專題41 力學探究性實驗- 三年（2022-2024）高考物理真題分類匯編（全國）

專題41力學探究性實驗考點三年考情（2022-2024）命題趨勢考點1探究勻變速直線運動規(guī)律（5年3考）2023高考全國甲卷第23題:利用木板小車打點計時器的實驗裝置探究物體做直線運動時平均速度與時間的關(guān)系。2023年1月浙江選考第16I題：“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗。2022年高考江蘇卷：小明利用手機測量當?shù)氐闹亓铀俣龋?022·全國理綜乙卷第22題：用雷達探測一高速飛行器的位置。2022高考北京卷：某同學利用自由落體運動測量重力加速度1.研究勻變速直線運動實驗包括：“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗；測量小車運動的瞬時速度和加速度；測量自由落體運動的重力加速度等。實驗裝置主要有：木板小車打點計時器；鐵架臺和打點計時器；木板光電門等。2.探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系實驗一般采用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)。3平拋運動是高中物理中主要的運動模型，探究平拋運動規(guī)律，根據(jù)同一高度平拋和自由落體運動的小球同時落地說明平拋運動在豎直方向是自由落體運動；依據(jù)軌跡上幾個點的縱橫坐標計算平拋運動的初速度。4.通過探究勻速圓周運動的向心力，得到與向心力相關(guān)的因素?？键c2探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系實驗（5年2考）2023年6月高考浙江選考科目：某同學把A、B兩根不同的彈簧串接豎直懸掛，探究A、B彈簧彈力與伸長量的關(guān)系。2022年高考湖南卷：小圓同學用橡皮筋、同種一元硬幣、刻度尺、塑料袋、支架等，設計實驗測量冰墩墩玩具的質(zhì)量。考點3探究平拋運動規(guī)律（5年4考）2024年高考河北卷：探究平拋運動，描繪出鋼球做平拋運動的軌跡，根據(jù)根據(jù)求初速度。2023年6月高考浙江選考科目：利用三種裝置“探究平拋運動的特點”2022高考福建卷：實驗小組利用圖（a）所示裝置驗證小球平拋運動的特點。考點4探究向心力（5年4考）2024年高考海南卷：水平圓盤上緊貼邊緣放置一密度均勻的小圓柱體，探究向心力。2023年1月浙江選考第16I題：利用向心力演示器探究向心力大小的表達式?？键c01研究勻變速直線運動規(guī)律1（2023高考全國甲卷）（10分）某同學利用如圖（a）所示的實驗裝置探究物體做直線運動時平均速度與時間的關(guān)系。讓小車左端和紙帶相連。右端用細繩跨過定滑輪和鉤碼相連。鉤碼下落，帶動小車運動，打點計時器打出紙帶。某次實驗得到的紙帶和相關(guān)數(shù)據(jù)如圖（b）所示。（1）已知打出圖（b）中相鄰兩個計數(shù)點的時間間隔均為0.1s，以打出A點時小車位置為初始位置，將打出BCDEF各點時小車的位移△x填到表中。小車發(fā)生位移所用時間和平均速度分別為△t和，表中△xAD=cm，=cm/s。。位移區(qū)間ABACADAEAF66014.6034.9047.3066.073.087.394.6（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)得到小車平均速度隨時間的變化關(guān)系，如圖（c）所示。題卡上的圖中補全實驗點_____。（3）從實驗結(jié)果可知，小車運動的——△t圖線可以視為一條直線，此直線方程用表示，其中k=cm/s2，b=cm/s。（結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）（4）根據(jù)（3）中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運動，得到打出A點時小車速度大小vA=，小車的加速度大小a=。（結(jié)果用字母k、b表示）【參考答案】（1）24.0080.00（2）(3)=b+k△t68.059.0（4）b2k?！久}意圖】本題考查探究平均速度與時間關(guān)系實驗、勻變速直線運動規(guī)律及其相關(guān)知識點?！窘忸}思路】（1）表中△xAD=6.60cm+8.00cm+9.40cm=24.00cm；小車從A運動到D的時間為△t=3×0.1s=0.3s，==80.00cm/s。（2）將對應的數(shù)據(jù)點（0.3s，80cm/s）畫在小車平均速度隨時間的變化關(guān)系圖像中。（3）過盡可能多的點作出直線，如圖，此直線方程為=b+k△t，其圖像斜率k=68.0cm/s2，在縱軸上的截距b=59.0cm/s。（4）由x=vA△t+，可得=vA+△t，即=vA+△t，所以打出A點時速度大小vA=b，由=k可得小車的加速度a=2k?！痉椒偨Y(jié)】根據(jù)物理規(guī)律，得出與實驗圖像相符的函數(shù)關(guān)系式，已經(jīng)圖像的斜率、截距物理意義得出要求的物理量。2.（2023年1月浙江選考·16I）（7分）（1）在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，實驗裝置如圖1所示．①需要的實驗操作有__________（多選）；A．調(diào)節(jié)滑輪使細線與軌道平行B．傾斜軌道以補償阻力C．小車靠近打點計時器靜止釋放D．先接通電源再釋放小車②經(jīng)正確操作后打出一條紙帶，截取其中一段如圖2所示。選取連續(xù)打出的點0、1、2、3、4為計數(shù)點，則計數(shù)點1的讀數(shù)為__________。已知打點計時器所用交流電源的頻率為，則打計數(shù)點2時小車的速度大小為：__________（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。【參考答案】①.ACD②.2.751.48【名師解析】①實驗需要調(diào)節(jié)滑輪使細線與軌道平行，選項A正確；該實驗只要使得小車加速運動即可，不需要傾斜軌道補償阻力，選項B錯誤；為了充分利用紙帶，則小車靠近打點計時器靜止釋放，選項C正確；先接通電源再釋放小車，選項D正確。②根據(jù)刻度尺讀數(shù)規(guī)則，計數(shù)點1的讀數(shù)為2.75。已知打點計時器所用交流電源的頻率為，則打點周期T=0.02s，則打計數(shù)點2時小車的速度大小為3.（2022年高考江蘇卷）小明利用手機測量當?shù)氐闹亓铀俣?，實驗場景如圖1所示，他將一根木條平放在樓梯臺階邊緣，小球放置在木條上，打開手機的“聲學秒表”軟件，用鋼尺水平擊打木條使其轉(zhuǎn)開后，小球下落撞擊地面，手機接收到鋼尺的擊打聲開始計時，接收到小球落地的撞擊聲停止計時，記錄下?lián)舸蚵暸c撞擊聲的時間間隔t，多次測量不同臺階距離地面的高度h及對應的時間間隔t。

（1）現(xiàn)有以下材質(zhì)的小球，實驗中應當選用______。A．鋼球B.乒乓球C.橡膠球（2）用分度值為的刻度尺測量某級臺階高度h的示數(shù)如圖2所示，則______。

（3）作出圖線，如圖3所示，則可得到重力加速度______。

（4）在圖1中，將手機放在木條與地面間的中點附近進行測量，若將手機放在地面A點，設聲速為v，考慮擊打聲的傳播時間，則小球下落時間可表示為______（用h、t和v表示）。（5）有同學認為，小明在實驗中未考慮木條厚度，用圖像法計算的重力加速度g必然有偏差。請判斷該觀點是否正確，簡要說明理由______?！緟⒖即鸢浮浚?）A（2）.61.30（3）.9.55（4）.（5）.不正確，理由是：圖像斜率表示重力加速度不變。【命題意圖】本題考查重力加速度的測量實驗及其相關(guān)知識點。【解題思路】（1）為了減小空氣阻力的影響，應該選用材質(zhì)密度較大的小鋼球，故選A。（2）刻度尺的分度值為1mm，需要估讀到分度值的下一位，由圖可知h=61.30cm；（3）根據(jù)可知2h=gt2故在圖像中斜率k表示重力加速度，則根據(jù)圖線有（4）下落過程中聲音傳播的時間為則小球下落的時間為（5）設木條厚度為H，則相當于臺階距離地面的高度增加了H，由自由落體運動規(guī)律，h+H=gt2，變化為2（h+H）=gt2，即圖像中縱坐標2h，應該改為2（h+H），而圖像斜率表示重力加速度不變，所以用圖像法計算的重力加速度g不變。4.（2022·全國理綜乙卷·22）用雷達探測一高速飛行器的位置。從某時刻（）開始的一段時間內(nèi)，該飛行器可視為沿直線運動，每隔測量一次其位置，坐標為x，結(jié)果如下表所示：0123456050710941759250533294233回答下列問題：（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可判斷該飛行器在這段時間內(nèi)近似做勻加速運動，判斷的理由是：______；（2）當時，該飛行器速度的大小______；（3）這段時間內(nèi)該飛行器加速度的大小______（保留2位有效數(shù)字）?！緟⒖即鸢浮竣?相鄰1s內(nèi)的位移之差接近?x=80m②.547③.79【名師解析】（1）[1]第1s內(nèi)的位移507m，第2s內(nèi)的位移587m，第3s內(nèi)的位移665m，第4s內(nèi)的位移746m，第5s內(nèi)的位移824m，第6s內(nèi)的位移904m，則相鄰1s內(nèi)的位移之差接近?x=80m，可知判斷飛行器在這段時間內(nèi)做勻加速運動；（2）[2]當x=507m時飛行器的速度等于0-2s內(nèi)的平均速度，則（3）[3]根據(jù)5．（10分）（2022高考北京卷）某同學利用自由落體運動測量重力加速度，實驗裝置如圖1所示，打點計時器接在頻率為的交流電源上。使重錘自由下落，打點計時器在隨重錘下落的紙帶上打下一系列點跡。挑出點跡清晰的一條紙帶，依次標出計數(shù)點1，2，…，8，相鄰計數(shù)點之間還有1個計時點。分別測出相鄰計數(shù)點之間的距離，并求出打點2，3，…，7時對應的重錘的速度。在坐標紙上建立坐標系，根據(jù)重錘下落的速度作出圖線并求重力加速度。（1）圖2為紙帶的一部分，打點3時，重錘下落的速度______________（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。（2）除點3外，其余各點速度對應的坐標點已在圖3坐標系中標出，請在圖中標出速度對應的坐標點，并作出圖線。（3）根據(jù)圖3，實驗測得的重力加速度______________（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。（4）某同學居家學習期間，注意到一水龍頭距地面較高，而且發(fā)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)水龍頭閥門可實現(xiàn)水滴逐滴下落，并能控制相鄰水滴開始下落的時間間隔，還能聽到水滴落地時發(fā)出的清脆聲音。于是他計劃利用手機的秒表計時功能和刻度尺測量重力加速度。為準確測量，請寫出需要測量的物理量及對應的測量方法。【參考答案】（1）1.15（2）（3）9.75（4）需要測量的物理量：水滴下落的高度h和下落的時間t。測量h的方法：用刻度尺測量水龍頭出水口到地面的高度，多次測量取平均值；測量t的方法：調(diào)節(jié)水龍頭閥門，使一滴水開始下落的同時，恰好聽到前一滴水落地時發(fā)出的清脆聲音。用手機測量n滴水下落的總時間，則?！久}意圖】此題考查重力加速度測量及其相關(guān)知識點?！久麕熃馕觥浚?）打點3時，重錘下落的速度v3=m/s=1.15m/s。（2）過盡可能多的點作直線，如圖。（3）圖像的斜率表示重力加速度，為9.75m/s2。（4）需要測量的物理量：水滴下落的高度h和下落的時間t。測量h的方法：用刻度尺測量水龍頭出水口到地面的高度，多次測量取平均值；測量t的方法：調(diào)節(jié)水龍頭閥門，使一滴水開始下落的同時，恰好聽到前一滴水落地時發(fā)出的清脆聲音。用手機測量n滴水下落的總時間，則?？键c02探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系實驗1.（2023年6月高考浙江選考科目）（2）如圖4所示，某同學把A、B兩根不同的彈簧串接豎直懸掛，探究A、B彈簧彈力與伸長量的關(guān)系。在B彈簧下端依次掛上質(zhì)量為m的鉤碼，靜止時指針所指刻度xA、xB的數(shù)據(jù)如表。鉤碼個數(shù)12…xA/cm7.758.539.30…xB/cm16.4518.5220.60…圖4鉤碼個數(shù)為1時，彈簧A的伸長量________cm，彈簧B的伸長量________cm，兩根彈簧彈性勢能的增加量________（選填“=”、“<”或“>”）?！緟⒖即鸢浮浚?）0.782.07＞【名師解析】（2）鉤碼個數(shù)為1時，彈簧A伸長量△xA=8.53cm-7.75cm=0.78cm；彈簧B伸長量△xB=18.52cm-16.45cm-0.78cm=1.29cm；由于彈簧不是理想的輕彈簧，根據(jù)系統(tǒng)機械能守恒定律可知兩根彈簧的重力勢能減少量和鉤碼減少的重力勢能等于彈簧增加的彈性勢能，所以。2．（2022年高考湖南卷）（6分）小圓同學用橡皮筋、同種一元硬幣、刻度尺、塑料袋、支架等，設計了如圖（a）所示的實驗裝置，測量冰墩墩玩具的質(zhì)量。主要實驗步驟如下：圖（a）（1）查找資料，得知每枚硬幣的質(zhì)量為；（2）將硬幣以5枚為一組逐次加入塑料袋，測量每次穩(wěn)定后橡皮筋的長度，記錄數(shù)據(jù)如下表：序號12345硬幣數(shù)量/枚510152025長度10.5112.0213.5415.0516.56（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖（b）上描點，繪制圖線；圖（b）圖（c）（4）取出全部硬幣，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，穩(wěn)定后橡皮筋長度的示數(shù)如圖（c）所示，此時橡皮筋的長度為________；（5）由上述數(shù)據(jù)計算得冰墩墩玩具的質(zhì)量為________（計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。11.【參考答案】（4）15.35cm（5）如圖14.6【命題意圖】本題考查測量冰墩墩玩具質(zhì)量，刻度尺讀數(shù)，圖像法數(shù)據(jù)處理【名師解析】（4）根據(jù)刻度尺讀數(shù)規(guī)則，橡皮筋的長度L=15.35cm（5）利用描點法得出圖像如圖。由胡克定律可得nmg=k（l-l0）變化為l=n+l0。l—n圖像斜率=×10-2，解得k=20.0N/m.橡皮筋原長l0=8.05cm.掛上冰墩墩，Mg=k（L-l0），解得M=14.6g?？键c03探究平拋運動規(guī)律1.（2024年高考河北卷）圖1為探究平拋運動特點的裝置，其斜槽位置固定且末端水平，固定坐標紙的背板處于豎直面內(nèi)，鋼球在斜槽中從某一高度滾下，從末端飛出，落在傾斜的擋板上擠壓復寫紙，在坐標紙上留下印跡．某同學利用此裝置通過多次釋放鋼球，得到了如圖2所示的印跡，坐標紙的y軸對應豎直方向，坐標原點對應平拋起點．①每次由靜止釋放鋼球時，鋼球在斜槽上的高度____________（填“相同”或“不同”）。②在坐標紙中描繪出鋼球做平拋運動的軌跡。____________③根據(jù)軌跡，求得鋼球做平拋運動的初速度大小為____________（當?shù)刂亓铀俣萭為,保留2位有效數(shù)字）?！敬鸢浮竣?相同②.③.0.71【解析】①為保證鋼球每次平拋運動的初速度相同，必須讓鋼球在斜槽上同一位置靜止釋放，故高度相同；②描點連線用平滑曲線連接，鋼球做平拋運動的軌跡如圖所示③因為拋出點在坐標原點，為方便計算，在圖線上找到較遠的點，在圖線上找到坐標為19.6cm的點為研究位置，該點坐標為，根據(jù)平拋運動規(guī)律，解得2．（2023年6月高考浙江選考科目）（7分）（1）在“探究平拋運動的特點”實驗中①用圖1裝置進行探究，下列說法正確的是________。A．只能探究平拋運動水平分運動的特點B．需改變小錘擊打的力度，多次重復實驗C．能同時探究平拋運動水平、豎直分運動的特點②用圖2裝置進行實驗，下列說法正確的是________。A．斜槽軌道M必須光滑且其末端水平B．上下調(diào)節(jié)擋板N時必須每次等間距移動C．小鋼球從斜槽M上同一位置靜止?jié)L下圖1圖2圖3③用圖3裝置進行實驗，豎直擋板上附有復寫紙和白紙，可以記下鋼球撞擊擋板時的點跡。實驗時豎直擋板初始位置緊靠斜槽末端，鋼球從斜槽上P點靜止?jié)L下，撞擊擋板留下點跡0，將擋板依次水平向右移動x，重復實驗，擋板上留下點跡1、2、3、4。以點跡0為坐標原點，豎直向下建立坐標軸y，各點跡坐標值分別為y1、y2、y3、y4。測得鋼球直徑為d，則鋼球平拋初速度v0為________。A．B．C．D．（2）如圖4所示，某同學把A、B兩根不同的彈簧串接豎直懸掛，探究A、B彈簧彈力與伸長量的關(guān)系。在B彈簧下端依次掛上質(zhì)量為m的鉤碼，靜止時指針所指刻度xA、xB的數(shù)據(jù)如表。鉤碼個數(shù)12…xA/cm7.758.539.30…xB/cm16.4518.5220.60…圖4鉤碼個數(shù)為1時，彈簧A的伸長量________cm，彈簧B的伸長量________cm，兩根彈簧彈性勢能的增加量________（選填“=”、“<”或“>”）?！緟⒖即鸢浮浚?）①B②C③D（2）0.782.07＞【名師解析】（1）①用圖1裝置可以探究平拋運動豎直方向做自由落體運動，需要改變小錘擊打的力度，多次重復實驗，B正確AC錯誤；②用圖2裝置進行實驗，斜槽軌道M不必要光滑，但末端必須水平，A錯誤；上下調(diào)節(jié)擋板N時，不需要等間距移動，B錯誤；小鋼球必須從斜槽M上同一位置靜止?jié)L下，C正確。③用圖3裝置進行實驗，根據(jù)平拋運動規(guī)律，x-d/2=v0T，y1=，聯(lián)立解得v0=（x-d/2），AB錯誤；由4x-d/2=v04T，y4=，聯(lián)立解得v0=（x-d/2），D正確C錯誤。（2）鉤碼個數(shù)為1時，彈簧A伸長量△xA=8.53cm-7.75cm=0.78cm；彈簧B伸長量△xB=18.52cm-16.45cm-0.78cm=1.29cm；由于彈簧不是理想的輕彈簧，根據(jù)系統(tǒng)機械能守恒定律可知兩根彈簧的重力勢能減少量和鉤碼減少的重力勢能等于彈簧增加的彈性勢能，所以。3.（2022高考福建卷）某實驗小組利用圖（a）所示裝置驗證小球平拋運動的特點。實驗時，先將斜槽固定在貼有復寫紙和白紙的木板邊緣，調(diào)節(jié)槽口水平并使木板豎直；把小球放在槽口處，用鉛筆記下小球在槽口時球心在木板上的水平投影點O，建立坐標系．然后從斜槽上固定的位置釋放小球，小球落到擋板上并在白紙上留下印跡．上下調(diào)節(jié)擋板進行多次實驗．實驗結(jié)束后，測量各印跡中心點、、的坐標，并填入表格中，計算對應的值。2.956.529.2713.2016.6119.905.958.8110.7412.4914.0515.2835.477.6115.3156.0197.4233.5

（1）根據(jù)上表數(shù)據(jù)，在圖（b）給出的坐標紙上補上數(shù)據(jù)點，并繪制“”圖線______。（2）由圖線可知，小球下落的高度y，與水平距離的平方成____________（填“線性”或“非線性”）關(guān)系，由此判斷小球下落的軌跡是拋物線。（3）由圖線求得斜率k，小球平拋運動的初速度表達式為____________（用斜率k和重力加速度g表示）。（4）該實驗得到的圖線常不經(jīng)過原點，可能的原因是________________________。【答案】①.見解析②.線性③.④.水平射出點未與O點重合【命題意圖】此題考查探究平拋運動規(guī)律實驗及其相關(guān)知識點。【名師解析】（1）[1]根據(jù)上表數(shù)據(jù)在坐標紙上描出數(shù)據(jù)點，并繪制“”圖線如圖所示（2）[2]由圖線為一條傾斜的直線可知，小球下落的高度y，與水平距離的平方成線性關(guān)系。（3）[3]根據(jù)平拋運動規(guī)律可得聯(lián)立可得可知圖像的斜率為解得小球平拋運動的初速度為（4）[4]圖線是一條直線，但常不經(jīng)過原點，說明實驗中測量的y值偏大或偏小一個定值，這是小球的水平射出點未與O點重合，位于坐標原點O上方或下方所造成的。4.（2022年1月浙江選考）（1）在“研究平拋運動”實驗中，以小鋼球離開軌道末端時球心位置為坐標原點O，建立水平與豎直坐標軸。讓小球從斜槽上離水平桌面高為h處靜止釋放，使其水平拋出，通過多次描點可繪出小球做平拋運動時球心的軌跡，如圖所示。在軌跡上取一點A，讀取其坐標（x0，y0）。

①下列說法正確的是_______。A.實驗所用斜槽應盡量光滑B.畫軌跡時應把所有描出的點用平滑的曲線連接起來C.求平拋運動初速度時應讀取軌跡上離原點較遠的點的數(shù)據(jù)②根據(jù)題目所給信息，小球做平拋運動的初速度大小v0=_______。A．B．C．D．③在本實驗中要求小球多次從斜槽上同一位置由靜止釋放的理由是_______?！緟⒖即鸢浮竣?C②.D③.確保多次運動的軌跡相同【名師解析】①[1]A．只要保證小球每次從同一位置靜止釋放，到達斜槽末端的速度大小都相同，與實驗所用斜槽是否光滑無關(guān)，故A錯誤；B．畫軌跡時應應舍去誤差較大的點，把誤差小的點用平滑的曲線連接起來，故B錯誤；C．求平拋運動初速度時應讀取軌跡上離遠點較遠的點的數(shù)據(jù)，便于減小讀數(shù)產(chǎn)生的偶然誤差，故C正確；故選C。②[2]坐標原點O為拋出點，由平拋規(guī)律有，聯(lián)立解得平拋的初速度為，故選D。③[3]小球多次從斜槽上同一位置由靜止釋放是為了保證到達斜槽末端的速度大小都相同，從而能確保多次運動的軌跡相同?！疽族e警示】（2）中考生易錯用機械能守恒定律有從而得到，選答案A；造成這種錯誤的原因是考生忽略了斜槽軌道不光滑，小球在下滑的過程中還受到了摩擦力作用，這個過程的機械能是不守恒的。因此利用實驗中測平拋初速度只能從平拋運動的原理求解?？键c04探究向心力實驗1.（2024年高考海南卷）水平圓盤上緊貼邊緣放置一密度均勻的小圓柱體，如圖（a）所示，圖（b）為俯視圖