力学实验-2024年高考物理重难点复习（新高考专用）

重难点14力学实验

»命题趋势

1.命题情境具有一定的问题性、真实性、探究性或开放性。试题的任务情境呈现出类型多样、、具有一定复

杂程度和开放性等特点的真实情境。

2.命题中实验资源不仅限于实验室的现有仪器和设备，日常用品、废旧材料也是重要的实验室资源。实验

考查经常利用日常用品和材料来替代实验材料，其实验现象更明显、直观，或者利用这些材料创新物理实

验，引导学生有更多动手做实验的机会，更多亲历实验演示的机会。

3.命题中更多出现数字实验,创新实验方式等数字实验室系统,它们利用传感数据采集器等收集实验数据，

用计算机软件分析实验数据、得出实验结论。试题经常出现利用数字实验或云技术平挥决一些用常规方法

难以实现的疑难实验，或利用手机等信息技术工具捷地解决某些物理学习问题。

4.依据全国范围真题特点，实验考查的知识范围为课标要求必做的21个实验，同时结合创新情境或装置注

重考查实验方法的迁移和灵活运用。复习期间，除了需要巩固对实验基本能力点(器材基本使用、仪器读数、

数据原理分析)外，还需要对创新实验进一步练习，达到知识灵活迁移的目标。试题命题还呈现出实验目的

的生活化，实验器材的生活化等特点。

"重难诠释

一、速度与加速度的测量

①利用平均速度求瞬时速度：％=月产=细/二

②利用逐差法求解平均加速度

X4—尤1X5~X2尤6一X3.。1+。2+的(X4+%5+A：6)—(%1+%2+-^3)

ai=-372-，a2=~3J2-，的=--=4=2=■

③利用速度一时间图像求加速度

a.作出速度一时间图像，通过图像的斜率求解物体的加速度；

b.剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度.

二、胡克定律实验原理

(1)如图所示，弹簧下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等.

ii

KK

:w

E

§w

iK

ME

K

X受

邕

(2)用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量尤，建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小凡以横坐标

表示弹簧的伸长量x,在坐标系中描出实验所测得的各组(x,F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实

验所得的图线，就可探知弹力大小与形变量间的关系.

三、平行四边形定则实验原理

(1)等效法：一个力『的作用效果和两个力为、治的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一

点，所以一个力户就是这两个力为和色的合力，作出力/的图示，如图所示.

⑵平行四边形定则：根据平行四边形定则作出力分和尸2的合力尸的图示.

(3)验证：比较/和尸'的大小和方向，若在误差允许的范围内相等，则验证了力的平行四边形定则.

四、牛顿第二定律实验原理

(1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系.

⑵保持合外力不变，探究加速度与质量的关系.

(3)作出a—尸图像和a—(图像，确定a与尸、机的关系.

五、平抛运动实验原理

计算平抛物体的初速度

情景1：若原点。为抛出点，利用公式x=o()Z"和丫=上产即可求出多个初速度最后求出初速度

的平均值，这就是做平抛运动的物体的初速度.

情景2：若原点。不是抛出点

①在轨迹曲线上取三点A、B、C,使XAB=XBC=X，如图所示.A到B与8到C的时间相等，设为「

②用刻度尺分别测出刻、yc，则有yAB=VB—SBc—yc—yB.

③yBC—yAB=g/，且OoT=X,由以上两式得Oo=x\/—s.

'\]yBc-yAB

六、向心力实验原理

本实验探究了向心力与多个物理量之间的关系，因而实验方法采用了控制变量法，如图所示，匀速转动手

柄，可以使塔轮、长槽和短槽匀速转动，槽内的小球也就随之做匀速圆周运动，此时小球向外挤压挡板，挡

板对小球有一个向内的(指向圆周运动圆心)的弹力作为小球做匀速圆周运动的向心力，可以通过标尺上露出

的红白相间等分标记，粗略计算出两球所需向心力的比值.

在实验过程中可以通过两个小球同时做圆周运动对照，分别分析下列情形：

(1)在质量、半径一定的情况下，探究向心力大小与角速度的关系.

(2)在质量、角速度一定的情况下，探究向心力大小与半径的关系.

(3)在半径、角速度一定的情况下，探究向心力大小与质量的关系.

七、机械能守恒定律实验原理

通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和对应过程动能的增加量，在实验误差允许范围

内，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律.

II

八、动量守恒定律实验原理

在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量机1、他和碰撞前、后物体的速度6、02、V[,>02,，算出碰撞前

的动量,=如01+加2。2及碰撞后的动量P'=miVl'+加2。2’，看碰撞前、后动量是否相等.

九、单摆测重力加速度原理

当摆角较小时，单摆做简谐运动，其运动周期为T=2R^,由此得到8=竿，因此，只要测出摆长/和振

动周期T,就可以求出当地的重力加速度g的值.

重难通关练

（建议用时：30分钟）

1.如图所示的实验装置可以用来验证机械能守恒定律，弹簧上端连接一个力传感器，力传感器固定在铁

架台横梁上，弹簧下端连接一枚钢球。钢球上固定一个挡光片，钢球和挡光片总质量为相。调整两个光电

门的位置，使得钢球由静止释放后能够通过光电门A和光电门B。测出光电门A、B与弹簧自然状态时最

下端距离分别为可、重力加速度g。

（1）用螺旋测微器测量光电门挡光片厚度如图所示，则光电门挡光片厚度”=mm.

（2）实验过程中测得遮光片经过光电门A、B时力传感器的读数分别为耳、B，遮光片经过光电门A、B

时的挡光时间分别为可、加2，若M＜飘则表明小球从A到B过程动能（填"增加"或"减少"）

（3）小球从光电门A运动到光电门B的过程中，由于弹簧弹力与伸长量成正比，可用平均力计算克服弹

力所做的功W=;然后根据实验数据得出小球机械能减少量AE,比较W和AE,若两者在误差范

围内近似相等，则小球和弹簧组成的系统机械能守恒。

2.某同学为了测量小物块与木板间的动摩擦因数，就地取材设计了如下实验。

（1）如图甲所示，选择合适高度的垫块，使木板的倾角为37。，在其上表面固定一把与小物块下滑路径平

行的刻度尺（图中未画出）。

（2）调整手机使其摄像头正对木板表面，开启视频录像功能。将小物块从木板顶端释放，用手机记录下

小物块沿木板向下做加速直线运动的情况。然后通过录像的回放，选择小物块运动路径上合适的一点作为

测量参考点，得到小物块相对于该点的运动距离L与运动时间t的数据。

（3）该同学选取部分实验数据，画出了图像，如图乙所示。由图像可得，物块过测量参考点时的速

t

（4）根据上述数据，可得小物块与木板间的动摩擦因数为0（结果保留两位有效数字，当地的重

力力口速度大小为9.8m/s2,sin37°=0.60,cos37°=0.80）

3.某小组同学用如图甲所示的DIS二维运动实验系统研究单摆在运动过程中机械能的转化和守恒（忽略空

气阻力），实验时，使发射器（相当于摆球）偏离平衡位置后由静止释放，使其在竖直平面内摆动，系统

每隔0.02s记录一次发射器的位置，多次往复运动后，在计算机屏幕上得到的发射器在竖直平面内的运动

轨迹如图乙所示，在运动轨迹上选取适当区域后，点击"计算数据"，系统即可计算出摆球在所选区域内各

点的重力势能、动能，并绘出对应的图线，如图丙所示。（当地的重力加速度g=10m/s2）

（1）此单摆的周期为S;

（2）在图丙中画出0~0.50s内摆球机械能的变化关系图线；

（3）发射器的质量为kg（此结果保留两位有效数字）。

4.传感器在现代生活中有着广泛的应用。某学习小组利用传感器研究"小车（含拉力传感器）质量一定

时，加速度与合外力关系"，实验步骤如下：

①细绳一端绕在电动机上，另一端系在拉力传感器上。将小车放在长板的P位置，调整细绳与长板平行，

启动电动机，使小车沿长板向下做匀速运动，记录此时拉力传感器的示数为；

②撤去细绳，让小车从P位置由静止开始下滑，设此时小车受到的合外力为产，通过位移传感器可得到小

车与位移传感器的距离随时间变化的ST图像，并求出小车的加速度。。

（1）某段时间内小车的ST图像如图乙，根据图像可得小车的加速度大小为m/s2（计算结果保

留两位小数）。

s/cm

42.80

36.30

八I------1----i----!---□->­//Q

U0.100.200.30

乙

（2）实验中（不增加实验器材）只需要改变图甲中,重复步骤①②可得多组尸、。的数据，就

能完成相关实验内容。

（3）某次实验中步骤①拉力传感器的示数线，小车（含拉力传感器）质量为m，长板与水平面的夹角为

0,重力加速度为g,则小车与斜面的动摩擦因数表达式为〃==（用与、加、。、g表

示）

5.（2023・四川泸州•统考一模）某实验小组利用无线力传感器和光电门传感器探究"动能定理"。将无线力传

感器和挡光片固定在小车上，用不可伸长的细线通过一个定滑轮与重物相连，无线力传感器记录小车受到

拉力的大小。在水平轨道上A、B两点各固定一个光电门传感器，用于测量小车的速度V/和V2,如图所

示。在小车上放置祛码来改变小车质量，用不同的重物来改变拉力的大小。

实验主要步骤如下：

（1）测量小车和拉力传感器的总质量跖。正确连接所需电路，接下来（填"需要"或"不需要"）

平衡小车的摩擦力。

（2）按合理要求操作后，把细线的一端固定在力传感器上，另一端通过定滑轮与重物相连；将小车停在

点C,由静止开始释放小车，小车在细线拉动下运动，除了光电门传感器测量速度和力传感器测量细线拉

力的数据以外，还应该测量的数据是;

（3）改变小车的质量或重物的质量，重复（2）的操作。下表是实验所得的部分数据。

2-2

次数M/kg归一川/m-sAEk/JF/NW/J

10.6000.8400.2520.5000.250

20.6001.40△「20.8380.419

30.6002.500.7501.492W3

（4）表格中M是与小车中祛码质量之和，八耳为小车、拉力传感器及车中祛码的动能变化量，尸是拉

力传感器的拉力，W是E在A、8间所做的功。表中的AEk2=J,M=J（结果均保留三

位有效数字）。

（5）该小组组员发现每组数据始终有MAE”排除偶然因素造成误差外，最可能出现以上结果的原因

是O

6.（2023•山东青岛•统考模拟预测）利用DIS实验装置验证变力作用下的动量定理时，组装了如图所示的装

置。调整轨道水平，将力传感器、光电传感器接入计算机，将遮光片的宽度和小车质量输入计算机。推动

小车使其与力传感器测力点发生碰撞，通过传感器在计算机中描绘出碰撞中作用力随时间变化的图像，得

出小车受到此力的冲量。由光电传感器测量的时间得到小车动量的变化量。比较小车受到的力的冲量和动

量变化量，来验证动量定理。某次验证实验时测得的数据如图乙所示。

（1）由图乙中数据可求出碰撞过程小车动量的变化量为kg.m/s,小车受到的力的冲量为

N-So

（2）恢复系数e是指碰撞后、前两物体的分离速度与接近速度之比。实验中如果碰撞的恢复系数e大于

95%,则可认为此碰撞为弹性碰撞。根据图乙中数据可判断本次实验时小车和力传感器间是碰撞（选

填"弹性"或"非弹性"）。

7.（2023,广东佛山•统考模拟预测）2023年8月新推出的某国产手机拥有多项先进技术，其连拍功能可实

某实验探究小组利用该手机的连拍功能来探究平抛运动规律。

乙

（1）该小组用手机对一做平抛运动的小球进行连拍，取从抛出点开始连拍的5张照片进行电脑合成，得

到图甲.进一步作图后，得到图乙所示图像，经测量，发现水平方向相邻小球的间距几乎相等，说明小球

在水平方向做.运动.

(2)若小球的实际直径为D,照片上相邻小球间距均为X,照片上小球直径为d,则小球平抛的初速度表

达式vo=..（用题中字母表示）

(3)利用游标卡尺测得小球的实际直径如图丙所示，则小球的直径D=cm,用刻度尺测得照片（图

乙）中小球直径d=0.56cm,通过计算，可得实际长度与照片中的长度之比为.

丙

（4）用刻度尺测得照片（图乙）中y/=0.94cm,y2=1.21cm,ys=1.48cm,>4=1.75cm,通过计算，小球在竖

直方向运动的加速度a=m/s2（结果保留三位有效数字），若该值与当地重力加速度大小相近，又因

小球做平抛运动竖直方向初速度为零，则说明小球在竖直方向做自由落体运动.

8.图甲为利用"类牛顿摆"验证"碰撞过程中的动量守恒”的实验装置。实验器材如下：支架，两个半径相同

的球1和球2,细线若干，坐标纸，托盘天平，刻度尺等。实验所在地重力加速度大小为g。

图乙

实验步骤如下:

（1）测得小球1、2的质量分别为叫、m2,将小球各用两细线（弹性忽略不计）悬挂于水平支架上，使

两小球球心位于同一水平面，如图甲。

（2）将坐标纸竖直固定在一个水平支架上，使坐标纸与小球运动平面平行且尽量靠近小球。坐标纸每一

小格是相同的正方形。将小球1拉至某一位置A,由静止释放，在垂直坐标纸方向用手机高速连拍。

（3）如图乙所示，分析连拍照片得出，球1从A点由静止释放，在最低点与球2发生水平方向的正碰,

球1碰后到达的最高位置为B,球2向右摆动的最高位置为C,测得A、3、C到最低点高度差分别为

、h?、力3°

（4）若满足关系式,则能证明碰撞过程中系统总动量守恒。

（5）定义3="二线2xioo%,为碰撞前球1的动能，稣，为碰撞后两球的动能之和，若b小于

1.0%,则在误差允许的范围内两小球发生的是弹性碰撞。某次测量得到的一组数据为：叫=0.151kg,

m2=0.050kg,\=2.00cm,=0.50cm,%=4.50cm取g=9.80m/s?。可得5=%（保留两位有

效数字），可知本次碰撞_______（选填〃是〃或〃不是〃）弹性碰撞。

<培优争分练

（建议用时：30分钟）

1.（2023•四川成都•统考一模）某同学用图（a）所示的装置测量木块与长木板间的动摩擦因数。长木板水

平固定，木块通过水平轻绳绕过轻质光滑定滑轮连接重物。

打点计时器

纸带1木块轻绳定滑轮

/\

X,——

〃

///板

呼z<--人1-----►

图)重物r%一

(a图（b）

（1）实验时（选填"①"或"②"），得到加速阶段的部分纸带如图（b）所示，A、B、C、D、E为

打下的相邻的计数点，相邻计数点之间还有4个计时点未画出。

①先接通打点计时器电源，再由静止释放重物

②先由静止释放重物，再接通打点计时器电源

（2）测量得引=5.40cm,x2=14.72cm,木块质量为M=0.5kg,重物质量为相=0.2kg。已知打点计时器的

频率为50Hz,重力加速度g=9.80m62,忽略纸带与打点计时器限位孔之间的阻力。则打下8点时木块的

速度%=m/s,木块与长木板间的动摩擦因数约为〃=o（所有计算结果均保留2位有效数

字）

2.（2024•河北邯郸，统考二模）某实验小组用压力传感器设计测量弹簧劲度系数的实验方案。如图所示，

压力传感器放在水平地面上，一轻质弹簧下端与重物连接，上端与跨过定滑轮的轻绳连接，轻绳的另一端

连着托盘。托盘中不放祛码时，传感器读数为与，在托盘中放置〃（〃=0,1,2,3,4,5）个祛码，对应

弹簧长度的变化量为％,传感器的读数为/,记录下相应的数据。

0O

/压力传感器

（1）数据处理时采用画Rx图像的方法，试分析该图像（填"过"或"不过"）坐标原点，该图像的—

可表示弹簧的劲度系数。

（2）滑轮的摩擦力对实验结果（填"产生"或"不产生"）影响。

3.（2024•吉林白山•统考一模）某学习小组利用图（a）所示的装置测量滑块与木板间的动摩擦因数〃，操

作步骤如下：

①将木板的右端用大小可以忽路的钱链固定在水平面上的。点，左端抬高并架在铁架台上；

②将光电门固定在木板的右端，量角器固定在水平面上，使量角器刻度盘的圆心与。点重合，水平直径

与水平面重合；

③用刻度尺测量。点与铁架台竖直杆最低点。之间的水平距离L;

④用量角器测量木板与水平面之间的夹角为巴

⑤用游标卡尺测量遮光条的宽度d,如图（b）所示；

⑥使滑块（含遮光条）从木板与铁架台竖直杆交点尸处由静止释放，记录滑块通过光电门的时间4；

⑦调节木板左侧架在铁架台上的位置，重复步骤④⑥

图(a)图(b)

（1）遮光条的宽度d=cm

（2）滑块在木板上从P点运动到。点过程中的加速度大小为。=。（用已知或测量的物理量符号表

示）。

（3）以为纵轴，tan。为横轴，根据测量数据描绘出-tan。图像，若该图像的斜率为左，纵轴

截距的绝对值为b,则滑块与木板之间的动摩擦因数〃=（用左，b表示）。

4.（2023・四川德阳•统考一模）一同学利用如图所示的实验装置来验证"力的平行四边形定则"。一长木板被

铁架台竖直固定，其上固定一张白纸。甲、乙两个力传感器分别固定在木板上的48两点，A、8两点可

在木板上移动。

图（a）图（b）

（1）如图（。）所示，将质量未知的重物用细绳竖直悬挂在力传感器甲上，重物静止时，记录力传感器甲

的示数

（2）如图（6）所示，三根细绳通过结点O连接在一起，另一端分别与力传感器或重物相连，调节A、B

两点的位置，重物静止时，记录结点。的位置、竖直细绳方向、甲、乙力传感器的示数尸2、B和连接

甲、乙力传感器细绳的;

（3）在。点根据B、尸2、B的大小和方向作力的图示；

（4）改变A、B两点的位置重复步骤（2）、（3）,此过程（填"需要"或"不需要"）保持结点。位

置不变；

（5）初始时三根细绳互成120。，若保持结点。的位置和连接甲、乙力传感器的两细绳间的夹角她不

变，当A、2绕。点逆时针缓慢转动60。的过程中，力传感器乙的示数会（填"先变大后变小"或

"先变小后变大”）。

5.（2023・四川眉山・统考一模）某同学被中国空间站"天宫课堂”展示的奇妙现象深深吸引，联想到平时做过

或思考过的实验，他提出了一组问题并邀你作答：

（1）在围绕地球做匀速圆周运动的空间站内，下列力学实验中,不能够顺利完成的是______和_______

（填正确答案标号）

A.探究两个互成角度的力的合成规律

11|iiii|iiii|iiii|iiii|nii|J

1|■o-■AA▼s

*IM.一eeys

*■J““hj111UII11”11II“1.

橡皮筋y同®讪

rm弹簧测力计

轻质小圆环

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_CL）234567891t）

刻度尺

B.探究加速度与力、质量的关系

D.验证动量守恒定律

遮光条环状翼条

套在杆上的滑块水平杆

（2）不能够顺利完成的原因主要是,其结果是（至少回答对一个实验造成的结果）。

6.（2023・河北唐山•迁西县第一中学校考二模）小研同学通过如图所示的装置探究影响物体做圆周运动的

向心力的因素。小滑块套在光滑水平杆上，随杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动，力传感器通过一细绳连接

滑块，用来测量向心力尸的大小。滑块上固定一遮光片，通过遮光片与固定在铁架台上的光电门可测量出

滑块的线速度大小。已知小滑块上遮光片的宽度为“，滑块到转轴的距离为（以下结果均用题中所给字

母表示）

（1）若遮光片经过光电门的时间为A3则滑块做匀速圆周运动的周期7=

（2）若。）中力传感器示数为R则滑块质量为。

(3)该同学通过改变转速，记录多组力传感器示数P和对应的滑块上遮光片通过光电门的时间加。若以尸

11

为纵轴，要得到线性图像，则横轴所代表的物理量为o［选填或"77下"］

7.(2024・广西贵港・统考模拟预测)为了验证机械能守恒定律，物理实验小组设计利用自由落体运动验证

机械能守恒定律，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落。

(1)本实验中，不同学生在实验操作过程中出现如图所示的四种情况，其中操作正确的是。

(2)实验中，按照正确的操作得到如图所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、3、C,

测得它们到起始点。(纸带上第一个点)的距离分别为心、小、%。已知当地重力加速度为g，打点计

时器打点的周期为7。设重物的质量为加，从打。点到打B点的过程中，重物的重力势能减少量

△综=，动能变化量AEk=o

OAABc\

「•邪••_____•_______T________________________/

<―%一卜M

<-----------hB----------►

-------------hc-----------

(3)重力势能变化量绝对值小于动能变化量，可能的原因是。

A.纸带受到阻力较大B.先接通电源后释放纸带

C.先释放纸带后接通电源D.阻力与重力之比很小

(4)实验小组改进了实验方案，如图甲所示，他们利用光电门和数字传感设备组成集成框架，框架水平

部分安装了电磁铁，将小铁球吸住。断电后，小铁球立即静止释放，小铁球经过光电门时，与光电门连接

的数字计时器读出小球通过的时间乙并算出此时小球的速度v,多次改变光电门的位置，得到多组x、v

的数据，做出的图像如图乙所示。已知重力加速度为g,若小球的直径为d,小球通过光电门的速度v与

时间［的关系为"=;若图乙中直线的斜率上=,则可验证小铁球在下落过程中机械能守恒。

8.某同学为了研究半径相同的两个小球在轨道末端碰撞前后的动量关系，设计了如图所示的实验装置，

斜槽与水平槽圆滑连接。安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重锤线所指的位

置。。

步骤1：不放小球B,让小球A从斜槽上某固定位置由静止滚下，并落在地面上，重复多次，用尽可能小

的圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均上位置P;

步骤2：把小球B轻放在斜槽末端边缘，让小球