运动的向心力由横臂的挡板提供，同时小球对挡板的弹力使弹簧测力筒下降，标尺上露出的红白相间的等分格数之比即为两个小球所受向心力的比值。已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨道半径之比为，在探究向心力的大小与圆周运动半径的关系时，应选择两个质量相同的小球，分别放在C挡板处与 （选填“A”或“B”）挡板处，同时选择半径 （选填“相同”或“不同”）的两个塔轮进行实验。
(2)小强同学用如图乙所示的装置进行实验。一滑块套在水平杆上，力传感器套于竖直杆上并通过一细绳连接滑块，用来测量细线拉力F的大小。滑块随水平杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动，滑块上固定一遮光片，其宽度为d，光电门可记录遮光片通过的时间。已知滑块做圆周运动的半径为r、水平杆光滑。根据以上表述，回答以下问题：
①某次转动过程中，遮光片经过光电门时的遮光时间为，则角速度 （用题中所给物理量符号表示）；
②以F为纵坐标，以为横坐标，在坐标纸中描出数据点作出一条倾斜的直线，若图像的斜率为k，则滑块的质量为 。（用k、r、d表示）
10．（2024·四川眉山·模拟预测）某同学利用如图（a）所示的实验装置验证向心力公式。在透明厘米刻度尺上钻一个小孔，细线一端系在小孔处，另一端连接质量为m、可视为质点的小钢球。将刻度尺固定在水平桌面上，使小钢球在水平面内绕圆心O做匀速圆周运动。
(1)钢球运动稳定后， 该同学从刻度尺上方垂直刻度尺向下看， 某时刻小孔和钢球的位置如图 （b） 所示，则钢球做圆周运动的半径为r= cm。
(2)在验证向心力F与角速度ω的关系时，该同学保持钢球质量m、轨迹半径r不变，这种实验方法称为______。
A．等效替代法B．理想模型法C．控制变量法D．微元法
(3)若该同学测得细线长度为l，经过时间t，钢球转动了n圈，则钢球转动的角速度ω= ；该同学只需验证等式 成立，即可验证向心力公式。
11．（2024·湖南·三模）常规落体法验证机械能守恒定律摩擦阻力影响相对较大，现如图放置实验器材，连接遮光片小车与托盘砝码的绳子与桌面平行，遮光片与小车位于气垫导轨（图1中未画出，视为无摩擦力），重力加速度为g，接通电源，释放托盘与砝码，测得如下物理量：遮光片宽度d，遮光片小车释放点到光电门的长度l，遮光片小车通过光电门挡光时间Δt，托盘与砝码质量m1，小车和遮光片质量m2。
(1)如图2所示用游标卡尺测得遮光片宽度d= mm；
(2)用该装置验证系统机械能守恒定律， 满足m2>>m1；（选填“需要”或“不需要”）
(3)若d= ，即验证从释放到小车经过光电门这一过程中系统机械能守恒；（用上述字母表示）
(4)改变l，做多组实验，作出如图3所示的以l为横坐标，以为纵坐标的图像，a、b两图线中一图线为无任何阻力情况下的结果，另一图线为某同学考虑到有部分恒定空气阻力的结果，对比发现， 图线考虑了空气阻力。
12．（2024·广西·模拟预测）某实验小组采用传感器等设备设计了如图所示的实验装置来“验证机械能守恒定律”。实验中，同学们将完全相同的挡光片依次固定在圆弧轨道上，摆锤上内置了光电传感器，挡光片的宽度为，摆锤通过挡光片时传感器显示遮光时间为，则摆锤通过挡光片的平均速度为。测出部分数据如表，表中高度为0的位置为重力势能的零势能点：
(1)关于这个平均速度，有如下讨论：这些讨论中，正确的是 。
A．这个平均速度不能作为实验中摆锤通过挡光片时的瞬时速度
B．理论上，挡光片宽度越窄，摆锤通过挡光片的平均速度越接近瞬时速度
C．实验中所选挡光片并非越窄越好，还应考虑测量时间的精确度，挡光片太窄，时间测量精度就会降低，所测瞬时速度反而不准确
D．实验中，所选挡光片越宽越好，这样时间的测量较准，得到的瞬时速度将比较准确
(2)表中处数据应为 J（写具体数值）。
(3)某同学记录了每个挡光板所在的高度及其相应的挡光时间后，绘制了四幅图像。其中可以说明机械能守恒的图像最合适的是 。
A．B．C．D．
13．某同学验证机械能守恒定律的装置如图1所示，该装置由悬挂在铁架台上的细线、小球和铁架台下方的光电门组成，当地重力加速度为g。
（1）实验中用毫米刻度尺测量悬点到小球上端的细线长度为l，用某测量工具测量小球的直径d
（2）该同学将细绳拉直至与悬点等高的位置后由静止释放，记录小球通过最低点时光电门的遮光时间t，则小球通过最低点的速度大小为 （用所测物理量字母表示）
（3）本实验验证机械能守恒定律时，只需在误差允许范围内验证表达式 是否成立即可；
（4）多次改变细线长度l，重复以上操作，若以为纵坐标，l为横坐标，根据实验数据作出的图像如图2所示，图中的纵截距为b，c为纵轴上的一个数值，则可得重力加速度测量值 （用图中给的字母或所测物理量表示）；
（5）用实验所得重力加速度与当地重力加速度g比较，在误差范围内两个数值近似相等，则验证了小球机械能守恒。
14．（2024·河北邯郸·三模）如图所示，利用气垫导轨验证动量守恒定律，主要的实验步骤如下：
(1)利用螺旋测微器测量两滑块上挡光片的宽度，得到的结果如下图所示，则挡光片的宽度为 mm。
(2)安装好气垫导轨，向气垫导轨通入压缩空气，只放上滑块1，接通光电计时器，给滑块1一个初速度，调节气垫导轨的两端高度直到滑块做匀速运动，能够判断滑块做匀速运动的依据是 。
(3)若滑块1通过光电门时挡光时间为∆t=0.01s，则滑块1的速度大小为 m/s（保留两位有效数字）。
(4)设碰撞前滑块1的速度为v0，滑块2的速度为0，碰撞后滑块1的速度为v1，滑块2的速度为v2，若滑块1和滑块2之间的碰撞是弹性碰撞，则速度关系需要满足 。
15．（2024·北京海淀·二模）用如图1所示装置研究两个半径相同的小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。图2中O点是小球抛出点在地面上的竖直投影。实验时先让a球多次从斜槽上某一固定位置C由静止释放，其平均落地点的位置为P。再把b球放在水平轨道末端，将a球仍从位置C由静止释放，a球和b球碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作多次，其平均落地点的位置为M、N。测量出a、b两个小球的质量分别为、，OM、OP、ON的长度分别为、、。
(1)实验中，不容易直接测定小球碰撞前后的速度。但是，可以通过仅测量___________（填选项前的符号），间接地解决这个问题。
A．小球开始释放高度h
B．小球抛出点距地面的高度H
C．小球做平抛运动的水平位移
(2)关于本实验的条件和操作要求，下列说法正确的是___________。
A．斜槽轨道必须光滑B．斜槽轨道末端必须水平
C．b球每次的落点一定是重合的D．实验过程中，复写纸和白纸都可以移动
(3)在实验误差允许范围内，若满足关系式 ，则可以认为两球碰撞前后的总动量守恒，若还满足关系式 ，则可认为两球碰撞为弹性碰撞（用所测物理量的字母表示）。
(4)换用不同材质的小球再次进行上述实验，分析说明N点有没有可能在P点的左侧。
16．（2024·海南儋州·模拟预测）某同学用图甲所示的装置研究单摆的规律，让摆球在竖直平面内做摆动，摆角小于5°。用力传感器得到细线对摆球拉力F的大小随时间t变化的图线如图乙所示。
(1)用游标卡尺测量小球的直径如图丙所示，其读数为 mm。
(2)某同学根据单摆周期公式计算当地重力加速度时，将细线长与小球直径之和作为摆长，则测得的重力加速度将 （选填“偏大”“偏小”或“无影响”）。
(3)由图乙可得该单摆的运动周期为 s（结果保留两位有效数字）。
(4)该同学测得当地重力加速度，结合图乙数据，可计算出摆球的质量为 kg（结果保留2位有效数字）。
(5)若测定了40次全振动的时间如图丁中秒表所示，秒表读数是 s。
17．（2024·安徽合肥·模拟预测）重力加速度参数广泛应用于地球物理、空间科学、航空航天等领域．高精度的重力加速度值的测量对重力场模型建立与完善、自然灾害预警、矿物勘探、大地水准面绘制等领域有着重要的作用。某同学在“用单摆周期公式测量重力加速度”的实验中，利用了智能手机和两个相同的圆柱体小磁粒进行了如下实验：
（1）用铁夹将摆线上端固定在铁架台上，将两个小磁粒的圆柱底面吸在一起，细线夹在两个小磁粒中间，做成图（a）所示的单摆；
（2）用刻度尺测量悬线的长度，用游标卡尺测得小磁粒的底面直径如图d＝ cm；算出摆长L；
（3）将智能手机磁传感器置于小磁粒平衡位置正下方，打开手机智能磁传感器，测量磁感应强度的变化；
（4）将小磁粒由平衡位置拉开一个小角度，由静止释放，手机软件记录磁感应强度的变化曲线如图（b）所示。试回答下列问题：
①由图（b）可知，单摆的周期为 ；
②改变摆线长度l，重复实验操作，得到多组数据，画出对应的2的图像，算出图像的斜率为k，则重力加速度g的表达式为 。（用题中物理量的符号表示）
（5）某同学在家里做实验时没有找到规则的小磁铁，于是他在细线上的某点A做了一个标记，实验中保持标记A点以下细线长度不变，通过改变悬点O、A间细线长度改变摆长。实验中，测得悬点O到A点的距离为时对应的周期为，悬点O到A点的距离为时对应的周期为，由此可测得当地的重力加速度 （用、、、表示）。
18．（23-24高二下·浙江·期中）(1)在“探究碰撞中的不变量”的实验中，三位同学分别采用以下三种不同的方案，如图1。小红用甲图对应的方案，该方案中 （填“需要”或“不需要”）测量小球抛出点到水平面的高度：小黄采用乙图对应的方案，该方案中入射小球的质量 （填“需要”或“不需要”）大于被碰小球的质量：小蓝用丙图对应的方案，该方案中若两滑块上的遮光条宽度相等，则 （填“需要”或“不需要”）测量遮光条宽度d。
(2)在“验证动量守恒定律”的实验中，先让质量为的钢球A从斜槽轨道上某一固定位置S由静止开始滚下，从轨道末端水平抛出，落到位于水平地面的复写纸上，在复写纸下面的白纸上留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。再把质量为的空心钢球B放在斜槽轨道末端，让A球仍从位置S由静止滚下，与B球碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作10次。M、P、N为三个落点的平均位置，O点是轨道末端在白纸上的竖直投影点，如图1所示。
为了尽量减小实验误差，两个小球的质量应满足，若满足关系式 则可以认为两小球碰撞前后总动量守恒；
②某同学记录小球三个落点的平均位置时发现M和N偏离了OP方向，如图2所示。下列相关说法正确的是 。
A．造成M和N偏离了OP方向的原因是两小球碰撞后速度过大
B．测出OP、OM、ON之间的距离，可探究两球在碰撞过程中是否有机械能的损失
C．两球在碰撞过程中动量不守恒
考点
考向
题型分布
力学实验专题
实验1：研究匀变速直线运动
实验2：探究弹簧弹力与形变量的关系
实验3：探究两个互成角度的力的合成规律
实验4：探究加速度与力和质量的关系
实验5：探究平抛运动的特点
实验6：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
实验7：验证机械能守恒定律
实验8：验证动量守恒定律
实验9：用单摆测重力加速度
18实验
实验次数
1
2
3
4
5
6
小桶和砝码的质量m（kg）
0.0245
0.0445
0.0645
0.0845
0.1045
0.1245
手机加速度a（m/s2）
1.76
2.58
3.39
4.20
4.98
高度
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0
势能
0.0295
0.0236
0.0177
0.0118
0.0059
0.0000
动能
0.0217
0.0328
0.0395
0.0444
0.0501
机械能
0.0512
0.0504
0.0505
0.0503
0.0503
0.0501