高考物理真题分项汇编（3年（2021-2023）（北京专用）专题17 力学实验

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专题17 力学实验

1.（2023·北京卷）用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置，探究平抛运动的特点。
（1）关于实验，下列做法正确的是___________（填选项前的字母）。
A．选择体积小、质量大的小球     B．借助重垂线确定竖直方向
C．先抛出小球，再打开频闪仪     D．水平抛出小球
（2）图1所示的实验中，A球沿水平方向抛出，同时B球自由落下，借助频闪仪拍摄上述运动过程。图2为某次实验的频闪照片，在误差允许范围内，根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可判断A球竖直方向做___________运动；根据___________，可判断A球水平方向做匀速直线运动。
    
（3）某同学使小球从高度为的桌面水平飞出，用频闪照相拍摄小球的平抛运动（每秒频闪25次），最多可以得到小球在空中运动的___________个位置。
（4）某同学实验时忘了标记重垂线方向，为解决此问题，他在频闪照片中，以某位置为坐标原点，沿任意两个相互垂直的方向作为x轴和y轴正方向，建立直角坐标系，并测量出a3另外两个位置的坐标值、，如图3所示。根据平抛运动规律，利用运动的合成与分解的方法，可得重垂线方向与y轴间夹角的正切值为___________。
  

2.（2022·北京卷）某同学利用自由落体运动测量重力加速度，实验装置如图1所示，打点计时器接在频率为的交流电源上。使重锤自由下落，打点计时器在随重锤下落的纸带上打下一系列点迹。挑出点迹清晰的一条纸带，依次标出计数点1，2，…，8，相邻计数点之间还有1个计时点。分别测出相邻计数点之间的距离，并求出打点2，3，…，7时对应的重锤的速度。在坐标纸上建立坐标系，根据重锤下落的速度作出图线并求重力加速度。

（1）图2为纸带的一部分，打点3时，重锤下落的速度______________（结果保留3位有效数字）。

（2）除点3外，其余各点速度对应的坐标点已在图3坐标系中标出，请在图中标出速度对应的坐标点，并作出图线______________。

（3）根据图3，实验测得的重力加速度______________（结果保留3位有效数字）。
（4）某同学居家学习期间，注意到一水龙头距地面较高，而且发现通过调节水龙头阀门可实现水滴逐滴下落，并能控制相邻水滴开始下落的时间间隔，还能听到水滴落地时发出的清脆声音。于是他计划利用手机的秒表计时功能和刻度尺测量重力加速度。为准确测量，请写出需要测量的物理量及对应的测量方法。_________________________
3.（2021·北京卷）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。例如：
（1）实验仪器。用游标卡尺测某金属管的内径，示数如图1所示。则该金属管的内径为_______mm。

（2）数据分析。打点计时器在随物体做匀变速直线运动的纸带上打点，其中一部分如图2所示，B、C、D为纸带上标出的连续3个计数点，相邻计数点之间还有4个计时点没有标出。打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上。则打C点时，纸带运动的速度vC = ________m/s（结果保留小数点后两位）。

（3）实验原理。图3为“探究加速度与力的关系”的实验装置示意图。认为桶和砂所受的重力等于使小车做匀加速直线运动的合力。实验中平衡了摩擦力后，要求桶和砂的总质量m比小车质量M小得多。请分析说明这个要求的理由。( )



1.（2023·北京西城·统考三模）如图为“用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速度与质量关系”的实验装置．
（1）在图示装置中，①是固定在小车上位移传感器的_________部分，在该实验中采用控制变量法，保持小车所受拉力不变，即用钩码所受的重力作为小车所受拉力，为了减小实验误差，应使钩码质量尽量_______些．

（2）改变小车的质量，多次重复测量，在某次实验中根据测得的多组数据可画出小车加速度与小车质量的倒数关系图线：

①如果摩擦力不能忽略，则画出的图线为图示中的_______．（填“甲”或“乙”或“丙”）
②该实验中某同学画出的图线中AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是( )

A．小车与轨道之间存在摩擦
B．导轨保持了水平状态
C．所挂钩码的总质量太大
D．所用小车的质量太大

2.（2023·北京市潞河中学·校考三模）使用如图所示的实验装置验证动量守恒定律。气垫导轨上安装了1、2两个与计算机相连的光电门，既能获得挡光时间，也能获得滑块在两个光电门间运动的时间。两滑块上均固定一相同的竖直遮光条。
  
（1）实验前，接通气源后，在导轨上轻放一个滑块，给滑块一初速度，使它从导轨左端向右运动，发现___________说明导轨已调平；
（2）测出滑块A和遮光条的总质量为，滑块B和遮光条的总质量为，遮光条的宽度用表示。接通气源，将滑块A静置于两光电门之间，滑块B置于光电门2右侧，推动滑块B，使其获得水平向左的速度，经过光电门2与A发生碰撞被弹回，再次经过光电门2。光电门2先后记录的挡光时间为，光电门1记录的挡光时间为。要验证两滑块碰撞前后动量守恒，需验证关系式___________是否成立；
（3）现取走滑块B，再提供细线、质量为（）的槽码、可固定在气垫导轨左端且高度可调的轻质定滑轮，重力加速度为。利用上述器材验证动量定理，请写出实验还需要测量的物理量_______及这些物理量应满足的关系式_________；
（4）写出一条减小（3）中实验系统误差的方法________。

3.（2023·北京十一中学·校考三模）两组同学做“验证机械能守恒定律”实验。
（1）甲组同学采用如图甲所示的实验装置。
  
①对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是___________。
A．重物选用质量和密度较大的金属锤
B．打点计时器的两限位孔在同一竖直面内上下对正
C．精确测量出重物的质量
D．先释放重物，再接通电源后
②在一次实验中，质量m的重物自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图丙所示。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为、、。已知纸带相邻两个点之间时间间隔为△t。从打O点到打B点的过程中，重物的动能增加量___________；设这一过程中物体的重力势能减小量为，则应该有大小关系___________（填“大于”、“等于”或“小于”），这是因为_____________。
  
③根据学过的匀变速直线运动的规律，利用图乙中的纸带，论证说明AC段的平均速度是否可以代替AC段时间中点B的瞬时速度。____
（2）乙组同学采用如图丙所示的实验装置。实验前，将气垫导轨调至水平，用天平称出托盘和砝码的总质量m，测出挡光条的宽度为d，并将滑块移到图示位置，测出挡光条到光电门的距离为l。释放滑块，读出挡光条通过光电门的挡光时间为t。多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点开始滑动，测量相应的l与t值。
  
为验证机械能守恒定律，请写出该组同学还需要测量哪个物理量以及各物理量应满足的关系式。____

4.（2023·北京十一中学·校考三模）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。
（1）实验原理
某组同学通过测量质量相同的两辆小车在相同时间内通过的位移来比较它们的加速度，进而探究加速度与力的关系，实验装置如图所示。将轨道分上下双层排列，两小车尾部的刹车线由后面的刹车系统同时控制，能使小车同时立即停下来。可改变槽码盘中的槽码来改变拉力的大小，实验平面很光滑，摩擦力可以忽略不计。你认为这一实验方案是___________（选填“可行”或“不可行”），因为___________________________________________________________。
  
（2）数据处理
某同学用如图甲所示的装置来探究弹簧弹力F和长度L的关系，把弹簧上端固定在铁架台的横杆上，记录弹簧自由下垂时下端所到达的刻度位置。然后，在弹簧下端悬挂不同质量的钩码，记录每一次悬挂钩码的质量和弹簧下端的刻度位置，实验中弹簧始终未超过弹簧的弹性限度。再以弹簧受到的弹力F为纵轴、弹簧长度L为横轴建立直角坐标系，依据实验数据作出F-L图像，如图乙所示。由图像可知：弹簧自由下垂时的长度
___________cm，弹簧的劲度系数k＝___________N/m。（均保留三位有效数字）
  
（3）实验操作如图所示，某同学用图丙所示装置探究影响感应电流方向的因素，将磁体S极从线圈中向上抽出时，观察到灵敏电流计指针向右偏转。关于该实验，下列操作说法正确的是___________
  
A．将磁铁S极匀速向下插入线圈的过程中，电流表的指针不偏转
B．将磁铁S极加速向下插入线圈的过程中，电流表的指针向左偏转
C．将磁铁N极从线圈中向上加速抽出的过程中，电流表的指针先向左偏转，再向右偏转
D．将磁铁N极从线圈中向上匀速抽出的过程中，电流表的指针向左偏转

5.（2023·清华附中·校考三模）测速在生活中很常见，不同的情境中往往采用不同的测速方法。
情境1：如图，滑块上安装了宽度的遮光条，滑块在牵引力作用下通过光电门的时间，则可估算出滑块经过光电门的速度大小______。
  
情境2：某高速公路自动测速装置如图甲所示，雷达向汽车驶来的方向发脉冲电磁波，相邻两次发射时间间隔为t。当雷达向汽车发射电磁波时，在显示屏上呈现出一个尖形波；在接收到反射回来的无线电波时，在显示屏上呈现出第二个尖形波。根据两个波在显示屏上的距离，可以计算出汽车至雷达的距离。显示屏如图乙所示（图乙中标的数据、、t为已知量），已知光速为c。则：
  
a．当第一个脉冲电磁波遇到汽车时，汽车距雷达的距离为______。
b．从第一个脉冲遇到汽车的瞬间到第二个脉冲遇到汽车的瞬间，所经历的时间为______。
c．若考虑到，，则可写出汽车的速度为______。
情境3：用霍尔效应制作的霍尔测速仪可以通过测量汽车车轮的转速n（每秒钟转的圈数），进而测量汽车的行驶速度。
某同学设计了一个霍尔测速装置，其原理如图甲所示。在车轮上固定一个强磁铁，用直流电动带动车轮匀速转动，当强磁铁经过霍尔元件（固定在车架上）时，霍尔元件输出一个电压脉冲信号。
当半径为的车轮匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号如图乙所示。求车轮边缘的线速度大小。（取3.14）______
   

6.（2023·清华附中·校考三模）（1）实验操作：在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，先用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条；再用一个弹簧测力计通过细绳套拉橡皮条。在此实验中判断力F（一个弹簧测力计的拉力）单独作用与力、（两个弹簧测力计互成角度拉时各自的拉力）共同作用效果相同的依据是__________。
  
A．F的大小等于与的大小之和
B．使橡皮条伸长相同的长度
C．使橡皮条上的结点到达同一位置
（2）误差分析：在“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中，以下操作会使分子直径的测量结果偏大的是__________。
A．在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，但未发现
B．在计算油膜面积时，把凡是半格左右的油膜都算成了一格
C．爽身粉撒得较厚，使得油酸未能充分展开
（3）数据处理：如图所示，为将内阻为200Ω，满偏电流为2mA的表头改装成量程为0.1A的电流表，应给表头并联一个定值电阻，的阻值为__________Ω。（结果保留两位有效数字）
  
（4）实验设计：明华同学到海边度假，他在一处沙滩上玩耍的时候突然想测量一下沙子之间的滑动摩擦系数，他只找到了能测量长度的尺子。
请你帮他想出一种能测量出沙子之间滑动摩擦系数的方案，请简述你的设计思路、用相应的字母表示出你需要测量的物理量，然后写出动摩擦系数的表达式_________。

7.（2023·北京第166中学·校考三模）某同学用单摆测定当地的重力加速度g。
（1）如图所示，用游标卡尺测摆球直径。摆球直径d=______mm。
  
（2）实验操作步骤如下：
A．取一根细线，下端系住一个金属小球，上端固定在铁架台上；
B．用米尺（最小刻度为1mm）测得摆线长l；
C．在摆线偏离竖直方向较小夹角的位置由静止释放小球；
D．用秒表记录小球完成n次全振动的总时间t，得到周期；
E.改变摆线长，重复B、C、D的操作。
该同学采用两种方法处理实验数据。第一种方法：根据每一组T和l，利用求出多组g值，然后计算g值的平均值，求得当地的重力加速度g。第二种方法：根据每一组T和l，在图3中描点，然后连线；根据图线的斜率，求出当地的重力加速度g。
a.如果实验中测量摆线长l和单摆周期T的偶然误差都比较小，那么，第一种方法求出的重力加速度______当地的重力加速度（选填“大于”、“等于”或“小于”）；
b.根据该同学在图2中描出的点，请在图中描绘出T2—l图线______；
c.该同学从图中求出图线斜率k，则重力加速度g与斜率k的关系式为g=______；代入数据求得g=______m/s2（结果保留3位有效数字）。
  

8.（2023·北京第101中学·校考三模）某同学利用单摆测定当地的重力加速度。
（1）实验室有多种足够长的细线可用来制作单摆，由于材质不同，这些线的质量、弹性各不相同，为更好的完成实验，该同学应选择怎样的线材？请分析说明。_____________________
（2）该同学经测量得到6组摆长L和对应的周期T，画出图线，然后在图线上选取A、B两个点，坐标如图所示。则当地重力加速度的表达式________。处理完数据后，该同学发现在计算摆长时用的是摆线长度而未计入小球的半径，这样________（选填“影响”或“不影响”）重力加速度的计算。

（3）该同学在实验时有以下操作：
A．摆线偏离竖直方向的最大摆角小于5°
B．当小球通过平衡位置时开始计时
C． 摆球未在竖直面内摆动，摆成了圆锥摆
D．计时开始后测得摆球第n次经过平衡位置所用的时间t，记录单摆的周期为
以上操作你认为_______存在问题，试分析说明该操作对测量结果有何影响_________________。

9.（2023·北师大实验中学·校考三模）某同学利用单摆测定当地的重力加速度。
（1）实验室有多种足够长的细线可用来制作单摆，由于材质不同，这些线的质量、弹性各不相同，为更好的完成实验，该同学应选择怎样的线材？请分析说明。_____________________
（2）该同学经测量得到6组摆长L和对应的周期T，画出图线，然后在图线上选取A、B两个点，坐标如图所示。则当地重力加速度的表达式________。处理完数据后，该同学发现在计算摆长时用的是摆线长度而未计入小球的半径，这样________（选填“影响”或“不影响”）重力加速度的计算。

（3）该同学在实验时有以下操作：
A．摆线偏离竖直方向的最大摆角小于5°
B．当小球通过平衡位置时开始计时
C． 摆球未在竖直面内摆动，摆成了圆锥摆
D．计时开始后测得摆球第n次经过平衡位置所用的时间t，记录单摆的周期为
以上操作你认为_______存在问题，试分析说明该操作对测量结果有何影响_________________。

10.（2023·北大附中·校考三模）如图所示，甲同学用半径相同的A、B两球的碰撞可以验证“动量守恒定律”。实验时先让质量为的A球从斜槽轨道上某一固定位置S由静止开始滚下，从轨道末端抛出，落到位于水平地面的复写纸上，在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，P为落点的平均位置。再把质量为（）的B球放在斜槽轨道末端，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、N分别为落点的平均位置。

（1）实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量______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．小球做平抛运动的射程、、
（2）以下提供的测量工具中，本实验必须使用的是______。
A．刻度尺    B．天平    C．游标卡尺    D．秒表
（3）关于本实验，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．实验过程中，复写纸可以移动
（4）在实验误差允许范围内，若满足关系式，则可以______，则可以认为两球碰撞为弹性碰撞。（用已知量和（1）中测得的物理量表示）
（5）乙同学想借助如图所示的水平气垫导轨验证动量守恒定律。水平气垫导轨（接通电源后，导轨与滑块间摩擦力忽略不计）上装有两个光电门计时装置，可以记录遮光片的遮光时间，导轨上还配有两个带遮光片的滑块A、B，两个遮光片的规格完全相同。除此之外，实验室可供使用的实验器材有一台天平、一根轻弹簧，请通过分析说明该同学能否完成验证。若能，请简要说明实验操作过程，并写出需要测量的物理量及这些物理量应满足的关系式；若不能，请说明理由并给出需要补充的实验器材清单______。


11.（2023·北大附中·校考三模）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。
在“利用单摆测重力加速度”的实验中
  
①如图2所示，某同学先用游标卡尺测量单摆1的摆球直径为___________mm，然后用秒表记录了此单摆振动30次所用的时间为___________s。
②另一同学将单摆2固定在铁架台上，使其做小角摆动（摆动路径如图中虚线所示），通过位移传感器得到了摆球位移随时间的变化曲线，已知摆长，根据图3中的信息可得，重力加速度___________（结果保留两位有效数字，）
  

12.（2023·北京房山·统考二模）利用如图甲所示的装置可以验证动量守恒定律，O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让质量较大的入射小球A多次从斜槽上位置S由静止释放，通过白纸和复写纸找到其平均落地点的位置P，测出水平射程OP。然后，把大小相同，质量较小的被碰小球B静置于轨道末端，仍将甲入射小球A从斜槽上位置S由静止释放，与被碰小球B相碰，多次重复该操作，两小球平均落地点位置分别为M、N。

（1）关于本实验，下列说法中正确的是________。
A．A、B两小球半径应相等
B．斜槽末端的切线必须水平
C．斜槽轨道必须光滑
D．在同一组实验中，小球B的落点并不重合，说明操作中出现了错误
（2）实验中需要的测量仪器有________。
A．天平B．打点计时器C．刻度尺D．秒表
（3）在某次实验中，两球质量分别为mA、mB，记录的落点平均位置M、N几乎与OP在同一条直线上，在实验误差允许范围内，若近似满足关系________________，则可以认为两球碰撞前后在OP方向上动量守恒。
（4）某同学想验证碰撞中的动量守恒。选择大小相等、质量分别为mA、mB（mA