專題43力學(xué)測量性實驗- 三年（2022-2024）高考物理真題分類匯編（全國）

專題43力學(xué)測量性實驗考點三年考情（2022-2024）命題趨勢考點1利用單擺測量重力加速度（5年3考）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。2023全國高考新課程卷：一學(xué)生小組做“用單擺測量重力加速度的大小”實驗。2023年高考河北卷：單擺和光電門，用單擺測量重力加速度的大小。2024年高考遼寧卷：某同學(xué)通過實驗探究這套積木小幅擺動時周期T與外徑D之間的關(guān)系。1.利用單擺測量重力加速度高考考查頻率較高，命題點主要有：實驗注意事項，游標(biāo)卡尺測量小球直徑，圖像法處理實驗數(shù)據(jù)，擺球偏離平衡位置的位移x與時間t的關(guān)系等。2.測量動摩擦因數(shù)實驗，一般依據(jù)滑動摩擦力公式、牛頓第二定律、動能定理等，實驗裝置主要有木板、物塊和打點計時器等。測量質(zhì)量可以利用彈簧振子振動或利用牛頓第二定律?？键c2測量動摩擦因數(shù)和質(zhì)量實驗（5年2考）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。某同學(xué)設(shè)計了一個動力學(xué)方法（彈簧振子簡諧運動）測量物體質(zhì)量的實驗方案，2023高考福建卷：小組用木板光電門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。2023高考湖北卷：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。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。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。（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_____；（3）若將一個周期為T的單擺，從平衡位置拉開的角度釋放，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_____?！敬鸢浮浚?）擺長（2）1.06（3）【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（3）根據(jù)單擺的周期公式可得單擺的擺長為從平衡位置拉開的角度處釋放，可得振幅為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O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O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/s2。（結(jié)果均保留3位有效數(shù)字，π2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O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l=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T=△t/30=1.82s，由單擺周期公式T=2π，可得該小組測得的重力加速度大小為g==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。螺旋測微器示數(shù)如圖，小鋼球直徑_______________，記擺長。（3）多次改變擺線長度，在小擺角下測得不同擺長對應(yīng)小鋼球擺動周期，并作出圖像，如圖。根據(jù)圖線斜率可計算重力加速度_______________（保留3位有效數(shù)字，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”）?！敬鸢浮竣?ABD②.20.035③.9.87④.不變【解析】（1）[1]A．使用光電門測量時，光電門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，使用計算單擺的周期，故D正確。故選ABD。（2）[2]小鋼球直徑為（3）[3]單擺周期公式整理得由圖像知圖線的斜率解得（4）[4]若將擺線長度誤認(rèn)為擺長，有則得到的圖線為仍用上述圖像法處理數(shù)據(jù)，圖線斜率不變，仍為，故得到重力加速度值不變。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l＝990.1mm時，記錄并分析單擺的振動視頻，得到單擺的振動周期T＝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l，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l和作為擺長，這兩種計算方法得到的重力加速度數(shù)值的差異大小Δg隨擺線長度l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l的增加，Δg的變化特點是，原因是?！緟⒖即鸢浮浚?）19.20（2）9.86（3）逐漸減小l遠大于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=19.20mm（2）擺長L=l+d/2=990.10mm+9.60mm=999.70mm。由T=2π，解得g=，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l的增加，Δg的變化特點是逐漸減小，原因是：當(dāng)擺線足夠長時，即l遠大于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铀俣取钡膶嶒炛校海?）擺線質(zhì)量和擺球質(zhì)量分別為m線和m球，擺線長為l，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；(2)小明在測量后作出的T2——l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)）（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）單擺模型是輕細線懸掛小球，不計細線質(zhì)量，擺球視為質(zhì)點，所以該實驗要求擺線質(zhì)量遠小于擺球質(zhì)量，擺線長度要遠大于擺球直徑，即m線<<m球，l>>d；選項D正確。(2)由單擺周期公式，T=2π，可得T2=l，T2——l圖像斜率k=，由題給出的實驗T2——l圖像可得k==4.05，由=4.05解得：重力加速度g=9.74m/s2。（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T與外徑D之間的關(guān)系。（1）用刻度尺測量不同顏色積木的外徑D，其中對藍色積木的某次測量如圖（b）所示，從圖中讀出____。（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O，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O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_____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T與D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)繪制圖像進行研究，數(shù)據(jù)如下表所示：顏色紅橙黃綠青藍紫2.93922.78812.59532.48492.1971.792根據(jù)表中數(shù)據(jù)繪制出圖像如圖（d）所示，則T與D的近似關(guān)系為。A. B. C. D.（4）請寫出一條提高該實驗精度的改進措施：______?！敬鸢浮浚?）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（2）積木左端兩次經(jīng)過參考點O為一個周期，當(dāng)積木左端某次與O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，與成正比，斜率為0.5，即整理可得整理可得T與D的近似關(guān)系為，故選A。（4）為了減小實驗誤差：換更光滑的硬質(zhì)水平桌面?？键c02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)砝碼、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的砝碼固定在滑塊上，重復(fù)步驟（2）；（4）依次增加砝碼質(zhì)量m，測出對應(yīng)的周期T，實驗數(shù)據(jù)如下表所示，在圖中繪制T2—m關(guān)系圖線______；m/kgT/sT2/s20.0000.6320.3990.0500.7750.6010.1000.8930.797015010011.0020.2001.1051.2210.2501.1751381（5）由T2—m圖像可知，彈簧振子振動周期平方與砝碼質(zhì)量的關(guān)系是________（填“線性的”或“非線性的”）；（6）取下砝碼后，將待測物體固定在滑塊上，測量周期并得到T2=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T2—m圖線與原圖線相比將沿縱軸________移動（填“正方向”“負方向”或“不”）?！敬鸢浮?4).(5).線性的(6).0.120kg(7).負方向【解析】（4）[1]根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)描點連線，有（5）[2]圖線是一條傾斜的直線，說明彈簧振子振動周期的平方與砝碼質(zhì)量為線性關(guān)系。（6）[3]在圖線上找到T2=0.880s2的點，對應(yīng)橫坐標(biāo)為0.120kg。（7）[4]已知彈簧振子的周期表達式為M是小球質(zhì)量，k是彈簧的勁度系數(shù)，M變小，則T變小，相較原來放相同質(zhì)量砝碼而言，周期變小，圖線下移，即沿縱軸負方向移動。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：（1）測出鉤碼和小磁鐵的總質(zhì)量;（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“”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”）；0.0152.430.2430.0590.0253.140.3140.0990.0353720.3720.1380.0454.220.4220.1780.0554.660.4660.217（6）設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為，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式可能是______（填正確答案標(biāo)號）；A．B．C．D．（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.（5）②.線性的（6）③.A（7）④.空氣阻力【名師解析】（3）由某次采集到的磁感應(yīng)強度的大小隨時間變化的圖像，可以算出彈簧振子振動周期。（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/s2，所以彈簧振子振動周期的表達式可能是T=，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：（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_________（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的擋光時間和，求得擋光片經(jīng)過光電門時滑塊的速度大小和。某次測得，則_________（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)的表達式，可得_________（用L、、、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；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_________?！緟⒖即鸢浮浚?）.5.25（3）.1.00（4）.（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+5×0.05mm=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（4）擋光片依次經(jīng)過光電門A和B，由動能定理可得解得（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n（）個砝碼（電子秤稱得每個砝碼的質(zhì)量為），向左拉動木板的同時，記錄電子秤的對應(yīng)示數(shù)m。（1）實驗中，拉動木板時__________（填“必須”或“不必”）保持勻速。（2）用和分別表示木塊A和重物B的質(zhì)量，則m和所滿足的關(guān)系式為__________。（3）根據(jù)測量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上繪制出圖像，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②.③.0.40【名師解析】（1）[1]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）[2]對木塊、砝碼以及重物B分析可知解得（3）[3]根據(jù)結(jié)合圖像可知則μ=0.405.（2022年山東物理）在天宮課堂