專題07 力學實驗（解析版）-【好題匯編】2024年高考物理三模試題分類匯編（北京專用）

專題07力學實驗（解析版）1．（2024·北京海淀·統(tǒng)考三模）兩組同學做“驗證機械能守恒定律”實驗。（1）甲組同學采用如圖甲所示的實驗裝置。

①對于該實驗，下列操作中對減小實驗誤差有利的是。A．重物選用質量和密度較大的金屬錘B．打點計時器的兩限位孔在同一豎直面內上下對正C．精確測量出重物的質量D．先釋放重物，再接通電源后②在一次實驗中，質量m的重物自由下落，在紙帶上打出一系列的點，如圖丙所示。在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為、、。已知紙帶相鄰兩個點之間時間間隔為△t。從打O點到打B點的過程中，重物的動能增加量；設這一過程中物體的重力勢能減小量為，則應該有大小關系（填“大于”、“等于”或“小于”），這是因為。

③根據學過的勻變速直線運動的規(guī)律，利用圖乙中的紙帶，論證說明AC段的平均速度是否可以代替AC段時間中點B的瞬時速度。（2）乙組同學采用如圖丙所示的實驗裝置。實驗前，將氣墊導軌調至水平，用天平稱出托盤和砝碼的總質量m，測出擋光條的寬度為d，并將滑塊移到圖示位置，測出擋光條到光電門的距離為l。釋放滑塊，讀出擋光條通過光電門的擋光時間為t。多次改變光電門的位置，每次均令滑塊自同一點開始滑動，測量相應的l與t值。

為驗證機械能守恒定律，請寫出該組同學還需要測量哪個物理量以及各物理量應滿足的關系式。【答案】AB/BA大于見解析見解析見解析【詳解】（1）[1]AB．選用密度較大的重錘的目的是減小空氣阻力帶來的相對誤差，打點計時器的兩限位孔在同一豎直面內上下對正，是為了減少紙帶與限位孔之間的摩擦，AB正確；C．本實驗需要驗證重力勢能減少量與動能增加量之間的關系，這兩個物理量都含有質量，所以可以消去，故實驗時不需要測量重物的質量，C錯誤；D．實驗時為了合理利用紙帶，要先打開電源，然后釋放重物，D錯誤。故選AB。[2][3][4]根據平均速度等于該段時間中間時刻的瞬時速度，可得打下B點時重物的速度為所以，從打O點到打B點的過程中，重物的動能增加量這一過程中摩擦阻力和空氣阻力做負功，使得機械能減小，所以物體的重力勢能減小量大于動能的增加量。[5]根據勻變速直線運動的位移—時間關系可得這段時間的平均速度根據勻變速運動得速度公式可知中間時刻的速度所以即勻變速直線運動中，某段時間的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度。（2）[6]若機械能守恒，有可得則還需測量滑塊和擋光條的總質量為M。需要驗證圖線是否為一條過原點的直線，同時圖線斜率是否等于。2．（2024·北京順義·統(tǒng)考三模）甲、乙兩同學分別用不同的方案做“驗證動量守恒定律”實驗。(1)甲同學用如圖所示的裝置研究小球在斜槽末端碰撞時動量是否守恒。O點是小球拋出點在地面上的垂直投影，實驗時先讓質量為的入射小球多次從斜槽上位置S由靜止釋放，通過白紙和復寫紙找到其平均落地點的位置P，測出平拋射程OP（稱為第一次操作）。然后，把半徑相同質量為的被碰小球靜置于斜槽末端，仍將入射小球從斜槽上位置S由靜止釋放，與被碰小球發(fā)生正碰，并多次重復該操作，兩小球平均落地點位置分別為M、N，測出OM、ON（稱為第二次操作）。在實驗誤差允許范圍內，若滿足關系式，則可以認為兩球碰撞前后的動量守恒。①下列關于本實驗條件的敘述，正確的是。（選填選項前的字母）A．同一組實驗中，入射小球必須從同一位置由靜止釋放B．入射小球的質量必須大于被碰小球的質量C．斜槽傾斜部分必須光滑D．斜槽末端必須水平②若第二次操作時，入射小球從斜槽上靜止釋放的位置低于S，其他操作都正確的情況下，實驗結果為（選填“>”“<”或“=”）。(2)乙同學用如圖所示實驗裝置進行實驗，兩個帶有等寬遮光條的滑塊A、B間放置輕質彈簧，擠壓兩個滑塊使彈簧壓縮，并用一根細線將兩個滑塊固定，將其置于氣墊導軌上。接通充氣開關，燒斷細線，A、B由靜止向相反方向運動。利用光電計時器可記錄下兩遮光條通過光電門C、D的時間分別為、。A、B的質量分別為、。①在實驗操作正確的前提下，若滿足與近似相等（用所測物理量的字母表示），則可以認為兩滑塊被彈簧彈開前后動量守恒。②本實驗（選填“需要”或者“不需要”）調節(jié)氣墊導軌水平，判斷氣墊導軌水平的依據是?！敬鸢浮?1)ABD>(2)需要見解析【詳解】（1）[1]A．為了確保入射小球每次碰撞前的速度大小一定，同一組實驗中，入射小球必須從同一位置由靜止釋放，故A正確；B．為了避免碰撞時入射小球發(fā)生反彈，入射小球的質量必須大于被碰小球的質量，故B正確；C．當入射小球每次均從同一位置靜止釋放時，小球每次滾下克服阻力做功相同，碰撞前的速度大小不變，可知，斜槽的摩擦對實驗沒有影響，即斜槽傾斜部分不需要確保光滑，故C錯誤；D．為了確保小球飛出后做平拋運動，斜槽末端必須水平，故D正確。故選ABD。[2]小球平拋運動豎直高度相等，根據，解得如果兩次高度相同，入射球碰前的落地點為P，碰后的落地點為M，被碰小球碰后的落地點為N，則有結合上述有，，解得但是第二次的釋放位置偏低導致第二次對應的總動量小于第一次操作的總動量，即（2）[1][2]若令遮光條寬度為d，則滑塊A、B的速度分別為，根據動量守恒定律有解得可知，若滿足與近似相等（用所測物理量的字母表示），則可以認為兩滑塊被彈簧彈開前后動量守恒。[3]滑塊在氣墊導軌上運動的摩擦力可以忽略不計，結合上述可知，為了驗證動量守恒，光電門測出的速度與滑塊彈開時的速度應該相等，即需要使滑塊在氣墊導軌上做勻速直線運動，即本實驗需要調節(jié)氣墊導軌水平。[4]單獨讓滑塊A處在導軌上，輕推滑塊A，使A先后經過兩個光電門，若兩光電門的擋光時間相等，表明滑塊A通過兩光電門的速度相等，即滑塊A做勻速直線運動，表明氣墊導軌處于水平狀態(tài)。3．（2024·北京人大附中·?？既＃﹫D為一種利用氣墊導軌“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置。主要實驗步驟如下：（1）將氣墊導軌放在水平桌面上，將導軌調至水平。（2）測出擋光條的寬度d。（3）將滑塊移至圖示位置，測出擋光條到光電門的距離l。（4）釋放滑塊，讀出擋光條通過光電門的擋光時間t。（5）用天平稱出托盤和砝碼的總質量m，滑塊和遮光片的總質量M。（6）……關于本實驗，有幾個同學提出了他們的想法，小紅：本實驗驗證的是托盤和砝碼與地球組成系統(tǒng)機械能是否守恒；小白：若要符合機械能守恒的結論，以上測量物理量應該滿足小高：本實驗要滿足托盤和砝碼的總質量遠小于滑塊和遮光片的總質量；小考：通過改變滑塊的初始釋放位置，測量出多組l、的數據﹐利用實驗數據繪制圖像，若是一條過原點的直線，可認為該系統(tǒng)機械能守恒；小必：本實驗中，托盤和砝碼與滑塊和遮光片組成的系統(tǒng)動量守恒；大勝：本實驗還可以求出滑塊和遮光片的加速度。以上同學的說法，正確的有幾人（）A．0 B．1 C．2 D．3【答案】B【詳解】①本實驗驗證的是托盤和砝碼、滑塊和遮光條、與地球組成系統(tǒng)機械能是否守恒，故小紅的說法錯誤；②若要符合機械能守恒的結論，以上測量物理量應該滿足故小白的說法錯誤：③本實驗能夠用光電門測出瞬時速度，則不需要滿足托盤和砝碼的總質量遠小于滑塊和遮光片的總質量，故小高的說法錯誤；④通過改變滑塊的初始釋放位置，測量出多組l、的數據﹐若軌道有摩擦力做負功，利用動能定理可得變形可得則繪制圖像也是一條過原點的直線，但系統(tǒng)機械能不守恒，故小考的說法錯誤；⑤本實驗中，托盤和砝碼與滑塊和遮光片組成的系統(tǒng)的外力之和不為零，則系統(tǒng)動量不守恒，故小必的說法錯誤；⑥本實驗還可以利用牛頓第二定律求出滑塊和遮光片的加速度，故大勝的說法正確。綜上分析可知，正確的說法只有一個；故選B。4．（2024·北京人大附中·校考三模）在高中階段，我們學習了多種測量物體加速度的方法。(1)通過打點計時器，可以測量小車的加速度。實驗裝置如圖所示。通過實驗得到了一條點跡清晰的紙帶，找一個合適的點當作計時起點O（），然后每隔選取一個計數點，如圖中A、B、C、D、E、F所示。某同學測量了相鄰兩計數點間的距離：，，，，，，請計算該小車的加速度（保留小數點后兩位）(2)通過光電門，同樣可以測量物體的加速度。如圖，滑塊上安裝了寬度為的遮光條，滑塊在牽引力作用下先后通過兩個光電門，配套的數字計時器記錄了遮光條通過第一光電門的時間，通過第二個光電門的時間，遮光條從開始遮住第一個光電門到開始遮住第二個光電門的時間，試估算滑塊的加速度（保留兩位有效數字），該估算值與真實值相比（選填“偏大”、“偏小”或“相同”）(3)頻閃照片也是一種測量加速度的方法。在暗室中，照相機的快門處于常開狀態(tài)，頻閃儀每隔一定時間發(fā)出一次短暫的強烈閃光，照亮運動的物體，于是膠片上記錄了物體在幾個閃光時刻的位置。某時刻，將一小球從O點由靜止釋放，頻閃儀每隔閃光一次。以O點為原點，豎直向下為正方向建立坐標軸，并測量各時刻的位置坐標、、。下圖是小球自由下落時的部分頻閃照片示意圖，照片中的數字是小球下落的距離（單位：cm）。小崔同學為了減小偶然誤差，他建議做圖，把實驗數據代入（如，；，），得到一條過原點的直線，再通過該直線的斜率得到加速度。請問該方案是否可行？如果可行，請求出加速度的值（結果保留兩位有效數字）；如果不可行，請說明原因?！敬鸢浮?1)0.63(2)0.12偏大(3)不可行，理由：取由O到A點，下落時間為0.04s，重力加速度約為，由，可知第一段OA的時間間隔小于0.04s，因此不是一條直線?！驹斀狻浚?）相鄰兩個計數點間的時間間隔根據逐差法，該小車的加速度（2）[1]遮光條寬度遮光條通過第一光電門的速度通過第二光電門的速度滑塊的加速度[2]光電門測量滑塊瞬時速度的原理是遮光片通過光電門的速度可以用平均速度代替，真實速度為擋光片前邊緣到達光電門中心的瞬時速度，顯然測量的速度偏大，故測得的加速度偏大。（3）不可行，理由：取由O到A點，下落時間為0.04s，重力加速度約為，由可知第一段OA的時間間隔小于0.04s，因此不是一條直線。5．（2024·北京首師大附中·?？既＃┱埜鶕铝袑嶒灥膶嶒炘砘驅嶒灧椒ɑ卮饐栴}。(1)某實驗小組在探究彈簧的勁度系數與其長度、粗細和制作彈簧所用鋼絲直徑的關系時，對彈簧進行一些相關測量，如圖所示。用刻度尺測整根彈簧的自由長度如圖甲所示，該長度的測量值為cm。用螺旋測微器測鋼絲的直徑如圖乙所示，該直徑的測量值mm。(2)“驗證力的平行四邊形定則”的實驗如圖所示，同學們在操作過程中有如下議論，其中對減小實驗誤差有益的說法是________。A．兩根細繩必須等長B．橡皮筋應與兩繩夾角的平分線在同一直線上C．在使用彈簧秤時要注意使彈簧秤與木板平面平行D．拉橡皮筋的細繩要長些，標記同一細繩方向的兩點要遠些?！敬鸢浮?1)11.88/11.89/11.901.037/1.036/1.038(2)CD【詳解】（1）[1]由圖甲可知，整根彈簧的自由長度為11.90cm；[2]由圖乙可知，鋼絲的直徑為（2）A．通過兩細繩用兩個彈簧秤互成角度地拉橡皮條時，并非要求兩細繩等長，故A錯誤；B．橡皮筋不需要與兩繩角平分線在同一直線上，故B錯誤；C．為了減小實驗中因摩擦造成的誤差，操作中要求彈簧秤、細繩、橡皮條都應與木板平行，故C正確；D．為了更加準確的記錄力的方向，拉橡皮條的細繩要長些，標記同一細繩方向的兩點要遠些，故D正確。故選CD。6．（2024·北京首師大附中·校考三模）小明和小紅同學分別通過實驗“探究加速度與質量的關系”和“加速度與力的關系”。（1）小明同學在探究小車加速度與質量的關系時，采用了如圖所示方案。①保持砝碼盤中砝碼質量不變，通過增減小車中的砝碼個數改變小車中砝碼和小車的總質量M，與此相對應，利用紙帶上打出的點來測量小車的加速度。對此實驗方案，下列做法中合理的是；A在平衡阻力時，需要把木板的一側墊高，并將砝碼盤及盤中砝碼用細線通過定滑輪系在小車上B實驗前，先接通打點計時器電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后再釋放小車C調節(jié)滑輪，使細線與木板平行②實驗中打出的一條紙帶的部分實驗數據如圖所示，相鄰兩個計數點間還有四個點未畫出。所用交變頻率為50Hz，由該紙帶可求小車的加速度a=m/s2（結果保留兩位有效數字）；③小明記錄的6組實驗數據如下表所示，其中5組數據的對應點已經標在圖的坐標紙上，請用“+”標出余下的一組數據的對應點，并作出a—圖像。由a—圖像可得出的實驗結論為。（2）小紅同學在探究小車的加速度a與所受合外力的關系時，設計并采用了如圖所示的方案。其實驗操作步驟如下：a．掛上砝碼盤和砝碼，調節(jié)木板的傾角，使質量為M的小車拖著紙帶沿木板勻速下滑；b．取下砝碼盤和砝碼，測出其總質量為m，并讓小車沿木板下滑，測出加速度a；c．砝碼盤中砝碼的個數，重復步驟a和b，多次測量，作出a—F圖像。①該實驗方案滿足條件M>>m（選填“需要“或”不需要“）；②若小紅同學實驗操作規(guī)范，隨砝碼盤中砝碼個數的增加，作出的a—F圖像最接近圖中的?！敬鸢浮緽C0.475見解析在合力力不變的情況下，加速度與質量成反比不需要A【詳解】（1）①[1]在平衡阻力時，不需要細線對小車有力的作用，故不用將砝碼盤及盤中的砝碼用細線通過定滑輪系在小車上，選項A錯誤；實驗時，需要先接通打點計時器的電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后再釋放小車，選項B正確；調節(jié)滑輪，使細線與木板平行，選項C正確。故選BC。②[2]因為交流電的頻率是50Hz，相鄰還有四個點未畫出，所以相鄰計數點的時間間隔是T=0.1s；根據結合逐差法，故紙帶的加速度a==0.475m/s2③[3]第五組數據沒有標在圖上，找出當加速度為0.81m/s2時的=2.78kg-1對應點，用“+”號表示即可；這些點可以用直線連接起來，并且過原點，說明在合力力不變的情況下，加速度與質量的倒數成正比，與質量成反比；（2）[4]當盤及砝碼勻速下滑時，對小車受力分析可知mg+f=Mgsinθ其中f是小車下滑時受到的摩擦力，θ是斜面與水平面的夾角；當去掉盤與砝碼時，小車加速向下運動，再對小車進行受力分析可得Mgsinθ-f=Ma聯立兩式可得mg=Ma①[5]我們取盤與砝碼的重力為F，則F=Ma；故該方案不需要滿足條件M>>m；②[6]由表達式F=Ma可知，加速度a與合外力F之間在關系成正比例，即選項A正確。7．（2024·北京首師大附中·?？既＃┯妙l閃照相記錄平拋小球在不同時刻的位置，探究平拋運動的特點。（1）關于實驗，下列做法正確的是（填選項前的字母）。A．選擇體積小、質量大的小球

B．借助重垂線確定豎直方向C．先拋出小球，再打開頻閃儀

D．水平拋出小球（2）圖1所示的實驗中，A球沿水平方向拋出，同時B球自由落下，借助頻閃儀拍攝上述運動過程。圖2為某次實驗的頻閃照片，在誤差允許范圍內，根據任意時刻A、B兩球的豎直高度相同，可判斷A球豎直方向做運動；根據，可判斷A球水平方向做勻速直線運動。

（3）某同學使小球從高度為的桌面水平飛出，用頻閃照相拍攝小球的平拋運動（每秒頻閃25次），最多可以得到小球在空中運動的個位置。（4）某同學實驗時忘了標記重垂線方向，為解決此問題，他在頻閃照片中，以某位置為坐標原點，沿任意兩個相互垂直的方向作為x軸和y軸正方向，建立直角坐標系，并測量出另外兩個位置的坐標值、，如圖3所示。根據平拋運動規(guī)律，利用運動的合成與分解的方法，可得重垂線方向與y軸間夾角的正切值為。

【答案】ABD自由落體運動A球相鄰兩位置水平距離相等10【詳解】（1）[1]A．用頻閃照相記錄平拋小球在不同時刻的位置，選擇體積小質量大的小球可以減小空氣阻力的影響，A正確；B．本實驗需要借助重垂線確定豎直方向，B正確；CD．實驗過程先打開頻閃儀，再水平拋出小球，C錯誤，D正確。故選ABD。（2）[2][3]根據任意時刻A、B兩球的豎直高度相同，可以判斷出A球豎直方向做自由落體運動；根據A球相鄰兩位置水平距離相等，可以判斷A球水平方向做勻速直線運動。（3）[4]小球從高度為0.8m的桌面水平拋出，根據運動學公式，解得頻閃儀每秒頻閃25次，頻閃周期故最多可以得到小球在空中運動個數為（4）[5]如圖、分別表示水平和豎直方向，設重垂線方向與y軸間的夾角為，建立坐標系存在兩種情況，如圖所示

當建立的坐標系為、時，則x軸方向做勻減速運動，根據逐差法計算加速度有y軸方向在聯立解得當建立的坐標系為、時，則x軸方向做勻加速運動，根據逐差法計算加速度有y軸方向在聯立解得綜上所述，重垂線方向與y軸間夾角的正切值為8．（2024·北京九中·?？既＃├萌鐖D所示裝置做“驗證牛頓第二定律”的實驗。

①除了圖中所給的器材以及交流電源和導線外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是。A．秒表B．天平（含砝碼）C．彈簧測力計D．刻度尺②實驗平衡摩擦力時。按圖把實驗器材安裝好，先不掛重物，將小車放在木板上，后面固定一條紙帶，紙帶穿過打點計時器。用墊塊把木板一端墊高，接通打點計時器，讓小車以一定初速度沿木板向下運動，并不斷調節(jié)木板的傾斜度，直到小車拖動紙帶沿木板做運動。③甲同學利用v-t圖像求出每條紙帶對應的加速度。他在處理其中一條紙帶時，求出每個計數點對應的速度，并將各點的速度都標在了如圖所示的坐標系中、請在坐標系中作出小車運動的v-t圖像，并利用圖像求出小車此次運動的加速度a＝m/s2（結果保留兩位有效數字）。

④乙同學在驗證小車加速度a與所受拉力F的關系時，根據實驗數據作出的a-F圖像如圖甲所示。發(fā)現圖線不過原點，原因可能是。

A．木板一端墊得過高B．木板一端墊得過低C．盤和砝碼的總質量太大了D．盤和砝碼的總質量太小了⑤丙同學作出的a-F圖像如圖乙所示。發(fā)現圖線有一段是曲線，請幫他分析曲線彎曲的原因，并提出實驗改進意見。

【答案】BD/DB勻速直線

1.0A增大小車質量使m遠遠小于M【詳解】①[1]此實驗中不需要秒表和彈簧測力計，但要用天平測量小車及托盤的質量，用刻度尺測量紙帶，故選BD；②[2]平衡摩擦力后，小車將做勻速直線運動；③[3][4]連線規(guī)則是把誤差較大的舍去，然后使更多的點落在這條直線上，因此圖像如圖所示

根據圖像可知斜率表示加速度，因此④[5]由圖像可知，當拉力F=0時小車就已經有了加速度，可知其原因是平衡摩擦力過頭，木板墊的過高，故選A。⑤[6]根據牛頓第二定律可得外力F較小時，m遠遠小于M，圖象斜率為，隨著外力F的增加，m不滿足遠遠小于M，m不能忽略，圖象的斜率為，逐漸減小?？稍龃笮≤囐|量使m遠遠小于M。9．（2024·北京大興精華學?！ば？既＃┰谟么螯c計時器測小車運動速度的實驗中，所用交流電源的頻率為50Hz，記錄小車運動的紙帶如圖所示（紙帶左端與小車相連），在紙帶上選擇5個計數點O、A、B、C、D，相鄰兩計數點之間還有四個點未畫出。（1）由圖中可知，紙帶做的是（選填“加速”或“減速”）運動；（2）根據數據可求出紙帶上打B點時小車的速度m/s。（結果保留兩位有效數字）【答案】加速0.38【詳解】（1）[1]紙帶左端與小車相連，從左到右相同時間內位移增大，則做加速運動。（2）[2]相鄰兩計數點之間還有四個點未畫出，則相鄰計數點