考点16 力学实验-五年（2020-2024年）高考物理真题专项分类汇编

五年（2020-2024）高考真题专项分类汇编PAGEPAGE20考点16力学实验—五年（2020—2024年）高考物理真题专项分类汇编一、实验题1．[2024年甘肃高考真题]用图1所示实验装置探究外力一定时加速度与质量的关系。（1）以下操作正确的是______（单选，填正确答案标号）。A.使小车质量远小于槽码质量 B.调整垫块位置以补偿阻力C.补偿阻力时移去打点计时器和纸带 D.释放小车后立即打开打点计时器（2）保持槽码质量不变，改变小车上砝码的质量，得到一系列打点纸带。其中一条纸带的计数点如图2所示，相邻两点之间的距离分别为，时间间隔均为T。下列加速度算式中，最优的是______（单选，填正确答案标号）。A.B.C.D.（3）以小车和砝码的总质量M为横坐标，加速度的倒数为纵坐标，甲、乙两组同学分别得到的图像如图3所示。由图可知，在所受外力一定的条件下，a与M成______（填“正比”或“反比”）；甲组所用的______（填“小车”“砝码”或“槽码”）质量比乙组的更大。2．[2024年北京高考真题]如图甲所示，让两个小球在斜槽末端碰撞来验证动量守恒定律。（1）关于本实验，下列做法正确的是_____（填选项前的字母）。A.实验前，调节装置，使斜槽末端水平B.选用两个半径不同的小球进行实验C.用质量大的小球碰撞质量小的小球（2）图甲中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，首先，将质量为的小球从斜槽上的S位置由静止释放，小球落到复写纸上，重复多次。然后，把质量为的被碰小球置于斜槽末端，再将质量为的小球从S位置由静止释放，两球相碰，重复多次。分别确定平均落点，记为M、N和P（P为单独滑落时的平均落点）。a.图乙为实验的落点记录，简要说明如何确定平均落点________；b.分别测出O点到平均落点的距离，记为OP、OM和ON。在误差允许范围内，若关系式________成立，即可验证碰撞前后动量守恒。（3）受上述实验的启发，某同学设计了另一种验证动量守恒定律的实验方案。如图丙所示，用两根不可伸长的等长轻绳将两个半径相同、质量不等的匀质小球悬挂于等高的O点和点，两点间距等于小球的直径。将质量较小的小球1向左拉起至A点由静止释放，在最低点B与静止于C点的小球2发生正碰。碰后小球1向左反弹至最高点，小球2向右摆动至最高点D。测得小球1，2的质量分别为m和M，弦长。推导说明，满足________关系即可验证碰撞前后动量守恒。3．[2023年河北高考真题]某实验小组利用图1装置测量重力加速度。摆线上端固定在O点，下端悬挂一小钢球，通过光电门传感器采集摆动周期。（1）关于本实验，下列说法正确的是______。（多选）A.小钢球摆动平面应与光电门U形平面垂直B.应在小钢球自然下垂时测量摆线长度C.小钢球可以换成较轻的橡胶球D.应无初速度、小摆角释放小钢球（2）组装好装置，用毫米刻度尺测量摆线长度L，用螺旋测微器测量小钢球直径d。螺旋测微器示数如图2，小钢球直径______mm，记摆长。（3）多次改变摆线长度，在小摆角下测得不同摆长l对应的小钢球摆动周期T，并作出图象，如图3。根据图线斜率可计算重力加速度______（保留3位有效数字，取9.87）。（4）若将摆线长度误认为摆长，仍用上述图象法处理数据，得到的重力加速度值将_______（填“偏大”“偏小”或“不变”）。4．[2023年辽宁高考真题]某同学为了验证对心碰撞过程中的动量守恒定律，设计了如下实验：用纸板搭建如图所示的滑道，使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上，其中OA为水平段.选择相同材质的一元硬币和一角硬币进行实验.测量硬币的质量，得到一元和一角硬币的质量分别为和.将硬币甲放置在斜面上某一位置，标记此位置为B.由静止释放甲，当甲停在水平面上某处时，测量甲从O点到停止处的滑行距离OP.将硬币乙放置在O处，左侧与O点重合，将甲放置于B点由静止释放.当两枚硬币发生碰撞后，分别测量甲、乙从O点到停止处的滑行距离OM和ON.保持释放位置不变，重复实验若干次，得到的平均值分别为.（1）在本实验中，甲选用的是_______（填“一元”或“一角”）硬币；（2）碰撞前，甲到O点时速度的大小可表示为_______（设硬币与纸板间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g）；（3）若甲、乙碰撞过程中动量守恒，则_______（用和表示），然后通过测得的具体数据验证硬币对心碰撞过程中动量是否守恒；（4）由于存在某种系统或偶然误差，计算得到碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化量大小的比值不是1，写出一条产生这种误差可能的原因：______________.5．[2024年江西高考真题]某小组探究物体加速度与其所受合外力的关系。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。（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摩擦力。（2）小车的质量为。利用光电门系统测出不同钩码质量m时小车加速度a。钩码所受重力记为F，作出图像，如图（b）中图线甲所示。（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，重复步骤（2）的测量过程，作出图像，如图（b）中图线乙所示。（4）与图线甲相比，图线乙的线性区间_______，非线性区间_______。再将小车的质量增加至，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123456789~1415钩码所受重力0.0200.0400.0600.0800.1000.1200.1400.160……0.300小车加速度0.260.550.821.081.361.671.952.20……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：小车的质量_______时，a与F成正比。结合所学知识对上述推断进行解释：_______。6．[2024年广东高考真题]下列是《普通高中物理课程标准》中列出的三个必做实验的部分步骤，请完成实验操作和计算。（1）图甲是“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验装置示意图。图中木板右端垫高的目的是_______。图乙是实验得到纸带的一部分，每相邻两计数点间有四个点未画出。相邻计数点的间距已在图中给出。打点计时器电源频率为50Hz，则小车的加速度大小为_______（结果保留3位有效数字）。（2）在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中，某同学用50分度的游标卡尺测量一例柱体的长度，示数如图丙所示，图丁为局部放大图，读数为_______cm。（3）在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验调节过程中，在光具座上安装光源、遮光筒和光屏。遮光筒不可调节。打开并调节_______。使光束沿遮光筒的轴线把光屏照亮。取下光屏，装上单缝、双缝和测量头。调节测量头，并缓慢调节单缝的角度直到目镜中观察到_______。7．[2024年河北高考真题]图1为探究平抛运动特点的装置，其斜槽位置固定且末端水平，固定坐标纸的背板处于竖直面内，钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出，落在倾斜的挡板上挤压复写纸，在坐标纸上留下印迹。某同学利用此装置通过多次释放钢球，得到了如图2所示的印迹，坐标纸的y轴对应竖直方向，坐标原点对应平抛起点。①每次由静止释放钢球时，钢球在斜槽上的高度________（填“相同”或“不同”）。②在坐标纸中描绘出钢球做平抛运动的轨迹。③根据轨迹，求得钢球做平抛运动的初速度大小为________m/s（当地重力加速度g为，保留2位有效数字）。8．[2024年浙江高考真题]如图1所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。（1）该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此我们采用的研究方法是_____。A.放大法 B.控制变量法 C.补偿法（2）该实验过程中操作正确的是_____。A.补偿阻力时小车未连接纸带B.先接通打点计时器电源，后释放小车C.调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行（3）在小车质量_____（选填“远大于”或“远小于”）槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力。上述做法引起的误差为_____（选填“偶然误差”或“系统误差”）。为减小此误差，下列可行的方案是_____。A.用气垫导轨代替普通导轨，滑块代替小车B.在小车上加装遮光条，用光电计时系统代替打点计时器C.在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小（4）经正确操作后获得一条如图2所示的纸带，建立以计数点0为坐标原点的x轴，各计数点的位置坐标分别为0、、、。已知打点计时器的打点周期为T，则打计数点5时小车速度的表达式_____；小车加速度的表达式是_____。A. B. C.9．[2023年重庆高考真题]某实验小组用单摆测量重力加速度。所用实验器材有摆球、长度可调的轻质摆线、刻度尺、50分度的游标卡尺、摄像装置等。（1）用游标卡尺测量摆球直径d。当量爪并拢时，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甲所示，则摆球的直径d为________mm。（2）用摆线和摆球组成单摆，如图乙所示。当摆线长度时，记录并分析单摆的振动视频，得到单摆的振动周期，由此算得重力加速度g为_____（保留3位有效数字）。（3）改变摆线长度l，记录并分析单摆的振动视频，得到相应的振动周期。他们发现，分别用l和作为摆长，这两种计算方法得到的重力加速度数值的差异大小随摆线长度l的变化曲线如图所示。由图可知，该实验中，随着摆线长度l的增加，的变化特点是____________，原因是____________。（1）要测量滑块的动量，除了前述实验器材外，还需要的实验器材是__________。（2）为减小重力对实验的影响，开动气泵后，调节气垫导轨的左支点，使轻推后的滑块能在气垫导轨上近似做__________运动。（3）测得滑块B的质量为197.8g，两滑块碰撞前后位置x随时间t的变化图像如图所示，其中①为滑块B碰前的图线。取滑块A碰前的运动方向为正方向，由图中数据可得滑块B碰前的动量为__________（保留2位有效数字），滑块A碰后的图线为__________（选填“②”“③”“④”）。10．[2022年福建高考真题]某实验小组利用图（a）所示装置验证小球平抛运动的特点.实验时，先将斜槽固定在贴有复写纸和白纸的木板边缘，调节槽口水平并使木板竖直；把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点O，建立坐标系.然后从斜槽上固定的位置释放小球，小球落到挡板上并在白纸上留下印迹.上下调节挡板进行多次实验.实验结束后，测量各印迹中心点、、…的坐标，并填入表格中，计算对应的值.2.956.529.2713.2016.6119.905.958.8110.7412.4914.0515.2835.477.6115.3156.0197.4233.5（1）根据上表数据，在图（b）给出的坐标纸上补上数据点，并绘制“”图线.（2）由图线可知，小球下落的高度y，与水平距离的平方成____________（填“线性”或“非线性”）关系，由此判断小球下落的轨迹是抛物线.（3）由图线求得斜率k，小球平抛运动的初速度表达式为____________（用斜率k和重力加速度g表示）.（4）该实验得到的图线常不经过原点，可能的原因是________________________.11．[2024年山东高考真题]在第四次“天宫课堂”中，航天员演示了动量守恒实验。受此启发，某同学使用如图甲所示的装置进行了碰撞实验，气垫导轨两端分别安装两个位移传感器，a测量滑块A与它的距离，b测量滑块B与它的距离。部分实验步骤如下：①测量两个滑块的质量，分别为200.0g和400.0g；②接通气源，调整气垫导轨水平；③拨动两滑块，使均向右运动；④导出传感器记录的数据，绘制随时间变化的图像，分别如图乙、图丙所示。回答以下问题：（1）从图像可知两滑块在_______s时发生碰撞；（2）滑块B碰撞前的速度大小_______m/s（保留2位有效数字）；（3）通过分析，得出质量为200.0g的滑块是_______（填“A”或“B”）。12．[2021年福建高考真题]某实验小组利用图甲所示的实验装置探究空气阻力与速度的关系，实验过程如下：（1）首先将未安装薄板的小车置于带有定滑轮的木板上，然后将纸带穿过打点计时器与小车相连。（2）用垫块将木板一端垫高，调整垫块位置，平衡小车所受摩擦力及其他阻力。若某次调整过程中打出的纸带如图乙所示（纸带上的点由左至右依次打出），则垫块应该______（填“往左移”“往右移”或“固定不动”）。（3）在细绳一端挂上钩码，另一端通过定滑轮系在小车前端。（4）把小车靠近打点计时器，接通电源，将小车由静止释放。小车拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图丙所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz，纸带上标出的每两个相邻计数点之间还有4个打出的点未画出。打出F点时小车的速度大小为______m/s（结果保留2位小数）。（5）保持小车和钩码的质量不变，在小车上安装一薄板。实验近似得到的某时刻起小车图像如图丁所示，由图像可知小车加速度大小______（填“逐渐变大”“逐渐变小”或“保持不变”）。据此可以得到的实验结论是______。

——★参考答案★——1．答案：（1）B（2）D（3）反比；槽码解析：（1）A.为了使小车所受的合外力大小近似等于槽码的总重力，故应使小车质量远大于槽码质量，故A错误；B.为了保证小车所受细线拉力等于小车所受合力，则需要调整垫块位置以补偿阻力，也要保持细线和长木板平行，故B正确；C.补偿阻力时不能移去打点计时器和纸带，需要通过纸带上点迹是否均匀来判断小车是否做匀速运动，故C错误；D.根据操作要求，应先打开打点计时器再释放小车，故D错误。故选B。（2）根据逐差法可知联立可得小车加速度表达式为故选D。（3）根据图像可知与M成正比，故在所受外力一定的条件下，a与M成反比；设槽码的质量为m，则由牛顿第二定律化简可得故斜率越小，槽码的质量m越大，由图可知甲组所用的槽码质量比乙组的更大。2．答案：（1）AC（2）用圆规画圆，尽可能用最小的圆把各个落点圈住，这个圆的圆心位置代表平均落点；（3）解析：（1）A.实验中若使小球碰撞前、后的水平位移与其碰撞前，后速度成正比，需要确保小球做平抛运动，即实验前，调节装置，使斜槽末端水平，故A正确；B.为使两小球发生的碰撞为对心正碰，两小球半径需相同，故B错误；C.为使碰后入射小球与被碰小球同时飞出，需要用质量大的小球碰撞质量小的小球，故C正确。故选AC。（2）用圆规画圆，尽可能用最小的圆把各个落点圈住，这个圆的圆心位置代表平均落点。碰撞前、后小球均做平抛运动，由可知，小球的运动时间相同，所以水平位移与平抛初速度成正比，所以若即可验证碰撞前后动量守恒。（3）设轻绳长为L，小球从偏角θ处静止摆下，摆到最低点时的速度为v，小球经过圆弧对应的弦长为l，则由动能定理有由数学知识可知联立两式解得若两小球碰撞过程中动量守恒，则有又有，，整理可得3．答案：（1）ABD（2）20.035（3）9.87（4）不变解析：（1）为了减小测量误差，实验时应调节光电门的位置，使小钢球的摆动平面垂直光电门U形平面，A正确；测量摆线的长度时，应挂上小钢球使摆线自然下垂时完成测量，B正确；单摆是一个理想化模型，若换成质量较轻的橡胶球，则空气阻力对摆球运动的影响较大，C错误；单摆的摆角应小于或等于5°，且小钢球由最高点静止释放，D正确。（2）由螺旋测微器的读数规则可知，该小钢球的直径。（3）由单摆的周期公式得，整理得，则图像的斜率，又由图像得，联立解得。（4）若将摆线长度误认为摆长，则有，得，显然图像的斜率不变，得到的重力加速度值将不变。4．答案：（1）一元（2）（3）（4）见解析解析：（1）为防止甲碰后反弹，甲的质量应大于乙的质量，故甲选用的是一元硬币.（2）设甲到达O点时的速度为，甲从O点运动至P点过程中，根据动能定理得，解得.（3）设甲、乙碰后瞬间的速度分别为，根据动能定理得，若碰撞过程中动量守恒，则有，整理得.（4）碰撞过程中硬币之间的作用力没有远大于摩擦力；存在空气阻力；纸板粗糙程度不均匀（答出一条即可）.5．答案：（4）较大；较小（5）如图所示（6）远大于钩码的质量；见解析解析：（4）根据题图（b）分析可知，与图线甲相比，图线乙的线性区间较大，非线性区间较小。（5）在坐标系中进行描点，结合其他点用平滑的曲线拟合，使尽可能多的点在线上，不在线上的点均匀分布在线的两侧，如答图所示。（6）对钩码根据牛顿第二定律有，对小车根据牛顿第二定律有，联立解得，变形得，当时，可认为，则，即a与F成正比。6．答案：（1）平衡摩擦力；2.86（2）4.108（3）光源；干涉条纹解析：（1）木板右端抬高的目的是平衡摩擦力；小车的加速度大小（2）游标卡尺读数为（3）在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验调节过程中，在光具座上安装光源、遮光筒和光屏，遮光筒不可调节，打开并调节光源，使光束沿遮光筒的轴线把光屏照亮，取下光屏，装上、双缝和测量头，调节测量头，并缓慢调节单缝的角度直到目镜中观察到干涉条纹。7．答案：①相同②如图所示③0.72（0.67~0.77均可）解析：①探究平抛运动特点的实验中，要使钢球到达斜槽末端的速度相同，则每次由静止释放钢球时，钢球在斜槽上的高度相同。②用平滑曲线连接坐标纸上的点，即为钢球做平抛运动的轨迹，作图时应使尽可能多的点在图线上，不在图线上的点均匀分布在图线两侧，如答图所示。③根据平抛运动规律有，联立可得，在轨迹图线上选取一点（8cm，6cm），代入数据可得。8．答案：（1）B（2）B（3）远大于；系统误差；C（4）；A解析：（1）该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此我们可以控制其中一个物理量不变，研究另外两个物理量之间的关系，即采用了控制变量法，B正确。（2）补偿阻力时小车需要连接纸带，一方面是需要连同纸带所受的阻力一并平衡，另外一方面是通过纸带上打出的点间距判断小车是否在长木板上做匀速直线运动，故A错误；由于小车速度较快，且纸带长度也有限，所以为了能在长度有限的纸带上尽可能多地获取间距适当的计数点，实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车，B正确；为使小车所受拉力与速度同向，应调节滑轮高度使细绳与导轨平行，C错误。（3）设小车质量为M，槽码质量为m。分别对小车和槽码列牛顿第二定律方程有，，联立解得细绳拉力，则在小车质量远大于槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力。上述做法引起的误差是由实验方法或原理不完善造成的，属于系统误差。该误差是将细绳拉力用槽码重力近似替代引起的，不是由车与导轨间存在阻力（实验中已经补偿了阻力）或是速度测量精度低造成的，所以为减小此误差，可在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小，C正确。（4）结合题图2可知，相邻两计数点间的时间间隔为，又小车做匀变速直线运动，则打计数点5时小车速度的表达式为，根据逐差法可得小车加速度的表达式为，A正确。9．答案：（1）19.20（2）9.86（3）逐渐减小并趋于稳定；摆线长度越大，小球半径相对摆线的长度就越小，小球半径对重力加速度测量的影响就越小解析：（1）由于该游标卡尺为50分度的游标卡尺，所以其分度值为0.02mm，则。（2）根据单摆的周期公式有，代入数据解得。（3）根据题图丙可知，随着l的增大，逐渐减小并趋于稳定，原因是摆线长度越大，小球半径相对摆线的长度就越小，小球半径对重力加速度测量的影响就越小。10、（1）答案：天