力学实验-高三物理二轮复习（原卷版）

2022年高三物理二轮复习资料(命题规律+知识荟萃+经典例题+精选习题)

(江苏专用)

专题18力学实验

【命题规律】

命题角度

(1)探究小车速度随时间变化的规律；

(2)探究加速度与物体受力、物体质量的关系；

(3)验证机械能守恒定律；

(4)验证动量守恒定律.

(5)探究弹簧弹力与形变量的关系；

(6)探究两个互成角度的力的合成规律；

(7)探究平抛运动的特点；

【知识荟萃】

★纸带的分析和数据处理光电门的应用

1.两个关键点

(1)区分计时点和计数点：计时点是指打点计时器在纸带上打下的点.计数点是指测量和计算时

在纸带上所选取的点.要注意“每五个点取一个计数点”与“每隔四个点取一个计数点”的说法

是等效的，当打点计时器所用交流电源的频率为50Hz时，两相邻计数点间的时间间隔7=5x0.02

s=0.10s.

(2)涉及打点计时器的实验均是先接通打点计时器的电源，待打点稳定后，再释放纸带.

2.记录的信息

纸带可以记录物体运动的时间和物体运动的位移(频闪照相和纸带记录的物理量相同).与光电门

相连的数字计时器记录时间.

3.求速度和加速度

做匀

测瞬时速[*-X"-]

纸带

度变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于这段时

间中间时刻的瞬时速度.如图所示，求打某一点时物体的瞬

时速度，只需在这一点的前后各取相同时间间隔T的两段

位移我和我+i,则打n点时的速度Vn-Xn+^+\

①用“逐差法”求加速度如图所示

>0123456，

」

“工XNXXiX工X

23456

测加速度X4+%5+X6—X1+X2+X3

a97"^,

②作出v一,图像，通过图像的斜率求物体运动的加速度，〃

_Ay

一Nf

光电门主要是测量速度的仪器，设小车上挡板的宽度为力

挡板遮住光电门光线的时间为加，则小车通过光电门的速

测速度

附

光电度尸而d

门

若已知两个光电门之间的距离为X,小车通过两个光电门时

测加速度?_2

的速度分别为0、V2,则。一

【技巧点拨】

1.纸带的信息和作用

(1)纸带记录的信息

纸带可以记录物体运动的时间和物体运动的位移.(频闪照相和纸带记录的物理量相同)

(2)纸带的三大应用

①判断物体运动性质：若在实验误差允许范围内Ax不为零且为定值，则可判定物体做匀变速直线

运动.

②求解瞬时速度：为=包学里.

X4~\~X5~\~X6—Xl+%2+%3

③用“逐差法”求加速度，例如:Q=9T2

2.光电门的应用

(1)测速度

光电门主要是测量速度的仪器，设小车上挡板的宽度为d,挡板遮住光电门光线的时间为加，则小

车通过光电门的速度v==

(2)测加速度

若已知两个光电门之间的距离为S,小车通过两个光电门时的速度分别为VI、V2,则Q=~^.

3.实验创新角度：

(1)器材创新：通过数码相机连拍、手机拍摄视频得到的分帧照片.

(2)转换测量物理量：通过研究匀变速直线运动的规律，测量加速度.

★探究加速度与物体受力、物体质量的关系

1.平衡摩擦力

平衡摩擦力的目的是使细线的拉力作为小车的合外力.若使用气垫导轨，不必平衡摩擦力.

2.(1)钩码(砂和砂桶)的质量加远小于小车的质量M时，细线的拉力近似等于钩码(砂和砂桶)

的总重力.

(2)当细线拉力可以直接测量时，如细线与拉力传感器连接(如图甲)或者细线绕过滑轮和弹簧

测力计相连(如图乙)，不需要满足相远小于M.

―传感器小车打点；7计V时器

8接交流电源

砂和砂桶

(3)若每取下一个钩码，都将钩码放到小车上，则M和m的总质量不变，可以将钩码和小车作

为研究对象，由〃2g—FT—ma,FT—Ma,得mg=(M+m)a,没有系统误差，不需要满足加远

小于M.

3.实验创新角度：通过验证牛顿第二定律，测量动摩擦因数.

★验证机械能守恒定律

1.验证单个物体机械能守恒AEp=AEk

不需要测量物体的质量，由于系统存在阻力做功，重力势能的减少量略大于动能的增加量.在误差

允许的范围内，机械能守恒.

2.验证系统机械能守恒AE增=\E».

3.实验创新角度：通过验证机械能守恒，测量重力加速度.

★验证动量守恒定律

L速度可以直接测量：通过光电门和计时器测量速度.

2.速度不能直接测量：测量其他物理量，例如将速度关系转换为位移关系.

3.实验创新角度：验证动量定理.

★探究弹簧弹力与形变量的关系

1.尸一x与歹一/的区别

（1）弹簧水平放置，/一x为一条过原点的直线，/一/为一条不过原点的直线，横轴截距表示弹簧

原长.

（2）弹簧竖直放置不过原点，是由于弹簧自重的影响.

2/—x与E—/的图像发生弯曲

弹簧超过了弹性限度.

★探究两个互成角度的力的合成规律

（1）利用力的等效性，验证力的平行四边形定则（如8所示）；

（2）实验时，明确两分力与合力，并记录各力的大小、方向；

（3）选取合适的标度，作出两分力为、F2与合力F；

（4）根据平行四边形定则，作出两分力的合力尸；

（5）比较产与尸的大小与方向，验证平行四边形定则.

本实验的依据是合力与分力的等效性，在操作时要记住“三注意”和“七记录”

两次0点的位置必须相同

三注意两个细绳套不要太短

夹角不宜太大也不宜太小，在60。〜100。之间为宜.

两个弹簧测力计拉橡皮条时，记录两弹簧测力计示数、两绳方向

和。点的位置（五记录）

七记录

一个弹簧测力计拉橡皮条时，记录弹簧测力计示数和细绳方向（二

记录）

★探究平抛运动的特点

(1)应保持斜槽末端的切线水平，钉有坐标纸的木板竖直，并使小钢球的运动靠近坐标纸但不接

触.

(2)小钢球每次必须从斜槽上同一位置无初速度滚下，斜槽的粗糙程度对该实验没有影响.在斜槽

上释放小钢球的高度应适当，使小钢球以合适的水平初速度抛出.

(3)坐标原点(小钢球做平抛运动的起点)不是槽口的端点，应是小钢球在槽口时球心在坐标纸

上的水平投影点.

“探究平抛运动的特点”实验的操作关键

1.应保持斜槽末端的切线水平，钉有坐标纸的木板竖直，并使小钢球的运动靠近坐标纸但不接触.

2.小钢球每次必须从斜槽上同一位置无初速度滚下，斜槽的粗糙程度对该实验没有影响.在斜槽

上释放小钢球的高度应适当，使小钢球以合适的水平初速度抛出.

3.坐标原点(小钢球做平抛运动的起点)不是槽口的端点，应是小钢球在槽口时球心在坐标纸上

的水平投影点.

【经典例题】

【例题1】在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图甲所示的实验装置，小车及车

中祛码的质量用M表示，盘及盘中祛码的质量用机表示，小车的加速度可由小车后面拖动的纸带

上由打点计时器打出的点计算出，在m«M的前提下可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中

磋码的总重力.

实验装置°F

丙

(1)一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中祛码的质量一定，改变小车及车中

祛码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据，为了比较容易地找出加速度a与质量M

的关系，应该作。与的图象.

(2)如图乙所示为甲同学根据测量数据作出的a—尸图象，说明实验存在的问题是.

(3)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a—E图象如图丙所示，两个同学做实验

时的哪一个物理量取值不同.

【例题2】为了验证机械能守恒定律，同学们设计了如图甲所示的实验装置：

(1)实验时，一组同学进行了如下操作：

①用天平分别测出重物A、8的质量和腔(A的质量含挡光片、3的质量含挂钩，且加2>//),

用螺旋测微器测出挡光片的宽度力测量结果如图丙所示，则g—mm；

②将重物A、3用绳连接后，跨放在定滑轮上，一个同学用手托住重物8,另一个同学测量出—

（填“A的上表面”“A的下表面”或“挡光片中心”）到光电门中心的竖直距离人，之后释放重

物B使其由静止开始下落；

③记录挡光片经过光电门的时间A九

（2）如果系统（重物A、B）的机械能守恒，应满足的关系式为（用质量跖、M2,重力加速

度为g,经过光电门的时间为At,挡光片的宽度d和距离表示结果）.

（3）实验进行过程中，有同学对实验作了改进，如图乙所示，在8的下面挂上质量为用的钩码，

让M产M2=m,经过光电门的速度用v表示，距离用h表示，仍释放重物B使其由静止开始下落,

2

V

若系统的机械能守恒，则有芬=（已知重力加速度为g）.

（4）为提高实验结果的准确程度，以下建议中确实对提高准确程度有作用的是（）

A.绳的质量要轻且尽可能光滑

B.在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好

C.尽量保证重物只沿竖直方向运动，不要摇晃

D.挡光片的宽度越小越好

【例题3】为了测量滑块与桌面间的动摩擦因数〃，一同学设计了如图所示的实验装置，A为带滑

轮的滑块，B为盛有砂的砂桶。

（1）实验时，必须要进行的操作是O

A.用天平测量出砂和砂桶的质量

B.调整滑轮的位置，使绳与桌面平行

C.要保证砂和砂桶的质量远小于滑块的质量

D.滑块靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车

（2）该同学实验中得到如图所示的一条纸带（相邻两计数点之间还有四个点未画出），打点计时器

的交流电源频率为50Hz,根据纸带可以求出小车的加速度斤m/s?（保留两位有效数

字）；

<----><-----►<------►<-------►

6.006.877.758.64单位：cm

（3）通过改变砂的质量，得到滑块运动的加速度和力传感器示数歹的关系如图所示,纵截距为一"

已知当地的重力加速度为g,则滑块和轨道间的动摩擦因数〃=（用b、g表示）；

（4）实验中已测得滑块的质量为M,将其由静止释放，力传器的示数为R滑块运动距离为占时,

砂桶刚好接触地面且不反弹，滑块再滑行的距离后停止运动，则滑块与桌面间的动摩擦因数〃的

表达式为（用F、M、4、与、g表示）；〃的测量值与真实值相比（填“偏

大”、“偏小”、“不变”）o

【例题4】用如图甲所示装置结合频闪照相机（频闪照相周期一定）拍摄的照片来“验证动量守恒

①用天平测出A、B两个小球的质量mA和mB；

②安装好实验装置，使斜槽的末端所在的平面保持水平；

③先不在斜槽的末端放小球B,让小球A从斜槽上位置P由静止开始释放，小球A离开斜槽后,

频闪照相机连续拍摄小球A的两位置（如图乙所示）；

④将小球B放在斜槽的末端，让小球A仍从位置尸处由静止开始释放，使它们碰撞，频闪照相机

连续拍摄下两个小球的位置（如图丙所示）；

⑤测出所需要的物理量。

⑴为减小实验误差，步骤①中A、B两个小球的质量应满足®（选填或）

mB。

（2）在测量中，下列说法中正确的是o

A.需要读取频闪照相的周期

B.需要测量照片尺寸和实际尺寸的比例

C.在照片上测得XO、XA和XB

D.在照片上测得XO、yo>X4、班、XB和

（3）两球在碰撞过程中若动量守恒，用测量的物理量表述满足的方程是：；若两球碰撞为

弹性碰撞，还需满足方程：O

【精选习题】

1.在“验证力的平行四边形定则”实验中，应进行的步骤：

A.只用一个弹簧测力计，通过细绳把橡皮条的结点拉到同样位置0,记下弹簧测力计的读数和细

线方向，按同样比例作出这个力尸的图示

B.记下两个弹簧测力计的读数以及结点的位置

C.作出用和八的合力R比较尸和尸

D.通过细绳用两个弹簧测力计互成角度拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点到达某一位置

E.在桌上平放一块方木板，在方木板上垫一张白纸把橡皮条的一端固定在板上的A点，用两根细

绳系在橡皮条的另一端

F.描下两条细绳的方向，在纸上按比例作出两个力B和无的图示

A

B=4.0N・

/K

F/\\,尸=6.0N

F"F尸i=3.ON

图1图2

(1)将上述各步骤，按合理操作顺序列出___________(填字母代号)

(2)在实验中，作出如图1所示的图，其中A为橡皮条的固定点，O为橡皮条与线的结点，用B

和4两个力或用一个力拉橡皮条的结点都要到达。点，这是为了,这体现了

___________的物理思想。

(3)在操作过程中有如下讨论，其中对减小实验误差有益的说法是(填字母代号)

A.两细绳必须等长

B.弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行

C.用两弹簧测力计同时拉细绳时两弹簧测力计示数之差应尽可能大

D.拉檬皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些

(4)如图2所示是某同学完成验证力的平行四边形定则实验操作后得到的数据图，图中的小圆点

分别用来记录的是。点的位置以及每次细绳的方向。请你选择合适标度，用力的图示法作图完成

该同学未完成的实验数据处理。

2.某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置验证系统机械能守恒定律，他们的操作步骤如下：

①把打点计时器、定滑轮固定在铁架台上；

②跨过定滑轮的轻质细线a端连接一个物体，b端悬挂钩码；

③把固定在物体上的纸带穿过打点计时器的限位孔，在〃端增加悬挂钩码的个数，接通电源，松开

纸带；

④实验过程中打出一条纸带如图乙所示，经测量可知，图乙中相邻两点之间的距离近似相等，此时

b端悬挂钩码的总质量为mi-,

⑤继续增加悬挂钩码的个数，重复步骤③，打出一条纸带如图丙所示，此时钩码的总质量为根2；

⑥重复实验。

甲丙

(1)物体的质量为O

(2)所用交变电源的频率为人相邻两个计数点间还有4个点未画出，在纸带上打下计数点“C”

时物体的速度vC=(用题中所给物理量符号表示)。

(3)已知当地重力加速度为g,从打计数点“A”到打计数点“D”的过程中，物体、钩码组成的

系统减少的重力势能尸，系统增加的动能o(用题中所给物理量

符号表示)

3.物理实验不仅要动手操作还要动脑思考，小明同学就注意到图甲所示的装置可以完成多个力学

甲

(1)探究速度随时间变化规律时，实验时有电磁打点计时器和电火花计时器，但只提供220V的

交流电源，小明应选用计时器。

(2)探究加速度与力和质量关系的实验时，某次实验中打出的纸带如图乙可所示。

4.205.70

乙

①已知相邻计数点间的时间间隔为0.1s,则小车的加速度a=mdl保留2位有效数字）;

②测得小车质量为0.5kg,钩码质量为0.1kg,重力加速度取g=10m/s2,则小车与长木板间的动摩

擦因素〃=;

③动摩擦因素的测量值___________（填“小于”“等于”“大于"）真实值。

（3）用图甲装置___________（填“能”或“不能”）验证小车和钩码组成的系统机械能守恒，理

由是o

4.用如图所示的装置探究加速度与质量的关系，把右端带有滑轮的长木板放在实验桌上，小车的

左端连接穿过打点计时器的纸带，右端连接细线，细线绕过定滑轮挂有托盘和祛码，通过垫块调节

木板左端高度平衡摩擦力。

打少臀细线

长木。ZCZL=

八托盘和祛码

桌子

（1）下列实验操作中正确的有O

A.先释放小车后接通电源

B.调整定滑轮使细线与长木板平行

C.平衡摩擦力时必须移去纸带

D.平衡摩擦力时必须移去托盘和祛码

（2）某次实验打出的一条纸带如图乙所示，测得计数点1、2、3、4与。计数点间的距离分别为

x/=3.60cm、X2=9.61cm>X5=18.01cm>X4=28.81cm。已知打点计时器打点周期为0.02s,相邻计数点

间有四个打点未画出，则小车的加速度折___________m/s2（结果保留三位有效数字）。

图乙

(3)实验中保持托盘和硅码的总质量不变改变小车和车内沙子的总质量M,进行实验打出纸带,

1

算出相应的加速度数据如下表所示请在图丙中根据描出的点作出a-瓦图像；由图像可得

出的结论是o

托盘和祛码总质量为20g

a(m-s-2)2.401.991.431.251.110.770.620.480.24

Af/kg0.060.080.120.140.160.240.300.400.80

1

16.6712.508.337.146.254.173.332.501.25

M/(kg-1)

丙丁

j_

(4)某小组在实验中作出1M图像如图丁所示，图像斜率的物理意义是；若图像纵

截距为6,斜率为左，则托盘和祛码的总质量加=(用字母仄上表示)。

5.某兴趣小组同学想探究橡皮圈中的张力与橡皮圈的形变量是否符合胡克定律，若符合胡克定律,

则进一步测量其劲度系数(圈中张力与整圈形变量之比)。他们设计了如图甲所示实验：橡皮圈上

端固定在细绳套上，结点为0,刻度尺竖直固定在一边，0刻度与结点。水平对齐，橡皮圈下端悬

挂钩码，依次增加钩码的个数，分别记录下所挂钩码的总质量m和对应橡皮圈下端P的刻度值x,

如下表所示：

钩码质量加/g20406080100120

尸点刻度值x/cm5.535.926.306.677.027.40

（1）请在图乙中，根据表中所给数据，充分利用坐标纸，作出"LX图象；（)

（甲）（乙）

（2）作出m-苫图象后，同学们展开了讨论：

甲同学认为：这条橡皮圈中的张力和橡皮圈的形变量基本符合胡克定律;

乙同学认为：图象的斜率上即为橡皮圈的劲度系数；

丙同学认为：橡皮圈中的张力并不等于所挂钩码的重力；

请参与同学们的讨论，并根据图象数据确定：橡皮圈不拉伸时的总周长约为cm,橡皮

圈的劲度系数约为N/m（重力加速度g取10面合,结果保留三位有效数字）。

（3）若实验中刻度尺的0刻度略高于橡皮筋上端结点O,则由实验数据得到的劲度系数将

（选填“偏小”、“偏大”或“不受影响”）;若实验中刻度尺没有完全竖直，而读数

时视线保持水平，则由实验数据得到的劲度系数将（选填“偏小”、“偏大”或“不

受影响”）。

6.“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，。为橡皮

①图乙中的尸与9两力中，方向一定沿A0方向的是（填"F”或“尸”）。

②本实验采用的科学方法是：（）

A.理想实验法B.等效替代法C.控制变量法D.建立物理模型法

③实验中可减小误差的措施有：()

A.两个分力B、尸2的大小要尽量大些

B.两个分力B、b2间夹角应越大越好

C.拉橡皮筋时，弹簧秤、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行

D.A。间距离要适当，将橡皮筋拉至结点。时，拉力要适当大些

7.某同学用如图实验装置探究重锤下落过程中动能与重力势能的转化问题。

(1)实验操作步骤如下:

A.按实验要求安装好实验装置

B.使重锤靠近打点计时器，接着先释放重锤，再接通电源，打点计时器在纸带上打下一系列的点

C.图为一条符合实验要求的纸带，。点为打点计时器打下的第一点。测出若干连续打点A、8、C

与。点之间的距离历、112、113.

以上A、B、C三个步骤中哪个步骤是错误的。

(2)已知打点计时器所用电源频率为50Hz,当地的重力加速度的值为9.8m/s2,测得所用重物的

质量为1.0kg,结合实验中纸带所测的历、h2、h3,在纸带从。点下落到B点的过程中，重锤增加

的动能为,减小的重力势能为。(保留2位有效数字)

(3)该同学为进一步探究本实验中引起实验误差的阻力。取打下。点时重锤的重力势能为零，计

算出该重锤下落不同高度〃时所对应的动能及和重力势能场，建立坐标系，横轴表示人，纵轴表

示&和EP,根据以上数据在图中绘出图线I和图线H,通过计算得到图线I和图线II斜率绝对值

分别为历和k2,则重锤和纸带在下落过程中所受阻力大小户(用题目中字母幻和心表示).

8.(1)如图所示是测量木块与长木板之间的动摩擦因数实验装置图，图中一端带有定滑轮的长木

板水平固定。图乙为木块在水平木板上带动纸带运动时打点计时器打出的一条纸带，0、1、2、3、

4、5、6、7为计数点，打点计时器的电源为50Hz的交流电，则木块加速度大小为m/s2o

(结果保留两位有效数字)

a,重力加速度为g,

则木块与长木板间动摩擦因数〃=(用题中所给字母表示)。

(3)如果滑轮略向下倾斜，使细线没有完全调节水平，由此测得的〃值(选填“偏大”

或“偏小”)o

9.某研究性学习小组使用如图所示的实验装置测定小木块与倾斜轨道间的动摩擦因数.倾斜轨道

的顶端有一个固定的挡板，轨道上有两个位置可调节的光电门A和光电门艮他们将一个遮光条

安装在小木块上，并用游标卡尺测量遮光条的宽度d.已知轨道的倾角为仇当地的重力加速度为

g.实验操作如下：

023cm

八“山|［卜川|川"卅|福

05101520

①将光电门B固定在离挡板较远的位置，使小木块从紧靠挡板的位置由静止释放;

②记录遮光条通过光电门A的时间△〃，遮光条通过光电门B的时间△包以及两个光电门之间的

距离X；

③改变光电门A的位置，重复以上操作，记录多组△力，和x的值.请回答以下问题：

（1）用游标卡尺测量遮光条的宽度如图所示，则4=cm

（2）利用图像来处理实验数据，作出的图像应是

（3）用图像斜率的绝对值k来计算小木块与倾斜轨道间的动摩擦因数，在不计空气阻力的情况

下，他们用来计算动摩擦因数的表达式为（用题目中所给物理量的字母表示）.若考虑

空气阻力，则他们利用如上表达式求出的动摩擦因数（填“偏大”、“偏小”或“没

有影响”）.

10.某同学用打点计时器测量做匀变速直线运动的物体的加速度，电源频率户50Hz,在纸带上打

出的点中，选出零点，每隔4个点取1个计数点，因保存不当，纸带被污染，如图所示，A、8、

C、D是依次排列的4个计数点,仅能读出其中3个计数点到零点的距离:sA=16.6mm、sB=126.5mm、

sZ）=624.5mm。

）AACD

\•••••••••••••••••••••

I16.6mm55=126.5mmSo=624.5mm

根据以上信息回答：

①电火花打点计时器的工作电压是：流V；

②相邻两个计数点的时间间隔T为s；

③打。点时物体的速度大小为m/s；（取2位有效数字）

④设A8之间的距离为CD之间的距离为XCZ）,相邻计数点之间的时间间隔为T,则物体加

速度a的表达式为（用X4B、XCD和T表示），由题目数据可得加速度大小为

m/s2；（取2位有效数字）

⑤根据匀变速直线运动的特点可以推测C点到零点的距离是（）

A.263.5mmB.329.1mm

C.412.5mmD.502.4mm

11.在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，如

图所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G等7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点图

中没有画出，打点计时器接频率为户50Hz的交流电源。

ABCDEFG

•••••••

1111111

11

11

11

11

11

—4—11

11

11

11

七%——1

r(----------------------------------------------------------------4----------------->!

।

(1)下列说法中正确的是;

A.释放前小车应靠近打点计时器，先接通电源，后释放小车

B.可以用4节2V的蓄电池作为电磁打点计时器的电源

C.每相邻两个计数点间的时间间隔是0.08s

D