专题09 力学实验（4大题型）（题型专练）（全国适用）（原卷版及解析）

热点题型·实验题攻略热点题型·实验题攻略专题09力学实验目录第一部分题型解码高屋建瓴，掌握全局目录第一部分题型解码高屋建瓴，掌握全局第二部分考向破译微观解剖，精细教学典例引领方法透视变式演练考向01纸带和光电门类实验 考向02弹簧、橡皮条类实验 考向03力学其他实验 考向04力学创新实验 第三部分综合巩固整合应用，模拟实战题型解码力学实验是高考必考题型，大体可以从验证性实验和探究性实验两个角度出发去考察学生对教材实验的掌握情况以及数据处理方法的应用及迁移能力。素材来源广泛，但均可从教材中寻找到影子。因此引导学生回归教材中的基本实验，深挖教材实验的设计理念、器材选择的依据、训练典型试题甚至重做经典实验等是最好的备考方法。考向破译考向01纸带和光电门类实验【典例引领1】某同学设计了如图所示的实验装置探究小车加速度与力、质量的关系，小车总质量用M表示，重物质量用m表示。(1)关于该实验方案，实验时一定要进行的操作是________。A.平衡摩擦力B.调节细线与长木板平行C.所挂重物质量m远小于小车的总质量MD.测量重物质量m(2)如图2为某次实验过程中打出的某一条纸带，A、B、C、D、E为5个计数点，每相邻两计数点间还有4个点未画出，测量出A点与其他各计数点的间距如图所示。已知打点计时器打点的时间间隔为0.02s。则小车运动的加速度为a＝__________m/s2(结果保留2位有效数字)。(3)在探究加速度与力之间的关系时，以小车的加速度a为纵轴、弹簧测力计的示数F为横轴，作出a－F图像，发现图像为一条过原点的倾斜直线，直线的斜率为k，则小车的质量为M＝__________。【方法透视】实验装置图实验操作数据处理测量做直线运动物体的瞬时速度1.细绳与长木板平行2.释放前小车应靠近打点计时器3.先接通电源，再释放小车，打点结束先切断电源，再取下纸带4.槽码质量适当1.判断物体是否做匀变速直线运动2.利用平均速度求瞬时速度3.利用逐差法求平均加速度4.作速度—时间图像，通过图像的斜率求加速度探究加速度与物体受力、物体质量的关系1.平衡阻力，垫高长木板使小车能匀速下滑2.在平衡阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，实验过程中不用重复平衡阻力3.实验必须保证的条件：小车质量m≫槽码质量m′4.释放前小车要靠近打点计时器，应先接通电源，后释放小车1.利用逐差法或v－t图像法求a2.作出a－F图像和a－eq\f(1,m)图像，确定a与F、m的关系验证机械能守恒定律1.竖直安装打点计时器，以减少摩擦阻力2.选用质量大、体积小、密度大的重物3.选取第1、2两点间距离接近2mm的纸带，用mgh＝eq\f(1,2)mv2进行验证1.应用vn＝eq\f(hn＋1－hn－1,2T)计算某时刻的瞬时速度2.判断mghAB与eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)是否在误差允许的范围内相等3.作出eq\f(1,2)v2－h图像，求g的大小验证动量守恒定律1.开始前调节导轨水平2.用天平测出两滑块的质量3.用光电门测量滑块碰前和碰后的速度1.滑块速度的测量：v＝eq\f(Δx,Δt)2.验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′【变式演练】【变式1-1】某同学利用图甲实验装置探究滑块加速度与板块间动摩擦因数的关系。实验过程中选取上表面粗糙程度不同的长木板，通过纸带测出滑块加速度a及对应动摩擦因数μ数值，作出a－μ图像如图乙所示，作图时忘记标明纵、横截距数据，重力加速度g取10m/s2。(1)为尽可能准确地完成实验，下列说法正确的是________。A.长木板需要调整为水平B.实验前需要补偿阻力C.实验过程不需要保持小桶及沙子质量m不变D.实验过程需要保持小桶及沙子质量m远小于滑块质量ME.连接滑块的细线需要与长木板平行(2)已知滑块质量为M＝2kg，当换用动摩擦因数μ＝0.1的长木板时，实验得到的纸带如图所示，已知交流电频率f＝50Hz，相邻记数点间还有四个点未画出，则滑块加速度大小a＝________m/s2(保留2位有效数字)。(3)结合以上信息，则小桶及沙子质量m＝________kg；图乙中横截距b＝________。考向02弹簧、橡皮条类实验【典例引领2】某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验。如图甲，橡皮条的一端固定轻质小圆环，另一端固定在桌面上，橡皮条的长度为GE。在图乙中，用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。小圆环受到拉力F1、F2的共同作用，处于O点，橡皮条伸长的长度为EO，对圆环的拉力为F3。(1)撤去F1、F2，改用一个力F单独拉住小圆环，仍使它处于O点(图丙)。则F1与F2的合力与__________相等，F1、F2与__________(均选填“F”或“F3”)的合力为0。(2)如图丁所示，用M、N两只弹簧测力计把小圆环拉到O点，这时∠MON＜90°，现改变弹簧测力计M的拉力方向，使α角减小，但不改变它的拉力大小，那么要使小圆环仍被拉到O点，需调节弹簧测力计N拉力的大小及β角，在下列调整方法中，可能实现目标的方法是__________。A.增大N的拉力和β角B.增大N的拉力，β角不变C.增大N的拉力，同时减小β角D.N的拉力大小不变，增大β角(3)本实验采用的科学方法是__________。A.建立物理模型法 B.理想实验法C.控制变量法 D.等效替代法【方法透视】实验装置图实验操作数据处理探究弹簧弹力与形变量的关系1.应在弹簧自然下垂时，测量弹簧原长l02.水平放置时测原长，图线不过原点的原因是弹簧自身有重力1.作出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线，斜率表示弹簧的劲度系数2.超过弹簧的弹性限度，图线会发生弯曲探究两个互成角度的力的合成规律1.正确使用弹簧测力计2.同一次实验中，橡皮条结点的位置一定要相同3.细绳套应适当长一些，互成角度地拉橡皮条时，夹角合适，并标记力的方向1.按力的图示作平行四边形2.求合力大小【变式演练】【变式2-1】某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳，图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。(1)如果没有操作失误，图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是________。(2)本实验采用的科学方法是________(填选项前的序号)。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)实验时，主要的步骤是：A.在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；B.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；C.用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，记录O点的位置和两条细绳的方向，读出两个弹簧测力计的示数；D.按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F′；E.只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F的图示；F.比较F′和F的大小和方向，看它们是在误差允许范围内相同。上述步骤中，有重要遗漏的步骤的序号是______。【变式2-2】有一款称为“一抽到底”的纸巾盒改进装置，如图甲所示，该装置由两块挡板和弹簧组成，弹簧连接两块挡板。该装置放在纸巾盒底部，可将整包纸巾顶起，以保持最上面的纸巾能够在纸巾盒取用口。科技实践小组的同学为了研究该装置中弹簧的特征，设计如图乙所示。测量出数据记录见下表格：实验次数12345砝码质量m/g1020304050弹簧长度l/cm4.514.033.483.272.46弹簧形变量Δl/cm0.991.472.022.233.04(1)依据测量数据画出m－Δl图像如图所示，观察图像可发现，其中第________次数据误差较大，应该剔除。(2)根据图像可得劲度系数k＝__________N/m(结果保留2位有效数字，g取10N/kg)。(3)在使用过程中，盒子里的纸巾越来越少，弹簧的弹性势能________(选填“不变”“逐渐变大”或“逐渐变小”)。考向03力学其他实验【典例引领3】某同学利用双线摆和光传感器测量当地的重力加速度，如图甲所示，A为激光笔，B为光传感器。实验过程如下：(1)用20分度的游标卡尺测量小球的直径，如图乙所示，则小球的直径d＝________mm。(2)①测出两悬点(两悬点位于同一水平高度)间的距离s和摆线长l(两摆线等长)。②使悬线偏离竖直方向一个较小角度并将摆球由静止释放，同时启动光传感器，得到光照强度随时间变化的图像如图丙所示，则双线摆摆动的周期T＝__________。(3)根据上述数据可得当地重力加速度g＝__________(用T、d、l、s表示)。若小球经过最低点时，球心位置比激光光线高度高些，则重力加速度的测量值与真实值相比__________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。(4)该双线摆装置测重力加速度较传统的单摆实验有何优点？____________________________________________________________________________________________________________________________________________(回答一点即可)。【方法透视】实验装置图实验操作数据处理探究平抛运动的特点1.保证斜槽末端水平2.每次让小球从斜轨道的同一位置由静止释放3.坐标原点应是小球出槽口时球心在木板上的投影点1.用代入法或图像法判断运动轨迹是不是抛物线2.由公式：x＝v0t和y＝eq\f(1,2)gt2，求初速度v0＝xeq\r(\f(g,2y))探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系1.弹力大小可以通过标尺上刻度读出，该读数显示了向心力大小2.采用了控制变量法，探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系作出Fn－ω2、Fn－r、Fn－m的图像，分析向心力与角速度、半径、质量之间的关系用单摆测量重力加速度的大小1.保证悬点固定2.单摆必须在同一平面内振动，且摆角小于5°3.摆长l＝悬线长l′＋小球的半径r4.用T＝eq\f(t,n)计算单摆的周期1.利用公式g＝eq\f(4π2l,T2)求重力加速度2.作l－T2的图像，可利用斜率求重力加速度【变式演练】【变式3-1】物理兴趣小组的同学用图(a)所示的装置探究平抛运动的规律并计算平抛初速度v0的大小。(1)关于实验注意事项，下列说法正确的是________(填正确答案标号)。A.每次小球释放的初始位置可以任意选择B.斜槽轨道必须光滑C.斜槽轨道末端必须保持水平D.挡板的竖直位置必须等间距变化(2)甲同学按正确的操作完成实验并描绘出平抛运动的轨迹，以斜槽末端端口位置作为坐标原点O，重垂线与y轴重合，建立xOy平面直角坐标系，如图(b)所示。甲同学认为仅测量图(b)中A点的坐标值，就可以求得小球做平抛运动的初速度大小。乙同学指出此方法中由于小球尺寸不可忽略，将导致小球在A点纵坐标测量值偏小，进而使初速度的测量值比真实值________(选填“偏小”或“偏大”)。(3)乙同学提出改进方案，若准确测出图(b)中A点、B点的横坐标分别为4L、8L，A点、B点的纵坐标之差为6L，重力加速度大小为g，忽略空气阻力的影响，可准确求得平抛运动的初速度大小v0＝________(用含字母g、L的式子表示)。【变式3-2】某实验小组做探究影响向心力大小因素的实验：(1)方案一：如图甲所示的装置，已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨迹半径之比为1∶2∶1，变速塔轮自上而下按如图乙所示三种组合方式，左右每层半径之比由上至下分别为1∶1、2∶1和3∶1。回答以下问题：①本实验所采用的实验探究方法与下列哪些实验是相同的________。A.探究平抛运动的特点B.探究影响导体电阻的因素C.探究两个互成角度的力的合成规律D.探究加速度与物体受力、物体质量的关系②在某次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C位置，探究向心力的大小与半径的关系，则需要将传动皮带调至第________层塔轮(选填“一”“二”或“三”)。(2)方案二：如图丙所示装置，装置中竖直转轴固定在电动机的转轴上(未画出)，光滑的水平直杆固定在竖直转轴上，能随竖直转轴一起转动。水平直杆的左端套上滑块P，用细线将滑块P与固定在竖直转轴上的力传感器连接，细线处于水平伸直状态，当滑块随水平直杆一起匀速转动时，细线拉力的大小可以通过力传感器测得。水平直杆的右端最边缘安装了宽度为d的挡光条，挡光条到竖直转轴的距离为L，光电门可以测出挡光条经过光电门所用的时间(挡光时间)。滑块P与竖直转轴间的距离可调。回答以下问题：①若某次实验中测得挡光条的挡光时间为Δt，则滑块P的角速度表达式为ω＝__________。②实验小组保持滑块P质量和运动半径r不变，探究向心力F与角速度ω的关系，作出F－ω2图线如图丁所示，若滑块P运动半径r＝0.3m，细线的质量和滑块与杆的摩擦可忽略，由F－ω2图线可得滑块P的质量m＝________kg(结果保留2位有效数字)。考向04力学创新实验【典例引领4】角度一实验器材的等效与替换1.用气垫导轨代替长木板：应调整导轨水平，不必平衡阻力。2.用光电门、频闪相机代替打点计时器。3.用力传感器或已知质量的钩码等代替弹簧测力计。【例4-1】实验小组在“探究加速度与力、质量的关系”时，用图甲所示的装置进行实验，实验中，用槽码的重力代替细线中的拉力。(1)如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d＝________mm。(2)下列说法中正确的是________。A.槽码的质量应远小于滑块的质量B.气垫导轨右端应比左端高C.先释放滑块再打开气垫导轨的气源(3)实验小组用如下方法测量滑块的加速度a：将滑块从图甲所示位置由静止释放，测得遮光条通过光电门1、2的时间分别为t1、t2，两个光电门间的距离为L，则滑块的加速度大小a＝________(用字母t1、t2、L、d表示)。(4)为了减小偶然误差，该小组同学设计了另一种方案，测得遮光条从光电门1到2的时间为t，两个光电门间的距离为L，保持光电门2的位置及滑块在导轨上释放的位置不变，改变光电门1的位置进行多次测量，测得多组L和t的数据，作出了eq\f(L,t)－t图像如图丙所示，已知纵轴截距为v0，横轴截距为t0，则v0表示遮光条通过光电门______(选填“1”或“2”)时的速度大小，滑块的加速度大小a＝________。(5)保持槽码质量m不变，改变滑块质量M，探究滑块加速度a与质量M的关系，将槽码重力mg代替细线拉力F，引起的相对误差δ表示为δ＝eq\f(mg－F,F)×100%，请写出δ随M变化的关系式________________。角度二实验结论的拓展与延申1.由测定加速度延伸为测定动摩擦因数。通过研究纸带、频闪照片或光电装置得出物体的加速度，再利用牛顿第二定律求出物体所受的阻力或小车与木板间的动摩擦因数。2.由测定加速度延伸为测定交流电的频率。【例4-2】图甲为测量滑块与水平桌面之间的动摩擦因数的实验装置示意图，实验步骤如下：①用天平测量滑块和遮光条的总质量M、重物的质量m，用游标卡尺测量遮光条的宽度d；②安装器材，并调整轻滑轮，使细线水平；③用米尺测量遮光条与光电门间距x；④由静止释放滑块，用数字毫秒计测出遮光条经过光电门的时间t；⑤改变滑块与光电门间距，重复步骤③④。回答下列问题：(1)测量d时，某次游标卡尺的示数如图乙所示，其读数为________cm。(2)根据实验得到的数据，以________(选填“eq\f(1,t)”或“eq\f(1,t2)”)为横坐标，以x为纵坐标，可作出如图丙所示的图像，该图像的斜率为k，若实验测得m＝2M，则滑块和桌面间的动摩擦因数为μ＝________(用k、g、d表示)。【方法透视】1.力学创新型实验的特点(1)以基本的力学模型为载体，依托运动学规律和牛顿运动定律设计实验。(2)将实验的基本方法(控制变量法)和处理数据的基本方法(图像法、逐差法)融入实验的综合分析之中。2.创新实验题的解法(1)根据题目情境，提取相应的力学模型，明确实验的理论依据和实验目的，设计实验方案。(2)进行实验，记录数据，应用原理公式或图像法处理实验数据，结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析。【变式演练】【变式4-1】实验小组利用光电门和数字传感设备设计了一个测量当地重力加速度的集成框架，如图甲所示，框架上装有两个光电门，都可上下移动；框架的竖直部分贴有长度有限的刻度尺，零刻度线在上端，只能直接读出光电门1到零刻度线的距离x1；框架水平部分安装了电磁铁，将质量为m的小铁球吸住，小球刚好处于零刻度线位置。一断电，小铁球就由静止释放，先后经过两个光电门时，与光电门连接的数字传感器即可测算出速度大小v1和v2。多次改变光电门1的位置，得到多组x1、v1和v2的数据﹐建立如图乙所示的坐标系并描点连线，得出纵截距和横截距分别为a、b。(1)需要提前向数字传感器输入小球的直径d，当小铁球经过光电门时，光电门记录下小球经过光电门的时间t，测算出的速度v＝________。(2)当地的重力加速度为________(用a和b表示)。(3)若选择刻度尺的0刻度所在水平面为零势能面，则小铁球经过光电门2时的机械能表达式为________(用题中的m、v2、a和b表示)。【变式4-1】某兴趣小组利用智能手机探究滑块与一长木板间的动摩擦因数，设计如图甲所示的实验装置。将长木板固定在水平桌面上，长木板的左侧固定一定滑轮，滑块放在长木板的右端，并把手机固定在滑块上，打开智能手机测量加速度的APP，用细线通过定滑轮与滑块及钩码相连。通过改变钩码的个数，改变钩码的总质量m，获得不同的加速度a，并作出a与m(g－a)的图像如乙图所示。图线与横轴的截距为b，与纵轴的截距为－c，不计空气阻力，重力加速度为g。(1)关于该实验，下列说法正确的是________。A.钩码的质量应该远小于智能手机和滑块的质量B.细绳应该始终与长木板平行C.细线的拉力等于钩码的重力(2)根据图像可得滑块与木板间的动摩擦因数为________；同时该兴趣小组还测出了滑块和手机的总质量________。综合巩固1．（2025·天津·高考真题）某实验小组探究平抛运动的特点。(1)实验采用图示装置，将白纸和复写纸重叠并固定在竖直背板上，钢球在斜槽中某一高度滚下，从末端水平飞出，落在挡板上，在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重复实验，在白纸上留下若干痕迹点。为正确研究钢球运动的规律，将白纸从背板上取下前还应根据在白纸上标记竖直方向；(2)利用手机和计算机可以方便地记录钢球做平抛运动的轨迹并分析其运动规律。该实验小组利用视频处理软件分析钢球某次平抛运动的录制视频，得到的水平位移和竖直位移随时间变化的图像如图所示。图中图线（选填“甲”或“乙”）为水平位移随时间变化的图线，此次钢球做平抛运动的初速度为米/秒。2．（2025·江西·高考真题）某小组利用气垫导轨、两个光电门、滑块、遮光片等，组成具有一定倾角的导轨装置，研究机械能守恒定律。重力加速度g取。(1)实验前，应合理安装实验器材。图（a）中光电门的位置安装不合理，应如何调整：(2)实验时，导轨倾斜角的正弦值，光电门1、2相距L。将宽度的遮光片固定于滑块上，从导轨最左端静止释放滑块，分别记录遮光片通过光电门1、2的时间和。移动光电门2的位置改变L，重复实验，所测数据见下表。…滑块经过光电门1、2的速度分别为和。当时，，滑块通过两光电门下降的高度。（结果保留2位小数）(3)处理上表数据，并绘制关系曲线（其中），如图（b）所示。根据图（b）中的信息，分析滑块在下滑过程中机械能是否守恒：，并给出理由：。3．（2025·浙江·高考真题）在用单摆测重力加速度的实验中，(1)如图1所示，可在单摆悬点处安装力传感器，也可在摆球的平衡位置处安装光电门。甲同学利用力传感器，获得传感器读取的力与时间的关系图像，如图2所示，则单摆的周期为s（结果保留3位有效数字）。乙同学利用光电门，从小钢球第1次遮光开始计时，记下第n次遮光的时刻t，则单摆的周期为；(2)丙同学发现小钢球已变形，为减小测量误差，他改变摆线长度l，测出对应的周期T，作出相应的关系图线，如图3所示。由此算出图线的斜率k和截距b，则重力加速度，小钢球重心到摆线下端的高度差；（结果均用k、b表示）(3)丁同学用3D打印技术制作了一个圆心角等于、半径已知的圆弧槽，如图4所示。他让小钢球在槽中运动，测出其运动周期，算出重力加速度为。若周期测量无误，则获得的重力加速度明显偏离实际值的最主要原因是。4．（2025·全国卷·高考真题）某探究小组利用橡皮筋完成下面实验。(1)将粘贴有坐标纸的木板竖直放置。橡皮筋的一端用图钉固定在木板上，另一端悬挂钩码。钩码质量分别为200g、250g、⋯、500g，平衡时橡皮筋底端在坐标纸上对应的位置如图（a）中圆点所示（钩码的质量在图中用数字标出）。悬挂的钩码质量分别为200g和300g时，橡皮筋底端位置间的距离为cm。(2)根据图（a）中各点的位置可知，在所测范围内橡皮筋长度的增加量与所挂钩码的（选填“质量”或“质量的增加量”）成正比，由此可求出橡皮筋的劲度系数为（保留2位有效数字，重力加速度取）。(3)悬挂的钩码质量为时，在橡皮筋底端施以水平向右的力，平衡时橡皮筋方向如图（b）中虚线所示，图（b）中测力计的示数给出了力的大小，则，g（选填“200”“300”或“400”）。5．（2025·重庆·高考真题）弹簧是熄火保护装置中的一个元件，其劲度系数会影响装置的性能。小组设计了如图1所示的实验装置测量弹簧的劲度系数，其中压力传感器水平放置，弹簧竖直放在传感器上，螺旋测微器竖直安装，测微螺杆正对弹簧。(1)某次测量时，螺旋测微器的示数如图2所示，此时读数为mm。(2)对测得的数据进行处理后得到弹簧弹力F与弹簧长度l的关系如图3所示，由图可得弹簧的劲度系数为N/m，弹簧原长为mm（均保留3位有效数字）。6．（2025·广西·高考真题）在用如图甲的装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验中：(1)探究小车加速度与小车所受拉力的关系时，需保持小车（含加速度传感器，下同）质量不变，这种实验方法是。(2)实验时，调节定滑轮高度，使连接小车的细绳与轨道平面保持。(3)由该装置分别探究M、N两车加速度a和所受拉力F的关系，获得图像如图乙，通过图乙分析实验是否需要补偿阻力（即平衡阻力）。如果需要，说明如何操作；如果不需要，说明理由。(4)悬挂重物让M、N两车从静止释放经过相同位移的时间比为n，两车均未到达轨道末端，则两车加速度之比。7．（2025·甘肃·高考真题）某学习小组使用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。把一个直径为d的小球用不可伸长的细线悬挂，光电门置于小球平衡位置处，其光线恰好通过小球球心，计时器与光电门相连。将小球拉离平衡位置并记录其高度h，然后由静止释放（运动平面与光电门光线垂直），记录小球经过光电门的挡光时间。改变h，测量多组数据。已知重力加速度为g，忽略阻力。(1)以h为横坐标、（填“”、“”、“”或“”）为纵坐标作直线图。若所得图像过原点，且斜率为（用d和g表示），即可证明小球在运动过程中机械能守恒。(2)实验中，用游标卡尺测得小球直径。①由结果可知，所用的是分度的游标卡尺（填“10”、“20”或“50）；②小组设计了一把25分度的游标卡尺，未测量时的状态如图所示。如果用此游标卡尺测量该小球直径、则游标尺上第条刻度线与主尺上的刻度线对齐。8．（2025·四川·高考真题）某学习小组利用生活中常见物品开展“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验。已知水的密度为1.0×103kg/m3，当地重力加速度为9.8m/s2。实验过程如下：（1）将两根细绳分别系在弹簧两端，将其平放在较光滑的水平桌面上，让其中一个系绳点与刻度尺零刻度线对齐，另一个系绳点对应的刻度如图1所示，可得弹簧原长为cm。（2）将弹簧一端细绳系到墙上挂钩，另一端细绳跨过固定在桌面边缘的光滑金属杆后，系一个空的小桶。使弹簧和桌面上方的细绳均与桌面平行，如图2所示。（3）用带有刻度的杯子量取50mL水，缓慢加到小桶里，待弹簧稳定后，测量两系绳点之间的弹簧长度并记录数据。按此步骤操作6次。（4）以小桶中水的体积V为横坐标，弹簧伸长量x为纵坐标，根据实验数据拟合成如图3所示直线，其斜率为200m−2。由此可得该弹簧的劲度系数为N/m（结果保留2位有效数字）。（5）图3中直线的截距为0.0056m，可得所用小桶质量为kg（结果保留2位有效数字）。9．（2025·北京·高考真题）利用打点计时器研究匀变速直线运动的规律，实验装置如图1所示。(1)按照图1安装好器材，下列实验步骤正确的操作顺序为________（填各实验步骤前的字母）。A．释放小车 B．接通打点计时器的电源 C．调整滑轮位置，使细线与木板平行(2)实验中打出的一条纸带如图2所示，为依次选取的三个计数点（相邻计数点间有4个点未画出），可以判断纸带的（填“左端”或“右端”）与小车相连。(3)图2中相邻计数点间的时间间隔为T，则打B点时小车的速度。(4)某同学用打点计时器来研究圆周运动。如图3所示，将纸带的一端固定在圆盘边缘处的M点，另一端穿过打点计时器。实验时圆盘从静止开始转动，选取部分纸带如图4所示。相邻计数点间的时间间隔为，圆盘半径。则这部分纸带通过打点计时器的加速度大小为；打点计时器打B点时圆盘上M点的向心加速度大小为。（结果均保留两位有效数字）10．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）下图为探究加速度与力、质量关系的部分实验装置。(1)实验中应将木板（填“保持水平”或“一端垫高”）。(2)为探究加速度a与质量m的关系，某小组依据实验数据绘制的图像如图所示，很难直观看出图线是否为双曲线。如果采用作图法判断a与m是否成反比关系，以下选项可以直观判断的有_________。（多选，填正确答案标号）0.20.6180.330.4820.400.4030.500.3171.000.152A．图像 B．图像 C．图像 D．图像(3)为探究加速度与力的关系，在改变作用力时，甲同学将放置在实验桌上的槽码依次放在槽码盘上；乙同学将事先放置在小车上的槽码依次移到槽码盘上，在其他实验操作相同的情况下，（填“甲”或“乙”）同学的方法可以更好地减小误差。11．（2025·安徽·高考真题）某实验小组通过实验探究加速度与力、质量的关系。(1)利用图甲装置进行实验，要平衡小车受到的阻力。平衡阻力的方法是：调整轨道的倾斜度，使小车。（选填正确答案标号）a.能在轨道上保持静止b.受牵引时，能拖动纸带沿轨道做匀速运动c.不受牵引时，能拖动纸带沿轨道做匀速运动(2)利用图乙装置进行实验，箱体的水平底板上安装有力传感器和加速度传感器，将物体置于力传感器上，箱体沿竖直方向运动。利用传感器测得物体受到的支持力和物体的加速度a，并将数据实时传送到计算机。①图丙是根据某次实验采集的数据生成的和a随时间t变化的散点图，以竖直向上为正方向。时，物体处于（选填“超重”或“失重”）状态；以为横轴、a为纵轴，根据实验数据拟合得到的图像为图丁中的图线a、②若将物体质量增大一倍，重新进行实验，其图像为图丁中的图线。（选填“b”“c”或“d”）12．（2025·江苏·高考真题）小明同学探究机械能守恒定律，实验装置如图。实验时，将小钢球在斜槽上某位置A由静止释放，钢球沿斜槽通过末端O处的光电门，光电门记录下钢球的遮光时间t。用游标卡尺测出钢球的直径d，由得出其通过光电门的速度v，再计算出动能增加量。用刻度尺测得钢球下降的高度h，计算出重力势能减少量。(1)安装实验装置的操作有：①在斜槽末端安装光电门

②调节斜槽在竖直平面内③调节斜槽末端水平

④将斜槽安装到底座上其合理的顺序是__________（选填“A”“B”或“C”）。A．①②③④ B．④②③① C．④①②③(2)测量钢球直径的正确操作是图中（选填“甲”或“乙”）所示的方式。(3)在斜槽上5个不同的位置由静止释放钢球。测量得出的实验数据见表1。已知钢球的质量，重力加速度。请将下表的数据补充完整。表14.005.006.007.008.004.906.257.458.7810.07.849.8011.813.7(4)实验数据表明，明显小于，钢球在下降过程中发生机械能的损失。小明认为，机械能的损失主要是由于钢球受到的摩擦力做功造成的。为验证此猜想，小明另取一个完全相同的斜槽按下图平滑对接。若钢球从左侧斜槽上A点由静止释放，运动到右侧斜槽上，最高能到达B点，A、B两点高度差为H．则该过程中，摩擦力做功大小的理论值（用m、g、H表示）。(5)用上图的装置，按表1中所列部分高度h进行实验，测得摩擦力做功大小。由于观察到H值较小，小明认为，AO过程摩擦力做功近似等于AB过程的一半，即。然后通过表1的实验数据，计算出AO过程损失的机械能。整理相关数据，见表2。表24.005.006.007.002.943.554.354.920.981.081.181.27上表中与相差明显。小明认为这是由于用近似计算不合理。你是否同意他的观点？请根据表2数据简要说明理由。13．（2025·广东·高考真题）请完成下列实验操作和计算。(1)在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中，用螺旋测微器测量小球的直径，示数如图所示，读数mm。(2)实验小组利用小车碰撞实验测量吸能材料的性能，装置如图所示，图中轨道由轨道甲和乙平滑拼接而成，且轨道乙倾角较大。①选取相同的两辆小车，分别安装宽度为1.00cm的遮光条。②轨道调节。调节螺母使轨道甲、乙连接处适当升高。将小车在轨道乙上释放，若测得小车通过光电门A和B的。证明已平衡小车在轨道甲上所受摩擦力及其他阻力。③碰撞测试先将小车1静置于光电门A和B中间，再将小车2在M点由静止释放，测得小车2通过光电门A的时间为t2，碰撞后小车1通过光电门B的时间为t1。若t2t1，可将两小车的碰撞视为弹性碰撞。④吸能材料性能测试。将吸能材料紧贴于小车2的前端。重复步骤③。测得小车2通过光电门A的时间为10.00ms，两车碰撞后，依次测得小车1和2通过光电门B的时间分别为15.00ms、30.00ms，不计吸能材料的质量，计算可得碰撞后两小车总动能与碰撞前小车2动能的比值为（结果保留2位有效数字）。14．（2025·河南·高考真题）实验小组利用图1所示装置验证机械能守恒定律。可选用的器材有：交流电源（频率）、铁架台、电子天平、重锤、打点计时器、纸带、刻度尺等。(1)下列所给实验步骤中，有4个是完成实验必需且正确的，把它们选择出来并按实验顺序排列：（填步骤前面的序号）①先接通电源，打点计时器开始打点，然后再释放纸带②先释放纸带，然后再接通电源，打点计时器开始打点③用电子天平称量重锤的质量④将纸带下端固定在重锤上，穿过打点计时器的限位孔，用手捏住纸带上端⑤在纸带上选取一段，用刻度尺测量该段内各点到起点的距离，记录分析数据⑥关闭电源，取下纸带(2)图2所示是纸带上连续打出的五个点A、B、C、D、E到起点的距离。则打出B点时重锤下落的速度大小为（保留3位有效数字）。(3)纸带上各点与起点间的距离即为重锤下落高度h，计算相应的重锤下落速度v，并绘制图3所示的关系图像。理论上，若机械能守恒，图中直线应（填“通过”或“不通过”）原点且斜率为（用重力加速度大小g表示）。由图3得直线的斜率（保留3位有效数字）。(4)定义单次测量的相对误差，其中是重锤重力势能的减小量，是其动能增加量，则实验相对误差为（用字母k和g表示）；当地重力加速度大小取，则（保留2位有效数字），若，可认为在实验误差允许的范围内机械能守恒。

热点题型·实验题攻略热点题型·实验题攻略专题09力学实验目录第一部分题型解码高屋建瓴，掌握全局第二部分考向破译微观解剖，精细教学目录第一部分题型解码高屋建瓴，掌握全局第二部分考向破译微观解剖，精细教学典例引领方法透视变式演练考向01纸带和光电门类实验 考向02弹簧、橡皮条类实验 考向03力学其他实验 考向04力学创新实验 第三部分综合巩固整合应用，模拟实战题型解码力学实验是高考必考题型，大体可以从验证性实验和探究性实验两个角度出发去考察学生对教材实验的掌握情况以及数据处理方法的应用及迁移能力。素材来源广泛，但均可从教材中寻找到影子。因此引导学生回归教材中的基本实验，深挖教材实验的设计理念、器材选择的依据、训练典型试题甚至重做经典实验等是最好的备考方法。考向破译考向01纸带和光电门类实验【典例引领1】某同学设计了如图所示的实验装置探究小车加速度与力、质量的关系，小车总质量用M表示，重物质量用m表示。(1)关于该实验方案，实验时一定要进行的操作是________。A.平衡摩擦力B.调节细线与长木板平行C.所挂重物质量m远小于小车的总质量MD.测量重物质量m(2)如图2为某次实验过程中打出的某一条纸带，A、B、C、D、E为5个计数点，每相邻两计数点间还有4个点未画出，测量出A点与其他各计数点的间距如图所示。已知打点计时器打点的时间间隔为0.02s。则小车运动的加速度为a＝__________m/s2(结果保留2位有效数字)。(3)在探究加速度与力之间的关系时，以小车的加速度a为纵轴、弹簧测力计的示数F为横轴，作出a－F图像，发现图像为一条过原点的倾斜直线，直线的斜率为k，则小车的质量为M＝__________。【答案】(1)AB(2)0.20(3)eq\f(1,k)【解析】(1)为了使细线对小车的拉力等于小车受的合外力，则该实验中需要平衡摩擦力，选项A正确；调节细线与长木板平行，选项B正确；因有弹簧测力计测量小车受到的拉力，则不需要满足所挂重物质量m远小于小车的总质量M，也不需要测量重物质量m，选项C、D错误。(2)每相邻两计数点间还有4个点未画出，则T＝0.1s，则小车运动的加速度为a＝eq\f(xCE－xAC,4T2)＝eq\f(（9.20－4.20－4.20）×10－2,4×0.12)m/s2＝0.20m/s2。(3)对小车根据牛顿第二定律有F＝Ma则a＝eq\f(1,M)F，可知k＝eq\f(1,M)，解得M＝eq\f(1,k)。【方法透视】实验装置图实验操作数据处理测量做直线运动物体的瞬时速度1.细绳与长木板平行2.释放前小车应靠近打点计时器3.先接通电源，再释放小车，打点结束先切断电源，再取下纸带4.槽码质量适当1.判断物体是否做匀变速直线运动2.利用平均速度求瞬时速度3.利用逐差法求平均加速度4.作速度—时间图像，通过图像的斜率求加速度探究加速度与物体受力、物体质量的关系1.平衡阻力，垫高长木板使小车能匀速下滑2.在平衡阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，实验过程中不用重复平衡阻力3.实验必须保证的条件：小车质量m≫槽码质量m′4.释放前小车要靠近打点计时器，应先接通电源，后释放小车1.利用逐差法或v－t图像法求a2.作出a－F图像和a－eq\f(1,m)图像，确定a与F、m的关系验证机械能守恒定律1.竖直安装打点计时器，以减少摩擦阻力2.选用质量大、体积小、密度大的重物3.选取第1、2两点间距离接近2mm的纸带，用mgh＝eq\f(1,2)mv2进行验证1.应用vn＝eq\f(hn＋1－hn－1,2T)计算某时刻的瞬时速度2.判断mghAB与eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)是否在误差允许的范围内相等3.作出eq\f(1,2)v2－h图像，求g的大小验证动量守恒定律1.开始前调节导轨水平2.用天平测出两滑块的质量3.用光电门测量滑块碰前和碰后的速度1.滑块速度的测量：v＝eq\f(Δx,Δt)2.验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′【变式演练】【变式1-1】某同学利用图甲实验装置探究滑块加速度与板块间动摩擦因数的关系。实验过程中选取上表面粗糙程度不同的长木板，通过纸带测出滑块加速度a及对应动摩擦因数μ数值，作出a－μ图像如图乙所示，作图时忘记标明纵、横截距数据，重力加速度g取10m/s2。(1)为尽可能准确地完成实验，下列说法正确的是________。A.长木板需要调整为水平B.实验前需要补偿阻力C.实验过程不需要保持小桶及沙子质量m不变D.实验过程需要保持小桶及沙子质量m远小于滑块质量ME.连接滑块的细线需要与长木板平行(2)已知滑块质量为M＝2kg，当换用动摩擦因数μ＝0.1的长木板时，实验得到的纸带如图所示，已知交流电频率f＝50Hz，相邻记数点间还有四个点未画出，则滑块加速度大小a＝________m/s2(保留2位有效数字)。(3)结合以上信息，则小桶及沙子质量m＝________kg；图乙中横截距b＝________。【答案】(1)AE(2)2.0(3)0.750.375【解析】(1)长木板不水平会出现重力分力，需要调整长木板水平，故A正确；探究动摩擦因数与加速度关系，不需要补偿阻力，故B错误；实验过程需要保证滑块质量M、小桶及沙子质量m保持不变，但不需要保持小桶及沙子质量m远小于滑块质量M，故C、D错误；为防止出现分力，连接滑块的细线需要与长木板平行，故E正确。(2)根据逐差法Δx＝aT2有(9.19＋7.20－3.20－5.19)×10－2＝a(2×0.1)2，解得a＝2.0m/s2。(3)根据题意，已知M＝2kg，对系统应用牛顿第二定律，有mg－μMg＝(m＋M)a当μ＝0.1时，有a＝2.0m/s2则m＝0.75kg当a＝0时，有μ＝eq\f(m,M)＝eq\f(3,8)则b＝eq\f(3,8)＝0.375。考向02弹簧、橡皮条类实验【典例引领2】某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验。如图甲，橡皮条的一端固定轻质小圆环，另一端固定在桌面上，橡皮条的长度为GE。在图乙中，用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。小圆环受到拉力F1、F2的共同作用，处于O点，橡皮条伸长的长度为EO，对圆环的拉力为F3。(1)撤去F1、F2，改用一个力F单独拉住小圆环，仍使它处于O点(图丙)。则F1与F2的合力与__________相等，F1、F2与__________(均选填“F”或“F3”)的合力为0。(2)如图丁所示，用M、N两只弹簧测力计把小圆环拉到O点，这时∠MON＜90°，现改变弹簧测力计M的拉力方向，使α角减小，但不改变它的拉力大小，那么要使小圆环仍被拉到O点，需调节弹簧测力计N拉力的大小及β角，在下列调整方法中，可能实现目标的方法是__________。A.增大N的拉力和β角B.增大N的拉力，β角不变C.增大N的拉力，同时减小β角D.N的拉力大小不变，增大β角(3)本实验采用的科学方法是__________。A.建立物理模型法 B.理想实验法C.控制变量法 D.等效替代法【答案】(1)FF3(2)ABC(3)D【解析】(1)F1与F2共同作用的效果与F单独作用的效果相同，则F1与F2的合力与F相等；小圆环受到拉力F1、F2、F3的共同作用，静止于O点，则F1、F2、F3的合力为0。(2)保持O点位置不动，即合力大小，方向不变。弹簧测力计M的读数不变，只要符合该条件而且能够作出力的平行四边形即可，如图所示，F1如果从1变到4，能够作出力的平行四边形，A正确；F1如果从1变到3，能够作出力的平行四边形，B正确；F1如果从1变到2，能够作出力的平行四边形，C正确；N的拉力大小不变，增大β角，不能够作出力的平行四边形，D错误。(3)在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，两个拉力的作用效果和一个拉力的作用效果相同，采用的科学方法为等效替代法，故D正确。【方法透视】实验装置图实验操作数据处理探究弹簧弹力与形变量的关系1.应在弹簧自然下垂时，测量弹簧原长l02.水平放置时测原长，图线不过原点的原因是弹簧自身有重力1.作出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线，斜率表示弹簧的劲度系数2.超过弹簧的弹性限度，图线会发生弯曲探究两个互成角度的力的合成规律1.正确使用弹簧测力计2.同一次实验中，橡皮条结点的位置一定要相同3.细绳套应适当长一些，互成角度地拉橡皮条时，夹角合适，并标记力的方向1.按力的图示作平行四边形2.求合力大小【变式演练】【变式2-1】某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳，图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。(1)如果没有操作失误，图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是________。(2)本实验采用的科学方法是________(填选项前的序号)。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)实验时，主要的步骤是：A.在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；B.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；C.用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，记录O点的位置和两条细绳的方向，读出两个弹簧测力计的示数；D.按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F′；E.只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F的图示；F.比较F′和F的大小和方向，看它们是在误差允许范围内相同。上述步骤中，有重要遗漏的步骤的序号是______。【答案】(1)F(2)B(3)E【解析】(1)由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向，而根据平行四边形定则作出的合力，由于误差的存在，不一定沿AO方向，故一定沿AO方向的是F。(2)一个力的作用效果与两个力的作用效果相同，它们的作用效果可以等效替代，本实验采用的科学方法是等效替代法，故选B。(3)根据本实验的操作规程可知，有重要遗漏的步骤的序号是E，未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置O。【变式2-2】有一款称为“一抽到底”的纸巾盒改进装置，如图甲所示，该装置由两块挡板和弹簧组成，弹簧连接两块挡板。该装置放在纸巾盒底部，可将整包纸巾顶起，以保持最上面的纸巾能够在纸巾盒取用口。科技实践小组的同学为了研究该装置中弹簧的特征，设计如图乙所示。测量出数据记录见下表格：实验次数12345砝码质量m/g1020304050弹簧长度l/cm4.514.033.483.272.46弹簧形变量Δl/cm0.991.472.022.233.04(1)依据测量数据画出m－Δl图像如图所示，观察图像可发现，其中第________次数据误差较大，应该剔除。(2)根据图像可得劲度系数k＝__________N/m(结果保留2位有效数字，g取10N/kg)。(3)在使用过程中，盒子里的纸巾越来越少，弹簧的弹性势能________(选填“不变”“逐渐变大”或“逐渐变小”)。【答案】(1)4(2)20(3)逐渐变小【解析】(1)由题图可知，第4次的描点不在线上，出现明显偏差，故第4次数据误差较大，应该剔除。(2)根据胡克定律mg＝kΔl，可得m＝eq\f(k,g)Δl，由图像斜率可得eq\f(k,g)＝eq\f(（50－10）×10－3,（3.0－1.0）×10－2)kg/m＝2.0kg/m解得k＝20N/m。(3)在使用过程中，盒子里的纸巾越来越少，纸巾盒的重力减少，弹簧的形变量减小，故弹簧的弹性势能逐渐变小。考向03力学其他实验【典例引领3】某同学利用双线摆和光传感器测量当地的重力加速度，如图甲所示，A为激光笔，B为光传感器。实验过程如下：(1)用20分度的游标卡尺测量小球的直径，如图乙所示，则小球的直径d＝________mm。(2)①测出两悬点(两悬点位于同一水平高度)间的距离s和摆线长l(两摆线等长)。②使悬线偏离竖直方向一个较小角度并将摆球由静止释放，同时启动光传感器，得到光照强度随时间变化的图像如图丙所示，则双线摆摆动的周期T＝__________。(3)根据上述数据可得当地重力加速度g＝__________(用T、d、l、s表示)。若小球经过最低点时，球心位置比激光光线高度高些，则重力加速度的测量值与真实值相比__________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。(4)该双线摆装置测重力加速度较传统的单摆实验有何优点？____________________________________________________________________________________________________________________________________________(回答一点即可)。【答案】(1)20.80(2)2Δt(3)相等(4)可使小球更好地在同一竖直面内摆动【解析】(1)小球直径为d＝36mm－0.95×16mm＝20.80mm。(2)因为每半个周期挡光一次，故双线摆摆动的周期T＝2Δt。(3)根据几何关系可得摆长L＝根据单摆周期公式T＝2πeq\r(\f(L,g))可得g＝因为不在同一高度会影响遮光时间，但不影响遮光周期，故重力加速度的测量值等于真实值。(4)该装置测重力加速度可使小球更好地在同一竖直面内摆动。【方法透视】实验装置图实验操作数据处理探究平抛运动的特点1.保证斜槽末端水平2.每次让小球从斜轨道的同一位置由静止释放3.坐标原点应是小球出槽口时球心在木板上的投影点1.用代入法或图像法判断运动轨迹是不是抛物线2.由公式：x＝v0t和y＝eq\f(1,2)gt2，求初速度v0＝xeq\r(\f(g,2y))探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系1.弹力大小可以通过标尺上刻度读出，该读数显示了向心力大小2.采用了控制变量法，探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系作出Fn－ω2、Fn－r、Fn－m的图像，分析向心力与角速度、半径、质量之间的关系用单摆测量重力加速度的大小1.保证悬点固定2.单摆必须在同一平面内振动，且摆角小于5°3.摆长l＝悬线长l′＋小球的半径r4.用T＝eq\f(t,n)计算单摆的周期1.利用公式g＝eq\f(4π2l,T2)求重力加速度2.作l－T2的图像，可利用斜率求重力加速度【变式演练】【变式3-1】物理兴趣小组的同学用图(a)所示的装置探究平抛运动的规律并计算平抛初速度v0的大小。(1)关于实验注意事项，下列说法正确的是________(填正确答案标号)。A.每次小球释放的初始位置可以任意选择B.斜槽轨道必须光滑C.斜槽轨道末端必须保持水平D.挡板的竖直位置必须等间距变化(2)甲同学按正确的操作完成实验并描绘出平抛运动的轨迹，以斜槽末端端口位置作为坐标原点O，重垂线与y轴重合，建立xOy平面直角坐标系，如图(b)所示。甲同学认为仅测量图(b)中A点的坐标值，就可以求得小球做平抛运动的初速度大小。乙同学指出此方法中由于小球尺寸不可忽略，将导致小球在A点纵坐标测量值偏小，进而使初速度的测量值比真实值________(选填“偏小”或“偏大”)。(3)乙同学提出改进方案，若准确测出图(b)中A点、B点的横坐标分别为4L、8L，A点、B点的纵坐标之差为6L，重力加速度大小为g，忽略空气阻力的影响，可准确求得平抛运动的初速度大小v0＝________(用含字母g、L的式子表示)。【答案】(1)C(2)偏大(3)2eq\r(gL)【解析】(1)每次使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，因为需要保证每次小球抛出时的初速度相同，故A错误；斜槽的作用是让小球获得一个相同速度，所以斜槽不需要光滑，故B错误；研究平抛运动，初速度必须水平，所以斜槽轨道末端必须保持水平，故C正确；挡板只要能记录下小球下落在不同高度时的不同的位置即可，不需要等间距变化，故D错误。(2)根据平抛运动公式h＝eq\f(1,2)gt2，x＝v0t，解得v0＝xeq\r(\f(g,2h))，小球在A点纵坐标测量值偏小，所以初速度的测量值比真实值偏大。(3)水平方向xOA＝xAB＝4L，故tOA＝tAB＝T，竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，故eq\f(yOA,yAB)＝eq\f(1,3)解得yOA＝2L，又yAB－yOA＝gT2，解得v0＝2eq\r(gL)。【变式3-2】某实验小组做探究影响向心力大小因素的实验：(1)方案一：如图甲所示的装置，已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨迹半径之比为1∶2∶1，变速塔轮自上而下按如图乙所示三种组合方式，左右每层半径之比由上至下分别为1∶1、2∶1和3∶1。回答以下问题：①本实验所采用的实验探究方法与下列哪些实验是相同的________。A.探究平抛运动的特点B.探究影响导体电阻的因素C.探究两个互成角度的力的合成规律D.探究加速度与物体受力、物体质量的关系②在某次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C位置，探究向心力的大小与半径的关系，则需要将传动皮带调至第________层塔轮(选填“一”“二”或“三”)。(2)方案二：如图丙所示装置，装置中竖直转轴固定在电动机的转轴上(未画出)，光滑的水平直杆固定在竖直转轴上，能随竖直转轴一起转动。水平直杆的左端套上滑块P，用细线将滑块P与固定在竖直转轴上的力传感器连接，细线处于水平伸直状态，当滑块随水平直杆一起匀速转动时，细线拉力的大小可以通过力传感器测得。水平直杆的右端最边缘安装了宽度为d的挡光条，挡光条到竖直转轴的距离为L，光电门可以测出挡光条经过光电门所用的时间(挡光时间)。滑块P与竖直转轴间的距离可调。回答以下问题：①若某次实验中测得挡光条的挡光时间为Δt，则滑块P的角速度表达式为ω＝__________。②实验小组保持滑块P质量和运动半径r不变，探究向心力F与角速度ω的关系，作出F－ω2图线如图丁所示，若滑块P运动半径r＝0.3m，细线的质量和滑块与杆的摩擦可忽略，由F－ω2图线可得滑块P的质量m＝________kg(结果保留2位有效数字)。【答案】(1)①BD②一(2)①eq\f(d,L·Δt)②0.30【解析】(1)①在该实验中，通过控制质量、半径、角速度中两个物理量相同，探究向心力与另外一个物理量之间的关系，采用的科学方法是控制变量法。探究平抛运动的特点，例如两球同时落地，两球在竖直方向上的运动效果相同，应用了等效思想，故A错误；在探究影响导体电阻的因素实验中使用了控制变量法，故B正确；探究两个互成角度的力的合成规律，应用了等效替代法，故C错误；探究加速度与物体受力、物体质量的关系，应用了控制变量法，故D正确。②在某次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C位置，探究向心力的大小与半径的关系，应使两球的角速度相同，则需要将传动皮带调至第一层塔轮。(2)①挡光条的线速度为v＝eq\f(d,Δt)，又v＝ωL，联立解得，滑块P的角速度表达式为ω＝eq\f(d,L·Δt)。②根据向心力大小公式F＝mω2r，所以F－ω2图线的斜率为k＝mr＝eq\f(0.9,10)kg·m＝0.09kg·m解得，滑块P的质量为m＝0.30kg。考向04力学创新实验【典例引领4】角度一实验器材的等效与替换1.用气垫导轨代替长木板：应调整导轨水平，不必平衡阻力。2.用光电门、频闪相机代替打点计时器。3.用力传感器或已知质量的钩码等代替弹簧测力计。【例4-1】实验小组在“探究加速度与力、质量的关系”时，用图甲所示的装置进行实验，实验中，用槽码的重力代替细线中的拉力。(1)如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d＝________mm。(2)下列说法中正确的是________。A.槽码的质量应远小于滑块的质量B.气垫导轨右端应比左端高C.先释放滑块再打开气垫导轨的气源(3)实验小组用如下方法测量滑块的加速度a：将滑块从图甲所示位置由静止释放，测得遮光条通过光电门1、2的时间分别为t1、t2，两个光电门间的距离为L，则滑块的加速度大小a＝________(用字母t1、t2、L、d表示)。(4)为了减小偶然误差，该小组同学设计了另一种方案，测得遮光条从光电门1到2的时间为t，两个光电门间的距离为L，保持光电门2的位置及滑块在导轨上释放的位置不变，改变光电门1的位置进行多次测量，测得多组L和t的数据，作出了eq\f(L,t)－t图像如图丙所示，已知纵轴截距为v0，横轴截距为t0，则v0表示遮光条通过光电门______(选填“1”或“2”)时的速度大小，滑块的加速度大小a＝________。(5)保持槽码质量m不变，改变滑块质量M，探究滑块加速度a与质量M的关系，将槽码重力mg代替细线拉力F，引起的相对误差δ表示为δ＝eq\f(mg－F,F)×100%，请写出δ随M变化的关系式________________。【答案】(1)5.25(2)A(3)eq\f(d2,2L)(eq\f(1,teq\o\al(2,2))－eq\f(1,teq\o\al(2,1)))(4)2eq\f(2v0,t0)(5)δ＝eq\f(m,M)×100%【解析】(1)游标卡尺的读数为主尺读数与游标尺读数之和，所以d＝5mm＋5×0.05mm＝5.25mm。(2)实验中，用槽码的重力代替细线中的拉力，所以槽码的质量应远小于滑块的质量，故A正确；由于滑块在气垫导轨上不受摩擦力作用，细线的拉力即为滑块所受的合力，所以气垫导轨应保持水平，故B错误；实验中先打开气垫导轨的气源再释放滑块，故C错误。(3)由于滑块做匀加速直线运动，则a＝eq\f(veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1),2L)＝eq\f(（\f(d,t2)）2－（\f(d,t1)）2,2L)＝eq\f(d2,2L)(eq\f(1,teq\o\al(2,2))－eq\f(1,teq\o\al(2,1)))。(4)根据题意可得L＝v0t－eq\f(1,2)at2所以eq\f(L,t)＝v0－eq\f(1,2)at，由此可知，v0表示遮光条通过光电门2的速度，且eq\f(1,2)a＝eq\f(v0,t0)所以a＝eq\f(2v0,t0)。(5)根据牛顿第二定律可得F＝Ma，mg－F＝ma所以δ＝eq\f(mg－F,F)×100%＝eq\f(m,M)×100%。角度二实验结论的拓展与延申1.由测定加速度延伸为测定动摩擦因数。通过研究纸带、频闪照片或光电装置得出物体的加速度，再利用牛顿第二定律求出物体所受的阻力或小车与木板间的动摩擦因数。2.由测定加速度延伸为测定交流电的频率。【例4-2】图甲为测量滑块与水平桌面之间的动摩擦因数的实验装置示意图，实验步骤如下：①用天平测量滑块和遮光条的总质量M、重物的质量m，用游标卡尺测量遮光条的宽度d；②安装器材，并调整轻滑轮，使细线水平；③用米尺测量遮光条与光电门间距x；④由静止释放滑块，用数字毫秒计测出遮光条经过光电门的时间t；⑤改变滑块与光电门间距，重复步骤③④。回答下列问题：(1)测量d时，某次游标卡尺的示数如图乙所示，其读数为________cm。(2)根据实验得到的数据，以________(选填“eq\f(1,t)”或“eq\f(1,t2)”)为横坐标，以x为纵坐标，可作出如图丙所示的图像，该图像的斜率为k，若实验测得m＝2M，则滑块和桌面间的动摩擦因数为μ＝________(用k、g、d表示)。【答案】(1)0.960(2)eq\f(1,t2)2－eq\f(3d2,2kg)【解析】(1)游标卡尺的示数为d＝9mm＋0.05mm×12＝9.60mm＝0.960cm。(2)滑块经过光电门时的速度为v＝eq\f(d,t)，由v2＝2ax可得x＝eq\f(d2,2a)·eq\f(1,t2)，即根据实验得到的数据，以eq\f(1,t2)为横坐标，以x为纵坐标，可作出如图丙所示的图像，该图像的斜率为k，则k＝eq\f(d2,2a)对滑块和重物组成的系统由牛顿第二定律得mg－μMg＝(m＋M)a因为m＝2M，解得滑块和桌面间的动摩擦因数为μ＝2－eq\f(3d2,2kg)。【方法透视】1.力学创新型实验的特点(1)以基本的力学模型为载体，依托运动学规律和牛顿运动定律设计实验。(2)将实验的基本方法(控制变量法)和处理数据的基本方法(图像法、逐差法)融入实验的综合分析之中。2.创新实验题的解法(1)根据题目情境，提取相应的力学模型，明确实验的理论依据和实验目的，设计实验方案。(2)进行实验，记录数据，应用原理公式或图像法处理实验数据，结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析。【变式演练】【变式4-1】实验小组利用光电门和数字传感设备设计了一个测量当地重力加速度的集成框架，如图甲所示，框架上装有两个光电门，都可上下移动；框架的竖直部分贴有长度有限的刻度尺，零刻度线在上端，只能直接读出光电门1到零刻度线的距离x1；框架水平部分安装了电磁铁，将质量为m的小铁球吸住，小球刚好处于零刻度线位置。一断电，小铁球就由静止释放，先后经过两个光电门时，与光电门连接的数字传感器即可测算出速度大小v1和v2。多次改变光电门1的位置，得到多组x1、v1和v2的数据﹐建立如图乙所示的坐标系并描点连线，得出纵截距和横截距分别为a、b。(1)需要提前向数字传感器输入小球的直径d，当小铁球经过光电门时，光电门记录下小球经过光电门的时间t，测算出的速度v＝________。(2)当地的重力加速度为________(用a和b表示)。(3)若选择刻度尺的0刻度所在水平面为零势能面，则小铁球经过光电门2时的机械能表达式为________(用题中的m、v2、a和b表示)。【答案】(1)eq\f(d,t)(2)eq\f(a,2b)(3)E＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)ma【解析】(1)由于小铁球通过光电门的时间极短，所以小球通过光电门的瞬时速度会近似等于小球经过光电门的平均速度，所以速度为v＝eq\f(d,t)。(2)小铁球从光电门1到光电门2做匀加速直线运动，根据匀变速直线运动的规律可得2g(x2－x1)＝veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1)解得veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1)＝2gx2－2gx1结合图像可知g＝eq\f(a,2b)，x2＝b。(3)小铁球经过光电门2时的机械能E＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－mgx2＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)ma。【变式4-1】某兴趣小组利用智能手机探究滑块与一长木板间的动摩擦因数，设计如图甲所示的实验装置。将长木板固定在水平桌面上，长木板的左侧固定一定滑轮，滑块放在长木板的右端，并把手机固定在滑块上，打开智能手机测量加速度的APP，用细线通过定滑轮与滑块及钩码相连。通过改变钩码的个数，改变钩码的总质量m，获得不同的加速度a，并作出a与m(g－a)的图像如乙图所示。图线与横轴的截距为b，与纵轴的截距为－c，不计空气阻力，重力加速度为g。(1)关于该实验，下列说法正确的是________。A.钩码的质量应该远小于智能手机和滑块的质量B.细绳应该始终与长木板平行C.细线的拉力等于钩码的重力(2)根据图像可得滑块与木板间的动摩擦因数为________；同时该兴趣小组还测出了滑块和手机的总质量________。【答案】(1)B(2)eq\f(c,g)eq\f(b,c)【解析】(1)设滑块和手机的质量为M，对钩码和滑块以及手机的系统由牛顿第二定律有mg－μMg＝(M＋m)a整理可得a＝eq\f(m（g－a）,M)－μg，可得本实验的原理为a与m(g－a)成一次函数关系。因本实验验证牛顿第二定律为对系统采用准确的方法，故不需要近似的用钩码重力代替绳的拉力，也就不需要质量关系，即不需要钩码的质量应该远小于智能手机和滑块的质量，故A错误；为了让绳子拉滑块的力为恒力，则细绳应该始终与长木板平行，故B正确；本实验研究系统的牛顿第二定律，则绳子的拉力小于钩码的重力，故C错误。(2)根据a与m(g－a)的一次函数关系，可知纵截距的物理意义为－c＝－μg则滑块与木板间的动摩擦因数为μ＝eq\f(c,g)图像的斜率为eq\f(1,M)＝eq\f(c,b)则滑块和手机的质量为M＝eq\f(b,c)。综合巩固1．（2025·天津·高考真题）某实验小组探究平抛运动的特点。(1)实验采用图示装置，将白纸和复写纸重叠并固定在竖直背板上，钢球在斜槽中某一高度滚下，从末端水平飞出，落在挡板上，在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重复实验，在白纸上留下若干痕迹点。为正确研究钢球运动的规律，将白纸从背板上取下前还应根据在白纸上标记竖直方向；(2)利用手机和计算机可以方便地记录钢球做平抛运动的轨迹并分析其运动规律。该实验小组利用视频处理软件分析钢球某次平抛运动的录制视频，得到的水平位移和竖直位移随时间变化的图像如图所示。图中图线（选填“甲”或“乙”）为水平位移随时间变化的图线，此次钢球做平抛运动的初速度为米/秒。【答案】(1)铅垂线(2)甲2【详解】（1）为正确研究钢球运动的规律，将白纸从背板上取下前还应根据铅垂线在白纸上标记竖直方向（2）[1][2]水平方向，钢球做匀速直线运动，所以位移随时间均匀增大，即图线甲为水平位移随时间变化的图线，此次钢球做平抛运动的初速度为2．（2025·江西·高考真题）某小组利用气垫导轨、两个光电门、滑块、遮光片等，组成具有一定倾角的导轨装置，研究机械能守恒定律。重力加速度g取。(1)实验前，应合理安装实验器材。图（a）中光电门的位置安装不合理，应如何调整：(2)实验时，导轨倾斜角的正弦值，光电门1、2相距L。将宽度的遮光片固定于滑块上，从导轨最左端静止释放滑块，分别记录遮光片通过光电门1、2的时间和。移动光电门2的位置改变L，重复实验，所测数据见下表。…滑块经过光电门1、2的速度分别为和。当时，，滑块通过两光电门下降的高度。（结果保留2位小数）(3)处理上表数据，并绘制关系曲线（其中），如图（b）所示。根据图（b）中的信息，分析滑块在下滑过程中机械能是否守恒：，并给出理由：。【答案】(1)1适当向右移动光电门1(2)1.013.98(3)守恒见解析【详解】（1）[1]光电门1安装不合理；[2]由图可知，光电门1靠近释放点，滑块到光电门1的距离较短，速度较小，导致滑块通过光电门1的速度测量误差较大。（2）[1]当时，由表格可知通过光电门2的时间为故通过光电门2的速度[2]根据几何关系可得滑块通过两光电门下降的高度（3）[1]守恒；[2]根据图（b）可知其斜率约为故在误差范围内成立，说明下滑过程中滑块的动能增加量等于重力势能的减少量，即机械能守恒。3．（2025·浙江·高考真题）在用单摆测重力加速度的实验中，(1)如图1所示，可在单摆