专题分层练 16.力学实验--2026高考物理第二轮专题复习练（含解析）

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2026高考物理第二轮专题复习
16.力学实验
1.(7分)(2024海南卷)为验证两个互成角度的力的合成规律,某组同学用两个弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、木板、刻度尺、白纸、铅笔、细线和图钉等器材,按照如下实验步骤完成实验:
甲
乙
Ⅰ.用图钉将白纸固定在水平木板上。
Ⅱ.如图甲、乙所示,橡皮条的一端固定在木板上的G点,另一端连接轻质小圆环,将两细线系在小圆环上,细线另一端系在弹簧测力计上,用两个弹簧测力计共同拉动小圆环到某位置,并标记圆环的圆心位置为O点,拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点,大小分别为F1=3.60 N、F2=2.90 N;改用一个弹簧测力计拉动小圆环,使其圆心到O点,在拉力F的方向上标记P3点,拉力的大小为F=5.60 N。请完成下列问题:
(1)在图乙中按照给定的标度画出F1、F2和F的图示,然后按平行四边形定则画出F1、F2的合力F'。
(2)比较F和F',写出可能产生误差的两点原因 　。
2.(7分)(2024广西卷)单摆可作为研究简谐运动的理想模型。
(1)制作单摆时,在图甲、图乙两种单摆的悬挂方式中,选择图甲方式的目的是要保持摆动中　　　不变。
(2)用游标卡尺测量摆球直径,读数如图丙,则摆球直径为　　　　 cm。
甲
乙
丙
(3)若将一个周期为T的单摆,从平衡位置拉开5°的角度释放,忽略空气阻力,摆球的振动可看为简谐运动。当地重力加速度为g,以释放时刻作为计时起点,则摆球偏离平衡位置的位移x与时间t的关系为　　　　　　　。
3.(12分)(2025河北张家口二模)某实验小组探究滑块在气垫导轨上运动规律的实验装置如图甲所示,实验步骤如下:
甲
a.将一端带有定滑轮的气垫导轨放置于水平桌面上,调节气垫导轨水平;
b.在气垫导轨上安装光电门1和2,将光电门1固定;
c.测出遮光条的宽度d如图乙所示,将遮光条安装在滑块上,测出滑块和遮光条的总质量m';
d.用细线连接滑块,将滑块放置在光电门1右侧气垫导轨上的某一位置,细线绕过左侧的定滑轮,悬挂质量为m的钩码,调节细线与导轨平行;
e.启动气源,气垫导轨正常工作后,由静止释放滑块,记录遮光条通过光电门1的时间t0和通过光电门2的时间t;
f.改变光电门2的位置,保持滑块从同一位置释放,多次记录遮光条通过光电门2的时间t和光电门1、2的间距L,作出图像如图丙所示。
(1)遮光条的宽度d=　　　　 mm。
(2)请表示出滑块在导轨上滑动时的加速度大小a=　　　　(用d、t、t0、L表示)。
(3)若图丙中的图像的斜率为k,截距为b,重力加速度为g,则遮光条通过光电门1的瞬时速度为v1=　　　　;=　　　　。(均从b、d、k、g中选用合适的字母表示)
4.(12分)(2025湖南长沙模拟)小刘同学设计了如图甲所示的装置验证机械能守恒定律,在竖直平面半径为R的带角度刻度线的光滑半圆轨道的最低点固定一光电门(图中未画出)。将小球(直径d R)拉离竖直方向一定角度θ由静止释放,记录小球通过光电门的时间t。
(1)用游标卡尺测量小球的直径d,由于前小半部分被遮挡,只能看到后半部分,测量结果如图乙所示,则小球的直径为　　　　 cm。
(2)若有关系式　　　　(用g、R、d、t、θ表示)成立,则可验证该过程小球的机械能守恒。
(3)小王同学用该装置测量当地的重力加速度大小,分别记录小球拉开的角度θ1、θ2、θ3…及对应的遮光的时间t1、t2、t3…。由实验数据,通过描点作出了如图丙所示的线性图像,则图像的横坐标应为　　　 (选填“”“t2”或“”)。如果不考虑实验误差,若该图线斜率的绝对值为k,则当地的重力加速度大小为　　　　(用d、R、k表示)。
5.(12分)(2025湖北卷)某同学利用如图甲所示的实验装置来测量重力加速度大小g。细绳跨过固定在铁架台上不可转动的小圆柱体,两端各悬挂一个重锤。实验步骤如下:
甲
①用游标卡尺测量遮光片的宽度d。
②将遮光片固定在重锤1上,用天平测量重锤1和遮光片的总质量m、重锤2的质量m'(m'>m)。
③将光电门安装在铁架台上,将重锤1压在桌面上,保持系统静止,重锤2离地面足够高。用刻度尺测量出遮光片中心到光电门的竖直距离H。
④启动光电门,释放重锤1,用数字毫秒计测出遮光片经过光电门所用时间t。
⑤根据上述数据求出重力加速度大小g。
⑥多次改变光电门高度,重复步骤③④⑤,求出g的平均值。
回答下列问题:
(1)测量d时,游标卡尺的示数如图乙所示,可知d=　　　　 cm。
乙
(2)重锤1通过光电门时的速度大小为v=　　　(用d、t表示)。若不计摩擦,g与m、m'、d、t、H的关系式为g=　　　　。
(3)实验发现,当m'和m之比接近于1时,g的测量值明显小于真实值。主要原因是圆柱体表面不光滑,导致跨过圆柱体的绳两端拉力不相等。理论分析表明,圆柱体与绳之间的动摩擦因数很小时,跨过圆柱体的绳两端拉力差ΔT=4γg,其中γ是只与圆柱体表面动摩擦因数有关的常数。
保持m'+m=2m0不变,其中m'=(1+β)m0,m=(1-β)m0。β足够小时,重锤运动的加速度大小可近似表示为a=(β-γ)g。调整两重锤的质量,测得不同β时重锤的加速度大小a,结果如下表。根据表格数据,采用逐差法得到重力加速度大小g=　　　　 m/s2(保留三位有效数字)。
β 0.04 0.06 0.08 0.10
a/(m·s-2) 0.084 0.281 0.477 0.673
参考答案
1.答案 (1)见解析
(2)①没有做到弹簧测力计、细线、橡皮条都与木板平行;②读数时没有正视弹簧测力计
解析 (1)按照给定的标度画出F1、F2和F的图示,然后按平行四边形定则画出F1、F2的合力F',如图所示。
(2)F和F'不完全重合的误差可能是:①没有做到弹簧测力计、细线、橡皮条都与木板平行;②读数时没有正视弹簧测力计。
2.答案 (1)摆长
(2)1.06
(3)x=cos t
解析 (1)题图乙中的悬挂方式,小球在运动过程中,摆长会变化。
(2)该游标卡尺为10分度的,游标尺上的最小分度为0.01 cm且游标卡尺不估读,则d=1.0 cm+6×0.01 cm=1.06 cm。
(3)由单摆的周期公式T=2π知,单摆摆长L=。
考虑到θ=5°,振幅A=Lsin 5°,以该位置为计时起点,根据简谐运动规律可得摆球偏离平衡位置的位移x与时间t的关系为x=Acos ωt=cos t。
3.答案 (1)1.102
(2)
(3)d
解析 (1)螺旋测微器的精确值为0.01 mm,由图可知遮光条的宽度为d=1 mm+10.2×0.01 mm=1.102 mm。
(2)滑块经过光电门1的速度为v1=,滑块经过光电门2的速度为v2=,根据运动学公式可得=2aL,联立解得滑块在导轨上滑动时的加速度大小为a=。
(3)根据钩码与滑块组成的系统机械能守恒,可得mgL=(m'+m)(m'+m),整理可得,则题图丙中图像的纵截距为b=,解得遮光条通过光电门1的时间为t0=,遮光条通过光电门1的瞬时速度为v1==d,题图丙中图像的斜率为k=,解得。
4.答案 (1)0.620
(2)gR(1-cos θ)=
(3)
解析 (1)根据游标卡尺的读数规则,该读数为10 mm-4×0.95 mm=6.20 mm=0.620 cm。
(2)由机械能守恒定律得mgR(1-cos θ)=mv2,根据光电门测速原理有v=,解得gR(1-cos θ)=。
(3)结合上述有gR(1-cos θ)=,变形可得cos θ=1-,可知,图像横坐标应为。该图线斜率的绝对值为k,则有k=,解得g=。
5.答案 (1)0.515
(2)
(3)9.81
解析 (1)游标卡尺精度为0.05 mm,主尺部分读数为5 mm,游标尺读数为3×0.05 mm=0.15 mm,则游标卡尺读数d=5 mm+0.15 mm=5.15 mm=0.515 cm。
(2)重锤1上的遮光片宽度为d,通过光电门时间为t,用平均速度代替瞬时速度,故v=。在运动过程中,两个重锤组成的系统机械能守恒,有(m'-m)gH=(m'+m),解得g=。
(3)由题意有ai=(βi-γ)g,即g=,由逐差法可得g=
=9.81 m/s2。
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