2022-2024年高考物理試題匯編：力學(xué)測量性實驗（解析版）

三年真題上

力學(xué)惻量他實齡

邕經(jīng)宥值。麴題僧

考點三年考情（2022-2024）命題趨勢

2024年高考廣西卷：單擺實驗，以釋放時刻作為

計時起點，則擺球偏離平衡位置的位移X與時間

t的關(guān)系。

考點1利用單2023全國高考新課程卷：一學(xué)生小組做“用單擺

擺測量重力加測量重力加速度的大小”實驗。

1.利用單擺測量重力加速度高考

速度2023年高考河北卷：單擺和光電門，用單擺測量

考查頻率較高，命題點主要有：實

（5年3考）重力加速度的大小。

驗注意事項，游標(biāo)卡尺測量小球直

2024年高考遼寧卷:某同學(xué)通過實驗探究這套積

徑，圖像法處理實驗數(shù)據(jù)，擺球偏

木小幅擺動時周期7■與外徑。之間的關(guān)系。

離平衡位置的位移X與時間t的關(guān)

系等。

2024年高考湖南卷：在太空，物體完全失重，用

2.測量動摩擦因數(shù)實驗，一般依據(jù)

天平無法測量質(zhì)量。某同學(xué)設(shè)計了一個動力學(xué)方

滑動摩擦力公式、牛頓第二定律、

法（彈簧振子簡諧運動）測量物體質(zhì)量的實驗方

動能定理等，實驗裝置主要有木

案，

考點2測量動板、物塊和打點計時器等。測量質(zhì)

2023高考福建卷:小組用木板光電門的實驗裝置

摩擦因數(shù)和質(zhì)量可以利用彈簧振子振動或利用

探究斜面傾角是否對動摩擦因數(shù)產(chǎn)生影響。

量實驗牛頓第二定律。

2023高考湖北卷：同學(xué)利用測質(zhì)量的小型家用電

（5年2考）

子秤，設(shè)計了測量木塊和木板間動摩擦因數(shù)〃的

實驗。

2022年山東物理：在天宮課堂中、我國航天員演

示了利用牛頓第二定律測量物體質(zhì)量的實驗。

竊窟⑥綴。閡滔送醫(yī)

考點01利用單擺測量重力加速度實驗

1..(2024年高考廣西卷)單擺可作為研究簡諧運動的理想模型。

圖甲圖乙圖丙

(1)制作單擺時，在圖甲、圖乙兩種單擺的懸掛方式中，選擇圖甲方式的目的是要保持?jǐn)[動中不變;

(2)用游標(biāo)卡尺測量擺球直徑，測得讀數(shù)如圖丙，則擺球直徑為cm；

(3)若將一個周期為7■的單擺，從平衡位置拉開5°的角度釋放，忽略空氣阻力，擺球的振動可看為簡諧運

動。當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,以釋放時刻作為計時起點，則擺球偏離平衡位置的位移X與時間t的關(guān)系為

gT-sin5°2萬

【答案】(1)擺長(2)1.06(3)X=cos

4/T

【解析】

(1)選擇圖甲方式的目的是要保持?jǐn)[動中擺長不變；

(2)根據(jù)游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)則，可知擺球直徑為"=L0cm+6x0.1mm=1.06cm

根據(jù)單擺的周期公式T=2c可得單擺的擺長為

4/

從平衡位置拉開5°的角度處釋放，可得振幅為A=Lsin5°

以該位置為計時起點，根據(jù)簡諧運動規(guī)律可得擺球偏離平衡位置的位移x與時間t的關(guān)系為

.gT2sin5°(2TC\

x=Acoscot---------cos——t

4TT2\T)

2.（2023全國高考新課程卷）（12分）一學(xué)生小組做“用單擺測量重力加速度的大小”實驗。

圖（a）圖（b）圖(c)

（1）用實驗室提供的螺旋測微器測量擺球直徑。首先，調(diào)節(jié)螺旋測微器，擰動微調(diào)旋鈕使測微螺桿和測砧

相觸時，發(fā)現(xiàn)固定刻度的橫線與可動刻度上的零刻度線未對齊，如圖（a）所示，該示數(shù)為——mm；

螺旋測微器在夾有擺球時示數(shù)如圖（b）所示，該示數(shù)為mm,則擺球的直徑為—mm。

（2）單擺實驗的裝置示意圖如圖（c）所示，其中角度盤需要固定在桿上的確定點。處，擺線在角度盤上

所指的示數(shù)為擺角的大小。若將角度盤固定在。點上方，則擺線在角度盤上所指的示數(shù)為5。時，實際擺角

5。（填“大于”或“小于”）。

（3）某次實驗所用單擺的擺線長度為81.50cm,則擺長為cm。實驗中觀測到從擺球第1次經(jīng)過最

低點到第61次經(jīng)過最低點的時間間隔為54.60s,則此單擺周期為s,該小組測得的重力加速度大小

為m/s2o（結(jié)果均保留3位有效數(shù)字，叱取9.870）

【參考答案】（1）0.00620.03520.029

（2）大于（3）82.51,829.83

【名師解析】（1）根據(jù)游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)則，圖（a）所示的示數(shù)為0.006mm；螺旋測微器在夾有擺球時示數(shù)

如圖（b）所示，該示數(shù)為20.035mm,則擺球的直徑為20.035mm-0.006mm=20.029mm。

（2）若將角度盤固定在。點上方，則擺線在角度盤上所指的示數(shù)為5。時，實際擺角大于5。。

（3）擺長為/=81.50cm+1.00cm=82.5cm。實驗中觀測到從擺球第1次經(jīng)過最低點到第61次經(jīng)過最低點的時

間間隔為△t=54.60s,則此單擺周期為丁=2^/30=1.82$,由單擺周期公式T=2n匕，可得該小組測得的重力

,4/(

加速度大小為g=/2=9.83m/s2。

3.（2023年高考河北卷）某實驗小組利用圖裝置測量重力加速度。擺線上端固定在。點，下端懸掛一小鋼

球，通過光電門傳感器采集擺動周期。

（1）關(guān)于本實驗，下列說法正確的是。（多選）

A.小鋼球擺動平面應(yīng)與光電門U形平面垂直B.應(yīng)在小鋼球自然下垂時測量擺線長度

C.小鋼球可以換成較輕的橡膠球D.應(yīng)無初速度、小擺角釋放小鋼球

（2）組裝好裝置，用毫米刻度尺測量擺線長度￡,用螺旋測微器測量小鋼球直徑4。螺旋測微器示數(shù)如圖,

小鋼球直徑d=mm,記擺長/二￡+幺。

2

（3）多次改變擺線長度，在小擺角下測得不同擺長/對應(yīng)的小鋼球擺動周期T,并作出/-片圖像，如圖。

八〃m

1.0

0.9

S

.8

.7

O..Z6

O.力

55-?

3.,03.4..O4.

根據(jù)圖線斜率可計算重力加速度g=m/s2（保留3位有效數(shù)字，后取9.87）。

（4）若將擺線長度誤認(rèn)為擺長，仍用上述圖像法處理數(shù)據(jù)，得到的重力加速度值將（填“偏

大”“偏小”或“不變”）。

【答案】①.ABD②.20.035③.9.87④.不變

【解析】

（1）[1]A.使用光電門測量時，光電門U形平面與被測物體的運動方向垂直是光電門使用的基本要求，故

A正確；

B.測量擺線長度時，要保證繩子處于伸直狀態(tài)，故B正確；

C.單擺是一個理想化模型，若采用質(zhì)量較輕的橡膠球，空氣阻力對擺球運動的影響較大，故C錯誤；

D.無初速度、小擺角釋放的目的是保持?jǐn)[球在豎直平面內(nèi)運動，不形成圓錐擺，且單擺只有在擺角很小的

情況下才可視為簡諧運動，使用T=計算單擺的周期,故D正確。

故選ABD。

（2）[2]小鋼球直徑為

d=20mm+3.5x0.01mm=二20.035mm

（3）[3]單擺周期公式

整理得

1=鼻12

由圖像知圖線的斜率

1.10-0.601/2

k=邑：=--------------m/zs2=—m/s

47之4.40-2.404

解得

g=9.87m/s2

（4）[4]若將擺線長度工誤認(rèn)為擺長,,有

則得到的圖線為

L上—上

4/2

仍用上述圖像法處理數(shù)據(jù)，圖線斜率不變，仍為告，故得到的重力加速度值不變。

472

4.（7分）（2023高考重慶卷）某實驗小組用單擺測量重力加速度。所用實驗器材有擺球、長度可調(diào)的輕質(zhì)

擺線、刻度尺、50分度的游標(biāo)卡尺、攝像裝置等。

（1）用游標(biāo)卡尺測量擺球直徑d。當(dāng)量爪并攏時，游標(biāo)尺和主尺的零刻度線對齊。放置擺球后游標(biāo)卡尺示

數(shù)如題11圖1甲所示，則擺球的直徑d為mm。

（2）用擺線和擺球組成單擺，如題11圖1乙所示。當(dāng)擺線長度/=990.1mm時，記錄并分析單擺的振動視

頻，得到單擺的振動周期7=2.00s,由此算得重力加速度g為m/s2（保留3位有效數(shù)字）。

（3）改變擺線長度/,記錄并分析單擺的振動視頻，得到相應(yīng)的振動周期。他們發(fā)現(xiàn)，分別用/和/+&作

2

為擺長，這兩種計算方法得到的重力加速度數(shù)值的差異大小Ag隨擺線長度/的變化曲線如題11圖2所示。

由圖可知，該實驗中，隨著擺線長度/的增加，Ag的變化特點是，原因是.

（3）逐漸減小/遠(yuǎn)大于d時，擺球可以視為質(zhì)點

【名師解析】（1）根據(jù)游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)則，擺球的直徑d=19mm+0.20mm=19.20_mm

(2)擺長L=l+d/2=990.10mm+9.60mm=999.70mm。由T=2H,代入數(shù)據(jù)得g=9.86m/s2。

（3）由圖可知，該實驗中，隨著擺線長度/的增加，Ag的變化特點是逐漸減小，原因是：當(dāng)擺線足夠長時,

即/遠(yuǎn)大于d時，擺球可以視為質(zhì)點。

5（2022高考上海）在“用單擺測定當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取钡膶嶒炛?

（1）擺線質(zhì)量和擺球質(zhì)量分別為m線和m球，擺線長為I,擺球直徑為d,則

A.m線>>m球,l?d；

B.m線>>m球,l?d；

C.m線<<m球,l?d；

D.m線<<m球,l?d；

⑵小明在測量后作出的尸一一/圖像如圖所示，則他測得的結(jié)果是g=m/s2,（保留2為小數(shù)）

//cm

（3）為了減小實驗誤差，應(yīng)該從最高點還是最低點開始計時，請簡述理由

18.【參考答案】（1）D（2）9.74（3）最低點速度最大，計時誤差最小。

【命題意圖】本題考查單擺測量重力加速度+圖像法處理實驗數(shù)據(jù)+誤差分析+實驗探究能力+模型思想

【名師解析】（1）單擺模型是輕細(xì)線懸掛小球，不計細(xì)線質(zhì)量，擺球視為質(zhì)點，所以該實驗要求擺線質(zhì)量

遠(yuǎn)小于擺球質(zhì)量，擺線長度要遠(yuǎn)大于擺球直徑，即m線<<m球，/>>d；選項D正確。

ry4乃24萬2

⑵由單擺周期公式，T=2~—,可得聲一I,產(chǎn)——/圖像斜率k=——,由題給出的實驗尸——/圖像可

gg

得匕3.85-3.00=405,由紇=4.05解得：重力加速度g=9.74m/s2。

0.95-0.74g

（3）由于擺球擺動到最低點時速度最大，以最低點開始計時，計時誤差最小。

6.（2024年高考遼寧卷）圖（a）為一套半圓拱形七色彩虹積木示意圖，不同顏色的積木直徑不同。某同

學(xué)通過實驗探究這套積木小幅擺動時周期了與外徑。之間的關(guān)系。

（1）用刻度尺測量不同顏色積木的外徑。，其中對藍(lán)色積木的某次測量如圖（b）所示，從圖中讀出。=—

cm。

（2）將一塊積木靜置于硬質(zhì)水平桌面上，設(shè)置積木左端平衡位置的參考點0,將積木的右端按下后釋放，

如圖（c）所示。當(dāng)積木左端某次與。點等高時記為第。次并開始計時，第20次時停止計時，這一過程中

積木擺動了個周期。

（3）換用其他積木重復(fù)上述操作，測得多組數(shù)據(jù)。為了探究7■與。之間的函數(shù)關(guān)系，可用它們的自然對數(shù)

作為橫、縱坐標(biāo)繪制圖像進(jìn)行研究，數(shù)據(jù)如下表所示：

顏色紅橙黃綠主藍(lán)紫

InD2.93922.78812.59532.48492.1971.792

InT-0.45-0.53-0.56-0.65-0.78-0.92-1.02

\nT

-0.4山山田川田Willi“田田田I田日田田日日川田日山田

-0.5:之三::三度且妄玄;

-0.6HNNHnnNNNnNNNNnnNHHnnHH==^Ezz=N==NHH=NH

-0.7■三之；m;;二;;不:；

-0.8=H=nHnn=nHnnHNyhHyHNNnnnNN=====================

-0.9;;;屈;；腹;后三;

-i.o;;國老三；

-i.i二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二—>

1.601.802.002.202.402.602.803.00InD

圖(d)

根據(jù)表中數(shù)據(jù)繪制出InT-In。圖像如圖(d)所示，則7■與。的近似關(guān)系為。

A.T8歷B.TxD2

T1,1

CT0c訪D.TB方

(4)請寫出一條提高該實驗精度的改進(jìn)措施：=

【答案】(1)7.54##7.55##7.56

(2)10(3)A

(4)換更光滑的硬質(zhì)水平桌面

【解析】

(1)刻度尺的分度值為0.1cm,需要估讀到分度值下一位，讀數(shù)為。=7.55cm

(2)積木左端兩次經(jīng)過參考點。為一個周期，當(dāng)積木左端某次與。點等高時記為第0次并開始計時，第

20次時停止計時，這一過程中積木擺動了10個周期。

(3)由圖可知，InT與In。成正比，斜率為0.5,即

ln7=0.51nD

整理可得

lnT=ln￡>2

整理可得7與D的近似關(guān)系為ToeJ5,故選A。

(4)為了減小實驗誤差：換更光滑的硬質(zhì)水平桌面。

考點02測量動摩擦因數(shù)和質(zhì)量

1.(2024年高考湖南卷)在太空，物體完全失重，用天平無法測量質(zhì)量。如圖，某同學(xué)設(shè)計了一個動力學(xué)

方法測量物體質(zhì)量的實驗方案，主要實驗儀器包括：氣墊導(dǎo)軌、滑塊、輕彈簧、標(biāo)準(zhǔn)祛碼、光電計時器和

待測物體，主要步驟如下：

（1）調(diào)平氣墊導(dǎo)軌，將彈簧左端連接氣墊導(dǎo)軌左端，右端連接滑塊；

（2）將滑塊拉至離平衡位置20cm處由靜止釋放，滑塊第1次經(jīng)過平衡位置處開始計時，第21次經(jīng)過平衡

位置時停止計時，由此測得彈簧振子的振動周期T-

（3）將質(zhì)量為m的祛碼固定在滑塊上，重復(fù)步驟（2）；

（4）依次增加祛碼質(zhì)量m,測出對應(yīng)的周期丁，實驗數(shù)據(jù)如下表所示，在圖中繪制尸一）關(guān)系圖線；

m/kg77sT2/s2

0.0000.6320.399

0.0500.7750.601

0.1000.8930.797

015010011.002

0.2001.1051.221

0.2501.1751381

（5）由產(chǎn)一m圖像可知，彈簧振子振動周期的平方與祛碼質(zhì)量的關(guān)系是（填“線性的”或“非線

性的”）；

（6）取下祛碼后，將待測物體固定在滑塊上，測量周期并得到產(chǎn)=0.880s2,則待測物體質(zhì)量是kg

（保留3位有效數(shù)字）；

（7）若換一個質(zhì)量較小的滑塊重做上述實驗，所得產(chǎn)一〃圖線與原圖線相比將沿縱軸移動（填“正

方向”“負(fù)方向”或“不嘰

r2/s2

⑸.線性的⑹.0.120kg⑺.負(fù)方向

【解析】

(5)⑵圖線是一條傾斜的直線，說明彈簧振子振動周期的平方與祛碼質(zhì)量為線性關(guān)系。

(6)[3]在圖線上找到產(chǎn)=0.880s2的點,對應(yīng)橫坐標(biāo)為0.120kg。

(7)⑷已知彈簧振子的周期表達(dá)式為

M是小球質(zhì)量，k是彈簧的勁度系數(shù)，M變小，則7■變小，相較原來放相同質(zhì)量祛碼而言，周期變小，圖線

下移，即沿縱軸負(fù)方向移動。

2.(2023高考湖南卷)某同學(xué)探究彈簧振子振動周期與質(zhì)量的關(guān)系，實驗裝置如圖(a)所示，輕質(zhì)彈簧

上端懸掛在鐵架臺上，下端掛有鉤碼，鉤碼下表面吸附一個小磁鐵，其正下方放置智能手機，手機中的磁

傳感器可以采集磁感應(yīng)強度實時變化的數(shù)據(jù)并輸出圖像，實驗步驟如下：

圖（a）

ci）測出鉤碼和小磁鐵的總質(zhì)量加；

（2）在彈簧下端掛上該鉤碼和小磁鐵，使彈簧振子在豎直方向做簡諧運動，打開手機的磁傳感器軟件，此

時磁傳感器記錄的磁感應(yīng)強度變化周期等于彈簧振子振動周期；

（3）某次采集到的磁感應(yīng)強度3的大小隨時間/變化的圖像如圖（b）所示，從圖中可以算出彈簧振子振動

周期？=（用"辦”表示）;

（4）改變鉤碼質(zhì)量，重復(fù)上述步驟；

（5）實驗測得數(shù)據(jù)如下表所示，分析數(shù)據(jù)可知，彈簧振子振動周期的平方與質(zhì)量的關(guān)系是（填“線

性的”或“非線性的”）;

m/kg10T/sT/sT2/s2

0.0152.430.2430.059

0.0253.140.3140.099

0.0353720.3720.138

0.0454.220.4220.178

0.0554.660.4660.217

（6）設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為左，根據(jù)實驗結(jié)果并結(jié)合物理量的單位關(guān)系，彈簧振子振動周期的表達(dá)式可能是

（填正確答案標(biāo)號）；

A.2萬巧B.2乃C.D.2兀kGi

（7）除偶然誤差外，寫出一條本實驗中可能產(chǎn)生誤差的原因：.

【參考答案】

（3）①.今（5）②.線性的⑹③.A（7）④.空氣阻力

【名師解析】（3）由某次采集到的磁感應(yīng)強度8的大小隨時間f變化的圖像，可以算出彈簧振子振動周期

1rp=-%-O

10

（5）分析數(shù)據(jù)可知，彈簧振子振動周期的平方與質(zhì)量的關(guān)系是線性的。

（6）勁度系數(shù)k的單位為N/m=kg/s?,所以彈簧振子振動周期的表達(dá)式可能是T=2萬J，，A正確。

（7）除偶然誤差外，實驗中可能產(chǎn)生誤差的原因是空氣阻力。

3.（2023高考福建卷）某小組用圖（a）所示的實驗裝置探究斜面傾角是否對動摩擦因數(shù)產(chǎn)生影響。所用

器材有：絨布木板、滑塊、擋光片、米尺、游標(biāo)卡尺、光電門、傾角調(diào)節(jié)儀等。實驗過程如下：

圖(a)圖⑹

（1）將絨布平鋪并固定在木板上，然后將光電門A、B固定在木板上。用米尺測量A、B間距離L；

（2）用游標(biāo)卡尺測量擋光片寬度d,示數(shù)如圖（b）所示。該擋光片寬度d=mm

（3）調(diào)節(jié)并記錄木板與水平面的夾角。，讓裝有擋光片的滑塊從木板頂端下滑。記錄擋光片依次經(jīng)過光電

門A和B的擋光時間△人和A=，求得擋光片經(jīng)過光電門時滑塊的速度大?。ズ蚔B。某次測得

3

ArA=5.25XWS,則以=_________m/s（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）

（4）推導(dǎo)滑塊與絨布間動摩擦因數(shù)〃的表達(dá)式，可得〃=（用L、以、％、。和重力加速度大

小g表示），利用所得實驗數(shù)據(jù)計算出〃值；

（5）改變。進(jìn)行多次實驗，獲得與。對應(yīng)的〃，并在坐標(biāo)紙上作出〃-，關(guān)系圖像，如圖（c）所示;

圖(c)

根據(jù)上述實驗，在誤差允許范圍內(nèi)，可以得到的結(jié)論為=

【參考答案】(2).525(3).1.00(4).tan?！?唯一”

2gLcos0

(5).斜面傾角對動摩擦因數(shù)沒有影響

【名師解析】

(2)根據(jù)游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)則，該擋光片寬度，d=5mm+5x0.05mm=5.25mm

(3)根據(jù)時間極短的平均速度近似等于瞬時速度，擋光片經(jīng)過光電門A的速度

d5.25x10-3

m/s=1.00m/s

5.25x10—3

11

(4)擋光片依次經(jīng)過光電門A和B,由動能定理可得/加v；9-務(wù)加v：7=rngLsin0-/umgLcos0

2_2

解得〃=tan0————匕一

2gLcos0

(5)根據(jù)圖像可知，動摩擦因數(shù)并不隨角度的變化而發(fā)生變化，所以可以得到的結(jié)論為斜面傾角對動摩擦

因數(shù)沒有影響。

4..(2023高考湖北卷)某同學(xué)利用測質(zhì)量的小型家用電子秤，設(shè)計了測量木塊和木板間動摩擦因數(shù)〃

的實驗。

如圖(a)所示，木板和木塊A放在水平桌面上，電子秤放在水平地面上，木塊A和放在電子秤上的重物B

通過跨過定滑輪的輕繩相連。調(diào)節(jié)滑輪，使其與木塊A間的輕繩水平，與重物B間的輕繩豎直。在木塊A

上放置"(〃=0,1,2,3,4,5)個祛碼(電子秤稱得每個祛碼的質(zhì)量/為20.0g),向左拉動木板的同時，記

錄電子秤的對應(yīng)示數(shù)m。

加/g

60（；

50

祛碼40

圖（a）圖（b）

（1）實驗中，拉動木板時（填“必須”或“不必”）保持勻速。

（2）用根A和根B分別表示木塊A和重物B的質(zhì)量，則m和加A、叫、加0、〃、〃所滿足的關(guān)系式為加=

（3）根據(jù)測量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上繪制出機一〃圖像，如圖（b）所示，可得木塊A和木板間的動摩擦因數(shù)

〃=（保留2位有效數(shù)字）。

【參考答案】①.不必）

②.m=mB+nm0'③.0.40

【名師解析】

（1）⑺木塊與木板間的滑動摩擦力與兩者之間的相對速度無關(guān)，則實驗拉動木板時不必保持勻速；

（2）⑵對木塊、祛碼以及重物B分析可知

〃（加A