压轴题12 力学实验-2025年高考物理压轴题专项训练（新高考通用）

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1.本专题是高考力学实验的典型题型，高考中经常在实验题中命题，选择题中偶尔也有考到，2024年高考对于力学实验考查是必考点。
2.通过本专题的复习，不仅利于加强学生对力学实验综合实践能力，也有利于培养学生的物理核心素养。
3.用到的相关知识有:打点计时器的练习和使用，长度、质量、时间等物理量的测量，利用测到的物理量解决问题。近几年的高考命题中一直都是以压轴题的形式存在。


考向一：验证类实验
验证力的平行四边形定则
验证机械能守恒定律
验证动量守恒定律
考向二：测量类实验
用单摆测重力及速度
考向三：探究类实验
探究加速度与力、质量之间的关系
2.探究弹簧弹力与形变量的关系
3.探究平抛运动的规律
01 验证类实验
1．甲、乙、丙三个实验小组进行验证力的平行四边形定则的实验，甲实验小组用如图1所示装置进行实验，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳。
（1）某次实验中两弹簧测力计拉力及两个拉力的合力F的示意图如图2所示，为一个弹簧测力计拉橡皮筋时的拉力。如果没有操作失误，则图2中的F与两力中，方向一定沿AO方向的是 。
（2）关于实验操作，下列步骤中必要的是 。
A．实验前要用力拉弹簧测力计挂钩，检查指针能否达到最大量程处
B．实验前要将两只弹簧测力计竖直互钩对拉，检查两弹簧测力计读数是否相同
C．两分力的夹角应取90°较好，便于之后运算中采用勾股定理以验证平行四边形定则
D．拉力方向应与木板平面平行，且两个分力的值要适当大些
（3）若实验中，两个分力的夹角为，合力为F，F与的关系图像如图3所示。已知这两分力大小不变，则任意改变这两个分力的夹角，能得到的合力大小的变化范围是 。
（4）乙实验小组接着进行了如图4所示的实验，一竖直木板上固定白纸，白纸上附有角度刻度线，弹簧测力计a和b连接细线系于O点，其下端用细线挂一重物Q，使结点O静止在角度刻度线的圆心位置。分别读出弹簧测力计a和b的示数，并在白纸上记录拉线的方向。则图中弹簧测力计a的示数为 N；弹簧测力计a、b均绕O点顺时针缓慢转动，且保持两弹簧测力计间的夹角不变，直到弹簧测力计a方向水平为止，此过程中弹簧测力计a的示数会 ，弹簧测力计b的示数会 （后两空选填“变大”、“不变”、“变小”、“先变大后变小”或“先变小后变大”）。
（5）丙实验小组进行了图5、6的实验，先用5个钩码拉弹簧使之伸长至某个位置，并记录，如图5；然后再用两组钩码（一组3个钩码，一组4个钩码）拉伸弹簧，如图6.每个钩码质量均相同，两次实验弹簧均处于水平。
①完成该实验最关键的步骤是 ；
②如果该实验中“力的平行四边形定则”得到验证，则图6中的和（绳子与竖直方向夹角）满足 。
【答案】 D 5.80 变小 变大 第二次拉伸弹簧使伸长至位置
【详解】（1）[1] 用一根弹簧秤拉皮筋时，拉力的方向与橡皮筋的方向在同一条直线上，即F与两个力中，方向一定沿AO方向的是。
（2）[2] A．在使用弹之前不用将弹簧秤用力拉，看是否能达到最大量程，故A错误;
B．弹簧测力计使用前应该校零，即将两弹簧测力计调零后水平互钩对拉，选择两个读数相同的测力计，竖直互拉会有重力的影响，故B错误；
C．两个分力夹角不宜过大，也不宜过小，不一定非要是90°，也不用勾股定理求解合力以验证平行四边形定则，故C错误；
D．本实验是通过在白纸上作力的图示来验证平行四边形定则，为了减小实验误差，弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行，否则，作出的是拉力在纸面上的分力，误差较大，为了减小作图时画线的误差，弹簧秤的拉力适当大一些，故D正确。故D正确。
故选D。
（3）[3]设两个力分别为、，由图3可知
解得,或,
合力大小的变化范围
得
（4）[4] 图中弹簧测力计a的示数为5.80N。
[5] [6] 由题意，根据几何关系可知，弹簧测力计a、b对O的拉力Fa、Fb以及Q对O的拉力G组成的矢量三角形内接于圆内，如图所示
可知在弹簧测力计a、b均绕O点顺时针缓慢转动直到弹簧测力计a方向水平的过程中，弹簧测力计a示数变小，弹簧测力计b的示数会变大。
（5）[7] 本实验的思想是等效替代的思想，所以其最关键的是两次拉伸弹簧的效果是相同的，即第二次拉弹簧使之伸长至位置。
[8] 由题图可知，其第二次拉伸时，两个力在竖直方向上的合力为零，设单个钩码的质量为m，有
整理得
2．某同学设计出如图 1 所示的实验装置来验证机械能守恒定律。让小球自由下落，下落过程中小球的球心经过光电门 1 和光电门 2，光电计时器记录下小球通过光电门的时间 、 ，已知当地的重力加速度为 g。
（1）该同学先用螺旋测微器测出小球的直径如图 2 所示，则其直径 d= mm。
（2）为了验证机械能守恒定律，该实验还需要测量下列哪些物理量 （填选项序号）。
A．小球的质量 m
B．光电门 1 和光电门 2 之间的距离 h
C．小球从光电门 1 到光电门 2 下落的时间t
（3）小球通过光电门 1 时的瞬时速度v1= （用题中所给的物理量符号表示）
（4）保持光电门 1 位置不变，上下调节光电门 2，多次实验记录多组数据，作出h 变化的图像如图 3 所示，如果不考虑空气阻力，若该图线的斜率k1= （用题中所给的物理量符号表示），就可以验证小球下落过程中机械能守恒。
（5）考虑到实际存在空气阻力，设小球在下落过程中平均阻力大小为 f，根据实际数据绘出的随 h变化的图像的斜率为 k2（k2