专题18 力学实验2023年高考物理三模试题分项汇编（全国通用）（原卷版）

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专题18 力学实验1、（2023·浙江省温州市高三下学期第三次适应性考试）（1）小明同学利用图1所示装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验。①对于该实验，下列说法正确的是___________（多选）A．每次改变小车质量后，都需重新补偿阻力B．为了减小实验误差，槽码的质量应远小于小车质量C．处理数据时，在纸带上必须连续5个计时点选取一个计数点D．补偿阻力时，应取下细线与槽码，而小车后面的纸带需穿过限位孔②用该实验装置还能完成的实验是___________A．探究平抛运动的特点            B．探究小车速度随时间变化的规律C．验证机械能守恒定律            D．探究两个互成角度的力的合成规律2、 （2023·浙江省诸暨市高三下学期第三次适应性考试）在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，（1）下列说法正确的是_________（单选）A．两根细绳必须等长B．合力和分力的标度可以不一样C．同一次实验中，结点O的位置不允许变动D．橡皮筋应该与两绳夹角的平分线在同一直线上（2）在某次实验中，两个弹簧秤拉力的方向如图所示，两个弹簧秤的读数分别为和，请通过正确作图，求出合力的大小为_________N。3、（2023·浙江省诸暨市高三下学期第三次适应性考试）在“验证机械能守恒定律”的实验中。（1）利用图1所示装置进行实验，得到图2所示的纸带，打点计时器频率为50Hz，每两个点取一个计数点，已知重物的质量为300g。则纸带上的A和F两点，打点计时器先打是_________（填“A”或“F”）点；当打点计时器打D点时重物的速度为_________。（保留三位有效数字）（2）利用如图3所示的装置验证机械能守恒，将弹簧秤固定在导轨的左侧，用细线连接弹簧秤钩子与小车，向右拉伸弹簧，小车靠近打点计时器，接通打点计时器电源，静止释放小车，改变弹簧拉伸的长度进行多次重复实验，（已知弹簧秤弹性势能）。①下列有关说法正确的是_________。A．实验前不需要平衡摩擦力B．小车先做匀加速运动，然后做匀速运动C．小车的最终速度与弹簧的伸长量成正比②利用图4所示的量程为2.5N和5N的弹簧秤分别进行实验，且两弹簧秤均拉伸到读数为2N处释放，则相同小车获得最终速度的大小_________（填“相同”或“不同”）。4、（2023·四川省绵阳市高三下学期三诊）用圆锥摆粗略验证向心力的表达式。细线下端悬挂一个小钢球，上端固定在铁架台上；将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上，钢球静止时正好位于圆心；用手带动钢球，设法使它做匀速圆周运动的轨迹竖直投影在纸上的某个圆，如图所示。完成测量：用天平测小钢球的质量m；用直尺测钢球做匀速圆周运动的轨道半径r和钢球距悬点的竖直高度h，用秒表测量钢球运动n圈经过的时间t。重力加速度为g。回答下列问题：（1）根据牛顿第二定律，钢球做匀速圆周运动时的向心力计算式为________。（2）分析钢球受力，可得钢球所受合力近似为。该式计算的结果与真实值相比________（选填“偏大”“相等”或“偏小”）。（3）若只要求验证与二者大小是否相等，不要求计算与的大小，则上述测量过程中不需要测量的物理量是________。5、（2023·四川省成都市树德中学高三下学期三诊）如图甲所示，小明将一小球从斜面顶端水平弹出使其做平抛运动，为了研究小球平行于斜面方向的分运动规律，将频闪相机正对斜面拍摄，得到小球运动过程中的频闪照片，并测算出小球沿平行斜面方向的运动距离如图乙所示，已知频闪相机的频闪频率为20Hz。（1）频闪照片中相邻两个位置的时间间隔为________s；（2）小明由图乙判断小球平行斜面方向的分运动为匀加速直线运动，他作出该判断的理由是：________________________________________；（3）由图乙可计算出小球平行斜面方向的分运动的加速度大小为______m/s2（结果保留三位有效数字）。6、（2023·四川省成都市石室中学高三下学期三诊）为了探究质量一定时加速度与力的关系，一同学设计了如图甲所示的实验装置，其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量。（滑轮质量不计）（1）该同学从打出的纸带中选择一条点迹清晰的纸带，将纸带沿计数点剪断得到6段纸带，由短到长并排贴在坐标中，各段紧靠但不重叠，如图乙所示。最后将各纸带上端中心点连起来可得到一条直线，如图丙所示。若用横轴表示时间t，纸带宽度表示相邻计数点时间间隔T，纵轴表示相邻计数点间距离xn（n=1、2、3、4、5、6），则所连直线的斜率表示_________（填序号）。A.各计数周期内的位移         B.各计数点的瞬时速度C.相邻计数点的瞬时速度的变化 D.纸带运动的加速度（2）该同学根据测量数据作出如图丁所示的图像，该图像的斜率为k，在纵轴上的截距为b，重力加速度为g，则小车的质量为_________；小车与桌面间的动摩擦因素为_________。7、（2023·四川省成都市七中高三下学期三诊）某兴趣小组的同学为了验证“两个互成角度的力的合成规律”，设计了一个实验方案，在圆形桌子桌面上平铺一张白纸，在桌子边缘安装三个光滑的滑轮（滑轮上侧所在平面与桌面平行），滑轮固定，滑轮可沿桌边移动，如图所示。可供选择的实验器材有：刻度尺、三角板、铅笔、白纸、一根橡皮筋、三根细线、质量相同的钩码若干。部分实验操作步骤如下：①将橡皮筋中央处和两端点分别与三根细线相连；②将连在橡皮筋中央的细线跨过固定滑轮，连接橡皮筋两端点的细线跨过可动滑轮；②在三根细线的下端分别挂上一定数量的钩码，使连在橡皮筋中央的细线与橡皮筋的结点O静止。（1）为完成本实验，下列物理量必须测量或记录的是___________。（填选项前字母）A.橡皮筋的原长    B.两端橡皮筋伸长后的长度C.钩码的质量    D.三根细线所挂钩码的个数（2）在完成本实验的过程中，下列操作或描述正确的是___________。（填选项前字母）A.连接橡皮筋两端点的细线长度必须相同B.细线必须在与夹角的角平分线上C.记录图中O点的莅置和、、的方问D.不改变所挂钩码的个数和的方向，改变与的夹角重复实验，O点不用在桌面上同一位置（3）实验中，若桌面不水平___________（填“会”或“不会”）影响实验的结论。 8、（2023·山东省齐鲁名校大联盟高三下学期三模）我国古人早在战国时期就认识到光沿直线传播，并有小孔成倒像的实验记载。某研究性学习小组受其启发，设计一个实验，利用小孔成像原理估测太阳的密度，如图1所示，准备的器材有：不透光圆筒，不透光的厚纸，透光的薄纸，米尺，毫米刻度尺。实验的主要步骤如下：①圆筒的一端封上不透光的厚纸，另一端封上透光的薄纸；②用米尺测得圆筒的长度L；③用针在厚纸的中心扎一个小孔，用螺旋测微器测得针的直径d（即小孔的直径）；④把有小孔的一端对准太阳，在薄纸的另一端可以看到清晰圆形光斑（即太阳的实像），用毫米刻度尺测得光斑的直径D。（1）圆筒的一端与零刻度对齐，则图2测得该圆筒的长度L=__________cm，如图3测得小孔的直径d=__________mm，如图4测得太阳像的直径D=__________cm。（2）设地球环绕太阳的周期为T，引力常量为G，θ很小时，tanθ=sinθ，则估算太阳的平均密度表达式为ρ=__________（用题中给的字母表示）。9、（2023·江苏省南京市高三下学期三模）小明用如图甲所示装置测量滑块与轨道间的动摩擦因数。他将光电门固定在水平直轨道上，拉力传感器固定在滑块上，不可伸长的细线跨过定滑轮将滑块与小桶（内装砝码）相连，由静止释放滑块，测得拉力F和遮光条的挡光时间为t，多次改变小桶内砝码的质量，仍从同一位置由静止释放滑块重复实验。（1）用游标卡尺测出遮光条宽度d的示数如图乙，则___________mm。（2）由遮光条的宽度d和挡光时间t求出滑块的速度v，并进一步算出，下面的表格记录了拉力F和对应的。请在图丙的坐标纸上作出的图像___________。0.890.981.061.141.210.170.480.771.041.23（3）测得滑块位移，即遮光条右端到光电门距离L为，重力加速度g取，结合图像可求得动摩擦因数___________。（结果保留两位有效数字）（4）若小明仅改变滑块的质量重复实验，则两次实验作出的的图像会是下面哪幅图___________。A.B.C.（5）有同学认为，小明在实验中测量滑块位移L时未考虑遮光条的宽度d，用图像法计算的动摩擦因数会偏小。请判断该观点是否正确。简要说明理由___________。10、（2023·河北省唐山市高三下学期三模）带滑轮的长木板、小车、木块及打点计时器可以完成多个力学实验，装置如图所示。甲研究小组利用该装置完成了“研究匀变速直线运动”的实验，乙研究小组利用该装置完成了“探究加速度与力的关系”的实验，丙研究小组将长木板放平，并把小车换成木块，完成了“测定长木板与木块间动摩擦因数”的实验。（1）关于甲、乙两研究小组的实验，下列说法正确的是_________。A．甲小组实验时，需要平衡摩擦力B．乙小组实验时，需要平衡摩擦力C．甲小组的实验，要求钩码的质量远小于小车质量D．乙小组的实验，要求钩码的质量远小于小车质量（2）乙小组测得加速度为a，则小车运动时受到轻绳的拉力_________（填“>”、“=”或“<”）。（3）丙小组打出纸带时，钩码质量为，木块质量为M，重力加速度为g，测得加速度为a，则长木板与木块间的动摩擦因数的表达式为_________（用符号m、M、a、g表示）。11、（2023·湖南省平江县高三下学期第三次质检）某同学用如图甲所示装置验证小车加速度与力的关系。小车通过细绳与钩码相连，固定在小车上的挡光片宽度为d，光电门传感器固定在轨道上。实验时，将小车从某一位置由静止释放，通过光电门测出挡光片的挡光时间，实验中小车从同一位置由静止释放，记录弹簧测力计的示数F，改变动滑轮下悬挂的钩码个数，进行多次测量，测得多组和F。他们在坐标系中，得到如图乙所示的点。①关于该实验的说法，下列正确的是（      ）A．实验操作过程中需要平衡摩擦B．该实验中，钩码的质量需远小于小车质量C．该实验装置可以用于验证机械能守恒实验②在实验操作完全正确的情况下，若已知小车的位移为x，小车的质量为M，请写出关于F的函数表达式__________；③该同学实验后发现图像在横轴上有一正截距，原因可能是__________。12、（2023·湖南省永州市高三下学期第三次适应性考试）某同学在“用单摆测定重力加速度”的实验中，测量5种不同摆长情况下单摆的振动周期，记录数据如下：l/m0.50.80.91.01.2T/s1.421.791.922.022.22T2/s22.023.203.694.084.93（1）试以l为横坐标，为纵坐标，在坐标纸中作出图线______，并利用此图线求出重力加速度______m/s2（结果保留三位有效数字）。（2）某同学在某次实验中，将每次测得的周期T及测得的摆长L代入公式计算重力加速度的值，但每次的测定值总是偏大，其原因可能是______ 。A．计算摆长时，只考虑了摆线长度，没有加上摆球的半径B．数摆动次数时，在记时的同时，就开始数1，误将29次全振动记成了30次C．摆线上端未牢固地固定，振动中出现了松动导致摆线长度变长了13、（2023·安徽省黄山市高三下学期三模）现代智能手机一般有速度、加速度传感器，安装应用程序后，就可以直接测量出手机运动时的速度和加速度大小。某同学利用智能手机设计实验探究空气阻力大小与速率的关系，实验装置如图（a）所示。实验过程如下：（1）先将未安装薄板的小车置于带有定滑轮的长木板上，然后将智能手机固定在小车上；（2）用垫块将长木板一侧垫高，调整垫块位置，使小车在不受槽码牵引时沿长木板做匀速直线运动，以补偿小车所受的摩擦力；（3）然后在小车上安装一面积较大的薄板，用手机记录小车在槽码牵引下，从静止开始沿长木板向下加速运动中多个位置的加速度a和速度v大小，图（b）中已描出表格中前四组数据的点，请将后三组数据在图（b）中描点，并绘制出图线______；（4）测得图像的斜率绝对值为k，槽码的质量为m，手机、薄板和小车的总质量为M，请用题目给出的物理符号表示薄板受到的空气阻力大小与速率v的关系式__________；速度00.050.100.150.200.250.30加速度1.401.351.291.241.191.151.10（5）请在图（c）中定性画出安装薄板的小车从静止开始加速直线运动的图线______。14、（2023·湖南省益阳市一中高三下学期5月三模）某同学利用如图甲所示的装置来验证机械能守恒定律，图中A、B为两个光电门。（1）该同学首先利用20分度的游标卡尺测量小球的直径d，测量结果如图乙所示，则d＝________cm；（2）让小球从光电门A上方某一高度处自由下落，计时装置测出小球通过光电门A、B的挡光时间tA、tB，已知当地的重力加速度为g，用刻度尺测量出光电门A、B间的距离h，则只需比较________与________是否相等就可以验证小球下落过程中机械能是否守恒；（用题目中涉及的物理量符号来表示）（3）该同学的实验操作均正确，经过多次测量发现，（2）中需要验证的两个数值总是存在一定的误差，产生这种误差的主要原因是__________________。15、（2023·北京市育才学校高三下学期三模）某实验小组做“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示，图中A为铁架台，B，C是用细线连接的两个物块，D为固定在物块C上的细遮光条（质量可忽略不计），E为固定在铁架台上的轻质定滑轮，F为光电门，实验步骤如下：①用游标卡尺测得遮光条的宽度为d，用天平分别称出物块B、C的质量分别为和，用跨过定滑轮的细线连接物块B和C；②在铁架台上标记一位置O，并测得该位置与光电门之间的高度差h；③将物块C从位置O由静止释放，C加速下降，B加速上升；④记录遮光条D通过光电门的时间t。依据以上步骤，回答以下问题：（1）该实验的研究对象是__________填“B”或“C”或“B、C组成的系统”）；（2）从物块C由静止释放到其经过光电门的过程中，研究对象的动能增加量______，研究对象的重力势能减少量________（用实验中测量的量表示，重力加速度为g）。16、（2023·湖南省邵阳市高三下学期第三次联考）某实验小组利用光滑斜直轨道测当地重力加速度。如图甲所示，长为L的光滑直轨道上安装一个光电门，可以测出小球通过光电门的遮光时间，轨道一端与桌面用铰链连接，另一端固定在铁架台上，小球从轨道顶端无初速度释放，毫米刻度尺从零刻度起测量轨道顶端的高度。（1）测量重力加速度的步骤：①用刻度尺测出直轨道总长L；②用游标卡尺测出小球直径D，读数如图乙，D=__________mm；③用刻度尺测出轨道顶端到光电门的固定距离s；④调节轨道顶端在铁架台上的高度h；⑤从导轨顶端无初速度地释放小球，测量小球经过光电门的时间t；⑥多次重复上述步骤④⑤，记录h、t数据组；⑦根据测得的数据，作出了图像如图丙所示，根据图像，求得当地重力加速度g=_______________。（用图中字母及测量的物理量符号表示）（2）若光电门的遮光位置到轨道平面的高度略大于小球的半径，侧会导致重力加速度的测量值____________（填“偏大”“偏小”或“不变”） 17、（2023·湖北省孝昌县一中高三下学期三模）某物理兴趣小组为了验证向心力公式，设计了如图所示的装置：给待测物体一个初速度，使它在水平桌面上做匀速圆周运动，细线与桌面小孔之间的摩擦力、物体与桌面间的摩擦力均可以忽略。已知物体的质量为m，弹簧的劲度系数为k。兴趣小组拥有的测量工具为刻度尺和秒表。（1）实验时需要测量的物理量有______、______和______（写出描述物理量的文字和符号）。（2）验证的向心力公式是______。（用题中所给的字母表示） 18、（2023·湖北省高三下学期三模）物理兴趣小组在进行“探究平抛运动的特点”研究时进行了如下实验。如图（a）所示，小球从O点水平抛出，在该处有一点光源，在抛出点的正前方竖直放置一块毛玻璃，O点与毛玻璃水平距离L=1.00m，小球初速度与毛玻璃平面垂直；小球抛出后在毛玻璃上有小球运动的投影点，利用闪光频率为30Hz的频闪相机记录投影点的位置。当小球以4.0m/s的速度水平抛出时，各投影点实际间距如图（b）所示。（1）小强同学分析频闪照片，他认为在误差范围内，投影点做匀速直线运动，并计算出投影点的速度大小为__________。（计算结果保留三位有效数字）。（2）小芳同学利用实验数据和小强的计算结果计算出本地的重力加速度，请根据两人的观点计算出重力加速度g=__________（计算结果保留三位有效数字）。19、（2023·河南省开封市高三下学期三模）某实验小组利用身边的器材，想粗略测量地铁启动过程中的加速度。具体操作如下：把一根细绳的下端绑着一支圆珠笔，细绳的上端用胶带临时固定在地铁的竖直扶手上。在地铁起动后的某段加速过程中，细绳偏离了竖直方向，处于稳定状态，再用手机拍摄了当时情景的照片（如图所示），拍摄方向跟地铁前进方向垂直．完成下列问题：（1）根据这张照片可看出地铁运动的方向________（选填“向左”或“向右”）。（2）该小组已经测出下列数据： ①圆珠笔的质量m;                                  ②圆珠笔的重力G;③细绳的长度L，圆珠笔上端到竖直扶手的距离d;       ④从地铁启动到稳定的时间t;为完成该实验需要选出必要的物理量为________（用相应物理量前的序号表示），用选出的物理量表示出该地铁手机拍照时的加速度为________。20、（2023·福建省泉州市高三下学期5月适应性练习）某同学在研究共点力的合成规律时，用双手分别拉住两把弹簧测力计的拉环，将一重物悬挂竖直木板前，静止时如图甲所示，分别读出和的示数，并在贴于木板的白纸上记录点的位置和拉线的方向。在实验过程中，请回答以下问题（1）某次实验时弹簧测力计的示数如图乙所示，其读数为______；（2）该同学在白纸上要记录点的位置和拉线的方向时发现两只手都用上了，无法记录，请提出一个能解决该问题的建议______；（3）该同学正确操作后，作出的拉力及合力的图示，如图丙，则的质量约为______。A.0.1    B.0.2    C.0.4    D.0.521、（2023·福建省莆田市高三下学期第四次质检）某同学用如图甲所示的装置测量物块与木板间的动摩擦因数。（1）用游标卡尺测量挡光片的宽度，其示数如图乙所示，则挡光片的宽度d=______mm。（2）使物块每次都从斜面上的A点由静止滑下，改变光电门的位置B，测量A、B之间的距离s，并记下相应的挡光时间t，获得多组数据。若以s为纵轴、为横轴作出的图像如图丙所示，则物块的加速度大小a=______m/s2（结果保留两位有效数字）。（3）若测得木板的倾角为，取重力加速度大小g=10m/s2，结合（1）、（2）的结果，则物块与木板间的动摩擦因数μ=______（结果保留两位有效数字）。22、（2023·福建省宁德市高三下学期5月质检）某智能手机中的“磁传感器”功能可实时记录手机附近磁场的变化，磁极越靠近手机，磁感应强度越大。宁德某中学的小宁在家里用手机、磁化的小球、支架、塑料夹子等实验器材组装成如图甲所示的装置来测量重力加速度，实验步骤如下；①把智能手机正面朝上放在悬点的正下方，接着往侧边拉开小球，并用夹子夹住。②打开夹子释放小球，小球运动，取下夹子。③运行手机“磁传感器”功能，手机记录磁感应强度的变化。④改变摆线长和夹子位置，测量出各次实验的摆线长L及相应的周期T。（1）如图乙所示，图中记录了实验中磁感应强度的变化情况，测得第1个到第N个磁感应强度最大值之间的时间间隔为t，则单摆周期T的测量值为___________。（2）实验中用游标卡尺测量摆球直径如图丙所示，则摆球直径为___________cm。（3）得到多组摆线长L及相应的周期T后，作出了图形，如图丁所示，根据图中数据可得当地重力加速度g=___________。（结果保留三位有效数字）（4）查表可知宁德地区的重力加速度为，则本实验的相对误差为___________%。（结果保留2位有效数字）23、（2023·福建省南平市高三下学期第三次质检）某学习小组利用如图甲实验装置探究小车的加速度与力的关系。（1）要用钩码所受的重力作为小车受到的合力，则应先平衡摩擦力，同时使钩码的质量________（选填“远小于”、“等于”或“远大于”）小车的质量；（2）保持小车质量不变，改变钩码（质量均为m）的个数n，测出小车对应的加速度a；（3）作出图线如图乙所示，则说明在小车质量一定时，加速度与合力成正比：（4）若该图线斜率为k，当地重力加速度为g，则小车的质量________，测量值________（选填“大于”“等于”或“小于”）真实值24、（2023·安徽省江南十校高三下学期5月联考）某物理兴趣小组在一次探究活动中，想测量滑块和长木板之间的动摩擦因数，实验装置示意图如图甲所示，光电门固定在水平直轨道上的O点，拉力传感器（图中未画出）固定在滑块上，不可伸长的细线通过定滑轮将传感器与钩码相连。①用刻度尺测出滑块释放点A到固定光电门的O点距离为L，用游标卡尺测量挡光片的宽度d；②调整木板水平，调整轻滑轮使细线水平；③让滑块从A点由静止释放，滑块在钩码的拉动下从静止开始运动，用数字毫秒计时器测出挡光片经过光电门所用的时间，读出拉力传感器的示数为F；④换用不同质量的钩码多次重复步骤③测出多组数据；⑤根据上述实验数据做出图像乙，根据图像求出动摩擦因数。回答下列问题：（1）根据上述步骤测出的物理量可知，滑块的加速度_________；（2）根据数据做出图像如图乙，图中c已知，则滑块和长木板之间的动摩擦因数_______。25、（2023·安徽省蚌埠市高三下学期第三次质检）某兴趣小组利用如图甲所示装置在暗室中进行“探究机械能守恒定律”的实验。具体操作：通过调节螺丝夹子使漏斗中的水以间隔相同的时间T一滴滴的下落，再由大到小调节频闪仪发出白光的频率，直到第一次看到一串仿佛不动的水滴（如图乙所示），读出水滴对应在竖直固定的荧光刻度米尺上的值x（即将下落的水滴O的刻度值是0）。（1）频闪仪发出白光的频率满足______的条件时，即可第一次看到一串仿佛不动的水滴。（2）由频闪仪频率f和水滴的刻度值x可求出水滴的速度v，则水滴3的速度大小为______（用符号、、…和f表示）。（3）绘出图像是一条过原点的直线，若其斜率为______（在误差范围内），则说明水滴下落过程机械能守恒。（当地的重力加速度为g）