2021届高考物理二轮复习（选择性考试）学案：第15讲　力学实验与创新

专题六实验技能与创新

要点解读

1.实验基本能力：重点考查游标卡尺、螺旋测微器；多用电表等

的读数、构造、原理、重要的实验方法、实验器材的选择、电路实物

连线和运用图象与表格分析处理实验数据、实验结论、误差分析及电

学实验中的故障分析等.

2.设计与创新能力：要求考生将教材中的实验原理、实验方法迁

移到新的背景中，以完成新的实验要求的设计性实验，将逐步取代对

原教材中实验的考查.

3.实验题类型近年高考通常为“一力一电”模式.

备考对策

1.重点关注游标卡尺、螺旋测微器、多用电表、电阻箱等的读数,

电表量程、滑动变阻器及实验电路的选取等.

2.“源于课本，不拘泥于课本”一直是高考实验题命题的理念，

所以熟悉课本实验，抓住实验的灵魂——原理，是我们复习的重中之

重.

3.知识创新型实验.例如设计型、开放型、探讨型实验等都有不

同程度的创新，比如利用所学知识设计出很多测量重力加速度的实验

方案.其中，力学设计性实验在近年高考中有加强的趋势，应引起高

度重视.

第15讲力学实验与创新

知识归纳感悟真题

知识悯建

打点计时器、游标9尺、刻

rd仪器的使用i

度尺、螺旋测微器的使用

T验证牛顿第二定律|

与纸带有

-

力关的实验川验证机械能守恒定律I

学

实+探究动能定理I

验

-

..T频闪照相.光电门测速度|

7创新型实验H.

-----------3测动摩擦因额］

—实验数据的处理方法：⑴列表法:⑵平均值法:（3）图象法|

核心提炼

1.系统误差：由于仪器本身不精密、实验方法粗略或实验原理不

完善而产生的误差.系统误差总是同样偏大或偏小.系统误差可以通

过更新仪器、完善原理和精确实验方法来减小.

2.偶然误差：由各种偶然因素如测量、读数不准确、作图不规范

造成的误差.偶然误差表现为重复做同一实验时总是时而偏大时而偏

小.偶然误差可用多次测量取平均值或作图的方法来减小.

3.有效数字：带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字.有效

数字从左边第一个不为零的数字算起，如0.0125为三位有效数字，中

学阶段一般取两位或三位有效数字.

感悟真题

1.（2020•全国卷I）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、祛码盘和祛码等.

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)用天平测祛码与硅码盘的总质量叫、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祛码盘连接，并让细线水平拉

动滑块.

(4)令滑块在祛码和祛码盘的拉动下从左边开始运动，和计算机连

接的光电门能测量出遮光片经过A、3两处的光电门的遮光时间A小

A，2及遮光片从A运动到B所用的时间小.

(5)在遮光片随滑块从4运动到B的过程中，如果将祛码和硅码盘

所受重力视为滑块所受拉力，拉力冲量的大小/=,滑块动量

改变量的大小Ap=(用题中给出的物理量及重力加速度g表

示).

⑹某次测量得到的一组数据为：1.000cm,%=1.50X10-2kg)

-2-2

m2=0.400kg,A6=3.900X10s,AZ2=1.270X10s,r12=1.50s,

取g=9.80m/J.计算可得1=N-s,Ap=kg・nr「(结

果均保留三位有效数字).

(7)定义＜5=|宁^义100%,本次实验3=%(保留一位

有效数字).

解析：(1)当经过A,B两个光电门时间相等时，速度相等，此时

由于阻力很小，可以认为导轨是水平的.

(5)由知/=机出62,由AP=7W02—机知Ap=/〃2,京一机2.0

d\

-2

⑹代入数值知，冲量/=m1g/12=1.5XIOX9.8X1.5Ns^0.221

N*s,动量改变量Ap=机2（菽一还0.212kg'iws-1.

⑺片宁|X100%~4%.

答案：（1）大约相等（5）四的2居一金

(6)0.2210.212(7)4

2.（2020•全国卷II）一细绳跨过悬挂的定滑轮，两端分别系与

有小球4和3,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3释放时的

高度无o=O.59Om,下降一段距离后的高度人=0.100m；由力（）下降至九

所用的时间T=0.730s.由此求得小球B加速度的大小为a=

mH（保留三位有效数字）.

从实验室提供的数据得知，小球AW的质量分别为100.0g和150.0

g,当地重力加速度大小为g=9.80.根据牛顿第二定律计算可得小

球B加速度的大小为优=m/s2（保留三位有效数字）.

可以看出，出与«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：.

解析：由题意可知小球下降过程中做匀加速直线运动，故根据运

动学公式有脑-11=*/,代入数据解得a=1.84m/s2.根据牛顿第二定

律可知对小球A有丁一见忠=北4〃，对小球B有机喈一T=机的「带入

已知数据解得V=1.96m/s2.在实验中绳和滑轮之间有摩擦会造成实际

计算值偏小.

答案：1.841.96滑轮的轴不光滑，绳和滑轮之间有摩擦（或滑

轮有质量)

细研考点提升素养

考点一基本仪器的使用与读数

:知识研透

1.测长度两种仪器对比.

(1)读数：测量值=主尺读数(mm)

内测最爪+精度X游标尺上对齐刻线数值

尺网身1/」紧/叼螺钉£本,尺/尺

(mm)

'4gdm11gll

(2)常用精确度：10分度游标，精

外测后爪度0.1mm；

游标卡尺(不估读)

20分度游标，精度0.05mm；

50分度游标，精度0.02mm

测砧止动旋钮固定刻微调旋钮

(r[cfpSTv测量值=固定刻度+可动刻度(带

，尺架

估读值）X0.01mm

螺旋测微器(需估读)

2.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.

(2)游标卡尺在读数时先读主尺数据，再读游标尺数据，最后两数

相加.游标卡尺读数不估读.

(3)不要把游标尺的边缘当成零刻线，从而把主尺的刻度读错.

(4)螺旋测微器读数时，要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是

否已经露出.

典例口某同学用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图甲所

示，此示数为mm；用游标卡尺测量某物体的厚度时，示数如

图乙所示，此示数为________mm.

234

01020

图甲图乙

解析：螺旋测微器的固定刻度读数8mm,可动刻度读数为0.01

X47.0=0.470mm,所以最终读数为8mm+0.470mm=8.470mm,

由于需要估读，因此在范围8.470〜8.472mm内均正确；游标卡尺的

主尺读数为2cm,游标尺上第13个刻度与主尺上某一刻度对齐，因

此游标读数为0.05X13mm=0.65mm=0.065cm,所以最终读数为2

cm+0.065cm=2.065cm.

答案：8.470（8.470〜8.472均正确）2.065

题组突破

1.用游标卡尺测量小球的直径如图甲、乙所示.测量方法正确的

⑵用螺旋测微器测量金属丝的直径，如图丙所示，则此示数为

mm.

25

IIIIIII三

IIIIIII=-20

0515

图丙

解析：⑴用游标卡尺测量小球的直径，应将小球卡在外测量爪中,

故应选题图甲.

⑵螺旋测微器的示数为固定读数加上可动读数，即6.5mm+20.0

X0.01mm=6.700mm.

答案：(1)图甲(2)6.700

2.图中游标卡尺的读数为mm,螺旋测微器的读数为

解析：游标卡尺的读数为，=52mm+7XGmm=52.35mm;螺

旋测微器的读数为d=1.5mm+49.0X0.01mm=1.990mm.

答案：52.351.990(1.899〜1.991均正确)

考点二以打点计时器或光电门为计时工具的力学实验

知识研透

1.常规时间测量类仪器.

(1)打点计时器.

打点间

计时器种类工作电源电压

隔

电磁打点计交流50Hz,4V〜

0.02s

时器6V

电火花计时

交流50Hz,220V0.02s

器

(2)频闪照相机.

其作用和处理方法与打点计时器类似，它是用等时间间隔获取图

象的信息的方法，将物体在不同时刻的位置记录下来，使用时要明确

频闪的时间间隔.

2.涉及打点计时器的实验中纸带的应用.

新课标《考试大纲》规定的六个力学实验中有五个涉及打点计时

器：研究匀变速直线运动、验证牛顿第二定律、探究做功和物体速度

变化的关系和验证机械能守恒定律、验证动量守恒定律.这类实验的

关键是要掌握纸带的分析处理方法，对于纸带常见有以下三大应用：

(1)由纸带确定时间.

要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联

系，为便于测量和计算，一般每五个点取一个计数点，这样时间间隔

为A£=0.02X5s=0.1s.

(2)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，打〃点时的速度。”=拦沪1.

/L

~—.“-I—)

(3)用“逐差法”求加速度.

如图所示

Joi23456S

X\X2XjX4XsXf,

X5—X2x6—x3

因为GL3T2，。2=3y9〃3=3升

+(x+x+x)—(Xi+x+x)

所以Q—=4569P23•

(4)有些实验用光电门代替打点计时器来完成瞬时速度和加速度的

测量，具体做法如下：

①求瞬时速度：把遮光条(宽度为①通过光电门的时间M内的平

均速度看作物体经过光电门的瞬时速度，即。=(.

②求加速度：若两个光电门之间的距离为L,则利用速度与位移

的关系可求加速度，即。=芟丁士

奥题例析

典例❷(2020-全国卷川)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0.02s,从图(b)给出的数

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(结果均保留两位小数).

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.

解析：由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度狈=

(4.00-2.56)X10-2(57.86-50.66)X10-2

m/s=0.36m/s;vP=

m/s=1.80m/s,验证动能定理需要求出小车运动的过程中拉力对小车

做的功，所以还需要测量对应的3、尸之间的距离.

答案：0.361.80B、尸之间的距离

题组突破

考向❶研究匀变速直线运动实验

1.某探究小组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，将该计时器固定在小车旁，如图甲所示.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

计时器等时间间隔地滴下小水滴，图乙记录了桌面上连续的6个水滴

的位置.(已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴)

水'I尸

滴水以r/'4-

针头

左甲右

左％也133革15。力烹

乙

(1)由图乙可知，小车在桌面上是(选填“从右向左”或“从

左向右”)运动的.

(2)该小组同学根据图乙的数据判断出小车做匀变速运动.小车运

动到图乙中A点位置时的速度大小为m/s,加速度大小为

m/«结果均保留两位有效数字).

解析：(1)轻推小车后，小车在桌面上做减速运动，桌面上“水滴”

的间距应逐渐减小，小车的运动方向是从右向左.

2

(2)相邻两水滴的时间间隔为£=去S=Ts,小车运动到A位置的

土,,且4+*2(117+133)X10-3

速度大小为0A=；=-------弓----------m/s=0.1875m/s70.19

2x|

m/s;

小车运动的加速度大小为a=I6,2|、0.038

m/s*2.

答案：(1)从右向左(2)0.190.038

考向❷验证牛顿第二定律

2.用图甲所示装置探究物体的加速度与力的关系.实验时保持小

车（含车中重物）的质量M不变，细线下端悬挂钩码的总重力作为小车

受到的合力凡用打点计时器测出小车运动的加速度

甲乙

（1）（多选）关于实验操作，下列说法正确的是（）

A.实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行

B.平衡摩擦力时，在细线的下端悬挂钩码，使小车在线的拉力作

用下能匀速下滑

C.每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力

D.实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车

（2）图乙为实验中打出纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸

带上标出连续的5个计数点A、B、C、D、E,相邻两个计数点之间

都有4个点迹未标出，测出各计数点到4点间的距离.已知所用电源

的频率为50Hz,打B点时小车的速度vB=m/s,小车的加

速度a=m/s2.

（3）改变细线下端钩码的个数，得到无耳图象如图丙所示，造成图

线上端弯曲的原因可能是_______.

丙

解析：（1）调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行,

否则拉力不会等于合力，故A正确；在调节木板倾斜度平衡小车受到

的滑动摩擦力时，不应悬挂钩码，故B错误；由于平衡摩擦力之后有

Mgsin0=ftMgcos0,故tan〃=",所以无论小车的质量是否改变，小

车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力，改变小车所受

的拉力，不需要重新平衡摩擦力，故C错误；打点计时器要“早来晚

走”，即实验开始时先接通打点计时器的电源待其平稳工作后再释放小

车，而当实验结束时应先控制小车停下再停止打点计时器，故D正确.

(2)已知打点计时器电源频率为50Hz,则纸带上相邻计数点间的

时间间隔为T=5X0.02s=0.1s.

B点对应的速度狈=等=当产

m/s=0.316m/s.

根据^x—aT~可得XCE—Kic=a(2为之,

XCE~XAC0.1636~0.0632-Q.0632

小车运动的加速度为4T2=0.04

m/s2=0.93m/s2.

(3)随着力耳的增大，即随所挂钩码质量机的增大，不能满足M

》机，因此图线上端出现弯曲现象.

答案：(1)AD(2)0.3160.93(3)随所挂钩码质量机的增大，不

能满足M>m

3.在“验证牛顿运动定律”的实验中，某物理兴趣小组利用如图

甲所示的装置进行实验.

(1)用20分度的游标卡尺测出挡光片的宽度如图乙所示，则宽度d

______cm.

(2)接通气源，调节气垫导轨水平，让滑块从不同位置由静止释放,

记录挡光片通过光电门的挡光时间6测出释放点到光电门的间距为“

以S为纵轴，？为横轴作图，得到的图象是一条过原点的倾斜直线，且

斜率为k,则滑块的加速度«=(用d、k表示).

(3)若以测得的滑块加速度a为纵轴，所挂钩码的重力代替拉力F,

作出如图丙中图线1.为了减小误差，该兴趣小组将一个力传感器安装

在滑块上(传感器的质量可忽略不计)，从力传感器中得出拉力F,作出

a-F图象是图丙中的图线(选填“2”或“3”).

解析：(1)游标卡尺读数为：0.9cm+8X0.005cm=0.940cm.

jj2

(2)滑块做匀加速直线运动，有2as=",又可得§=亍7，

14ar

已知斜率为A,可得a=气.

(3)因钩码及滑块做加速运动，可知细线的拉力应比钩码的重力小，

而用传感器测出的是滑块所受的实际的拉力，此时。一尸图象应为图线

2.

答案：⑴0.940(2)((3)2

考向❸探究动能定理

4.(2019•江苏卷)某兴趣小组用如图1所示的装置验证动能定理.

(1)有两种工作频率均为50Hz的打点计时器供实验选用；

A.电磁打点计时器

B.电火花打点计时器

为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择(选填"A”或

“B").

(2)保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时

器的限位孔.实验中，为消除摩擦力的影响，在祛码盘中慢慢加入沙

子，直到小车开始运动.同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除.同

学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速

运动.看法正确的同学是(选填“甲”或“乙”).

(3)消除摩擦力的影响后，在祛码盘中加入祛码.接通打点计时器

电源，松开小车，小车运动.纸带被打出一系列点，其中的一段如图2

所示.图中纸带按实际尺寸画出，纸带上A点的速度以=m/s.

图2

(4)测出小车的质量为M,再测出纸带上起点到A点的距离为L.

小车动能的变化量可用说算出.祛码盘中祛码的质量为机，

重力加速度为g.实验中，小车的质量应(选填“远大于”“远

小于”或“接近”)硅码、祛码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的

功可用算出.多次测量，若W与AEk均基本相等则验证了动

能定理.

解析：(1)电磁打点计时器打点时运动的纸带受到的阻力较大，而

电火花打点计时器打点时运动的纸带所受阻力较小，故选B.

(2)由于刚开始运动，拉力等于最大静摩擦力，而最大静摩擦力略

大于滑动摩擦力，故平衡摩擦力的两种看法中，乙同学正确.

(3)取与4点相邻的两点，用毫米刻度尺测出两点之间的距离，如

图所示，可测得x=1.24cm.

用这一段的平均速度表示A点的瞬时速度，则。4=焉;=4^^

m/s=0.31m/s.

（4）由题意知，本实验用祛码、硅码盘和沙子的总重力大小表示小

车受到的拉力大小，故要求小车的质量应远大于雄码、祛码盘和沙子

的总质量.

答案：（1）B（2）乙（3）0.31（0.30〜0.33都算对）

（4）远大于

考向❹验证机械能守恒定律

5.某物理研究小组利用图甲装置验证机械能守恒定律，在铁架台

上安装有一电磁铁（固定不动）和一光电门（可上下移动），电磁铁通电后

将钢球吸住，然后断电，钢球自由下落，并通过光电门，计时装置可

测出钢球通过光电门的时间.

光电门

⑴用10分度的游标卡尺测量钢球的直径，示数如图乙所示，可知

钢球的直径0=cm.

（2）多次改变光电门的位置，测量出光电门到电磁铁下端O的距离

为h（h》D）,并计算出小球经过光电门时的速度。，若空气阻力可以忽

略不计，则下列关于"人的图象正确的是（

⑶钢球通过光电门的平均速度（选填“大于”或“小于”）

钢球球心通过光电门的瞬时速度.

解析：(1)游标卡尺的主尺读数为：0.9cm,游标尺上第3个刻度

和主尺上某一刻度对齐，游标读数为0.1X3mm=0.3mm,所以最终

读数为：0.93cm;

(2)利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，故

根据机械能守恒的表达式有：机那么关于"人的图象

应该是一条过原点的倾斜直线，故B正确；

(3)根据匀变速直线运动的规律得钢球通过光电门的平均速度等于

这个过程中中间时刻速度，所以钢球通过光电门的平均速度小于钢球

球心通过光电门的瞬时速度.

答案：(1)0.93(2)B(3)小于

6.如图甲所示为验证动量守恒定律的实验装置，气垫导轨置于水

平桌面上，&和Gz为两个光电门，4、3均为弹性滑块，质量分别为

机4、mB,且犯4大于机5，两遮光片沿运动方向的宽度均为d,实验过

程如下：

G

——

1气垫

⑴调节气垫导轨成水平状态;

⑵轻推滑块A,测得A通过光电门G的遮光时间为公

(3)4与B相碰后，3和A先后经过光电门G2的遮光时间分别为

打和6.

回答下列问题:

①用螺旋测微器测得遮光片宽度如图乙所示，读数为:

②实验中选择机4大于机B的目的是：.

③利用所测物理量的符号表示动量守恒定律成立的式子为:

解析：①螺旋测微器的精确度为0.01mm,转动刻度的格数估读

一位，则遮光片宽度为d=lmm+19.5X0.01mm=1.195mm（1.193~

1.197mm均可）.

②A和B发生弹性碰撞，若用质量大的A碰质量小的则A不

会发生反弹.

③滑块经过光电门时挡住光的时间极短，则平均速度可近似替代

为滑块的瞬时速度，则碰前A的速度内=孑，碰后A的速度

h4

,

碰后B的速度rB=7；由碰撞过程系统动量守恒有：mAvA=mAvA+

HIBUB；代入可得表达式：ntA~~

答案：①1.195（1.193〜1.197均可）②碰撞中滑块A不反弹③

dd.d

考点三“橡皮条、弹簧类”“平抛类”实验

知识研透

力学实验中用到弹簧或橡皮条的实验有探究弹力与弹簧伸长的关

系、验证力的平行四边形定则、探究做功与小车速度变化的关系.

1.橡皮条、弹簧的弹力大小与伸长量之间的关系满足胡克定律，

实验的数据处理中一般选用图象法.

2.胡克定律描述的是在弹性限度内，橡皮条（弹簧）的弹力与形变

量成正比，如果超出弹性限度，正比关系不再成立.

3.弹簧测力计读数时要先看量程和分度值，再根据指针所指的位

置读出所测力的大小.如分度值为0.1N,则要估读，即有两位小数，

如分度值为0.2N,则小数点后只能有一位小数.

4.图象法处理数据的要求.

(1)作图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和

结果的需要来定.

(2)要标明坐标轴名、单位，在坐标轴上每隔一定的间距按有效数

字的位数标明数值.

(3)图上的连线不一定通过所有的数据点，应尽量使数据点合理地

分布在线的两侧.

(4)作图时常通过选取适当的坐标轴使图象线性化，即“变曲为直”.

(5)有些时候，为了使坐标纸有效使用范围增大，坐标原点可以不

从“0”开始.

典超例析

典例日

板之间的动摩擦因数.跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧

秤相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置祛码.缓慢

向左拉动水平放置的木板，当木块和祛码相对桌面静止且木板仍在继

续滑动时，弹簧秤的示数即木块受到的滑动摩擦力的大小.某次实验

所得数据在下表中给出，其中力的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出.

祛码的质量

0.050.100.150.200.25

机/kg

滑动摩擦力

2.152.362.552.93

J7N

单N

MV-

-

1-三

--

-三

-一

--

-三

2-

-

-E-三

-<

-

3-

-

-

-g?三

-一

--针

4一

一

®(l

2.4

2.2

2*00.050.100.150.200.250.30m/kg

图©

回答下列问题：

(1)/4=N；

(2)在图©的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出加图线；

(3)/与小、木块质量”、木板与木块之间的动摩擦因数"及重力

加速度大小g之间的关系式为片，fin图线(直线)的斜率的

表达式为k=;

(4)g取9.80m/s2,由绘出的力〃图线求得"=(保留两位

有效数字).

解析：⑴由图(b)可知弹簧秤的读数为2.75N.

(2)画图线时应使尽可能多的点落在线上，不在线上的点应均匀分

布在线的两侧.

(3)以木块和祛码为研究对象，整体水平方向受木板的滑动摩擦力

和细线的拉力/="(M+m)g,整理得f=〃ntg+〃Mg,故加图线的斜

线k=pg.

k

(4)图线的斜率女=3.9N/kg,故"=一=0.40.

g

答案：(1)2.75(2)如图所示(3)4(M+m)gfig(4)0.40

2()1"IIH川川川甘---►

00.050.100.150.200.250.30m/kg

突，调缘

考向探究平抛运动

(2019•北京卷)用如图1所示装置研究平抛运动.将白纸和复写纸

对齐重叠并固定在竖直的硬板上.钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点

飞出，落在水平挡板MN上.由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在

挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点.移动挡板，重新

释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点.

硬板3白纸

1£

垂

线

/

图1

（1）下列实验条件必须满足的有•

A.斜槽轨道光滑

B.斜槽轨道末段水平

C.挡板高度等间距变化

D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球

（2）为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标

系.

a.取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于。点，钢球的

（选填“最上端”、“最下端”或者“球心”）对应白纸上的位置

即为原点；在确定y轴时（选填“需要”或者“不需要”）/轴

与重锤线平行.

b.若遗漏记录平抛轨迹的起始点，也可按下述方法处理数据：如

图2所示，在轨迹上取4、B、C三点，43和3C的水平间距相等且

均为x,测得AB和BC的竖直间距分别是%和为，贝哈_____1（选填

“大于”“等于”或“小于”）.可求得钢球平抛的初速度大小为

（已知当地重力加速度为g,结果用上述字母表示）.

⑶为了得到平抛物体的运动轨迹，同学们还提出了以下三种方案,

其中可行的是.

A.从细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，即可得到平抛运动

轨迹

B.用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置，平

滑连接各位置，即可得到平抛运动轨迹

C.将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一

定初速度水平抛出，将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹

(4)伽利略曾研究过平抛运动，他推断：从同一炮台水平发射的炮

弹，如果不受空气阻力，不论它们能射多远，在空中飞行的时间都一

样.这实际上揭示了平抛物体.

A.在水平方向上做匀速直线运动

B.在竖直方向上做自由落体运动

C.在下落过程中机械能守恒

(5)牛顿设想，把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落

地点就一次比一次远，如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将

绕地球运动，成为人造地球卫星.

同样是受地球引力，随着抛出速度增大，物体会从做平抛运动逐

渐变为做圆周运动，请分析原因.

解析：(1)斜槽末段水平保证钢球平抛.

(2)b.j2-ji=g^,所以T=、江产,v0=^=x-yl—^—

V81\jyiji

答案：(1)BD(2)a.球心需要b.大于x-A(3)AB

vyi~y\

(4)B(5)物体初速度较小时，运动范围很小，引力可以看作恒力——

重力，做平抛运动；随着物体初速度增大，运动范围变大，引力不能

再看作恒力；当物体初速度达到第一宇宙速度时，做圆周运动而成为

地球卫星.

考点四力学创新实验

知识的透

力学创新实验题的3个特点.

(1)以基本的力学模型为载体，依托运动学规律和力学知识设计实

验.

(2)将实验的基本方法——控制变量法，处理数据的基本方法

图象法、逐差法等融入实验的综合分析之中.

(3)在试题表现形式上，由单一、基本的形式向综合、开放的形式

发展；在试题内容的变化上，主要有实验目的和实验原理的迁移，实

验条件和实验方法的改变，实验器材和实验数据处理的变换，演变计

算题为实验问题等.

典题例析

典例口(2019-全国卷川)甲乙两位同学设计了利用数码相机的连

拍功能测重力加速度的实验.实验中，甲同学负责释放金属小球，乙

同学负责在小球自由下落的时候拍照.已知相机每间隔0.1s拍1幅照

片.

(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用

的器材是.(填正确答案标号)

A.米尺B.秒表

C.光电门D.天平

(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法.

答：_________________________________________

(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab

=24.5cm、ac=58.7cm,则该地的重力加速度大小为g=

m/sl保留两位有效数字)

bc-ab(ac-ab)~ab

解析(3)g=--=不

(58.7—24.5—24.5)XU)-?

2

0?PmH=9.7m/s

答案：(1)A(2)将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺

(3)9.7

题组突破

考向❷测量重力加速度

L(2020•江苏卷)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力加速度，实验装置如题图1所示.

图2

(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)

①把刻度尺竖直固定在墙上

②捏住小球，从刻度尺旁静止释放

③手机固定在三角架上，调整好手机镜头的位置

④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题

图2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1mm,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”

或“不能”）用⑶问中的方法测出重力加速度.

解析：（1）要测量当地重力加速度需要尽量减小空气阻力的影响，

所以密度大体积小的小钢球最适合；（2）要完成实验首先应该将刻度尺

竖直固定在墙上，安装好三脚架，调整好手机摄像头的位置；因为下

落时间很短，所以一定要先打开摄像头开始摄像，然后在将小球从刻

度尺旁静止释放，故顺序为①③④②；（3）由三张图片读出小球所在位

置的刻度分别为2.50cm,26.50cm,77.20cm;小球做自由落体运动，

根据可得

由此测得重力加速度为且=竽

加=（26.5—2.5）mm=24mm,无2=（77.2—26.5）mm=50.7mm,Ah

=h2—h\,代入得g=9.6m/s2

（4）因为就算小球偏离了竖直方向，但是小球在竖直方向上的运动

依然是自由落体运动，对实验结果无影响，故仍能用前面的方法测量

出重力加速度.

答案：（1）小钢球（2）①③④②（3）9.6（95〜9.7均正确）（4）仍能

考向❷测量动摩擦因数

2.（2019•全国卷II）如图（a）所示，某同学设计了测量铁块与木板间

动摩擦因数的实验.所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电

磁打点计时器、频率50Hz的交流电源，纸带等.回答下列问题：

（1）铁块与木板间动摩擦因数4=（用木板与水平面的夹

角〃、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示）.

（2）某次实验时，调整木板与水平面的夹角使〃=30。.接通电源.开

启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下.多次重复后

选择点迹清晰的一条纸带，如图（b）所示.图中的点为计数点（每两个相

邻的计数点间还有4