专题17 力学实验-2022年高考物理母题题源系列（原卷版）.doc

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1、专题17 力学实验【母题来源一】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国卷）【母题原题】(2020·全国卷)某同学用如图所示的实验装置验证动量定理,所用器材包括:气垫导轨、滑块(上方安装有宽度为d的遮光片)、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等。实验步骤如下:(1)开动气泵,调节气垫导轨,轻推滑块,当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间时,可认为气垫导轨水平; (2)用天平测砝码与砝码盘的总质量m1、滑块(含遮光片)的质量m2;(3)用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接,并让细线水平拉动滑块;(4)令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动,和计算机连接的

2、光电门能测量出遮光片经过A、B两处的光电门的遮光时间t1、t2及遮光片从A运动到B所用的时间t12;(5)在遮光片随滑块从A运动到B的过程中,如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力,拉力冲量的大小I=,滑块动量改变量的大小p=;(用题中给出的物理量及重力加速度g表示) (6)某次测量得到的一组数据为:d=1.000 cm,m1=1.50×10-2 kg,m2=0.400 kg,t1=3.900×10-2 s,t2=1.270×10-2 s,t12=1.50 s,取g=9.80 m/s2。计算可得I=N·s,p=kg·m·

3、s-1;(结果均保留3位有效数字) (7)定义,本次实验=%(保留1位有效数字) 【母题来源二】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国卷）【母题原题】(2020·全国卷)一细绳跨过悬挂的定滑轮,两端分别系有小球A和B,如图所示。一实验小组用此装置测量小球B运动的加速度。令两小球静止,细绳拉紧,然后释放小球,测得小球B释放时的高度h0=0.590 m,下降一段距离后的高度h=0.100 m;由h0下降至h所用的时间T=0.730 s。由此求得小球B加速度的大小为a=m/s2(保留3位有效数字)。从实验室提供的数据得知,小球A、B的质量分别为100.0 g和

4、150.0 g,当地重力加速度大小为g=9.80 m/s2。根据牛顿第二定律计算可得小球B加速度的大小为a'=m/s2(保留3位有效数字)。 可以看出,a'与a有明显差异,除实验中的偶然误差外,写出一条可能产生这一结果的原因:。 【母题来源三】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国卷）【母题原题】(2020·全国卷)某同学利用图(a)所示装置验证动能定理。调整木板的倾角平衡摩擦阻力后,挂上钩码,钩码下落,带动小车运动并打出纸带。某次实验得到的纸带及相关数据如图(b)所示。已知打出图(b)中相邻两点的时间间隔为0.02 s,从图(b)给出的

5、数据中可以得到,打出B点时小车的速度大小vB=m/s,打出P点时小车的速度大小vP=m/s。(结果均保留2位小数) 若要验证动能定理,除了需测量钩码的质量和小车的质量外,还需要从图(b)给出的数据中求得的物理量为。 【母题来源四】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（浙江卷）【母题原题】(2020·浙江7月选考)做“探究加速度与力、质量的关系”实验时,图甲是教材中的实验方案;图乙是拓展方案,其实验操作步骤如下:()挂上托盘和砝码,改变木板的倾角,使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑;()取下托盘和砝码,测出其总质量为m,让小车沿木板下滑,测出加速度a;()

6、改变砝码质量和木板倾角,多次测量,通过作图可得到a-F的关系。(1)实验获得如图所示的纸带,计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出,则在打d点时小车的速度大小vd=m/s(保留两位有效数字); (2)需要满足条件Mm的方案是(选填“甲”“乙”或“甲和乙”);在作a-F图象时,把mg作为F值的是(选填“甲”“乙”或“甲和乙”)。 【母题来源五】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（江苏卷）【母题原题】(2020·江苏高考)疫情期间“停课不停学”,小明同学在家自主开展实验探究。用手机拍摄物体自由下落的视频,得到分帧图片,利用图片中小球的位置来测量当地的重

7、力加速度,实验装置如图甲所示。(1)家中有乒乓球、小塑料球和小钢球,其中最适合用作实验中下落物体的是。 (2)下列主要操作步骤的正确顺序是。(填写各步骤前的序号) 把刻度尺竖直固定在墙上捏住小球,从刻度尺旁由静止释放手机固定在三脚架上,调整好手机镜头的位置打开手机摄像功能,开始摄像(3) 停止摄像,从视频中截取三帧图片,图片中的小球和刻度如图乙所示。已知所截取的图片相邻两帧之间的时间间隔为 s,刻度尺的分度值是1 mm,由此测得重力加速度为 m/s2。 (4)在某次实验中,小明释放小球时手稍有晃动,视频显示小球下落时偏离了竖直方向。从该视频中截取图片,(选填“仍能

8、”或“不能”)用(3)问中的方法测出重力加速度。 【母题来源六】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（天津卷）【母题原题】(2020·天津等级考)某实验小组利用图1所示装置测定平抛运动的初速度。把白纸和复写纸叠放一起固定在竖直木板上,在桌面上固定一个斜面,斜面的底边ab与桌子边缘及木板均平行。每次改变木板和桌边之间的距离,让钢球从斜面顶端同一位置滚下,通过碰撞复写纸,在白纸上记录钢球的落点。(1)为了正确完成实验,以下做法必要的是。 A.实验时应保持桌面水平B.每次应使钢球从静止开始释放C.使斜面的底边ab与桌边重合D.选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面(2)实

9、验小组每次将木板向远离桌子的方向移动0.2 m,在白纸上记录了钢球的4个落点,相邻两点之间的距离依次为15.0 cm、25.0 cm、35.0 cm,示意如图2。重力加速度g=10 m/s2,钢球平抛的初速度为m/s。 (3)图1装置中,木板上悬挂一条铅垂线,其作用是。 【命题意图】考查本题主要是纸带问题，逐差法求加速度；一段平均速度等于中点的瞬时速度是经常考的，必须掌握的；验证力的平行四边形法则，涉及弹簧的劲度系数和弹力的计算，意在考查考生的实验能力。解答此题关键是知道等效法的实验原理，联系胡克定律进行解答。【考试方向】1、高考对于基本仪器的读数作为基础知识考查频率较高。

10、在力学部分，考查的实验仪器主要有弹簧测力计、秒表、螺旋测微器、游标卡尺，大多数时候是填空题，注意估读和误差分析。2、力学中有多个实验都要用到打点计时器，能否正确使用打点计时器，并根据纸带进行正确的数据运算，是能否完成这些实验的关键，利用纸带直接测量的时间和位移，可以计算研究对象的瞬时速度和加速度，若结合其它物理量的测量，还可以解决与上面这些量直接有关或间接有关的问题，例如：计算动能、重力势能、动摩擦因数、功率、转速等，从而延伸出很多与纸带有关的力学实验。3、图象法是一种重要的实验数据处理方法。图象具有既能描述物理规律，又能直观地反映物理过程、表示物理量之间定性定量关系及变化趋势的优点。当前高考

11、试题对数据处理、结果分析考查的频率较高。【得分要点】1、游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题（1）10分度的游标卡尺，以mm为单位，小数点后只有1位，20分度和50分度的游标卡尺以mm为单位，小数点后有2位，且对齐格数不估读。（2）螺旋测微器以mm为单位，小数点后必须有3位，对齐格数要估读，同时还要注意半毫米刻度线是否露出。2、打点计时器及纸带问题的处理方法（1）打点计时器的认识和正确使用：电磁打点计时器工作电压为低压交流46 V；电火花计时器工作电压为交流220 V；工作时应先接通电源，后释放纸带。（2）纸带的应用判断物体运动性质。若x=0，则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动

12、；若x不为零且为定值，则可判定物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动。（3）求解瞬时速度利用做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。如图所示，求打某一点的瞬时速度，只需在这一点的前后各取相同时间间隔T的两段位移xn和xn+1，则打n点时的速度（4）用“逐差法”求加速度3、图象法处理数据的常用方法和技巧图象是描述物理过程、揭示物理规律、解决物理问题的重要方法之一，用图象法处理实验数据是物理实验中最常用的方法。它的优越性表现在：能形象直观地表达物理规律，有效地减少偶然误差对结果的影响，较方便地获得未经测量或无法直接测量的物理量数值。图象法处理数据的常用方法和技巧：（1）合

13、理选取坐标轴合理选取坐标轴就是要选择好横坐标、纵坐标所代表的物理量，确定每个物理量的单位和标度，明确坐标原点处所对应的物理量的数值。（2）抓住“斜率”做文章考查了学生运用图象处理实验数据的本领，考查学生对图线斜率意义的理解。因此只有在平时的实验过程中加强这一能力的培养和训练，才能收到以不变应万变之效。（3）在“截距”上求变化作为实验图线的描绘，如果说斜率是联系各变量的中枢神经的话，那么图象与横纵轴的交点就是那“龙”的眼睛，截距就反映这些特定状态所对应的物理量的大小。1.（长春市2021届高三质量监测）某探究小组同学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

14、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，滴水计时器滴下小水滴的时间间隔相等，图（b）记录了桌面上连续的6个水滴的位置。（已知滴水计时器滴水的时间间隔为0.5s）（1）由图（b）可知，小车在桌面上是_运动的。A.从右向左B.从左向右（2）该小组同学根据图（b）的数据判断出小车做匀变速直线运动。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）2.(2020年山西名校模拟)某同学利用如图乙所示的实验装置验证机械能守恒定律，某物块通过细线绕过光滑的小定滑轮拴着放在水平轨道上的小车(可视为质点)，在轨道

15、的A点和B点分别安装有一光电门，小车上有一宽度为d的挡光片，用游标卡尺测出挡光片的宽度如图甲所示，现把小车拉到水平面上的某点由静止释放，挡光片通过A位置的挡光时间为t1，通过B位置的挡光时间为t2.为了证明小车通过A、B过程中系统的机械能守恒，还需要进行一些实验测量和列式证明(1)挡光片的宽度d_mm.(2)在下列实验测量步骤中，必要的数据测量有_A用天平测出小车的质量m1和物块的质量m2B测出小车通过A、B两光电门之间所用的时间tC测出滑轮上端离水平轨道的高度hD测出小车在A、B位置时绳子与水平方向夹角1和2(3)若该同学用d和t的比值来反映小车经过A、B光电门时的速度，并设想如果能满足_关

16、系式(用上述物理量表示)，即能证明小车和物体组成的系统机械能守恒3.（2020·年北辰区高考模拟考试试卷物理）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)下列实验步骤正确的是_。A小车靠近打点计时器时，先释放小车，再接通电源，打出一条纸带，同时记录力传感器的示数B.实验中要将带滑轮的长木板右端适当垫高，以平衡摩擦力C.该实验中需要砂和砂桶的质量m远小于小车的质量MD.该实验不需要改变砂和砂桶的质量，只需要打出一-条纸带即可(2)该同学在实验中得到如图所示的一条纸带（两计数点间还有四个点没有画

17、出），已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为_m/s2。(3)以力传感器的示数F为横坐标，加速度为纵坐标，画出的a-F图像是一条直线，求得图线的斜率为k，则小车的质量为_。Ak B C2k D4.（2020·南昌一中高三年级测试）气垫导轨上相隔一定距离的两处安装有两个光电传感器A、B，AB间距为L，滑块P上固定一遮光条，P与遮光条的总质量为M，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连。滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图像：(1)实验

18、前，按通气源，将滑块（不挂钩码）置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的_（选填“>”、“=”或“<”）时，说明气垫导轨已经水平；(2)用螺旋测微器测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则_mm；(3)将滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码Q相连，将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图像如图乙所示。利用测定的数据，当关系式_成立时，表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒。（重力加速度为g，用题中给定的物理量符号表达）5.(2020·咸阳二模)如图甲所示，用细线竖直拉着包有白纸的质量为m(kg)的圆柱棒，蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随之转动当烧

19、断悬挂圆柱棒的线后，圆柱棒竖直自由下落，毛笔就在圆柱棒表面的纸上画出记号，如图乙所示，设毛笔接触棒时不影响棒的运动测得记号之间的距离依次为20.0 mm,44.0 mm，68.0 mm，92.0 mm,116.0 mm,140.0 mm，已知电动机铭牌上标有“1 200 r/min”字样，根据以上内容，回答下列问题：甲乙(1)图乙中的_端是圆柱体的悬挂端(填“左”或“右”)；(2)根据图乙所给的数据，可知毛笔画下记号D时，圆柱棒下落的速度vD_m/s；圆柱棒竖直下落的加速度为_m/s2.6（2020·无锡市2019届高三上学期期末考试）某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如

20、图1所示，轻弹簧放置在倾斜的长木板上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能 (1) 实验中涉及下列操作步骤： 松手释放物块； 接通打点计时器电源； 木板一端抬高以平衡摩擦； 向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是_(填序号)(2) 甲同学实际打点结果如图2所示，观察纸带，判断测量值比真实值_(选填“偏小”或“偏大”) (3) 乙同学实际打点结果如图3所示打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，小车质量为200 g，结合纸带所给的数据，可求出在该纸带

21、对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为_m/s，相应的弹簧的弹性势能为_J(结果均保留两位有效数字)7（2020·四省名校2019届高三第二次大联考）某冋学利用如图甲所示装置研究匀变速直线运动规律。某次实验通过电磁打点计时器打出纸带的一部分如图乙所示，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，每两个相邻计数点间有4个计时点没有画出，打点计时器所接交流电源频率为50Hz。分别测出A点到B、C、D、E点之间的距离，x1、x2、x3、x4，以打A点作为计时起点，算出小车位移与对应运动时间的比值，并作出t图象如图丙所示。(1)实验中下列措施必要的是_(填正确答案标号)A打点计时器接220V交流电源 B平衡小车与长木板间的摩擦力C细线必须与长木板平行 D小车的质量远大于钩码的质量(2)由图内中图象求出小车加速度a=_m/s2，打A点时小车的速度vA=_m/s。(结果均伓留两位有效数字)