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2026江苏高考物理的二轮专题
专题突破练14　力学实验
共7题,共105分。
1.(15分)(2025·镇江期中)某研究小组用如图1所示装置来测定当地的重力加速度,一条轻绳跨过轻质定滑轮,绳的两端连接质量都为M的物块,在左侧的物块上叠加一个质量为m的环形砝码,左侧物块上端距离挡板的高度为h,物块穿过挡板时环形砝码将架在挡板上。挡板下方安装一个光电门,可测出物块通过光电门的时间t。
图1
图2
图3
(1)用游标卡尺测左侧物块的厚度d时,刻度如图2所示,其读数为　　　 mm。
(2)物块穿过光电门的速度为　　　　　(用题中物理量的字母表示)。
(3)下列有关本实验的说法正确的是　　　。
A.物块和环形砝码的截面积越小,实验结果越精确
B.为了让物块经过光电门的速度更快,可以在释放右侧物块时给它一个竖直向上的初速度
C.实验中所加环形砝码的质量应远小于物块质量
D.挡板的弹性越好,能量损失越小,实验结果越精确
(4)逐次改变左边物块下落的高度h,并测出对应高度下物块通过光电门的时间t,描绘出-h图像,如图3所示,图像斜率为k。则重力加速度g的表达式为　　　　　　　(用题中物理量的字母表示)。
(5)某同学在实验中,考虑物块运动到挡板下方后受恒定阻力的影响。当光电门放置位置与挡板的距离较大的情况下,他运用上述方法测得的重力加速度与准确值相比　　　(选填“偏大”“偏小”或“相等”),请简要说明理由。
2.(15分)(2024·连云港联考)某物理兴趣小组用如图甲所示的实验装置测当地的重力加速度,所提供器材均在图中展示,实验原理和主要操作步骤如下:
甲
(1)按图安装好实验器材,打点计时器固定在长木板上端,接通电源释放物块,让物块自由滑下,打出前几个计时点的纸带如图乙(a)所示(O为起始点),打点周期为T,O、B间距为x1,C、E间距为x2,则打下D时的速度大小为vD=　　　,物块下滑的加速度为a1=　　　　　　　　。(用T、x1、x2表示)
(2)将打点计时器取下固定在长木板的下端,接通电源,给物块一个初速度使之沿长木板从下到上运动,打出最后几个计时点的纸带为图乙(b)中(O为最终点)的　　　(填序号),并通过实验获得的纸带计算出加速度a2。
乙
(3)为了测量出当地重力加速度还应测量长木板与地面所构成的斜面高度h和　　　　　　　　(填物理量及物理量字母)。
(4)通过分析可知当地重力加速度的表达式为g=　　　　　　　　　　。(用a1、a2、h和步骤(3)中所测物理量字母表示)
3.(15分)某小组探究物体加速度a与其所受合外力F的关系。实验装置如图(a)所示,水平轨道上安装两个光电门,小车上固定一遮光片,细线一端与小车连接,另一端跨过定滑轮挂上钩码。
(a)
(1)实验前调节滑轮高度,使细线与轨道平行,再适当垫高轨道　　　(选填“左”或“右”)端以平衡小车所受阻力。
(2)小车的质量为M1=320 g。利用光电门系统测出不同钩码质量m时小车加速度a:当使用宽度为d的挡光片时,小车先后通过间距为L的两光电门的时间为t1和t2,则测量获得的加速度表达式为a=　　　　　　(可用实验中测量的M1、m、d、L、t1、t2表示)。钩码所受重力记为F,作出a-F图像,如图(b)中图线甲所示。
(b)
(3)由图线甲可知,F较小时,a与F成正比;F较大时,a与F不成正比。为了进一步探究,将小车的质量增加至M2=470 g,重复步骤(2)的测量过程,作出a-F图像,如图(b)中图线乙所示。
(4)与图线甲相比,图线乙的线性区间　　　　　(选填“更多”或“更少”)。再将小车的质量增加至M3=720 g,重复步骤(2)的测量过程,记录钩码所受重力F与小车加速度a,如表所示(表中第9~14组数据未列出)。
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9~14 15
钩码所受重力 F/(×9.8 N) 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140 0.160 … 0.300
小车加 速度a/ (m·s-2) 0.26 0.55 0.82 1.08 1.36 1.67 1.95 2.20 … 3.92
(5)请在图(b)中补充描出第6至8三个数据点,并补充完成图线丙。
(6)根据以上实验结果猜想和推断本实验结论: 　。
4.(15分)小明用单摆测量重力加速度。
(1)用最小刻度为1 mm的刻度尺测细线长度,测量情况如图甲所示。O为悬挂点,从图中可知单摆的细线长度为　　　　 cm。
甲
(2)用50分度的游标卡尺测量摆球直径d。当测量爪并拢时,游标尺和主尺的零刻度线对齐。放置摆球后游标卡尺示数如图乙所示,则摆球的直径d为　　　　 mm。
乙
(3)将悬线拉离平衡位置一个小角度后由静止释放,小球通过最低点时按下秒表开始计时,摆球50次全振动用时90.5 s,则该单摆的周期T=　　　　 s。(结果保留三位有效数字)
(4)多次改变摆长L并测出对应的摆动周期T。以T2为纵轴、L为横轴作出函数关系图像,如图丙所示,测得的重力加速度大小为　　　　 m/s2。(取π2=9.87,结果保留三位有效数字)
丙
(5)小明继续实验,利用“杆线摆”探究单摆周期与等效重力加速度定量关系,实验装置如图丁所示,其中轻杆与立柱垂直。在保持摆长一定的情况下,改变铁架台的倾斜程度,除去重垂线,让摆绕着铁架台立柱所在轴线小偏角摆动,测量不同倾角下的单摆周期T,为寻找物理量之间的线性关系,应该绘制下列哪一种图像　　　　。
丁
A.T-
B.T-
C.T-
D.T-
5.(15分)(2024·淮安一模)两学习小组A、B用如图甲所示实验装置验证向心力大小与速度二次方成正比。铁架台上安装带有刻度的半圆板,刻度以圆板最低点所在的水平线为“0”等高线,相邻等高线间距相等。轻绳一端在圆心O处与DIS传感器相连(图中未画出),另一端与小球相连,小球平衡时球心恰在等高线0处,用DIS传感器测量小球做圆周运动过程绳中拉力F大小。
甲
(1)为了验证小球的向心力与速度二次方的定量关系,控制小球的质量m和做圆周运动的半径r不变。A组同学将绳拉直,球心与距“0”等高线高度为h的刻度线处重合,将小球由静止释放,运动至最低点的速度二次方的表达式v2=　　　(用重力加速度g、h表示);
(2)DIS系统记录某次小球运动过程中绳中的拉力F随时间t的变化关系图像如图乙所示,则　　　(选填“a”或“b”)点的纵坐标表示小球运动至最低点时绳中的拉力大小;
乙
(3)多次改变小球的释放点高度h,记录每次高度h及对应的运动至最低点时绳中的拉力F大小的数据,描绘出F-h图像如图丙所示,图线Ⅰ的纵轴截距表示　　　　　　,根据该图线　　　　(选填“能”或“不能”)说明小球的向心力与速度二次方成正比。请简述理由　 　;
丙
(4)实验操作过程中,B组同学每次将小球的最低点与高度为h的等高线相切,其余操作与A组的相同,B组也在图丙中描绘图线,标记为Ⅱ,下列选项可能正确反映图线Ⅰ、Ⅱ关系的是　　　　。
6.(15分)(2025·扬州中学月考)某兴趣小组为探究平抛运动的特点,做了如下几个实验:
(1)如图甲所示,用象棋中的两枚棋子,一枚置于拇指与弯曲的食指之间,另一枚放于中指上,它们处于同一高度,食指弹击放于中指上的棋子使其水平飞出,同时拇指与食指间的棋子被释放。由此可判断　　　　;
A.平抛运动的水平分运动是匀速直线运动
B.平抛运动的竖直分运动是自由落体运动
C.降低手所在高度,两棋子不同时落地
(2)用如图乙所示装置在白纸上“打下”一系列痕迹点,如图丙所示,其中一个偏差较大的点产生的原因可能是该次实验　　　　;
A.斜槽轨道不光滑
B.挡板MN未水平放置
C.A球未从静止释放
D.A球释放的高度偏低
(3)在图丙中画出平抛运动的轨迹;
(4)在图丙上建立直角坐标系,其中O点为平抛运动的起点。在轨迹上任取一点,测量出其到x轴的距离为a,到y轴的距离为b,重力加速度为g,小球质量为m,则小球经过该点时的动量大小为　　　　(用a、b、m、g表示);
(5)根据所画轨迹,能否证明平抛运动的水平分运动是匀速直线运动 如果能,请写出证明方案;如果不能,请写出理由。
7.(15分)(2024·苏锡常镇二模)如图所示,某实验小组用轨道和两辆相同规格的小车验证动量守恒定律。该小组首先通过实验验证了小车在水平轨道上运动所受阻力正比于小车重力,然后验证动量守恒定律实验步骤如下:
①在小车上适当放置砝码,分别测量甲车总质量m1和乙车总质量m2;
②将卷尺固定在水平轨道侧面,零刻度与水平轨道左端对齐。先不放乙车,让甲车多次从倾斜轨道上挡板位置由静止释放,记录甲车停止后车尾对应刻度,求出其平均值x0;
③将乙车静止放在轨道上,设定每次开始碰撞位置如图所示,此时甲车车尾与水平轨道左端刚好对齐,测出甲车总长度(含弹簧)L。由挡板位置静止释放甲车,记录甲车和乙车停止后车尾对应刻度,多次重复实验求出其对应平均值x1和x2;
④改变小车上砝码个数,重复①②③步骤。
(1)由图可知L=　　　　　 cm;
(2)实验中,在倾斜轨道上设置挡板以保证甲车每次从同一位置静止释放,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
(3)若本实验所测的物理量符合关系式　　　　　　　　　　　　　　(用所测物理量的字母表示),则验证了小车碰撞前后动量守恒;
(4)某同学先把4个50 g的砝码全部放在甲车上,然后通过逐次向乙车转移一个砝码的方法来改变两车质量进行实验,若每组质量只采集一组位置数据,则该同学最多能采集　　　　　组有效数据;
(5)实验小组通过分析实验数据发现,碰撞前瞬间甲车的动量总是比碰撞后瞬间两车的总动量略大,原因是　　　　。
A.碰撞过程中弹簧上有机械能损失
B.两车间相互作用力冲量大小不等
C.碰撞过程中阻力对两小车有冲量
参考答案
1.答案 (1)12.7　(2)　(3)A　(4)　(5)相等　理由见解析
解析 (1)游标卡尺为10分度,即精确度为0.1 mm,故物块的厚度
d=12 mm+0.1 mm×7=12.7 mm。
(2)物块通过光电门的平均速度可近似为瞬时速度,则物块速度v=。
(3)物块和环形砝码的截面积越小,空气阻力越小,实验误差越小,故A正确;分析可知系统的合力就是环形砝码的重力,要让物块经过光电门的速度更快,可增加环形砝码的重力,不需要给右侧物块一个竖直向上的初速度,故B错误;由于系统的合力就是环形砝码的重力,故实验中所加环形砝码的质量不需要远小于物块质量,故C错误;弹性挡板作用为阻止环形砝码下落,实验结果与挡板弹性好坏无关,故D错误。故选A。
(4)把两物块和环形砝码作为一个系统,设系统加速度大小为a,则由牛顿第二定律得mg=(2M+m)a,解得a=,物块穿过挡板速度v=,速度位移公式有v2=2ah,联立以上得h,故-h图像斜率为k=,整理得g=。
(5)考虑阻力后,若物块在挡板下加速度大小为a'、光电门与挡板距离为x,则测量关系式为h-2a'x,整理得h-,可知图像斜率不变,故测得的重力加速度与准确值相等。
2.答案 (1)　(2)③　(3)长木板的长度L
(4)
解析 (1)根据匀变速直线运动时间中点的瞬时速度等于这段时间的平均速度可得
vA=
vD=
根据题图乙中纸带(a)可得
=a1×3T
即物块下滑加速度表达式
a1=。
(2)设斜面的倾角为θ,根据牛顿第二定律可知物块在长木板上从上到下运动的过程中
a1=gsin θ-μgcos θ
物块沿长木板从下到上运动的加速度
a2=gsin θ+μgcos θ
比较可知
a2>a1
即(b)纸带最后每个相等时间间隔所经过的距离要比(a)纸带经过的距离大,故纸带应是题图乙(b)中的③。
(3)由于斜面的倾角未知,所以还需要测量的物理量为长木板的长度L。
(4)由(2)中各式结合所测物理量可知当地重力加速度的表达式为
g=
3.答案 (1)左　(2)　(4)更多　(5)见解析图
(6)小车的质量远大于钩码质量时,a与F成正比
解析 (1)实验前调节轨道右端滑轮高度,使细线与轨道平行,再适当垫高轨道左端以平衡小车所受阻力。
(2)小车先后通过间距为L的两光电门的时间为t1和t2,则小车通过两光电门的速度大小为
v1=,v2=
根据L=
解得a=。
(4)由题图(b)分析可知,与图线甲相比,图线乙的线性区间更多。
(5)根据表格数据,补充完成图线丙,如图所示
(6)根据以上实验结果猜想和推断本实验结论:小车的质量远大于钩码质量时,a与F成正比。
4.答案 (1)79.65(79.63~79.67均可)　(2)20.36
(3)1.81　(4)9.67(9.60~9.78)　(5)D
解析 (1)单摆的细线长度为
L=80.65 cm-1.00 cm=79.65 cm。
(2)摆球的直径d为20 mm+0.02 mm×18=20.36 mm。
(3)该单摆的周期
T= s=1.81 s。
(4)根据
T=2π
解得
T2=L。
由图像可得
k=
解得
g=9.67 m/s2。
(5)将小球的重力沿着轻杆方向分解可知等效重力加速度
g'==gcos β
根据
T=2π=2π
则保持摆长一定的情况下,为寻找物理量之间的线性关系,应该绘制T-图像,故选D。
5.答案 (1)2gh　(2)a　(3)小球的重力　能,理由见解析　(4)C
解析 (1)小球从静止释放到运动至最低点的过程中,只有重力做功,因此小球的机械能守恒。根据机械能守恒定律,小球在最高点的重力势能等于在最低点的动能
mgh=mv2
得
v2=2gh。
(2)绳与竖直方向的夹角为θ时,对小球进行受力分析有
F-mgcos θ=m
则
F=mgcos θ+m
当θ=0°时,小球位于最低点,F最大,故a点的纵坐标表示小球运动至最低点时绳中的拉力大小。
(3)当h=0时,即小球释放的高度为零,此时小球并没有获得初速度,因此在最低点时,小球受到的绳子的拉力等于小球的重力。所以,图线Ⅰ的纵轴截距表示的是小球的重力。
F-h图像为一次函数,则在最低处,有
F=F向+mg=kh+mg=·v2+mg,其中k、g均为常数,故能说明小球的向心力与速度二次方成正比。
(4)B组同学每次将小球的最低点与高度为h的等高线相切,设小球半径为r0,根据能量守恒定律有
mg(r0+h)=mv2
得
v2=2g(r0+h)
则绳中的拉力F为
F=F向+mg=m+mg=h++mg
故选C。
6.答案 (1)B　(2)D　(3)见解析图　(4)m　(5)能,证明方案见解析
解析 (1)由于两枚棋子从同一高度同时释放,一枚棋子做自由落体运动,另一枚棋子做平抛运动,只要两枚棋子同时落地,即可验证平抛运动在竖直方向上是自由落体运动,A错误,B正确;只要两枚棋子在同一高度,同时释放,它们就同时落地,C错误。
(2)偏差较大的点在水平方向的位移偏小,说明小球抛出时的初速度偏小,故应是小球释放点偏低的缘故,所以A、B、C错误,D正确。
(3)把点迹用平滑的曲线连接起来,并舍去偏差较大的点,其运动轨迹如图(a)所示
(a)
(4)根据平抛运动的规律可知
a=gt2
b=vxt
解得平抛运动的水平速度vx=b,t=
竖直方向上的速度
vy=gt=
所以小球在该点的速度大小为
v=
故小球在该点的动量大小为
p=mv=m。
(5)方案一:在轨迹上任取几点,保证相邻两点间的竖直距离等间距增加,则相邻两点间时间间隔相等,再测量相邻两点间的水平距离,若在误差允许的范围内相等,则可证明平抛运动的水平分运动是匀速直线运动。
方案二:如图(b)所示,在平滑曲线上取A、B、C、D四个点,这四个点对应的坐标分别(xA,yA)、(xB,yB)、(xC,yC)、(xD,yD),使得
yA∶yB∶yC∶yD=1∶4∶9∶16
(b)
则有yA∶(yB-yA)∶(yC-yB)∶(yD-yC)=1∶3∶5∶7
根据Δy=gT2可知相邻点迹之间的时间间隔相等,若有xA∶xB∶xC∶xD=1∶2∶3∶4
则说明A球在x方向的分运动为匀速直线运动。
方案三:在平滑曲线上取A、B、C三个点,使(y3-y2)-(y2-y1)=(y2-y1)-y1
即y3=3(y2-y1)
说明小球抛出后经过O、A、B、C点的时间间隔相等,若还满足x3-x2=x2-x1
即x3+x1=2x2
则证明小球的水平分运动是匀速直线运动。
7.答案 (1)20.00(19.50~20.50均可)　(2)确保每次甲车尾部到达水平轨道左端时速度相等　(3)m1=m1+m2)　(4)3　(5)C
解析 (1)刻度尺估读到0.1 mm,甲车车尾与水平轨道左端刚好对齐,测出甲车总长度(含弹簧)L为20.00 cm(19.50~20.50 cm均可);
(2)在倾斜轨道上设置挡板以保证甲车每次从同一位置静止释放,其原因是确保每次甲车尾部到达水平轨道左端时速度相等;
(3)小车在水平轨道上运动所受阻力正比于小车重力,即Ff=kmg,则甲车在水平轨道上的初速度为
v0=
由挡板位置静止释放甲车,记录甲车和乙车停止后车尾对应刻度,多次重复实验求出其对应平均值x1和x2,则碰后的速度为
v1=
v2=
由碰撞过程满足动量守恒,有
m1=m1+m2);
(4)两辆相同规格的小车,即质量相同,为了防止反弹,需要甲车的总质量大于等于乙车的总质量,则最多能够转移2个砝码两车的质量就相等,算上最开始4个砝码在甲车上的一组数据,共可以获得3组碰撞数据;
(5)碰撞前瞬间甲车的动量总是比碰撞后瞬间两车的总动量略大,则碰撞过程有外力作用,即碰撞过程中阻力对两小车有冲量,故选C。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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