新高考物理二轮复习-验证类实验

验证类实验

考情透析

命题点考频统计命题特点核心素养

验证力的本专题主要讲述高考

2025年：广东T11科学探究：

平行四边中常见的三类验证类力学

江苏T1I湖北TI2作为脸证性实脸，能够

形定则实脸：脸证力的平行四边

河南T12区分结论与证据，在对

险证机械形定则、验证机械能守恒

2024年：新课标T9实验数据分析和推理

能守恒定定律以及验证动量守恒定

山东T13浙江6月T16过程中，获得结论，要

律律。考题主要从实脸的原

北京T18考虑数据的可靠性，合

理、数据处理以及误差分

睑证动量2023年：全国乙卷T9理使用数据，会进行误

析等方面全面考查学生的

守恒定律天津T9辽宁TU差分析。

实脸探究能力。

热点突破

命题点1验证力的平行四边形定则

考题示例1

（2025.贵州.模拟题）某同学学习了“力的合成”以后，用竖直固定且贴有白

纸的木板和两只完全相同的轻弹簧甲和乙来验证力的平行四边形定则。实验步骤

如下：

it

。甲

/木板

白纸

图（a）图（b）图（c）

（1）将甲的一端挂在木板上的P点，用刻度尺测得弹簧原长为/0,如图（a）。

（2）将三段轻质细线04、OB、OC结于。点，C端挂一重物M,并将A

端挂在甲的下端，静止时，测得弹簧的长度为人如图（b）o

（3）用乙钩挂细线B端，使结点。到达某一位置后，。8与。4互成一定

的角度，静止时，测得甲和乙此时的长度分别为枳人如图（c）o为了完成实

验，除了要在白纸上标记结点0的位置和细线0C的方向外，还应标出细线。4、

0B的（选填“方向”“长度'或"方向和长度”）。

（4）以。为作用点，在白纸上沿。。延长线方向作力Fi的图示。上述测量

中,测得:/o=12.50cm,/i=18.50cm,72=16.46cm,h=15.80cm,如果用6.00

cm长度的线段表示R的大小，则在沿04方向作力%的图示时，应用

cm长度的线段表示Fi的大小，再按同样的方法沿OB方向作力后的图示。

（5）按平行四边形定则作出凡和B的合力/Y,若Fi'与乃的大小及方向

的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实脸验证了力的平行四边形定则。

（6）改变乙的拉力重复实验，再次验证力的平行四边形定则时，

（选填“需要”或“不需要”）保证结点。的位置不变。

答案：（3）方向（4）3.96（6）不需要

解析：（3）根据实验原理可知，除了要在白纸上标记结点O的位置和细线

OC的方向外，还应标出细线OA、。3的方向；

（7）由于/i~/o=18.50cm-12.50cm=6.00cm；/2-fo=16.46cm-12.50cm

=3.96cm

用6.00cm长度的线段表示Fi的大小，根据胡克定律可知，应用3.90cm长

度的线段表示B的大小；

（8）由于每次实验受力都平衡，则再次验证力的平行四边形定则时，不需

要保证结点。的位置不变。

跟踪训练1

（2023・湖南•模拟题）”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，O为橡皮筋与细绳的结点，03和OC为细绳，图

乙是白纸上根据实验结果画出的图。

O1O

甲乙

图1图2

（1）本实验中“等效代替''的含义是一_____________O

A.橡皮筋可以用细绳替代

B.左侧弹簧测力计的作用效果可以替代右侧弹簧测力计的作用效果

C.右侧弹簧测力计的作用效果可以替代左侧弹簧测力计的作用效果

D.两弹簧测力计共同作用的效果可以用一个弹簧测力计的作用效果替代

（2）如果没有操作失误，图乙中的尸与尸两力中，方向一定沿AO方向的

是O

（3）如图2所示，用〃、b弹簧秤拉橡皮条使结点到。点，当保持弹簧秤。

的示数不变，而在角a逐渐减小到0的过程中，要使结点始终在。点，可以

A.增大力的示数，减小夕角度

B.减小匕的示数，增大尸角度

C.减小〃的示数，先增大”角度，后减小夕角度

D.增大〃的示数，先减小”角度，后增大£角度

答案：（1）D：（2）广；（3）BC

解析：（1）本实验中“等效代替”的含义是两弹.簧测力计共同作用的效果可以

用一个弹簧测力计的作用效果替代,来验证力的平行四边形定则，故ABC错误，

D正确；

（4）经平行四边形作出的合力理论值不一定沿A。方向，而合力的实验值

由实验直接测得，故一定沿4。方向，故填：尸。

（5）由题意可知：保持0点位置不动，即合力大小方向不变，弹簧测力计

a的读数不变，因此根据要求作出力的平行四边形定则，画出受力分析图如下:

第一种情况，原来。、外的值较小

所以由图可知。角逐渐变小时，〃的示数减小，同时£角减小：

第二种情况，原来。、尸值较大

由图可以看出a角逐渐变小时，〃的示数减小，同时夕角增大;

或者

由图可以看出。角逐渐变小时，的示数减小，同时4角先增大，后减小;

故选：BCo

反思提升

1.验证力的平行四边形定则的两个基本实验原理

（1）等效替代法：需要保证两个力的作用效果与一个力的作用效果是相同

的，故需要保证两次力的作用点0点的位置相同；

（2）力的平衡法：只需要保证力的作用点处于平衡状态即可，故两次力的

作用点0点的位置可以不同；

2.本实验操作中的关键点是如何准确地记录力的大小和方向，从这个关键

点出发去确定实验操作中一些需要注意的事项；

3.根据平行四边形定则确定的两个分力的合力为理论值。

命题点2验证机械能守恒定律

»考题示例2

（2025・河南・历年真题）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50Hz）、铁架台、电子天平、重锤、打点计时

器、纸带、刻度尺等。

图1

（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儿从C、D、七到起点的距离。

则打出B点时重锤下落的速度大小为m/s（保留3位有效数字）.

<~i?工7

|13.2016,6020.3424.5029.00单位：cm\

图2

（3）纸带上各点与起点间的距离即为重锤下落高度〃，计算相应的重锤下

落速度口，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k=（保留3位有效数字）。

图3

（4）定义单次测量的相对误差〃=xlOO%,其中航是重锤重力势能

的减小量，Ek是其动能增加量，则实验相对误差为〃=xlOO%（用字

母攵和g表示）；当地重力加速度大小取g=9.8（）m/s?,则〃=%（保

留2位有效数字），若〃<5%,可认为在实验误差允许的范围内机械能守恒，

答案:(1)④①©⑤(2)1.79(3)通过2g18.8(4)

4.1

解析:(1)①②应先先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再释放纸带,

故②错误;

12

—mv

③由〃吆/7=2可知，质量〃7可以约掉，故不需要称量重锤的质量;

④此步骤正确且为实验必需，应作为第一步；

⑤此步骤正确且为实验必需，处理数据应在步骤⑥之后；

⑥此步骤正确且为实验必需，应在步骤①后及时关闭电源、取下纸带。

故实验步骤排序为：④①⑥⑤。

（5）由题意，纸带上相邻计数点时间间隔7=7=0.02s,对于匀变速直线

-c

运动，中间时刻瞬时速度等于该过程平均速度，故照=亍=1.785m/s^l.79m/s。

（6）若机械能守恒，由mgh=2可得，=2gh,故理论上，一"图线应通

过原点，且斜率火=2g；

5.5-1.0

由图可知,斜率Z=829-。。5=18.75句8.8。

mgh--jr.v(k\

(7)〃=xl00%=l2^>xl00%；

当地重力加速度大小取g=9.80m/s2,则厅41%。

跟踪训练2

（2025・江苏•历年真题）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用游标卡尺测出钢球的直径d,由u=7

—mv

得出其通过光电门的速度V,再计算出动能增加量△以=2。用刻度尺测得钢

球下降的高度〃，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

②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"）o

A.①②③④B.④②③①C.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。

乙

图2

（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

lo己知钢球的质量"2=0.02kg,重力加速度g=9.80m/s2。请将下表的数据补充

完整。

表1

h/[\02m)4.005.006.037.008.00

AEk/(10-3)J)4.906.257.458.7810.0

△%(10-3J)

7.849.8011.813.7—

（4）实验数据表明，△以明显小于△%,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4点由静止都放，运动到右侧斜槽上，最高能到达8点，A、8两点高

度差为”。则该过程中，摩擦力做功大小的理论值印理=（用加、g、

II表示

图3

（5）用上图的装置，按表1中所列部分高度〃进行实验，测得摩擦力做功

大小W制。由于观察到“值较小，小明认为，4。过程摩擦力做功近似等于AB

W测

过程的一半，即财=2。然后通过表1的实验数据，计算出40过程损失的机

械能AE=A4—AEk。整理相关数据，见表2。

表2

A/(：0-2in)4.005.(X)6.007.(M)

△E/(l(r3J)2.943.554.354.92

0.981.081.181.27

a

上表中AE与财相差明显。小明认为这是由于用2近似计算的不合理。

你是否同意他的观点？请根据表2数据简要说明理由。

答案：（1）B（2）甲（3）15.7（4）mgH

（8）同意小球减小的重力势能有一部分转化为小球的转动动能，相差

很大的原因是小球的转动动能没有计入

解析：（1）正确步骤为将斜槽安置于底座，调节斜槽在竖直平面内，调节斜

槽末端水平，安装光电门，序号为④②③①。

故选B。

（9）测量小球直径的正确操作需要确保测量工具与小球接触良好，并且小

球的位置不会导致测量误差。在图中的情形中，甲图显示出的卡尺测量方式更准

确地使卡尺的两测量面与小球的表面垂直接触，适合测量直径。而乙图因为夹持

不住小球，使得小球并没有夹在量爪之间，测量不准确。

故选甲。

（10）根据AEp=mgh

可知下降高度为8.0x102m时减少的重力势能为下降高度为4.0x10-2m的

二倍，代入数据可得△稣力5.7'10-3J

（11）根据动能定理可得〃3/-W理=0

可得Wft=fngH

（12）同意，原因是小球减小的重力势能有一部分转化为小球的转动动能,

相差很大的原因是小球的转动动能没有计入。

反思提升

1.在直接验证机械能守恒定律的实验中，首先需要确定验证的对象（系统

或某个物体）及运动过程对应的初末位置；其次，求解在此过程中减小的能量和

增加的能量；注意在求解动能改变量时要熟练应用打点计时器、光电门等仪器求

解瞬时速度的方法；最后验证减小量与增加量是否相等；

2.通过实验数据绘制的图像来间接验证机械能守恒定律的实验中，往往需

要结合机械能守恒定律、牛顿第二定律等知识写出图像对应的函数表达式，再通

过验证图像的斜率、截距等是否与推导的理论值相等来验证。

命题点3验证动・守恒定律

»考题示例3

（2024.北京.历年真题）如图甲所示，让两个小球在斜槽末端碰撞来验证动

量守恒定律。

（1）关于本实验，下列做法正确的是__________（填选项前的字母）。

A.实验前，调节装置，使斜槽末端水平

B.选用两个半径不同的小球进行实验

C.用质量大的小球碰撞质量小的小球

（2）图甲中。点是小球抛出点在地面上的垂直投影，首先，将质量为⑼的

小球从斜槽上的S位置由静止释放，小球落到复写纸上，重复多次。然后，把质

量为〃22的被碰小球置于斜槽末端，再将质量为阳的小球从S位置由静止滁放,

两球相碰，重复多次。分别确定平均落点，记为M、N和P（尸为如单独滑落时

的平均落点）。

a.图乙为实验的落点记录，简要说明如何确定平均落点；

b.分别测出。点到平均落点的距离，记为。P、0M和ON。在误差允许范

围内，若关系式成立，即可验证碰撞前后动量守

恒。

y

（3）受上述实验的启发，某同学设计了另一种验证动量守恒定律的实验方

案。如图丙所示，用两根不可伸长的等长轻绳将两个半径相同、质量不等的匀质

小球悬挂于等高的。点和。'点，两点间距等于小球的直径。将质量较小的小球

1向左拉起至A点由静止释放，在最低点B与静止于C点的小球2发生正碰。

碰后小球1向左反弹至最高点4,小球2向右摆动至最高点测得小球1,2

f

的质量分别为相和弦长AB=/i、AB=l2.CD=ho

推导说明，加、M、ZH/2、/3满足____________________关系即可验证碰撞

前后动量守恒。

答案：（1）AC

（4）用圆规画圆.尽可能用最小的画把各个落点圈住，这个圆的圆心位置

代表平均落点

ni\OP=m\OA/+imON

(5)ml\=—mh-VMh

解析：（1）A.实验中若使小球碰撞前、后的水平位移与其碰撞前、后速度

成正比，需要确保小球做平抛运动，即实验前，调节装置，使斜槽末端水平，故

A正确；

B.为使两小球发生的碰撞为对心正碰，两小球半径需相同，故B错误；

C.为使碰后入射小球与被碰小球同时飞出，需要用质量大的小球碰撞质量

小的小球，故C正确。

故选ACo

（6）a.用圆规画圆，尽可能用最小的圆把各个落点圈住，这个圆的圆心位

置代表平均落点。

2

b.碰撞前、后小球均做平抛运动，由人=2/可知，小球的运动时间相同，

所以水平位移与平抛初速度成正比，所以若如0P=如。M+〃72ON,即可验证碰

撞前后动量守恒。

（7）设轻绳长为L,小球从偏角。处静止摆下，摆到最低点时的速度为打

1、

—mv"

小球经过圆弧对应的弦长为/,则由动能定理有,7^（1-COS0=2,由数学知

0

sin—=

识可知22L

联立两式解得V=

若两小球碰撞过程中动量守恒，则有VI=-/%1个+例1，3

又有U|=NL,V2=V3=

整理可得ml\=-W/2+M/30

跟踪训练3

（2025・江苏・模拟题）某实验小组利用气垫导轨验证动量守恒定律，实验装

置如图所不。安装好器材后，进行了以卜操作，完成卜列填空：

（1）用天平测得滑块〃（含遮光条）、〃（含橡皮泥）的质量分别为加〃、出，：

本实验中（填“需要”或“不需要”）ma>mbo

（2）打开气泵，待稳定后调节气垫导轨，直至轻推滑块。后，。上遮光条

通过光电门1和2的时间（填“相等”或“不等”），说明气垫导轨已调

至水平。

（3）将滑块。推至光电门1的左侧，将滑块力放在光电门1和2之间。向

右轻推一下小滑块。通过光电门1后与静止的滑块b碰撞并粘在一起以共同速

度通过光电门2。测得滑块a上的遮光条通过光电门1、2的时间分别为力和/2o

（4）改变滑块a推出时的