高考物理 专项复习 1.力学实验（讲解版）

学霸推荐力学实验知识体系梳理优秀同龄人的陪伴

让你的青春少走弯路力学实验部分是高考重点主要内容：1、研究匀变速直线运动；2、探究弹力和弹簧伸长的关系；3、验证力的平行四边形定则；4、验证牛顿运动定律；5、探究动能定理；6、验证机械能守恒定律。使用说明-内容说明01目

录梳理知识体系CONTENTS02解决经典问题实例PA

RT

1梳理知识体系DREAMOFTHEFUTURE力学实验大

致

框

架研究匀变速直线运动探究弹力和弹簧伸长的关系验证力的平行四边形定则力学实验验证牛顿运动定律探究动能定理验证机械能守恒定律力学实验大

致

框

架1．纸带的选取：一般实验应用点迹清晰、无漏点的纸带中选取有足够多点的一段作为实验纸带。在“验证机械能守恒定律”实验中还要求纸带包含第一、二点，并且第一、二两点距离接近2.0mm。2．根据纸带上点的密集程度选取计数点。打点计时器每打n个点取一个计数点，则计数点时间间隔为n个打点时间间隔，即T=0.02n（s）。一般取n＝5，此时T=0.1s。3．测量计数点间距离。为了测量、计算的方便和减小偶然误差的考虑，测量距离时不要分段测量，尽可能一次测量完毕，即测量计数起点到其它各计数点的距离。如图所示，则由图可得：研究匀变速直线运动力学实验大

致

框

架研究匀变速直线运动力学实验大

致

框

架研究匀变速直线运动力学实验大

致

框

架1、实验原理一个力F的作用效果与两个共点力一和疋的共同作用效果都是把橡皮条拉伸到某点，则F为F1和F2的合力．作出F的图示，再根据力的平行四边形定则作出Fl和F2的合力F’的图示，比较F’与F在实验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同，即可验证力的平行四边形定则。2、实验注意事项(1)结点0：①定位0点时要力求准确．②同一次实验中橡皮条拉长后的0点必须保持不变．(2)拉力：①用弹簧秤测拉力时要使拉力沿弹簧秤轴线方向．②应尽量使橡皮条、弹簧秤和细绳套位于与纸面平行的同一平面内，细绳套适当长些。③两个分力F1、F2间的夹角θ不要太大或太小．以600至1200为宜。(3)作图：验证力的平行四边形定则①在同一次实验中，选定的比例要相同．②严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力。3、误差剖析(1)弹簧秤本身存在误差。(2)读数误差：为减小误差，读数时眼睛一定要正视刻线，按有效数字的要求正确读数并记录数据。(3)作图误差：作图时，两力的对边一定要平行；铅笔尖要尽量细；图的比例要合适。1、实验原理力学实验大

致

框

架(1)实验的基本思想——控制变量法物理学中研究三个量或多个量之间的关系时，要用控制变量法．研究时先保持某个(或某些)量不变，研究另外两个量之间的关系；再保持另一个(或一些)量不变，研究其余两个量之间的关系；然后综合起来得出结论。本实验研究三个变量：加速度a、拉力F、质量m(小车)的定量关系，需采用控制变量法。验证牛顿运动定律①保持研究对象即小车的质量不变，改变砂桶内砂的质量，即改变拉力，测出对应不同拉力时小车的加速度，验证加速度是否正比于拉力。②保持小桶内砂的质量不变，改变研究对象的质量，即往小车内加砝码，测出对应不同质量时小车的加速度，验证加速度是否反比于质量。(2)实验中拉力的测量方法——近似法①小车质量的测量：小车的质量可以利用天平测出，在小车上加放砝码可改变小车的质量。②拉力的测量：本实验通过装砂的小桶给小车以拉力，此拉力也等于小车受到的合力．在小桶和砂的总质量远小于小车质量的情况下，可以认为小桶和砂的重力近似等于对小车的拉力．因此用天平测出砂桶(包括砂)的质量，即可得拉力F改变小桶中砂的多少即可改变拉力的大小。力学实验大

致

框

架说明：实际测量中可通过平衡摩擦力的方法来消除摩擦力的影响。③加速度的测量：在小车的后面拖上纸带，利用打点计时器打出的纸带测加速度。(3)实验数据的处理方法一图象法，化曲为直的方法验证牛顿运动定律①研究a和F的关系：以加速度a为纵坐标，以F为横坐标，根据测量的数据描点，然后作出图象，看图象是否是通过原点的直线，就能判断a与F是否成正比。②研究a与m的关系：因为a一m图象是双曲线，通过曲线判断两个量是不是反比关系，相当困难．若a和m成反比，则a一1／m必成正比．我们采取“化曲为直”的思想，以a为纵轴，以1／m为横轴，作出a一l／m图象，若a一1／m的图象是一条直线，说明a与l／m成正比，即a与m成反比。力学实验3、实验注意事项大

致

框

架(1)平衡摩擦力实验中要保证小车受到的合力等于拉力，必须消除摩擦力的影响，这就需要平衡摩擦力。方法：在木板无滑轮的一端下面垫一垫木，反复移动其位置，直到拖在小车后面的纸带上打出的点距均匀为止．此时重力沿斜面向下的分力等于物体受到的摩擦力．实验时小车受到的合力等于细线对小车的拉力。验证牛顿运动定律注意：①整个实验平衡摩擦力后，后续实验中都无须重新平衡摩擦力；②平衡摩擦力时不要挂小桶，后面要连上纸带。②要保证砂桶(包括砂)的质量远小于小车的质量,只有在小车(包括上面的砝码)的质量远大于砂桶(包括砂)的总质量的条件下，砂和砂桶的总重力才可视为等于小车受到的拉力。③作图时不要画成折线根据测量数据所描出的点，绝大多数都靠近某条直线，但并不严格都在这条直线上，连线时让大多数点在直线上即可，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，个别偏离较远的点舍去。力学实验大

致

框

架4、误差剖析验证牛顿运动定律①把砂和小桶的总重力作为小车的拉力，产生的误差是系统误差；②测纸带上打点间距计算加速度可能引起误差；③摩擦力平衡过大或不够可能引起误差。力学实验大

致

框

架1、实验原理在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能守恒．若物体从静止下落高度为h时的速度为a，恒有mgh=mv2/2。故只需借助打点计时器，通过纸带测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v，即可验证机械能守恒定律。验证机械能守恒定律力学实验2、实验注意事项大

致

框

架(1)实验前的准备①打点计时器安装时应注意，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦阻力。②重锤应选择质量较大的，从而使重力远大于下落过程中受到的阻力。(2)实验过程验证机械能守恒定律因为实验要求第一个点对应重锤开始下落的时刻，这就要尽量使每点都要清晰，为此应先接通电源，待打点计时器正常工作后再松开纸带(3)测量和数据处理①测量长度时，都必须从起始点开始，只进行一次刻度对齐，读出各段数值，以减少因测量次数过多而带来的误差。②实验不用测重锤的质量，只需验证gh是否等于vn2／2即可。③纸带的选取：若选第一个点为计时起点(该点速度为零)，则应选择第一、二两点间的距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量；如果纸带开始的点迹不清晰，也可以选择中间的一段来进行验证。力学实验大

致

框

架3、误差剖析①本实验中因重锤和纸带在下落的过程中要克服阻力做功，故动能的增加量一定略小于重力势能的减少量，这是不可避免的，属于系统误差，改进的方法是调整器材的安装，尽可能地减少阻力。②本实验的另一误差来源于长度的测量，属于偶然误差。验证机械能守恒定律力学实验大

致

框

架1、实验原理弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和所受外力大小相等。这样弹力的大小可以通过测定外力而得出(可以用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力)；弹簧的长度可用刻度尺测出探究弹力和弹簧伸长的关系多测几组弹力F与对应的弹簧伸长量的数据，用列表或作图的方法得出弹力与弹簧伸长的定量关系。2、实验警示(1)测量有关长度时，应区别弹簧原长L0、实际长度L及伸长量X三者之间的不同，明确三者之间的关系。(2)描线的原则是尽量使各点落在画出的线上，可允许少数点分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线。力学实验大

致

框

架3、误差剖析探究弹力和弹簧伸长的关系(1)由于弹簧自身重力的影响，不挂砝码时弹簧的长度略大于弹簧的自然长度；(2)读取刻度时存在偶然误差；(3)描点作图线时存在误差。力学实验大

致

框

架1、实验原理采用如图所示装置，让小车在橡皮筋作用下弹出，使小车获得速度后沿木板匀速滑行。当用一条橡皮筋弹出时对小车做的功记为形，则用两条、三条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放时，实验中橡皮筋对小车做的功就是第l次的2倍(2W)、3倍(3W)……。橡皮筋每次实验做的功使小车获得的速度根据打点计时器打出的纸带得到。当得出若干组功和速度的数据后，以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，分别以小车获得的速度v、v2、为横坐标，以第l次实验时的功W为单位，用描点法分别作出W一V、W一V2、W一曲线，分析曲线，得出橡皮筋对小车做的功与小车获得速度的定量关系。探究动能定理力学实验大

致

框

架2、实验警示(1)每次实验中小车要拖动到同一位置。(2)长木板要倾斜，使小车能在长木板上匀速运动。(3)实验中不用测小车的质量。探究动能定理(4)实验中测定的速度应是橡皮筋恢复形变以后小车的速度，所以应选用那些间距较大，且相对均匀的点来测量和计算。3、误差剖析①每个橡皮筋的劲度系数不同和每次拉伸的长度不完全一致，造成橡皮筋对小车做的功不是整数倍关系引起误差；②不完全平衡摩擦力或平衡摩擦力过大，造成实验中除橡皮筋的拉力做功外，还有其他力做功，并由此造成最末阶段纸带上点的间隔不均匀而引起测量速度的误差。力学实验知识树原图PA

RT

2利用知识体系框架来解题此部分务必观看视频讲解DREAMOFTHEFUTURE经典例题1用如图甲所示的实验装置。验证m

、m

组成的系统机械能守恒．m

从高处由静止开始下落.m

上拖1221着的纸带打出一系列的点.对纸带上的点迹进行测量.即可验证机械能守恒定律．图乙给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点.每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出）。计数点间的距离如图乙所示。已知m

=50g、m

=150g.取g=9.8m/s2.则（结果均保留两位有效数字）12①在纸带上打下记数点5时的速度v=ꢀꢀm/s；②在0～5过程中系统动能的增量△E

=ꢀꢀJ.系统势能的减少量△E

=ꢀꢀJ；由此可以验证ꢀꢀ

．KP答案解析1PA

RT

3回顾落实DREAMOFTHEFUTURE要点（1）研究匀变速直线运动主要考察打点计时器系列实验中纸带的处理；（2）验证力的平行四边形定则主要是体现出等效性；（3）验证牛顿运动定律的原理就是控制变量法；（4