2026版高考物理二轮复习微专题15　力学实验与创新（学用）

专题七实验及创新微专题15力学实验与创新实验装置图注意事项数据处理探究小车速度随时间变化的规律1.平行：细绳与长木板平行2.靠近：释放前小车应靠近打点计时器3.两先：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.适当：钩码质量要适当1.判断物体是否做匀变速直线运动2.利用一段时间内的平均速度求中间时刻的瞬时速度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弹簧弹力与形变量的关系1.弹簧：选自重小的轻质弹簧2.钩码：轻一点，防超弹性限度3.竖直：弹簧、刻度尺竖直放置4.静止：钩码不上下振动时读数、测弹簧长度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.不变：同一次实验中橡皮条结点O位置应保持不变2.平行：橡皮条、弹簧测力计和细绳套与纸面平行3.适当：细绳套应适当长一些，互成角度地拉橡皮条时，夹角大小应适当1.按力的图示作平行四边形2.求合力大小3.能区分合力的理论值与实验值探究加速度与物体受力、物体质量的关系1.平衡：平衡阻力，垫高长木板一端使小车能匀速下滑，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2.质量：槽码质量需远小于小车质量3.平行：细绳与长木板平行4.靠近：释放前小车应靠近打点计时器，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3.对于异常的a－F或a－eq\f(1,m)图像，会判断可能成因探究平抛运动的特点1.安装：斜槽末端伸出桌面外并调整至切线水平2.释放：每次让小球从倾斜轨道的同一位置由静止释放3.原点：坐标原点应是小球出槽口时球心在纸板上的投影点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.方法：控制变量法2.操作：小球放对位置，皮带绕对塔轮、匀速转动3.观察：弹力大小关系可以通过标尺上刻度读出，该读数显示了向心力大小关系作出Fn－ω2、Fn－r、Fn－m的图像，分析向心力大小与角速度、半径、质量之间的关系验证机械能守恒定律1.安装：竖直安装打点计时器，以减小摩擦阻力2.重物：选用质量大、体积小、密度大的材料3.零点：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.安装：斜槽末端切线应沿水平方向2.起点：斜槽末端上方某处3.落点：用小圆圈中心表示4.速度：应用小球平抛的水平位移替代验证的表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON用单摆测量重力加速度的大小1.悬挂：保证悬点固定2.测量：摆长l＝悬线长l′＋小球半径r3.操作：单摆必须在同一平面内振动，且摆角小于5°4.周期：在平衡位置处开始计时，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.可作出l－T2的图像，利用斜率求重力加速度考情一探究机械能守恒定律1.(2025·江苏卷)小明同学探究机械能守恒定律，实验装置如图1所示．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v＝eq\f(d,t)得出其通过光电门的速度v，再计算出动能增加量ΔEk＝eq\f(1,2)mv2.用刻度尺测得钢球下降的高度h，计算出重力势能减少量ΔEp.图1(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(填“A”、“B”或“C”)．A.①②③④ B.④②③①C.④①②③(2)测量钢球直径的正确操作是图2中(填“甲”或“乙”)所示的方式．甲乙图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1.已知钢球的质量m＝0.02kg，重力加速度g＝9.80m/s2.请将表1的数据补充完整．表1h/(×10－2m)4.005.006.007.008.00ΔEk/(×10－3J)4.906.257.458.7810.0ΔEp/(×10－3J)7.849.8011.813.7(4)实验数据表明，ΔEk明显小于ΔEp，钢球在下降过程中有机械能的损失．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图3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W理＝(用m、g、H表示)．图3(5)用图3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W摩．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Wf＝eq\f(W摩,2).然后通过表1的实验数据，计算出AO过程损失的机械能ΔE＝ΔEp－ΔEk.整理相关数据，见表2.表2h/(×10－2m)4.005.006.007.00ΔE/(×10－3J)2.943.554.354.92Wf/(×10－3J)0.981.081.181.27表2中ΔE与Wf相差明显．小明认为这是由于用eq\f(W摩,2)近似计算Wf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．考情二测定重力加速度2.(2022·江苏卷)小明利用手机测量当地的重力加速度，实验场景如图甲所示，他将一根木条平放在楼梯台阶边缘，小球放置在木条上，打开手机的“声学秒表”软件，用钢尺水平击打木条使其转开后，小球下落撞击地面，手机接收到钢尺的击打声开始计时，接收到小球落地的撞击声停止计时，记录下击打声与撞击声的时间间隔t，多次测量不同台阶距离地面的高度h及对应的时间间隔t.甲乙(1)现有以下材质的小球，实验中应当选用.A.钢球 B.乒乓球C.橡胶球(2)用分度值为1mm的刻度尺测量某级台阶高度h的示数如图乙所示，则h＝cm.(3)作出2h－t2图线，如图丙所示，则可得到重力加速度g＝m/s2.(结果保留两位小数)丙(4)在图甲中，将手机放在木条与地面间的中点附近进行测量，若将手机放在地面A点，设声速为v，考虑击打声的传播时间，则小球下落时间可表示为t′＝(用h、t和v表示)．(5)有同学认为，小明在实验中未考虑木条厚度，用图像法计算的重力加速度g必然有偏差．请判断该观点是否正确，简要说明理由．考向1纸带和光电门类实验(2025·苏州调研)某实验小组用如图甲所示的装置探究加速度与质量的关系．甲AB乙(1)实验中用的是电磁打点计时器，则其电源应选.A.直流220V B.交流220VC.直流8V D.交流8V(2)为补偿阻力，正确操作应是图乙中的(填“A”或“B”)；轻推小车，发现打出的纸带如图丙所示，则应(填“增大”或“减小”)长木板倾角．丙丁(3)正确补偿阻力后，实验中得到一条纸带如图丁所示，相邻两个计数点间还有4个点未画出，电源频率为50Hz，则此次小车的加速度大小为m/s2.(4)若盘和砝码的总质量为m，小车(含配重)的质量为M，多次改变配重，小明由实验数据作出了a－eq\f(1,M＋m)图像，得到一条过原点的直线；小华认为小明的数据处理过程可能有误，应该得到一条弯曲的图线．你是否同意小华的观点，请简述理由：.(2025·南通第三次调研)实验小组用图甲所示的装置验证机械能守恒定律，细绳跨过固定在铁架台上的小滑轮，两端各悬挂一个质量均为M的重锤A(含遮光条)、重锤B.主要的实验操作如下：①用游标卡尺测量遮光条的宽度d.②用米尺量出光电门1、2间的高度差h.③在重锤A上加上质量为m的小钩码．④将重锤B压在地面上，由静止释放，记录遮光条先后经过两光电门的遮光时间t1、t2.⑤改变光电门2的位置，重复实验．请回答下列问题：(1)如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d＝mm.(2)重锤A经过光电门2时速度的大小为(用题中物理量的符号表示)．(3)已知重力加速度为g，若满足关系式(用题中物理量的符号表示)，则验证了重锤A、B和钩码组成的系统机械能守恒．(4)某小组实验中发现系统增加的动能略大于系统减少的重力势能，下列原因中可能的是.A.存在空气阻力B.细绳与滑轮间有摩擦力C.遮光条宽度d的测量值偏大(5)实验中，忽略空气阻力，细绳与滑轮间没有相对滑动．有同学认为细绳与滑轮间的静摩擦力做功但不产生内能，因此重锤A、B和钩码组成的系统机械能守恒，该同学的观点(填“正确”或“不正确”)，理由是.考向2力学其他实验(2025·海安质监)利用如图甲所示的实验装置来探究平抛运动的特点．(取g＝10m/s2)甲(1)以下是实验过程中的一些做法，其中合理的是.A.安装斜槽轨道，应选择光滑的轨道B.每次小球释放的初始位置可以任意选择C.每次小球应从同一高度由静止释放D.为描出小球的运动轨迹，描绘的点可以用折线连接(2)该实验中，在取下白纸前，应确定坐标轴原点O，并建立直角坐标系，下列关于图像坐标原点和坐标系的选择正确的是.ABC(3)如图乙所示是根据实验画出的平抛小球的运动轨迹，在轨迹上取三个水平距离相等的点A、B和C，两点间的水平间距均为Δx＝20.0cm.以A点为坐标系的原点，水平方向为x轴，竖直方向为y轴，测得B、C两点竖直坐标y1＝15.0cm，y2＝40.0cm，则小球平抛的起点O的坐标为.乙丙(4)以平抛起点O为坐标原点，在轨迹上取一些点，测量它们的水平坐标x和竖直坐标y，作出如图丙所示的y－x2图像，图像的斜率为k，则平抛小球的初速度大小为.(5)如图丁所示，在斜槽的末端放置一倾斜的长板，某小组测得小球在O处的水平速度v0及O至落点的水平射程x，记录的数据如下表，取g＝10m/s2，则斜面的倾角θ为.丁序号1234v0/(m·s－1)0.5123x/m0.050.20.81.8(2025·苏锡常镇调研一)小明利用某手机软件研究向心加速度，如图甲所示．绷紧细线，将手机拉开某一角度后由静止释放，使之绕水平悬梁AB摆动至最低点，细线碰到水平挡杆CD后继续摆动，在手机软件上观察记录细线碰挡杆后瞬间手机的向心加速度大小a，测量手机上边缘到挡杆CD的距离l.改变CD的高度，将手机拉开到同一角度后由静止释放，重复实验．(1)某次实验测量l时，毫米刻度尺的0刻度对齐挡杆的下边缘，手机上边缘对应刻度尺位置如图乙所示，则l＝cm.(2)已知手机软件的x、y、z三个正方向如图丙所示，则小明在该实验中应该读取(填“x”、“y”或“z”)轴加速度的数据．(3)根据得到的数据由电脑描点作出eq\f(1,a)－l图像，数据拟合获得图像及表达式如图丁所示，则该图线斜率表示的物理意义为.丁(4)小明认为图像不过原点的原因，是手机加速度传感器位置在手机上边缘的下方某距离所致．根据图丁估计该距离约为cm.(5)在操作过程中，手机每次拉开的角度都需要与第一次相同，请说明理由．考向3力学创新实验1.测定重力加速度的常见实验方案打点计时器计时，利用逐差法测定g，也可以利用图像法求g光电门计时，原理为v2－veq\o\al(2,0)＝2gx(也可以利用频闪照片或数码相机的连拍功能)滴水法计时，原理为h＝eq\f(gt2,2)，可以利用图像法求g打点计时器计时，利用机械能守恒定律，有eq\f(1,2)(m1＋m2)v2＝(m2－m1)gh2.测定动摩擦因数的常见实验方案将研究运动的物体转化为研究静止的物体，利用F＝F1＝μFN求μ让物块先做加速运动，当重物掉到地面上之后物块做匀减速直线运动．匀减速运动中，利用逐差法求加速度，进一步利用F＝μmg＝ma求μ将动摩擦因数的测量转化为角度的测量．利用a＝gsinθ－μgcosθ求μ(a通过逐差法求解)将动摩擦因数的测量转化为加速度的测量．利用veq\o\al(2,B)－veq\o\al(2,A)＝2ax和动力学知识得到μ＝eq\f(mg－m＋Ma,Mg)(2025·盐城八校联考)某同学在实验室取两个完全相同的木盒，来测量木盒与木板之间的动摩擦因数．由于实验室中的天平损坏，无法称量质量，他采用“对调法”完成测量，如图甲所示，一端装有定滑轮的长木板固定在水平桌面上，木盒1放置在长木板上，左端与穿过打点计时器的纸带相连，右端用细线跨过定滑轮与木盒2相接．甲(1)实验前，调整定滑轮的角度使细线与木板平行，(填“需要”或“不需要”)将长木板左侧垫高来平衡摩擦力．(2)实验时，木盒1不放细沙，在木盒2中装入适量的细沙，接通电源，释放纸带，打点计时器打出一条纸带，加速度记为a1，随后将木盒1与木盒2(含细沙)位置互换，换一条纸带再次实验，打出第二条纸带，加速度记为a2，两纸带编号为第一组．改变木盒2中细沙的多少，重复上述过程，得到多组纸带．图乙为某组实验中获得的两条纸带中的一条，其中相邻两计数点间还有4个计时点未标出，已知交流电源的频率为50Hz，则该纸带运动的加速度a＝m/s2(结果保留三位有效数字)．乙丙(3)将实验测得的加速度绘制在图丙中，得到a2－a1关系图像，已知当地重力加速度为9.80m/s2，由图像可得木盒与木板间的动摩擦因数为(结果保留两位有效数字)．(4)由于纸带的影响，实验测得的动摩擦因数将(填“偏大”或“偏小”)．(5)实验过程中，有时“对调法”两次实验不能全部完成，导致实验数据无效，下列能解决此问题的实验方案是(填字母)．A.逐步减少木盒2的细沙开展后续实验B.逐步增多木盒2的细沙开展后续实验C.开始时直接将细沙放入木盒1中开展实验D.用密度更大的铁砂代替细沙开展实验(2025·如皋第三次适应性考试)实验小组用如图1所示的装置测量重力加速度．四分之一圆弧槽下端与平台固定且与平台表面相切，圆弧槽上安装了多个宽度相同的遮光片，内置有光电门的重锤通过轻杆与转轴O相连，重锤通过遮光片时可记录遮光时间．实验时，重锤从M点由静止释放，依次记录其通过每个遮光片所对应的时间t，用刻度尺测出每个遮光片距最低点N的竖直高度．图1图2(1)用螺旋测微器测量遮光片的宽度d，其示数如图2所示，则d＝mm.(2)实验前，需要将平台调节至水平．在转轴上临时系铅垂线，当铅垂线静止时，若线与竖直杆，则说明平台水平．(3)根据所测数据作出如图3所示的h－eq\f(1,t2)图像，图像斜率的绝对值为k，则当地的重力加速度g＝(用题中物理量的符号表示)．图3(4)若将重锤释放点M上移一段距离，再次实验，请在图3中定性画出新的h－eq\f(1,t2)图线(用虚线表示)．(5)若转轴与竖直杆间的摩擦不可忽略，有同学认为该因素不会影响重力加速度的测量结果．你是否同意他的观点，并简要说明理由．配套热练1.(2025·徐州调研)某实验小组利用铁架台、弹簧、钩码、打点计时器、刻度尺等器材验证系统机械能守恒定律，实验装置如图1所示．弹簧的劲度系数为k，原长为L0，钩码的质量为m.已知弹簧的弹性势能表达式为E＝eq\f(1,2)kx2，其中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量，当地的重力加速度大小为g.图1(1)在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置，测得此时弹簧的长度为L.接通打点计时器电源．从静止释放钩码，弹簧收缩，得到了一条点迹清晰的纸带．钩码加速上升阶段的部分纸带如图2所示，纸带上相邻两点之间的时间间隔均为T(在误差允许范围内，认为释放钩码的同时打出A点)．从打出A点到打出F点时间内，弹簧的弹性势能减少量为，钩码的动能增加量为，钩码的重力势能增加量为.图2(2)利用计算机软件对实验数据进行处理，得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分别与钩码上升高度h的关系，如图3所示．由图3可知，随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，主要原因是.图32.(2025·北京卷)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．图1图2(1)按照图1安装好器材，下列实验步骤中，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，A、B、C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v＝.(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0.10s，圆盘半径R＝0.10m，则这部分纸带通过打点计时器的加速度大小为m/s2；打点计时器打B点时圆盘上M点的向心加速度大小为m/s2.(结果均保留两位有效数字)图3图43.(2025·南京、盐城一模)某同学利用如图甲所示的实验装置和若干质量为m0的钩码来测量当地的重力加速度大小和待测物(带有挡光窄片)的质量，实验操作如下：甲乙①用游标卡尺测量挡光窄片的宽度d.②调节配重物的质量，向下轻拉配重物后释放，当配重物能够匀速向下运动时，忽略阻力，可认为配重物质量与待测物质量相等．③将待测物压在地面上，保持系统静止，测出挡光窄片到光电门的距离h.④在配重物下端挂1只钩码，释放待测物，测出挡光时间为Δt，可得加速度大小a.⑤依次增加