专题08 力学实验-十年（2012-2021）高考物理真题分项汇编（山东专版）

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2021年，单独命题，单科
2020年，单独命题，单科
2019年，全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷，理综物理
2018年，全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷，理综物理
2017年，全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷，理综物理
2016年，全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷，理综物理
2015年，单独命题，理综物理
2014年，单独命题，理综物理
2013年，单独命题，理综物理
2012年，单独命题，理综物理
二、2012-2021年高考物理试题全解全析：
1、（2012·山东卷·T21）某同学利用图甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律．物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上（尚未到达滑轮处）．从纸带上便于测量的点开始，每5个点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图乙所示．打点计时器电源的频率为50Hz．
①通过分析纸带数据，可判断物块在两相邻计数点 和 之间某时刻开始减速．
②计数点5对应的速度大小为 m/s，计数点6对应的速度大小为 m/s．（保留三位有效数字）
③物块减速运动过程中加速度的大小为a＝ m/s2，若用来计算物块与桌面间的动摩擦因数（g为重力加速度），则计算结果比动摩擦因数的真实值 （填“偏大”或“偏小”）．
（2）在测量金属丝电阻率的实验中，可供选用的器材如下：
待测金属丝：Rx（阻值约4Ω，额定电流约0.5A）；
电压表：V（量程3V，内阻约3kΩ）；
电流表：A1（量程0.6A，内阻约0.2Ω）；
A2（量程3A，内阻约0.05Ω）；
电源：E1（电动势3V，内阻不计）；
E2（电动势12V，内阻不计）；
滑动变阻器：R（最大阻值约20Ω）；
螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S；导线．
①用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图丙所示，读数为 mm．
②若滑动变阻器采用限流接法，为使测量尽量精确，电流表应选 、电源应选 （均填器材代号），在虚线框内（如图丁）完成电路原理图．
【考点】探究小车速度随时间变化的规律；测定金属的电阻率．
【分析】（1）①由纸带两个点之间的时间相同，若位移逐渐增大，表示物体做加速运动，若位移逐渐减小，则表示物体做减速运动；
②用平均速度代替瞬时速度的方法求解瞬时速度；
③用作差法求解减速过程中的加速度；
（2）螺旋测微器精确度为0.01mm，需要估读，读数时注意半毫米刻度线是否露出．在不要求电流或电压从零调或变阻器的阻值不是太小的情况下，滑动变阻器优先选择限流式接法，因限流式调节方便且节能．
【解析】（1）①从纸带上的数据分析得知：在点计数点6之前，两点之间的位移逐渐增大，是加速运动，在计数点7之后，两点之间的位移逐渐减小，是减速运动，所以物块在相邻计数点6和7之间某时刻开始减速；
②v5＝＝1.00m/s
由可得加速时加速度，则计数点6的速度v6＝v5+a1T＝1.00+2×0.10＝1.20m/s．
③由纸带可知，计数点7往后做减速运动，根据作差法得：
a＝＝﹣2.00m/s2．所以大小为2.00m/s2．
测量值与真实值比较，测量值偏大，因为实验中存在阻力，比如：没有考虑纸带与打点计时器间的摩擦；没有考虑空气阻力等．
（2）①从图中读出金属丝的直径为d＝1.5mm+27.5×0.01mm＝1.775mm
②因测量金属丝的电阻率电流不能太大，电流表应选A1；待测电阻的电压约为2V，所以电源选择E1，电路图如图所示
故答案为：（1）①6，7；②1.00，1.20；③2.00，偏大
（2）①1.775（1.773～1.775均正确）；②A1，E1，电路如图所示
【点评】要提高应用匀变速直线的规律以及推论解析实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用．电流表量程的选择需要根据电路估算，难度适中．
2、（2013•山东）图甲为一游标卡尺的结构示意图，当测量一钢笔帽的内径时，应该用游标卡尺的 （填“A”、“B”或“C”）进行测量；示数如图乙所示，该钢笔帽的内径为 mm．
【考点】刻度尺、游标卡尺的使用；螺旋测微器的使用．
【分析】游标卡尺来测量玻璃管内径应该用内爪．
游标卡尺的读数方法是主尺读数加上游标读数，不需要估读．
【解析】游标卡尺来测量玻璃管内径应该用内爪．即A部分．
游标卡尺测内径时，主尺读数为11mm，游标读数为0.05×6＝0.30mm，最后读数为11.30mm．
故答案为：A，11.30
【点评】解决本题的关键掌握游标卡尺的读数方法．注意游标卡尺的精确度．
3、（2014·山东卷·T21）某实验小组利用弹簧秤和刻度尺，测量滑块在木板上运动的最大速度。
实验步骤：
①用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力，记作G；
②用装有橡皮泥的滑块放在水平木板上，通过水平细绳和固定弹簧秤相连，如图甲所示，在A端向右拉动木板，待弹簧秤示数稳定后，将读数记为F；
③改变滑块上橡皮泥的质量，重复步骤①②，实验数据如表所示：
④如图乙所示，将木板固定在水平桌面上，滑块置于木板上左侧C处，细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物P连接，保持滑块静止，测量重物P离地面的高度h；
⑤滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的D点（未与滑轮碰撞），测量C、D间的距离。
完成下列作图和填空：
（1）根据表中数据在给定的坐标纸上作出F﹣G图线。
（2）由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数μ＝ 0.40 （保留2位有效数字）。
（3）滑块最大速度的大小v＝ （用h、s、μ和重力加速度g表示）。
【考点】探究影响摩擦力的大小的因素．
【分析】（1）根据所测数据描点即可，注意所连的线必须是平滑的，偏离太远的点舍弃；
（2）由实验图甲可知F＝μG，即F﹣G图象上的直线的斜率代表动摩擦因数μ；
（3）当重物P停止运动时，滑块达到最大速度，此后做匀减速运动，动摩擦因数μ在（2）中已知，根据运动规律公式v2﹣v02＝2as列式即可求解。
【解析】（1）根据描点法在F﹣G图象上描出各点，再连接起来，如图所示；
（2）由图甲可知F＝μG，则F﹣G图象上的直线的斜率代表μ值的大小。由F﹣G图象可知μ＝；
（3）当重物P刚好下落到地面时，滑块的速度v最大，此时滑块的位移为h，此后滑块做加速度为μg的匀减速运动，
由公式v2﹣v02＝2ax知：
滑块的最大速度vmax满足：vmax2＝2μg（S﹣h），
则vmax＝。
故答案为：（1）如图所示；（2）0.40；（3）。
【点评】本题既考查了学生实验创新能力、运用图象处理实验数据的能力，又考查了物体做匀加速运动的规律。求滑块的最大速度时，需注意重物刚落地时，滑块速度最大。
4、（2015·山东卷·T21）某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则．
实验步骤：
①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向．
②如图1甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2间的距离（即橡皮筋的长度l）．每次将弹簧秤示数改变0.50N，测出所对应的l，部分数据如表所示：
③找出②中F＝2.50N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O'，橡皮筋的拉力记为FOO′．
④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图1乙所示．用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB．
完成下列作图和填空：
（1）利用表中数据在图2的坐标纸上画出F﹣l图线．
（2）测得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，则FOA的大小为 N．
（3）根据给出的标度，在图3中作出FOA和FOB的合力F'的图示．
（4）通过比较F'与 的大小和方向，即可得出实验结论．
【考点】验证力的平行四边形定则．
【分析】（1）根据表中数据利用描点法得出对应的数据，图象与横坐标的交点即为l0；
（2）橡皮筋两端拉力相等，根据题意求得总长度即可求得皮筋上的拉力；
（3）通过给出的标度确定力的长度，根据平行四边形得出图象如图所示；
（4）根据实验原理可明确应比较实验得出的拉力与通过平行四边形定则得出的合力．
【解析】解：（1）根据表格中数据利用描点法作出图象如图所示；
由图可知，图象与横坐标的交点即为l0，由图可知l0＝10.0cm；
（2）AB的总长度为6.00+7.60cm＝13.60cm；由图可知，此时两端拉力F＝1.80N；
（3）根据给出的标度，作出合力如图所示；
（4）只要作出的合力与实验得出的合力F00'大小和方向在误差允许的范围内相等，即可说明平行四边形定则成立；
故答案为：（1）如图所示；10.0；（2）1.80N；（3）如图所示；（4）F00'
【点评】本题考查验证平行四边形定则的实验，要注意通过认真分析题意掌握实验原理，注意本题中橡皮筋挂在钩上时，两端的拉力大小相等；根据总长度即可求得拉力大小．
5、（2016·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷（山东）·T22)某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20Hz、30 Hz和40 Hz。打出纸带的一部分如图（b）所示。
该同学在实验中没有记录交流电的频率，需要用实验数据和其它题给条件进行推算。
（1）若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用和图（b）中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为_________，打出C点时重物下落的速度大小为________，重物下落的加速度大小为________．
（2）已测得=8.89cm，=9.50 cm，=10.10cm；当重力加速度大小为9.80m/，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%。由此推算出为________ Hz。
【答案】（1）(s1+s2)f (s2+s3)f (s3–s1)f2 （2）40
【解析】（1）打B点时，重物下落的速度等于AC段的平均速度，所以；同理打出C点时，重物下落的速度；
由加速度的定义式得
（2）由牛顿第二定律得：，解得：，代入数值解得：f=40Hz。
6、（2017·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷（山东）·T22)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图（a）所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图（b）记录了桌面上连续的6个水滴的位置。（已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴）
（1）由图（b）可知，小车在桌面上是____________（填“从右向左”或“从左向右”）运动的。
（2）该小组同学根据图（b）的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图（b）中A点位置时的速度大小为___________m/s，加速度大小为____________m/s2。（结果均保留2位有效数字）
【答案】（1）从右向左 （2）0.19 0.037
【解析】（1）小车在阻力的作用下，做减速运动，由图（b）知，从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌面上是从右向左运动；（2）已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴，所以相邻两水滴间的时间间隔为：，所以A点位置的速度为：，根据逐差法可求加速度：，解得a=0.037 m/s2。
7、（2018·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷（山东）·T22)如图（a），一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘：一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针。现要测量图（a）中弹簧的劲度系数，当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图（b）所示，其读数为_______cm。当地的重力加速度大小为9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为________N/m（保留3位有效数字）。
【答案】 (1). 3.775 (2). 53.7
【解析】实验所用的游标卡尺精度为0.05mm，游标卡尺上游标第15条刻度线与主尺刻度线对齐，根据游标卡尺的读数规则，图（b）所示的游标卡尺读数为3.7cm+15×0.05mm=3.7cm+0.075cm=3.775cm。
托盘中放有质量为m=0.100kg的砝码时，弹簧受到的拉力F=mg=0.100×9.8N=0.980N，弹簧伸长x=3.775cm-1.950cm=1.825cm=0.01825m，根据胡克定律，F=kx，解得此弹簧的劲度系数k=F/x=53.7N/m。
8、（2019·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷（山东）·T22)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行研究。物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。在ABCDE五个点中，打点计时器最先打出的是 点，在打出C点时物块的速度大小为 m/s（保留3位有效数字）；物块下滑的加速度大小为 m/s2（保留2位有效数字）。
【答案】 (1). A (2). 0.233 (3). 0.75
【解析】分析可知，物块沿倾斜长木板最匀加速直线运动，纸带上的点迹，从A到E，间隔越来越大，可知，物块跟纸带的左端相连，纸带上最先打出的是A点；在打点计时器打C点瞬间，物块的速度；根据逐差法可知，物块下滑的加速度
9、2020·山东卷·T13）2020年5月，我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量，其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度，进而间接测量海拔高度。某同学受此启发就地取材设计了如下实验，测量当地重力加速度的大小。实验步骤如下：
（i）如图甲所示，选择合适高度的垫块，使木板的倾角为53°，在其上表面固定一与小物块下滑路径平行的刻度尺（图中未画出）。
（ii）调整手机使其摄像头正对木板表面，开启视频录像功能。将小物块从木板顶端释放，用手机记录下小物块沿木板向下做加速直线运动的情况。然后通过录像的回放，选择小物块运动路径上合适的一点作为测量参考点，得到小物块相对于该点的运动距离L与运动时间t的数据。
（iii）该同学选取部分实验数据，画出了—t图像，利用图像数据得到小物块下滑的加速度大小为5.6 m/s2
（iv）再次调节垫块，改变木板的倾角，重复实验。
回答以下问题：
(1)当木板的倾角为37°时，所绘图像如图乙所示。由图像可得，物块过测量参考点时速度的大小为_____m/s；选取图线上位于坐标纸网格交叉点上的A、B两点，利用A、B两点数据得到小物块下滑加速度的大小为_____m/s2.（结果均保留2位有效数字）
(2)根据上述数据，进一步分析得到当地的重力加速度大小为_____ m/s2.（结果保留2位有效数字，sin37°= 0.60，cs37°=0.80）
【答案】 (1). 0.32或0.33 (2). 3.1 (3). 9.4
【解析】
(1)[1][2]根据可得
则由图像可知
则
v0=0.33m/s
(2)[3]由牛顿第二定律可知
即
当θ=53°时a=5.6m/s2，即
当θ=37°时a=3.0m/s2，即
联立解得
g=9.4m/s2
10、（2021·山东卷·T13） 某乒乓球爱好者，利用手机研究乒乓球与球台碰撞过程中能量损失的情况。实验步骤如下：
①固定好手机，打开录音功能；
②从一定高度由静止释放乒乓球；
③手机记录下乒乓球与台面碰撞的声音，其随时间（单位：s）的变化图像如图所示。
根据声音图像记录的碰撞次序及相应碰撞时刻，如下表所示。
根据实验数据，回答下列向题：
（1）利用碰撞时间间隔，计算出第3次碰撞后乒乓球的弹起高度为___________m（保留2位有效数字，当地重力加速度）。
（2）设碰撞后弹起瞬间与该次碰撞前瞬间速度大小的比值为k，则每次碰撞损失的动能为碰撞前动能的___________倍（用k表示），第3次碰撞过程中___________（保留2位有效数字）。
（3）由于存在空气阻力，第（1）问中计算的弹起高度___________（填“高于”或“低于”）实际弹起高度。
【答案】 ①. 0.20 ②. ③. 0.95 ④. 高于
【解析】
（1）[1]第3次碰撞到第4次碰撞用时，根据竖直上抛和自由落体运动的对称性可知第3次碰撞后乒乓球弹起的高度为
（2）[2]碰撞后弹起瞬间速度，碰撞前瞬间速度为，根据题意可知
则每次碰撞损失的动能与碰撞前动能的比值为
[3]第3次碰撞前瞬间速度为第2次碰后从最高点落地瞬间的速度
第3次碰撞后瞬间速度为
则第3次碰撞过程中
（3）[4]由于存在空气阻力，乒乓球在上升过程中受到向下的阻力和重力，加速度变大，上升的高度变小，所以第（1）问中计算的弹起高度高于实际弹起的高度。
G/N
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
F/N
0.59
0.83
0.99
1.22
1.37
1.60
F/N
0
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
l/cm
l0
10.97
12.02
13.00
13.98
15.05
碰撞次序
1
2
3
4
5
6
7
碰撞时刻（s）
1.12
1.58
2.00
2.40
2.78
3.14
3.47