力学实验-2025年高考物理二轮复习

第16讲力学实验

—洞悉•高频考点精研典型例题

考点一纸带类实验

实验装置图注意事项考查热点

①平行：细绳与长木板平

行

打点

纸嗖电举计取建①考读算：读计数点间的时间、位

②靠近：小车应靠近打点

探究小车速度随时间后、、移；计算瞬时速度、加速度

计时器

变化的规律__________________1②考操作：不需要平衡摩擦力、不需

③两先：打点前先接通电

而要满足悬挂钩码质量远小于小车质量

源；打点后先断开电源

④适当：钩码质量适当

①平衡：开始应平衡摩擦

力

②质量：重物质量需远小①考操作：器材安装正误，平衡摩擦

细绳纸带于小车质量力、质量控制要求

/必11/

重

探究加速度与物体受1③平行：细绳与长木板平②测定。：计算加速度

物

C■端有A小车打点

力、物体质量的关系定滑轮N或验台计时器行③求结论：描点作图像得结论

的长木板'

\④靠近：小车应靠近打点④判成因：给定异常必尸图像，判断

计时器其可能成因

⑤两先：打点前先接通电

源；打点后先断开电源

①安装：竖直安装，纸带

4

打」气计时器竖直①考操作：重物靠近打点计时器处释

一纸带

②重物：选密度大、质量放、先通电后释放

大的

验证机械能守恒定律景夹子②考运算：计算下落速度、减少的重

、重物

③计算：运用v“=力势能与增加的动能

&2

Lhn+1-h1.,2

2T,计算打点瞬时③考图像：等图像

速度

【典例1】（2024•北京海淀三模）在高中阶段，我们学习了多种测量物体加速度的方法。

（1）通过打点计时器，可以测量小车的加速度。实验装置如图甲所示。通过实验得到了一条点迹清晰的纸带，找

一个合适的点当作计时起点。（f=0）,然后每隔0.1s选取一个计数点，如图乙中的/、B、C、D、E、F……所

1/9

示。某同学测量了相邻两计数点间的距离：04=7.05cm,45=7.68cm,BC=S.31cm,CZ）=8.95cm,DE=

9.57cm,EF=10.20cm,请计算该小车的加速度ai=m/s?（保留小数点后两位）。

r（・0・A・BC••D•E•Fli

乙

（2）通过光电门，同样可以测量物体的加速度。如图丙所示，滑块上安装了宽度为2.0cm的遮光条，滑块在牵

引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过第一个光电门的时间加i=0.20s,通过第

二个光电门的时间Af2=0.05s,遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间f=2.5s,试估算

滑块的加速度及=m/s2（保留两位有效数字），该估算值与真实值相比（选填“偏大”“偏

小"或"相同"）o

行执数字计时器

.电光电仍4辱门1遮书条

w、、、『N।块

।\,三连气源

白刻度尺

槽码

丙

（3）频闪照片也是一种测量加速度的方法。在暗室中，照相机的快门处于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一

次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置。某时刻，将一小球从。点

由静止释放，频闪仪每隔0.04s闪光一次。以。点为原点，竖直向下为正方向建立坐标轴，并测量各时刻的位置

坐标XI、X2、X3…。图丁是小球自由下落时的部分频闪照片示意图，照片中的数字是小球下落的距离（单位：

2

cm）。小崔同学为了减小偶然误差，他建议做X/图像，把实验数据代入（如=o.o016s2,X1=0.21cm；t2

=0.0064s2,x2=L76cm……），得到一条过原点的直线，再通过该直线的斜率得到加速度的。请问该方案是否

可行？如果可行，请求出加速度的值（结果保留两位有效数字）；如果不可行，请说明原因____________________

0.21=6A

1.76―OB

4.90一QC

9.61—OD

T

尝试解答_____________________________________________________________________________________________

口规律总结

纸带的三大应用

1.判断物体的运动性质

（1）若Ax=0,则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动。

（2）若［不为零且为定值，则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀变速直线运动。

2.求解瞬时速度

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，求打某一点的瞬时速度，只

需在这一点的前、后取相同时间间隔T的两段位移x〃和力+i，则打〃点时的速度为=等铲工

2/9

3.求加速度

(1)如图所示，有连续的偶数段数据，则

_(%4+%5+%6)—(11+%2+%3)

CI20

(3T)

?()123456S

§U4一【3

%]%2%3%4%5%6

(2)如图所示，连续的奇数段数据，去掉最短的xi，则a=(皿+町)一

(2T)

图＜去土

IYfy/vzv

【典例2】(2024•浙江1月选考16题)如图1所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。

(1)该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此我们采用的研究方法是。

A.放大法B.控制变量法C.补偿法

(2)该实验过程中操作正确的是o

A.补偿阻力时小车未连接纸带

B.先接通打点计时器电源，后释放小车

C.调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行

(3)在小车质量________(选填“远大于”或“远小于”)槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽码的重

力。上述做法引起的误差为(选填“偶然误差”或“系统误差”)。为减小此误差，下列可行的方案

是o

A.用气垫导轨代替普通导轨，滑块代替小车

B.在小车上加装遮光条，用光电计时系统代替打点计时器

C.在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小

(4)经正确操作后获得一条如图2所示的纸带，建立以计数点0为坐标原点的x轴，各计数点的位置坐标分别为

0、xi、…、x6o已知打点计时器的打点周期为7,则打计数点5时小车速度的表达式v=；小车加速度的

表达式是。

0%]%2%3%4%5%6

6123456^

012345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474s4950

cm

图2

A"--一2町

(157)

3/9

-

%62X3

B.a=2

(37)

__X5+X4—(%3+犯)

a2

(10T)

尝试解答_____________________________________________________________________________________________

【典例3】（2024•北京朝阳区模拟）如图所示，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自

由下落，利用此装置可验证机械能守恒定律。

（1）实验中打点计时器应选择（选填“电火花计时器”或“电磁打点计时器”）较好。

（2）安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图所示。图中。点为打出的

起始点，且速度为零。选取在纸带上连续打出的点/、B、C、D、E作为计数点。其中测出/、B、C、D、E点距

起始点。的距离如图所示。已知打点计时器的打点周期为7=0.02so由此可计算出重物下落到。点时的瞬时速度

vc=m/s=（结果保留三位有效数字）

9.15单位：

-12.40cm

—16.04

-------20.06

----------24.46

（3）实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，关于此误差，下列说法正确的是.

A.该误差属于偶然误差，可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差

B.该误差属于偶然误差,可以通过挂一个小物块来平衡阻力进而消除该误差

C.该误差属于系统误差，可以通过多次测量取平均值的方法来消除该误差

D.该误差属于系统误差，可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差

（4）某同学在纸带上选取计数点后，测量它们到起始点。的距离〃并计算出打相应计数点时重物的速度v,通过

描绘v2/图像去研究机械能是否守恒。若实验中重物所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不变，从理论上分析,

合理的v2-h图像是下图中的哪一个.

尝试解答.

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考点二弹簧、橡皮条类实验

实验装置图注意事项考查热点

①弹簧：选自重小的轻质弹簧

①考作图：建立适当的/-X坐标系，

刻②钩码：轻一点，防止超过弹性

描点作平滑图线

探究弹簧弹力与形变度限度

尺②考探究：要能根据图像找出尸与X

量的关系二③竖直：弹簧、刻度尺竖直放置

间关系，并解释常数含义

④静止：钩码不上下振动时读

③找误差：测量长度、作图等

数、测量弹簧长度

①不变：同一次实验中橡皮条结①考读数：弹簧测力计示数

点。位置应保持不变②考操作：如何拉？怎么拉？拉到哪

探究两个互成角度的②平行：橡皮条、弹簧测力计和里？

力的合成规律细绳套与纸面平行③求合力：作图法求合力

③作图：严格按力的图示要求作④会区分：能区分合力的理论值与实

平行四边形求合力验值

【典例4】（2024•湖北武汉模拟）某实验小组为测量自动笔里面被压缩弹簧的劲度系数，他们一开始设计如图

甲所示的实验：将自动笔活动端竖直置于电子秤上，当竖直向下按下约0.80cm时（未触底且未超过弹簧弹性限

度），稳定后电子秤上的读数增加了37.85g（重力加速度大小g取10m/s2）。

刻

度

尺

（1）此笔里的弹簧劲度系数为N/m（结果保留3位有效数字），这支笔的重力对实验________（填

“有”或“无”）影响；

（2）由于弹簧较短，施加适当外力时长度变化不太明显，于是他们将实验设计成图乙所示：将三根相同的弹簧串

起来，竖直挂在图乙所示的装置中。小组成员通过测量，作出三根弹簧的总长度/与相应所挂重物重力即拉力大小

下的关系图像如图丙所示，则一根弹簧的劲度系数为N/m（结果保留3位有效数字）。

尝试解答_____________________________________________________________________________________________

【典例5】（2023•全国乙卷22题）在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有：木板、白纸、两个

标准弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干。完成下列实验步骤：

（1）用图钉将白纸固定在水平木板上。

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（2）将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上

测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数

得到两拉力E和色的大小，并0（多选，填正确答案标号）

A.用刻度尺量出橡皮条的长度

B.用刻度尺量出两细线的长度

C.用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置

D.用铅笔在白纸上标记出两细线的方向

（3）撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到,由测力计的示数得到拉力歹的大小，沿细线标记

此时歹的方向。

（4）选择合适标度，由步骤（2）的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作B和6的合成图，得出合力尸的大

小和方向；按同一标度在白纸上画出力少的图示。

（5）比较尸和尸的,从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。

尝试解答_____________________________________________________________________________________________

考点三小球类实验

实验装置图注意事项考查热点

①考判断：平抛运动的轨迹是否

<①安装：斜槽末端伸出桌面外并

为抛物线

调整至切线水平，定原点

…八Z二匕二二②考操作：从同一点释放，由重

J/y-----'

探究平抛运动的特点;;;;;②描点：描出轨迹上多个点的位

垂线得到竖直线

/七口揽-二二二置

,③计算：计算初速度③考分析：水平、竖直方向运动

性质，轨迹是否为抛物线

①考装置：探究什么关系

①方法：控制变量法②考结果：得到什么结论

探究向心力大小与半

-7②操作：小球放对位置，皮带绕③考操作：达到预定格数时，即

径、角速度、质量的关f对塔轮、匀速转动

保持转速均匀恒定

系

n③观察：标尺刻度④考作图：描点连线画图线

⑤考创新：传感器探究

冢入射小球①安装：斜槽末端切线应沿水平①考装置：器材安装、小球选

1祢被撞小E家方向取、。点确定

|白纸②起点：斜槽末端上方某处②考测量：小球质量的测量和小

验证动量守恒定律

口③落点：用小圆圈中心表示球平抛运动的水平位移的测量

复写纸/④速度：应用小球平抛的水平位

7③考结论：根据实验数据判断两

0/-、、/-、、/-、、

•1、•-/11、•-/1(、•-/1

MPN-移替代球碰撞过程中动量是否守恒

①悬着：测量摆长，标平衡位置①考读数：会秒表、游标卡尺、

铁架台

用单摆测量重力加速度摆线②测量：摆长=摆线长+小球半刻度尺读数

的大小径②考操作：悬点要固定、准确计

）摆球③操作：偏角W5。，不做圆锥数振动次数、振幅小

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摆，在平衡位置处开始计时③考处理：能根据公式理解图像

④周期：测量30〜50次全振动斜率，求g并分析误差

时间，再计算周期

【典例6】（2024•河北高考11题节选）图甲为探究平抛运动特点的装置，其斜槽位置固定且末端水平，固定坐

标纸的背板处于竖直面内，钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出，落在倾斜的挡板上挤压复写纸，在坐标

纸上留下印迹。某同学利用此装置通过多次释放钢球，得到了如图乙所示的印迹，坐标纸的y轴对应竖直方向，

坐标原点对应平抛起点。

C复写纸坐标纸

甲

（1）每次由静止释放钢球时，钢球在斜槽上的高度（填“相同”或“不同”）。

（2）在坐标纸中描绘出钢球做平抛运动的轨迹。

（3）根据轨迹，求得钢球做平抛运动的初速度大小为m/s（当地重力加速度g为9.8m/s2,保留2位有效

数字）。

尝试解答_____________________________________________________________________________________________

【典例7】（2024•新课标卷22题）某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律，将斜槽轨道固定在水平桌面

上，轨道末段水平，右侧端点在水平木板上的垂直投影为。，木板上叠放着白纸和复写纸。实验时先将小球。从

斜槽轨道上。处由静止释放，。从轨道右端水平飞出后落在木板上；重复多次，测出落点的平均位置P与。点的

距离XPO将与。半径相等的小球b置于轨道右侧端点，再将小球a从。处由静止释放，两球碰撞后均落在木板

上；重复多次，分别测出6两球落点的平均位置M、N与。点的距离皿、XN。

7/9

完成下列填空：

(1)记。、6两球的质量分别为加八mb,实验中须满足条件侬"保(填或)；

(2)如果测得的白、XM、XN,〃口和加6在实验误差范围内满足关系式，则验证了两小球在碰撞

中满足动量守恒定律。实验中，用小球落点与。点的距离来代替小球水平飞出时的速度。依据是

尝试解答_____________________________________________________________________________________________

考点四创新型力学实验

【典例8】(2024•四川凉山三模)“筋膜枪”是利用内部电机带动“枪头”高频冲击肌肉，缓解肌肉酸痛的设

备。某同学为了测量“枪头”的冲击频率，将带限位孔的塑料底板固定在墙面上，下端带重锤的纸带穿过限位孔

并竖直拉直，“枪头”放在限位孔上方，靠近并正对纸带，如图甲所示。启动筋膜枪，松开纸带，让纸带在重锤

带动下运动，“枪头”在纸带上打下系列点迹。更换纸带，重复操作。

dI纸带

塑料底板，牍写纸

________________

H■ABCZ)E

重锤I.[%"』“,

甲乙

(1)如图乙所示的是实验时打出的一条清晰的纸带，截取其中一段，测得相邻点迹间的距离依次为XI、X2、X3、

X4,则图示纸带的(选填“左”或“右”)端连接重锤；若重力加速度为g,则“枪头”的冲击频率了

(2)该实验产生误差的主要原因是“枪头”在打点瞬间阻碍纸带的运动，这样会导致冲击频率的测量值______

(选填“大于”“小于”或“等于")实际值。

尝试解答_____________________________________________________________________________________________

创新分析

(1)本实验的目的是测量“枪头”的冲击频率。

(2)“枪头”在纸带上打下的点迹与打点计时器的打点类似。

【典例9】(2024•湖南高考12题)在太空，物体完全失重，用天平无法测量质量。如图a,某同学设计了一个

动力学方法测量物体质量的实验方案，主要实验仪器包括：气垫导轨、滑块、轻弹簧、标准祛码、光电计时器和

待测物体，主要步骤如下：