专题27 力学实验(三)—2021年高考物理10月模拟试题分项汇编(六)(解析版)

2021年高考物理10月模拟试题分项汇编（六）
力学实验（三）
1、（2021·江苏省灌云县高中高三上学期第一次阶段测试）暑假里，小明同学找来部分器材，在家里组装成如图甲所示的装置，将m 1、m 2用细线挂在一个定滑轮两侧，用手机连拍功能验证m 1、m 2组成系统的机械能守恒。

其中重物m 1=100g ，m 2=300g ，所用刻度尺是家里分度值为1cm 的木尺，手机设定每隔0.135s 拍一张照片。

拍出的照片，可以记录不同时刻重物m 2的位置，如图乙所示，其中点1是重物m 2由静止开始释放时的位置。

（g 取9.8m/s 2）
(1)1、3、5三个位置的刻度分别是h 1=0.120m ，h 3=0.540m ，h 5=_____m 。

(2)拍第3个位置时m 2的速度v 3=_____m/s （结果保留三位有效数字）。

(3)在拍1到3的过程中，系统动能的增加量为_____J ，重力势能的减少量为_____J （结果均保留三位有效数字）。

(4)系统动能的增加量小于重力势能的减少量的原因可能是_______________________。

【答案】 (1). 1.200 (2). 2.00 (3). 0.800 (4). 0.840 (5). 物体运动过程中受到阻力的作用（答案合理就给满分）
【解析】
(1)[1]由图可知，木尺的示数为：1201cm=120cm ⨯，由于木尺需要估读，因此读数为：120.0cm=1.200m ；
(2)[2] 拍第3个位置时m 2的速度为
423 2.00m/s 2x x v T
-==
(3)[3] 在拍1到3的过程中，系统动能的增加量为
21231()0.800J 2
k E m m v ∆=+= [4]重力势能的减少量为
2131()()0.840J p E m m g h h ∆=+-=
(4)[5] 系统动能的增加量小于重力势能的减少量的原因可能是物体运动过程中受到阻力的作用或打点计时器与纸带间存在摩擦或其他合理原因；
2、（2021·江苏省灌云县高中高三上学期第一次阶段测试）某同学采用如图装置来验证当外力一定时加速度和质量的关系，左右等高的水平桌面上都有一端带滑轮的长木板，木板上都固定有打点计时器，质量分别为m 1和m 2的两个小滑块通过一条细绳绕过各自长木板上的定滑轮相连，动滑轮下吊有沙桶，调整装置使m 1和m 2在同一直线上，并使细线与长木板上表面平行，两个小滑块都与穿过打点计时器限位孔的纸带相连。

(1)先去掉细线，分别垫高长木板一端平衡摩擦力。

再连接细线，调整沙桶中沙子的质量，接通两个打点计时器的电源，然后从静止释放沙桶，同时得到对应的甲乙两条纸带，纸带上相邻两个计数点间还有4个点未画出，实验时使用的交流电的频率为50Hz ，其中乙图中第三个计数点未画出，
通过纸带计算两个加速度a 1 =_______m/s 2 ，a 2 =______m/s 2（均保留三位有效数字）
(2)由计算可知m 1________ m 2（ 选填“>”、“<"或“="）。

(3)本次实验中______满足沙和沙桶的总质量远小于滑块质量。

（填写“需要”或“不需要”）
【答案】 (1). 1.30 (2). 0.737 (3). < (4). 不需要
【解析】
(1)[1][2]对于甲纸带根据逐差法求得
2
22351322(5.12 3.78 2.51 1.19)10m/s 1.30m/s (2)40.1
x x a T --+--⨯===⨯甲 对乙纸带
x 45-x 12=3a 乙T 2
得
a 乙=0.737m/s 2
(2)[3]根据牛顿第二定律拉力相等
m 1a 1= m 2a 2
质量小则加速度大，则
m 1 <m 2
(3)[4]沙桶对绳子的拉力提供左右两边相等的拉力，这个拉力不需要知道具体数值，所以不需要满足沙子和沙桶的总质量远小于滑块质量。

3、（2021·湖南省长沙县九中高三上学期10月月考）某物理兴趣小组在探究平抛运动的规律实验时，将小球做平抛运动，用频闪照相机对准方格背景照相，拍摄到了如图所示的照片，已知每个小方格边长为10cm ，当地的重力加速度为g =10m/s 2。

(1)若以拍摄的第一点为坐标原点，水平向右和竖直向下为正方向，则没有被拍摄到的小球位置坐标（_____cm ，_____cm ）；
(2)小球平抛的初速度大小为_____m/s 。

【答案】 (1). 60 (2). 60 (3). 2
【解析】
(1)[1][2]因为竖直方向上连续相等时间内的位移之差是一恒量，可知3、4两点的竖直距离为3格，则第4个点的纵坐标为60cm ，水平方向上相等时间内位移相等，可知第4个点的横坐标为60cm
(2)[3]根据△y =gT 2得，相等的时间间隔
0.1s=0.1s 10
y T g ∆=
= 则小球平抛运动的初速度 00.2m/s 2m/s 0.1x v T =
==
4、（2021·湖南省长沙县九中高三上学期10月月考）在“研究匀变速直线运动的规律”的实验中某同学获得的一条纸带如图所示．
（1）已知打点计时器电源频率为50Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为．
（2）A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出，从图中读出A、B两点间距x= m；
（3）C点对应的速度是m/s；小车运动的加速度为m/s2．（计算结果保留二位有效数字）．
（4）若实验后发现，实际所用交流电的频率高于50hz，则上述计算结果与实际值相比是．（填“偏大”，“偏小”，还是“不变”）
【答案】（1）0.02s（2）0.0030（3）0.060；0.20（4）偏小
【解析】
试题分析：打点计时器打点周期与交变电流的周期相同．由t=0.02s（n﹣1），算出计数点间的时间隔T，纸带实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度和加速度．
解：（1）纸带上打相邻两点的时间间隔T=s=0.02s．
（2）由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1s，
A、B间的距离x=0.30cm=0.0030m．
（3）根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上C点时小车的瞬时速度大小．
v C==0.060m/s
根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小，
得：a==0.20m/s2．
（4）如果在某次实验中，实际所用交流电的频率高于50Hz，那么实际打点周期变小，根据运动学公式得计算结果与实际值相比是偏小．
故答案为（1）0.02s
（2）0.0030
（3）0060；0.20
（4）偏小
【点评】要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用．
5、（2021·湖南省邵东县创新实验学校高复部高三上学期10月月考）某研究性学习小组用如图甲所示装置探究“物体加速度与合外力的关系”。

该实验装置中，小车的质量为M ，沙桶和沙的总质量为m ，弹簧测力计的示数为F ；通过改变m 可改变小车所受的合外力大小，小车的加速度a 可根据打点计时器频率和打出的纸带测量、计算后得出。

现保持小车的质量M 不变，多次改变沙桶和沙的总质量m 后，得到多组a 、F 值。

(1)为尽量减小实验误差，下列合理的是_______；
A ．需要平衡小车所受的摩擦力
B ．控制沙桶和沙的总质量远小于小车的质量
C ．测出动滑轮、沙桶、沙的总质量m
D ．滑轮的摩擦足够小，绳的质量要足够轻
E ．先释放小车，后接通打点计时器的电源
(2)已知所用交流电源频率为50Hz 。

某次实验时打出的纸带如图乙所示（图中相邻两点间有4个点未画出）。

则小车的加速度大小为__________m/s 2.（保留两位有效数字）。

(3)某同学根据实验数据画出了的图像如图丙所示，直线的横截距为F 0、纵截距为a 0，直线不过坐标原点的原因是____________，小车的质量M ＝__________。

【答案】 (1). AD (2). 2.0 (3). 未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 (4).
00F a 【解析】
(1) [1]A ．实验时需要平衡小车所受的摩擦力，选项A 正确；
BC ．因为有弹簧测力计测量小车所受的拉力，则不需要控制沙桶和沙的总质量远小于小车的质量，也不需要测出动滑轮、沙桶、沙的总质量m ，选项BC 错误；
D ．滑轮摩擦和绳子的重力会影响示数，所以滑轮摩擦足够小，绳的质量要足够轻，故D 正确；
E ．实验时，若先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，所以要先接通电源后释放小车，选项E 错误。

故选AD 。

(2)[2]图中相邻两点间有4个点未画出，则T =0.1s ；则小车的加速度大小为
2
2222(10.618.61 6.59 4.61)10
m/s =2.0m/s 440.1
CD AC x x a T --+--⨯==⨯ (3)[3]由图像可知，当F 到达一定值时小车才有加速度，可知原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；
[4]由
F Ma f =+
可知
F f a M M
=
- 则 00
1a M F = 解得
00
F M a = 6、（2021·湖南省邵东县创新实验学校高复部高三上学期10月月考）某物理实验小组采用如图甲所示的装置研究平抛运动
（1）安装实验装置的过程中，斜槽末端的切线必须是水平的，这样做的目的是_________
A．保证小球飞出时，速度既不太大，也不太小B．保证小球飞出时，初速度水平
C．保证小球在空中运动的时间每次都相等D．保证小球运动的轨迹是一条抛物线
（2）某同学每次都将小球从斜槽的同一位置无初速释放，并从斜槽末端水平飞出．改变水平挡板的高度，就改变了小球在板上落点的位置，从而可描绘出小球的运动轨迹．某同学设想小球先后三次做平抛，将水平板依次放在如图乙1、2、3的位置，且l与2的间距等于2与3的间距．若三次实验中，小球从抛出点到落点的水平位移依次为x1、x2、x3，忽略空气阻力的影响，下面分析正确的是_________．
A．x2-x1=x3-x2B．x2-x1＜x3-x2C．x2-x1＞x3-x2D．无法判断
（3）另一同学通过正确的实验步骤及操作，在坐标纸上描出了小球水平抛出后的运动轨迹．部分运动轨迹如图丙所示．图中水平方向与竖直方向每小格的长度均为L，P1、P2和P3是轨迹图线上的3个点，P 1和P 2、P 2和P 3之间的水平距离相等．重力加速度为g．可求出小球从P 1运动到P 2所用的时间为_________，小球抛出时的水平速度为_________．
【答案】(1). B (2). C (3). (4).
【解析】
(1)[1] 安装实验装置的过程中，斜槽末端的切线必须是水平的，这样做的目的保证小球飞出时，初速度水平，故B正确ACD错误．
(2)[2] 因为平抛运动在竖直方向上做自由落体运动，下落的速度越来越快，则下落相等位移的时间越来越短，水平方向上做匀速直线运动，所以
x2-x1＞x3-x2
故C正确ABD错误．
(3)[3][4] 因两段对应的水平距离相等，故两段运动的时间相等，而竖直位移分别为3L和5L；故在竖直方向由△h=gt2可得：
t=
水平速度为：
3L
==
v
t
7、（2021·湖北省襄阳市五校高三上学期期中）某同学利用如图甲所示装置“研究物体的平抛运动”。

(1)下列实验条件必须满足的有________（请填写选项前对应的字母）
A ．斜槽轨道的末端保持水平
B ．斜槽轨道必须光滑
C ．小球每次释放的初始位置不同
D ．小球每次释放的初速度均为零
(2)图乙为某同学根据实验画出的平抛小球的运动轨迹，O 、A 、B 为轨迹上的三点，A 、B 两点距离O 点的水平距离分别为x 0、2x 0，A 、B 两点距离O 点的竖直距离分别为y 1、y 2，重力加速度为g 。

该平抛运动的初速度大小为_______________（用题目所给字母表示）。

(3)利用频闪照相拍摄平抛小球的运动轨迹。

如图丙所示，M 、P 、N 为频闪照片上小球的三个相邻位置。

若频闪照相的频率为f ，利用刻度尺量得M 、N 两点的距离为s ，已知实物小球与照片上的小球尺寸比例为k ，则小球位于位置P 时的速度大小为_____________（用题目所给字母表示）。

【答案】 (1). AD (2). 0212g v x y y =- (3). 2
kfs 【解析】
（1）[1]A ．为使球从斜面滚下射出时做平抛运动，必须使斜槽轨道末端保持水平，故A 正确； B ．斜槽轨道可以光滑可以粗糙，只要保证每次到达斜槽末端速度相同即可，故B 错误；
CD ．要保证每次小球平抛运动的轨迹相同，必须保证每次平抛运动的水平初速度相同，这就要求小球每次必须从同一点静止释放，故C 错误，D 正确。

故选AD 。

（2）[2]小球做平抛运动，水平方向有 00x v T =
竖直方向有
2211y y y gT --=
联立方程，解得
00212g v x y y =- （3）[3]频闪照相的周期为 1T f
= 设M 、N 两点的水平距离为2x ，则小球运动到P 点的水平方向的分速度为
22x x v T
=
小球在图片P 点的竖直方向的分速度为 212y y y v T
-=
小球在图片P 点的速度为 222122(2)()2
x y x y y fs v v v +-=+== 实物小球与照片上的小球尺寸比例为k ，则小球位于位置P 时的速度大小为 2P kfs v kv ==
8、（2021·湖北省襄阳市五校高三上学期期中）图甲为在气垫导轨上验证机械能守恒定律的实验装置，将导轨调至水平，滑块装有宽度为d 的遮光条，滑块包括遮光条的总质量为M 。

细绳下端挂钩码，钩码的质量为m 。

静止释放滑块，在钩码作用下先后通过两个光电门，用光电计时器记录遮光条通过光电门1和2各自的时间，可以计算出滑块通过光电门的速度v 1和v 2，用刻度尺测出两个光电门之间的距离x ，重力加速度为g 。

(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d ，示数如图乙，则d =_________mm 。

(2)写出滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，验证机械能守恒定律的表达式__________________（用题中给出的物理量表示）。

(3)下列不必要的实验要求是____________（请填写选项前对应的字母）。

A ．滑块必须在同一个位置静止释放
B ．应使滑块的
质量远大于钩码的质量
C ．已知当地重力加速度g
D ．应适当减小遮光条的宽度
(4)增加绳子下端钩码的个数，多次实验，然后作出
222111v v m --图象，如图丙所示，其斜率为k=_________（用题中所给的物理量表示）。

【答案】 (1). 6.60mm (2). ()()22211122
mgx M m v M m v =+-+ (3). AB (4). 2M k gx = 【解析】
(1)[1]由图示游标卡尺可知，游标尺的精度是0.05mm ，由图示游标卡尺可知
d =6mm+12×0.05mm=6.60mm
(2)[2]滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统重力势能的减少量
△E p =mgx
系统动能的增加量为 ()()22211122K E M m v M m v ∆=
+-+ 根据机械能守恒定律得 ()()22211122mgx M m v M m v =
+-+ (3)[3]A ．实验需要验证的是重力势能的减少量与动能增加量间的关系，滑块不必在同一个位置静止释放，故A 符合题意； B ．实验乙滑块和钩码组成的系统为研究对象，实验不需要使滑块的质量远大于钩码的质量，故B 符合题意； C ．实验需要求出钩码重力势能的减少量，需要已知当地重力加速度g ，故C 不符合题意； D ．适当减小遮光条的宽度，有利于减小实验误差，故D 不符合题意。

故选AB 。

(4)[4]根据机械能守恒 ()()22211122mgx M m v M m v =
+-+
整理得
11 / 11 222111122M v v gx m gx
=⋅+- 可知222111v v m
--图象的斜率为 2M k gx
=。