分层突破练16　力学实验--2026高考物理的二轮专题巩固练（含解析）

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2026高考物理的二轮专题
专题分层突破练16　力学实验
1.(2025黑吉辽联考模拟)利用智能手机的传感器可以呈现圆周运动向心加速度与角速度、半径的关系。如图甲所示,先后将手机固定在自行车后轮转动半径分别为r1、r2(r1>r2)的位置,摇动踏板,手机实时采集数据得到两种不同半径下a-ω 散点图像和a-ω2散点图像,如图乙和图丙。
甲
乙
丙
(1)实验过程中,　　　　(选填“需要”或“不需要”)匀速摇动踏板。
(2)数据点虽然存在一定的离散性,但仍可以判断出　　　　。
A.图乙中a与ω成正比
B.图丙中a与ω2成正比
(3)图丙的Ⅰ对应半径为　　　　(选填“r1”或“r2”)的a-ω2散点图像。
2.某同学使用单摆测量当地的重力加速度,实验装置如图甲所示。O点为单摆的悬点,将摆球拉到A点,由静止释放摆球,B点为其运动过程中的最低位置。
(1)若使用光电计时器精确测量单摆的周期,光电门应放在　　　　(选填“A”或“B”)处与球心等高的位置,测得光电计时器相邻两次遮挡时间间隔为t,则单摆的周期为　　　。
(2)改变摆长重复操作,记录多组摆长L和周期T的数据,作出L-T2图像,如图乙所示。求得重力加速度的表达式为　　　　　(用L1、L2、T1、T2表示)。
3.(2025吉林白城期末)在用打点计时器研究小车做匀变速直线运动的实验中,某同学打出的一条纸带如图所示。已知打点计时器每隔0.02 s打一个点,他以0点为起点,以后每5个点取一个计数点,依次标为1、2、3、4、5、6,并且测得x1=1.40 cm,x2=1.90 cm,x3=2.39 cm,x4=2.89 cm,x5=3.40 cm,x6=3.90 cm。
(1)该实验使用了电火花计时器,关于电火花计时器的使用,下列说法正确的是　　　。
A.电火花计时器使用的是8 V左右的直流电源
B.在实验操作中,先让小车运动,后接通电源
C.在同一纸带上打的点越密,说明小车运动的速度越小
(2)根据题中所给的数据算出打计数点5时的瞬时速度v5=　　　　 m/s。
(3)根据题中所给的数据算出小车的加速度为a=　　　　 m/s2。
4.(2025黑龙江哈尔滨模拟)在某星球上用如图甲所示的装置探究平抛运动的规律。在铁架台的悬点O的正下方P点处有水平放置的炽热电热丝,当悬线摆至电热丝处时立即被烧断,之后小球做平抛运动。现利用频闪数码照相机连续拍摄,在有坐标纸的背景屏前,拍下了小球做平抛运动的多张照片,经合成后,照片如图乙所示。a、b、c、d为连续四次拍下的小球位置,而后用平滑曲线连接各点得到小球做平抛运动的轨迹。已知照相机拍照的频率为20 Hz。
(1)根据上述信息可知,a点　　　　(选填“是”或“不是”)小球平抛的起点。
(2)小球在c点时的速度大小为　　　　 m/s。(结果保留根式)
(3)该星球表面的重力加速度大小为　　　 m/s2。
5.某同学利用如图所示装置探究滑块与长木板间的动摩擦因数。
实验过程如下:
①长木板水平固定,将弹簧左端固定在挡板P上,弹簧右端与滑块不连接,当弹簧处于原长时,与弹簧右端接触的滑块中心位于O点,O点右侧放一相同的木板,与左侧木板上表面平齐水平对接,如图甲所示;
②用滑块压缩弹簧到A点,用刻度尺测量出AO间的距离x;释放滑块,记录其在右侧木板上停止时的位置B,测出OB间的距离L1;
③如图乙所示,拆去O点右侧的木板,在O点下方挂上重锤,再次用滑块将弹簧压缩到A点无初速释放,记录其落到水平地面的位置C,测出O点到地面的竖直高度h,及落地点C到O点的水平距离L2;
④查得当地重力加速度为g。
请回答下列问题:
(1)滑块从O点滑离时的初速度大小为　　　　,滑块与长木板间的动摩擦因数μ=　　　　(用所测物理量符号表示)。
(2)若测得滑块质量为m,则释放滑块时弹簧的弹性势能Ep=　　　(用所测物理量的符号表示)。
6.(2025黑龙江哈尔滨模拟)为了验证动量守恒定律,某实验小组的同学设计了如图所示的实验装置:将一足够长气垫导轨放置在水平桌面上,光电门1和光电门2相隔适当距离安装好,在滑块A和B相碰的端面上装有弹性碰撞架,它们的上端装有宽度均为d的遮光片,测得滑块A、B(包含遮光片)的质量分别为m1和m2。
(1)打开气泵,调节气垫导轨,将一个滑块放在气垫导轨左端,向右轻推滑块,　　　　　　　　　　　　　　　　　　时,可认为气垫导轨水平。
(2)滑块A置于光电门1的左侧,滑块B静置于两光电门之间,给A一个向右的初速度,A与静止的滑块B发生碰撞且不粘连。与光电门1相连的计时器显示的遮光时间为Δt1,与光电门2相连的计时器先、后显示的两次遮光时间分别为Δt2和Δt3。为使滑块A能通过光电门2,则m1　　　　(选填“小于”“等于”或“大于”)m2;该装置在用于“验证动量守恒定律”时　　　(选填“需要”或“不需要”)测出遮光片的宽度d。
(3)若两滑块发生的是弹性碰撞,则下列等式成立的是　　　　。
A.m1Δt1=m2Δt2+m1Δt3
B.
C.
D.
(4)改变实验装置用于验证动量定理:拿下滑块A、B,把气垫导轨左端抬高,使导轨与水平面夹角为30°,然后固定导轨。让滑块A从光电门1的左边由静止滑下,通过光电门1、2的时间分别为ΔtA1、ΔtA2,通过光电门1和2之间的时间间隔为t,重力加速度为g,如果关系式　　　　　　　(用 d、ΔtA1、ΔtA2、t及g表示)在误差允许范围内成立,表明动量定理成立。
专题分层突破练16　力学实验
1.(2025黑吉辽联考模拟)利用智能手机的传感器可以呈现圆周运动向心加速度与角速度、半径的关系。如图甲所示,先后将手机固定在自行车后轮转动半径分别为r1、r2(r1>r2)的位置,摇动踏板,手机实时采集数据得到两种不同半径下a-ω 散点图像和a-ω2散点图像,如图乙和图丙。
甲
乙
丙
(1)实验过程中,　　　　(选填“需要”或“不需要”)匀速摇动踏板。
(2)数据点虽然存在一定的离散性,但仍可以判断出　　　　。
A.图乙中a与ω成正比
B.图丙中a与ω2成正比
(3)图丙的Ⅰ对应半径为　　　　(选填“r1”或“r2”)的a-ω2散点图像。
答案 (1)不需要　(2)B　(3)r1
解析 (1)本实验目的是探究圆周运动向心加速度a与角速度ω、半径r的关系,不是特定的匀速圆周运动,故能采集到不同的ω以及其对应的a值即可,不需要保持ω恒定,所以不需要匀速摇动踏板。
(2)由题图乙可知a与ω不是正比关系,题图丙中a与ω2成正比,A错误,B正确。
(3)根据向心加速度公式a=rω2可知,半径r越大,a-ω2图像的斜率越大,则题图丙中的Ⅰ对应半径为r1的a-ω2散点图像。
2.某同学使用单摆测量当地的重力加速度,实验装置如图甲所示。O点为单摆的悬点,将摆球拉到A点,由静止释放摆球,B点为其运动过程中的最低位置。
(1)若使用光电计时器精确测量单摆的周期,光电门应放在　　　　(选填“A”或“B”)处与球心等高的位置,测得光电计时器相邻两次遮挡时间间隔为t,则单摆的周期为　　　。
(2)改变摆长重复操作,记录多组摆长L和周期T的数据,作出L-T2图像,如图乙所示。求得重力加速度的表达式为　　　　　(用L1、L2、T1、T2表示)。
答案 (1)B　2t
(2)g=
解析 (1)摆球经过B时速度最大,通过光电门的时间最短,测量误差小,故光电门应放在B处;摆球一周内两次经过平衡位置,则单摆的周期为T=2t。
(2)根据单摆周期公式T=2π,整理得L=,图像的斜率为k=,解得重力加速度的表达式为g=。
3.(2025吉林白城期末)在用打点计时器研究小车做匀变速直线运动的实验中,某同学打出的一条纸带如图所示。已知打点计时器每隔0.02 s打一个点,他以0点为起点,以后每5个点取一个计数点,依次标为1、2、3、4、5、6,并且测得x1=1.40 cm,x2=1.90 cm,x3=2.39 cm,x4=2.89 cm,x5=3.40 cm,x6=3.90 cm。
(1)该实验使用了电火花计时器,关于电火花计时器的使用,下列说法正确的是　　　。
A.电火花计时器使用的是8 V左右的直流电源
B.在实验操作中,先让小车运动,后接通电源
C.在同一纸带上打的点越密,说明小车运动的速度越小
(2)根据题中所给的数据算出打计数点5时的瞬时速度v5=　　　　 m/s。
(3)根据题中所给的数据算出小车的加速度为a=　　　　 m/s2。
答案 (1)C　(2)0.365　(3)0.5
解析 (1)电火花计时器使用的是220 V的交流电源,A错误;为了避免纸带上出现大量的空白段落,在实验操作中,应先接通电源,后让小车运动,B错误;由于打点时间间隔相同,在同一纸带上打的点越密,相邻点迹位移越小,则说明小车运动的速度越小,C正确。
(2)由于每5个点取一个计数点,则相邻计数点之间的时间间隔为T=5×0.02 s=0.1 s,打计数点5时的瞬时速度v5= m/s=0.365 m/s。
(3)根据逐差法可知,小车的加速度为a==0.5 m/s2。
4.(2025黑龙江哈尔滨模拟)在某星球上用如图甲所示的装置探究平抛运动的规律。在铁架台的悬点O的正下方P点处有水平放置的炽热电热丝,当悬线摆至电热丝处时立即被烧断,之后小球做平抛运动。现利用频闪数码照相机连续拍摄,在有坐标纸的背景屏前,拍下了小球做平抛运动的多张照片,经合成后,照片如图乙所示。a、b、c、d为连续四次拍下的小球位置,而后用平滑曲线连接各点得到小球做平抛运动的轨迹。已知照相机拍照的频率为20 Hz。
(1)根据上述信息可知,a点　　　　(选填“是”或“不是”)小球平抛的起点。
(2)小球在c点时的速度大小为　　　　 m/s。(结果保留根式)
(3)该星球表面的重力加速度大小为　　　 m/s2。
答案 (1)是　(2)　(3)20
解析 (1)由题图乙可知,小球在水平方向上每两个点之间的距离相同,即运动时间相同,小球在竖直方向做匀加速运动,相同时间内运动的距离之比为1∶3∶5,故a点是小球平抛的起点。
(2)两个点之间的时间间隔为T==0.05 s,水平方向上的速度为v0= m/s=1 m/s,竖直方向上,根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度知vcy= m/s=2 m/s,小球在c点时的速度大小为vc= m/s。
(3)因为小球在竖直方向上做匀加速运动,所以g'= m/s2=20 m/s2。
5.某同学利用如图所示装置探究滑块与长木板间的动摩擦因数。
实验过程如下:
①长木板水平固定,将弹簧左端固定在挡板P上,弹簧右端与滑块不连接,当弹簧处于原长时,与弹簧右端接触的滑块中心位于O点,O点右侧放一相同的木板,与左侧木板上表面平齐水平对接,如图甲所示;
②用滑块压缩弹簧到A点,用刻度尺测量出AO间的距离x;释放滑块,记录其在右侧木板上停止时的位置B,测出OB间的距离L1;
③如图乙所示,拆去O点右侧的木板,在O点下方挂上重锤,再次用滑块将弹簧压缩到A点无初速释放,记录其落到水平地面的位置C,测出O点到地面的竖直高度h,及落地点C到O点的水平距离L2;
④查得当地重力加速度为g。
请回答下列问题:
(1)滑块从O点滑离时的初速度大小为　　　　,滑块与长木板间的动摩擦因数μ=　　　　(用所测物理量符号表示)。
(2)若测得滑块质量为m,则释放滑块时弹簧的弹性势能Ep=　　　(用所测物理量的符号表示)。
答案 (1)L2
(2)(x+L1)
解析 (1)根据题意可知,拆去O点右侧的木板,滑块从O点飞出做平抛运动,竖直方向上有h=gt2,水平方向上有L2=v0t,解得v0=L2;滑块由O点到B点,由动能定理有-μmgL1=0-,解得μ=。
(2)滑块由A点到O点,由能量守恒定律可得,释放滑块时弹簧的弹性势能Ep=μmgx+(x+L1)。
6.(2025黑龙江哈尔滨模拟)为了验证动量守恒定律,某实验小组的同学设计了如图所示的实验装置:将一足够长气垫导轨放置在水平桌面上,光电门1和光电门2相隔适当距离安装好,在滑块A和B相碰的端面上装有弹性碰撞架,它们的上端装有宽度均为d的遮光片,测得滑块A、B(包含遮光片)的质量分别为m1和m2。
(1)打开气泵,调节气垫导轨,将一个滑块放在气垫导轨左端,向右轻推滑块,　　　　　　　　　　　　　　　　　　时,可认为气垫导轨水平。
(2)滑块A置于光电门1的左侧,滑块B静置于两光电门之间,给A一个向右的初速度,A与静止的滑块B发生碰撞且不粘连。与光电门1相连的计时器显示的遮光时间为Δt1,与光电门2相连的计时器先、后显示的两次遮光时间分别为Δt2和Δt3。为使滑块A能通过光电门2,则m1　　　　(选填“小于”“等于”或“大于”)m2;该装置在用于“验证动量守恒定律”时　　　(选填“需要”或“不需要”)测出遮光片的宽度d。
(3)若两滑块发生的是弹性碰撞,则下列等式成立的是　　　　。
A.m1Δt1=m2Δt2+m1Δt3
B.
C.
D.
(4)改变实验装置用于验证动量定理:拿下滑块A、B,把气垫导轨左端抬高,使导轨与水平面夹角为30°,然后固定导轨。让滑块A从光电门1的左边由静止滑下,通过光电门1、2的时间分别为ΔtA1、ΔtA2,通过光电门1和2之间的时间间隔为t,重力加速度为g,如果关系式　　　　　　　(用 d、ΔtA1、ΔtA2、t及g表示)在误差允许范围内成立,表明动量定理成立。
答案 (1)滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间相等　(2)大于　不需要　(3)B
(4)
解析 (1)当气垫导轨水平时,滑块在气垫导轨上做匀速直线运动,当滑块经过两个光电门的遮光时间相同时,证明气垫导轨水平。
(2)当滑块A的质量大于滑块B的质量时,在碰后滑块A的速度方向不变,才能经过光电门2;要验证动量守恒定律则需要满足m1v1=m1v3+m2v2,滑块经过光电门的速度v=,可得m1=m1+m2,所以不需要测量遮光片的宽度。
(3)若两滑块发生弹性碰撞,则碰撞前后滑块A、B动能总和相等,即m1m1m2,即m1=m1+m2,整理得,B正确,A、C、D错误。
(4)滑块经过两光电门的速度大小分别为vA1=,vA2=,滑块A从光电门1运动到光电门2的过程由动量定理得m1gsin 30°·t=m1vA2-m1vA1,整理得。
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