专题07 力学实验（解析版）-【好题汇编】2024年高考物理三模试题分类汇编（北京专用）

专题07力学实验（解析版）1．（2024·北京海淀·统考三模）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。【答案】AB/BA大于见解析见解析见解析【详解】（1）[1]AB．选用密度较大的重锤的目的是减小空气阻力带来的相对误差，打点计时器的两限位孔在同一竖直面内上下对正，是为了减少纸带与限位孔之间的摩擦，AB正确；C．本实验需要验证重力势能减少量与动能增加量之间的关系，这两个物理量都含有质量，所以可以消去，故实验时不需要测量重物的质量，C错误；D．实验时为了合理利用纸带，要先打开电源，然后释放重物，D错误。故选AB。[2][3][4]根据平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度，可得打下B点时重物的速度为所以，从打O点到打B点的过程中，重物的动能增加量这一过程中摩擦阻力和空气阻力做负功，使得机械能减小，所以物体的重力势能减小量大于动能的增加量。[5]根据匀变速直线运动的位移—时间关系可得这段时间的平均速度根据匀变速运动得速度公式可知中间时刻的速度所以即匀变速直线运动中，某段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度。（2）[6]若机械能守恒，有可得则还需测量滑块和挡光条的总质量为M。需要验证图线是否为一条过原点的直线，同时图线斜率是否等于。2．（2024·北京顺义·统考三模）甲、乙两同学分别用不同的方案做“验证动量守恒定律”实验。(1)甲同学用如图所示的装置研究小球在斜槽末端碰撞时动量是否守恒。O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让质量为的入射小球多次从斜槽上位置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，测出平抛射程OP（称为第一次操作）。然后，把半径相同质量为的被碰小球静置于斜槽末端，仍将入射小球从斜槽上位置S由静止释放，与被碰小球发生正碰，并多次重复该操作，两小球平均落地点位置分别为M、N，测出OM、ON（称为第二次操作）。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动量守恒。①下列关于本实验条件的叙述，正确的是。（选填选项前的字母）A．同一组实验中，入射小球必须从同一位置由静止释放B．入射小球的质量必须大于被碰小球的质量C．斜槽倾斜部分必须光滑D．斜槽末端必须水平②若第二次操作时，入射小球从斜槽上静止释放的位置低于S，其他操作都正确的情况下，实验结果为（选填“>”“<”或“=”）。(2)乙同学用如图所示实验装置进行实验，两个带有等宽遮光条的滑块A、B间放置轻质弹簧，挤压两个滑块使弹簧压缩，并用一根细线将两个滑块固定，将其置于气垫导轨上。接通充气开关，烧断细线，A、B由静止向相反方向运动。利用光电计时器可记录下两遮光条通过光电门C、D的时间分别为、。A、B的质量分别为、。①在实验操作正确的前提下，若满足与近似相等（用所测物理量的字母表示），则可以认为两滑块被弹簧弹开前后动量守恒。②本实验（选填“需要”或者“不需要”）调节气垫导轨水平，判断气垫导轨水平的依据是。【答案】(1)ABD>(2)需要见解析【详解】（1）[1]A．为了确保入射小球每次碰撞前的速度大小一定，同一组实验中，入射小球必须从同一位置由静止释放，故A正确；B．为了避免碰撞时入射小球发生反弹，入射小球的质量必须大于被碰小球的质量，故B正确；C．当入射小球每次均从同一位置静止释放时，小球每次滚下克服阻力做功相同，碰撞前的速度大小不变，可知，斜槽的摩擦对实验没有影响，即斜槽倾斜部分不需要确保光滑，故C错误；D．为了确保小球飞出后做平抛运动，斜槽末端必须水平，故D正确。故选ABD。[2]小球平抛运动竖直高度相等，根据，解得如果两次高度相同，入射球碰前的落地点为P，碰后的落地点为M，被碰小球碰后的落地点为N，则有结合上述有，，解得但是第二次的释放位置偏低导致第二次对应的总动量小于第一次操作的总动量，即（2）[1][2]若令遮光条宽度为d，则滑块A、B的速度分别为，根据动量守恒定律有解得可知，若满足与近似相等（用所测物理量的字母表示），则可以认为两滑块被弹簧弹开前后动量守恒。[3]滑块在气垫导轨上运动的摩擦力可以忽略不计，结合上述可知，为了验证动量守恒，光电门测出的速度与滑块弹开时的速度应该相等，即需要使滑块在气垫导轨上做匀速直线运动，即本实验需要调节气垫导轨水平。[4]单独让滑块A处在导轨上，轻推滑块A，使A先后经过两个光电门，若两光电门的挡光时间相等，表明滑块A通过两光电门的速度相等，即滑块A做匀速直线运动，表明气垫导轨处于水平状态。3．（2024·北京人大附中·校考三模）图为一种利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”的实验装置。主要实验步骤如下：（1）将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平。（2）测出挡光条的宽度d。（3）将滑块移至图示位置，测出挡光条到光电门的距离l。（4）释放滑块，读出挡光条通过光电门的挡光时间t。（5）用天平称出托盘和砝码的总质量m，滑块和遮光片的总质量M。（6）……关于本实验，有几个同学提出了他们的想法，小红：本实验验证的是托盘和砝码与地球组成系统机械能是否守恒；小白：若要符合机械能守恒的结论，以上测量物理量应该满足小高：本实验要满足托盘和砝码的总质量远小于滑块和遮光片的总质量；小考：通过改变滑块的初始释放位置，测量出多组l、的数据﹐利用实验数据绘制图像，若是一条过原点的直线，可认为该系统机械能守恒；小必：本实验中，托盘和砝码与滑块和遮光片组成的系统动量守恒；大胜：本实验还可以求出滑块和遮光片的加速度。以上同学的说法，正确的有几人（）A．0 B．1 C．2 D．3【答案】B【详解】①本实验验证的是托盘和砝码、滑块和遮光条、与地球组成系统机械能是否守恒，故小红的说法错误；②若要符合机械能守恒的结论，以上测量物理量应该满足故小白的说法错误：③本实验能够用光电门测出瞬时速度，则不需要满足托盘和砝码的总质量远小于滑块和遮光片的总质量，故小高的说法错误；④通过改变滑块的初始释放位置，测量出多组l、的数据﹐若轨道有摩擦力做负功，利用动能定理可得变形可得则绘制图像也是一条过原点的直线，但系统机械能不守恒，故小考的说法错误；⑤本实验中，托盘和砝码与滑块和遮光片组成的系统的外力之和不为零，则系统动量不守恒，故小必的说法错误；⑥本实验还可以利用牛顿第二定律求出滑块和遮光片的加速度，故大胜的说法正确。综上分析可知，正确的说法只有一个；故选B。4．（2024·北京人大附中·校考三模）在高中阶段，我们学习了多种测量物体加速度的方法。(1)通过打点计时器，可以测量小车的加速度。实验装置如图所示。通过实验得到了一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O（），然后每隔选取一个计数点，如图中A、B、C、D、E、F所示。某同学测量了相邻两计数点间的距离：，，，，，，请计算该小车的加速度（保留小数点后两位）(2)通过光电门，同样可以测量物体的加速度。如图，滑块上安装了宽度为的遮光条，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过第一光电门的时间，通过第二个光电门的时间，遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间，试估算滑块的加速度（保留两位有效数字），该估算值与真实值相比（选填“偏大”、“偏小”或“相同”）(3)频闪照片也是一种测量加速度的方法。在暗室中，照相机的快门处于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置。某时刻，将一小球从O点由静止释放，频闪仪每隔闪光一次。以O点为原点，竖直向下为正方向建立坐标轴，并测量各时刻的位置坐标、、。下图是小球自由下落时的部分频闪照片示意图，照片中的数字是小球下落的距离（单位：cm）。小崔同学为了减小偶然误差，他建议做图，把实验数据代入（如，；，），得到一条过原点的直线，再通过该直线的斜率得到加速度。请问该方案是否可行？如果可行，请求出加速度的值（结果保留两位有效数字）；如果不可行，请说明原因。【答案】(1)0.63(2)0.12偏大(3)不可行，理由：取由O到A点，下落时间为0.04s，重力加速度约为，由，可知第一段OA的时间间隔小于0.04s，因此不是一条直线。【详解】（1）相邻两个计数点间的时间间隔根据逐差法，该小车的加速度（2）[1]遮光条宽度遮光条通过第一光电门的速度通过第二光电门的速度滑块的加速度[2]光电门测量滑块瞬时速度的原理是遮光片通过光电门的速度可以用平均速度代替，真实速度为挡光片前边缘到达光电门中心的瞬时速度，显然测量的速度偏大，故测得的加速度偏大。（3）不可行，理由：取由O到A点，下落时间为0.04s，重力加速度约为，由可知第一段OA的时间间隔小于0.04s，因此不是一条直线。5．（2024·北京首师大附中·校考三模）请根据下列实验的实验原理或实验方法回答问题。(1)某实验小组在探究弹簧的劲度系数与其长度、粗细和制作弹簧所用钢丝直径的关系时，对弹簧进行一些相关测量，如图所示。用刻度尺测整根弹簧的自由长度如图甲所示，该长度的测量值为cm。用螺旋测微器测钢丝的直径如图乙所示，该直径的测量值mm。(2)“验证力的平行四边形定则”的实验如图所示，同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是________。A．两根细绳必须等长B．橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上C．在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行D．拉橡皮筋的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些。【答案】(1)11.88/11.89/11.901.037/1.036/1.038(2)CD【详解】（1）[1]由图甲可知，整根弹簧的自由长度为11.90cm；[2]由图乙可知，钢丝的直径为（2）A．通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条时，并非要求两细绳等长，故A错误；B．橡皮筋不需要与两绳角平分线在同一直线上，故B错误；C．为了减小实验中因摩擦造成的误差，操作中要求弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行，故C正确；D．为了更加准确的记录力的方向，拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些，故D正确。故选CD。6．（2024·北京首师大附中·校考三模）小明和小红同学分别通过实验“探究加速度与质量的关系”和“加速度与力的关系”。（1）小明同学在探究小车加速度与质量的关系时，采用了如图所示方案。①保持砝码盘中砝码质量不变，通过增减小车中的砝码个数改变小车中砝码和小车的总质量M，与此相对应，利用纸带上打出的点来测量小车的加速度。对此实验方案，下列做法中合理的是；A在平衡阻力时，需要把木板的一侧垫高，并将砝码盘及盘中砝码用细线通过定滑轮系在小车上B实验前，先接通打点计时器电源，待打点计时器工作稳定后再释放小车C调节滑轮，使细线与木板平行②实验中打出的一条纸带的部分实验数据如图所示，相邻两个计数点间还有四个点未画出。所用交变频率为50Hz，由该纸带可求小车的加速度a=m/s2（结果保留两位有效数字）；③小明记录的6组实验数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图的坐标纸上，请用“+”标出余下的一组数据的对应点，并作出a—图像。由a—图像可得出的实验结论为。（2）小红同学在探究小车的加速度a与所受合外力的关系时，设计并采用了如图所示的方案。其实验操作步骤如下：a．挂上砝码盘和砝码，调节木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑；b．取下砝码盘和砝码，测出其总质量为m，并让小车沿木板下滑，测出加速度a；c．砝码盘中砝码的个数，重复步骤a和b，多次测量，作出a—F图像。①该实验方案满足条件M>>m（选填“需要“或”不需要“）；②若小红同学实验操作规范，随砝码盘中砝码个数的增加，作出的a—F图像最接近图中的。【答案】BC0.475见解析在合力力不变的情况下，加速度与质量成反比不需要A【详解】（1）①[1]在平衡阻力时，不需要细线对小车有力的作用，故不用将砝码盘及盘中的砝码用细线通过定滑轮系在小车上，选项A错误；实验时，需要先接通打点计时器的电源，待打点计时器工作稳定后再释放小车，选项B正确；调节滑轮，使细线与木板平行，选项C正确。故选BC。②[2]因为交流电的频率是50Hz，相邻还有四个点未画出，所以相邻计数点的时间间隔是T=0.1s；根据结合逐差法，故纸带的加速度a==0.475m/s2③[3]第五组数据没有标在图上，找出当加速度为0.81m/s2时的=2.78kg-1对应点，用“+”号表示即可；这些点可以用直线连接起来，并且过原点，说明在合力力不变的情况下，加速度与质量的倒数成正比，与质量成反比；（2）[4]当盘及砝码匀速下滑时，对小车受力分析可知mg+f=Mgsinθ其中f是小车下滑时受到的摩擦力，θ是斜面与水平面的夹角；当去掉盘与砝码时，小车加速向下运动，再对小车进行受力分析可得Mgsinθ-f=Ma联立两式可得mg=Ma①[5]我们取盘与砝码的重力为F，则F=Ma；故该方案不需要满足条件M>>m；②[6]由表达式F=Ma可知，加速度a与合外力F之间在关系成正比例，即选项A正确。7．（2024·北京首师大附中·校考三模）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。

【答案】ABD自由落体运动A球相邻两位置水平距离相等10【详解】（1）[1]A．用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置，选择体积小质量大的小球可以减小空气阻力的影响，A正确；B．本实验需要借助重垂线确定竖直方向，B正确；CD．实验过程先打开频闪仪，再水平抛出小球，C错误，D正确。故选ABD。（2）[2][3]根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可以判断出A球竖直方向做自由落体运动；根据A球相邻两位置水平距离相等，可以判断A球水平方向做匀速直线运动。（3）[4]小球从高度为0.8m的桌面水平抛出，根据运动学公式，解得频闪仪每秒频闪25次，频闪周期故最多可以得到小球在空中运动个数为（4）[5]如图、分别表示水平和竖直方向，设重垂线方向与y轴间的夹角为，建立坐标系存在两种情况，如图所示

当建立的坐标系为、时，则x轴方向做匀减速运动，根据逐差法计算加速度有y轴方向在联立解得当建立的坐标系为、时，则x轴方向做匀加速运动，根据逐差法计算加速度有y轴方向在联立解得综上所述，重垂线方向与y轴间夹角的正切值为8．（2024·北京九中·校考三模）利用如图所示装置做“验证牛顿第二定律”的实验。

①除了图中所给的器材以及交流电源和导线外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是。A．秒表B．天平（含砝码）C．弹簧测力计D．刻度尺②实验平衡摩擦力时。按图把实验器材安装好，先不挂重物，将小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。用垫块把木板一端垫高，接通打点计时器，让小车以一定初速度沿木板向下运动，并不断调节木板的倾斜度，直到小车拖动纸带沿木板做运动。③甲同学利用v-t图像求出每条纸带对应的加速度。他在处理其中一条纸带时，求出每个计数点对应的速度，并将各点的速度都标在了如图所示的坐标系中、请在坐标系中作出小车运动的v-t图像，并利用图像求出小车此次运动的加速度a＝m/s2（结果保留两位有效数字）。

④乙同学在验证小车加速度a与所受拉力F的关系时，根据实验数据作出的a-F图像如图甲所示。发现图线不过原点，原因可能是。

A．木板一端垫得过高B．木板一端垫得过低C．盘和砝码的总质量太大了D．盘和砝码的总质量太小了⑤丙同学作出的a-F图像如图乙所示。发现图线有一段是曲线，请帮他分析曲线弯曲的原因，并提出实验改进意见。

【答案】BD/DB匀速直线

1.0A增大小车质量使m远远小于M【详解】①[1]此实验中不需要秒表和弹簧测力计，但要用天平测量小车及托盘的质量，用刻度尺测量纸带，故选BD；②[2]平衡摩擦力后，小车将做匀速直线运动；③[3][4]连线规则是把误差较大的舍去，然后使更多的点落在这条直线上，因此图像如图所示

根据图像可知斜率表示加速度，因此④[5]由图像可知，当拉力F=0时小车就已经有了加速度，可知其原因是平衡摩擦力过头，木板垫的过高，故选A。⑤[6]根据牛顿第二定律可得外力F较小时，m远远小于M，图象斜率为，随着外力F的增加，m不满足远远小于M，m不能忽略，图象的斜率为，逐渐减小。可增大小车质量使m远远小于M。9．（2024·北京大兴精华学校·校考三模）在用打点计时器测小车运动速度的实验中，所用交流电源的频率为50Hz，记录小车运动的纸带如图所示（纸带左端与小车相连），在纸带上选择5个计数点O、A、B、C、D，相邻两计数点之间还有四个点未画出。（1）由图中可知，纸带做的是（选填“加速”或“减速”）运动；（2）根据数据可求出纸带上打B点时小车的速度m/s。（结果保留两位有效数字）【答案】加速0.38【详解】（1）[1]纸带左端与小车相连，从左到右相同时间内位移增大，则做加速运动。（2）[2]相邻两计数点之间还有四个点未画出，则相邻计数点