高三物理二轮复习精讲精练 13讲 力学实验解析版

高考物理二轮复习（新高考）专题06实验高考考点分析--物理实验是高考试题中的必考题，所占比重虽然不是很大，但确是提分的关键，此部分试题有较为固定的解题思路，再难以解答的试题，都会有简单的填空。抓住各类题型的解题思路，是解决实验题的关键。高考中一般有两个实验题，力学实验与电学实验各一道题。实验题考察的是对知识的综合运用，是通过探究，运动所学的知识将实验步骤完成的题型。知识框架学习目标1.熟练掌握关于实验的各知识点，并会合理运用。2.将实验题的基础题型烂熟于心，并透彻研究其解题思路。3.熟练掌握实验题解题技巧，学会举一反三。13讲力学实验力学实验部分是高考重点内容，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考点应用1.常用实验仪器的读数(1)毫米刻度尺的读数：精确到毫米，估读一位。(2)游标卡尺的读数：游标卡尺是利用主尺的单位刻度（1mm）与游标尺的单位刻度之间固定的微量差值来提高测量精度的。常用的游标卡尺有10分度、20分度和50分度三种，精确度分别为1/10mm、1/20mm、1/50mm，测量结果不需要估读。读数方法：游标的0刻度前主尺的读数+n×1/Nmm(3)螺旋测微器的读数：测量值＝固定刻度整毫米数＋0.5mm(判断半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度读数(含估读)×0.01mm。例1：（2022·重庆一中模拟预测）日常工作中，有时需要人们反应灵敏。对于战士、驾驶员、运动员等更是如此。从发现情况到采取行动所用的时间，叫人的反应时间。小吴和小李两个同学利用一个直尺设计了一个测量反应时间的简单方法，步骤如下：（1）如图甲所示，小吴用两个手指轻轻捏住直尺的上端，让直尺自然下垂。小李用一只手在直尺下方做捏住直尺的准备，但手不能碰到直尺，记下这时手指的上边缘在直尺上的位置P1，P1在直尺上的刻度为L1=20.00cm。（2）小吴在不通知小李的情况下，突然松手，直尺下落。当小李看到直尺下落时，立即用手指捏住直尺，记下这时手指的上边缘在直尺上的位置P2，在直尺上的刻度记为L2，如图乙所示，L2=___________cm。（3）利用以上数据，可计算出小李的反应时间为___________s（已知当地重力加速度g=9.8m/s2）。（4）写出一条能提高测量结果准确程度的建议：___________。【答案】

0.40

0.2

多测几次求平均值（或初始时小李的手指尽可能接近直尺）【详解】（2）[1]如图可知，直尺的最小刻度为mm，读数时，应估读一位，因此L2=4.0mm=0.40cm（3）[2]直尺下落的高度根据可得反应时间为（4）[3]多测几次求平均值（或初始时小李的手指尽可能接近直尺）跟踪训练1：（2022·山西·怀仁市第一中学校模拟预测）在“研究弹簧的物理特性”研究性学习中，某学习小组尝试用不同的方法测量弹簧的劲度系数。该学习小组查阅资料得知，弹簧弹性势能表达式为Ep＝，k为弹簧的劲度系数，x为弹簧形变量。他们设计了如图（a）所示装置进行测量，弹簧右端与滑块不连接，操作步骤如下：（1）首先将气垫导轨调节水平。接通电源后轻推滑块，如果滑块做匀速运动，表示导轨水平。（2）用游标卡尺测出滑块上挡光片的宽度d，示数如图（b），其读数为________m。（3）接通电源，用手向左侧推动滑块，使弹簧压缩到某一长度（弹簧处于弹性限度内），测出弹簀压缩量x，（4）将滑块由静止释放，读出滑块经过光电门时挡光片的挡光时间t，（5）重复步骤（3）（4）测出多组x及对应的t，（6）画出图像如图（c）所示，由图像求得其斜率为a。若想测出劲度系数，还需要测量的物理量为____________（写出物理量的名称及符号），可求得弹簧的劲度系数为_____（用斜率a以及其他测得的物理量符号表达）。【答案】

0.00570

滑块的质量m

【详解】（2）[1]根据游标卡尺读数规则，其读数为（6）[2][3]由知，要测出劲度系数k，还需测出滑块的质量m；由得图像斜率得2.时间类测量仪器打点计时器：每打两个点的时间间隔为0.02s，一般每五个点取一个计数点，则时间间隔为Δt＝0.02×5s＝0.1s。频闪照相机：用等时间间隔获取图象信息的方法将物体在不同时刻的位置记录下来，时间间隔Δt＝eq\f(1,f)。(f为频闪照相机的频率)光电计时器：记录遮光条通过光电门的遮光时间。例2：（2022秋·江苏淮安·高二校考学业考试）在“测定匀变速直线运动加速度”的实验中，得到的记录纸带如右图所示，图中A、B、C点为计数点，相邻两个计数点的时间间隔为0.10s。每两相邻的计数点之间有几个点未画出()A．3 B．4 C．5 D．6【答案】B【详解】中学实验所用打点计时器的频率为周期为则则每两相邻的计数点之间有4个点未画出。故选B。跟踪训练2：电磁打点计时器是一种计时仪器，它使用_______电源，当电源的频率是50Hz时。如图所示纸带是某同学练习使用电磁打点计时器时得到的，打下的点迹的分布情况如图所示。从打下A点到打下B点共14个点迹，历时__________s。【答案】

低压交流

0.26s【详解】[1]电磁打点计时器和电火花打点计时器都是一种计时仪器，电磁打点计时器使用的是低压交流电源，其工作电压一般在6V左右，而电火花打点计时器使用的是220V的交流电源。[2]当电源的频率是50Hz时，电磁打点计时器每隔0.02s打一次点，从打下A点到打下B点共14个点迹，即为13个时间间隔，故历时3.“纸带类”实验利用纸带判定物体的运动性质(如图所示)(1)若x1、x2、x3、…、x6基本相等，在误差允许的范围内可认为物体做匀速直线运动。(2)利用x1、x2、x3、…、x6计算出相邻相等时间内的位移差x2－x1、x3－x2、…、x6－x5，若大致相等，则在误差允许的范围内认为Δx＝aT2可判定物体做匀变速直线运动。平均速度法求速度：如图所示，做匀变速直线运动的物体在某段时间的中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，即vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)。利用纸带求加速度的三种方法(1)利用第m个T时间内的位移和第n个T时间内的位移求a，即a＝eq\f(xm－xn,m－nT2)。(2)逐差法：如从纸带上得到6个连续相等时间间隔内的位移，则a＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3,9T2)。(3)v­t图象法：求出各点的瞬时速度，画出v­t图线，图线的斜率表示加速度a。例3：（2021秋·广东广州·高一华南师大附中阶段练习）在“探究小车的速度随时间变化的规律”的实验中某同学得到如下图所示的纸带，相邻两个计数点间还有四个点未画出，小车的加速度是（）A．6.00m/s2 B．0.600m/s2 C．1.20m/s2 D．15.0m/s2【答案】B【详解】依题意，相邻计数点间的时间间隔为根据匀变速直线运动规律，用逐差法处理四组数据，则小车的加速度是故选B。跟踪训练3：在“研究匀变速直线运动”的实验中，打点计时器应该使用低压___________（选填“直流”或“交流”）电源。随着小车的运动，计时器在纸带上打下一系列的点，取A、B、C、D、E五个计数点，两个相邻的计数点间的时间间隔是0.1s，测得的距离如图所示，则计时器在打C点时，小车的速度大小为___________m/s。【答案】

交流

0.95【详解】[1]打点计时器应使用交流电源。[2]计时器在打C点时，小车的速度大小为4.处理纸带问题的三点关注(1)长度计算：常用逐差法处理题中得到的数据，得出所求长度。逐差法是把测量数据中的因变量进行逐项相减或按顺序分为两组进行对应项相减的方法。(2)单位换算：题给单位一般是cm，最后算出来的加速度一般以m/s2为单位等。(3)周期选择：常见的打点计时器的频率为50Hz，频闪相机的闪光频率为10Hz，即它们的周期分别为0.02s、0.1s，若每5个计时点取一个计数点，则它们的周期分别变为0.1s、0.5s。例4：实验小组的同学利用如图所示的装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验，认为细绳对小车的拉力F等于砂和砂桶的总重力，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得。(1)实验室准备有下列器材：电磁打点计时器、秒表、天平(带有一套砝码)、纸带、复写纸、细绳、低压直流电源、小车、一端带滑轮的长木板、砂桶、砂子、垫木、导线。实验中不需要的器材是________________，缺少的器材是________________。(2)由于小车所受阻力f的大小难以测量，为了尽量减小实验的误差，需尽可能降低小车所受阻力f的影响，以下采取的措施必要的是________。A．适当垫高长木板无滑轮的一端，使未挂砂桶时小车被轻推后恰能拖着纸带匀速下滑B．应使砂和砂桶的总质量m远小于小车(含砝码)的总质量MC．定滑轮的轮轴要尽量光滑D．适当增大砂和砂桶总质量m(3)实验中使用的交变电流的频率为50Hz，图乙给出的是实验中获得的一条纸带，计数点间的距离已标出。则小车运动的加速度为________m/s2，打下计数点5时小车运动的速度大小为________m/s。(结果保留三位有效数字)[解析](1)本实验不需要用秒表计时，打点计时器应接交流电源，故不需要的器材是秒表、低压直流电源。需要刻度尺测量纸带的长度，故还需要刻度尺、低压交流电源。(2)适当垫高长木板无滑轮的一端，使未挂砂桶时小车被轻推后恰能拖着纸带匀速下滑，这样可以通过重力的分力消除滑动摩擦力的影响，定滑轮的轮轴要尽量光滑以减小摩擦。(3)由逐差法知a＝eq\f(4.81＋4.35＋3.89－3.42＋2.98＋2.50,9×0.12)×10－2m/s2≈0.461m/s2，v5＝eq\f(3.89＋4.35,2×0.1)×10－2m/s＝0.412m/s。跟踪训练4：（2022秋·黑龙江佳木斯·高二佳木斯一中校考期中）测定当地重力加速度实验，按照正确的操作得到了一条较为理想的纸带，选择某一点为0，依次每隔四个点取一个计数点编号为1、2、3、4、5…，由于不小心，纸带被撕断了，如图乙所示，请在B、C、D三段纸带中选出从纸带A上撕下的那段：（

）A． B．C． D．【答案】D【详解】纸带A相邻相等时间内的位移之差为则4、5点间的距离大约为故选D。5.“橡皮条、弹簧、碰撞”类实验1．探究弹力和弹簧伸长量的关系的操作关键(1)实验中不能挂过多的钩码，防止弹簧超过其弹性限度。(2)画图象时，不要连成“折线”，而应尽量让坐标点落在直线上或均匀分布在直线两侧。2．验证力的平行四边形定则的操作关键(1)每次拉伸结点位置O必须保持不变。(2)记下每次各力的大小和方向。(3)画力的图示时应选择适当的标度。例5：1．“橡皮条”类实验(2020·河北六校第一次联考)两个实验小组做了如下两个实验，请回答下列问题：(1)一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用两根不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的关系图象如图所示。下列说法正确的是________。A．a的原长比b的长B．a的劲度系数比b的大C．a的劲度系数比b的小D．测得的弹力与弹簧的长度成正比(2)另一个实验小组利用图所示的实验装置完成“探究求合力的方法”的实验。①下列说法正确的是________。A．在测量同一组数据F1、F2和合力F的过程中，橡皮条结点O的位置不能变化B．弹簧测力计拉细线时，拉力方向必须竖直向下C．F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程D．为减小测量误差，F1、F2方向间夹角应为90°②弹簧测力计的指针如图丙所示，由图可知拉力的大小为________N。③本实验采用的科学方法是________。A．理想实验法B．控制变量法C．等效替代法D．建立物理模型法[答案](1)B(2)AC4.00C[解析](1)根据图甲可知，F与L的关系为F＝k(L－L0)，弹力与弹簧长度的关系图象在横轴上的截距等于弹簧原长，即弹力等于零时弹簧的长度，图线斜率等于弹簧的劲度系数k，由此可知，a的原长比b的短，a的劲度系数比b的大，选项A、C错误，B正确；测得的弹力与弹簧的长度呈线性关系，测得的弹力与弹簧的伸长量成正比，选项D错误。(2)在“探究求合力的方法”的实验中，测量同一组数据F1、F2和合力F时，橡皮条结点O的位置不能变化，选项A正确；弹簧测力计拉细线时，拉力方向可以任意，选项B错误；拉力F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程，否则就不能测出力的大小，选项C正确；为了减小测量误差，F1、F2的夹角不能太大，也不能太小，但不是必须为90°，选项D错误。根据弹簧测力计读数规则，最小刻度为0.1N，需要估读到0.01N，所以拉力大小为4.00N。本实验采用的科学方法是等效替代法，选项C正确。跟踪训练5：一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中实验装置如图甲，用钩码通过水平细绳为弹簧提供了水平向右恒定的拉力．（1）以下说法正确的是_____A．弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度B．用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于水平位置且处于平衡状态C．用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量D．用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比均应该相等（2）某同学由实验测得某弹簧的弹力F与弹簧的伸长量x的关系如图乙所示，则弹簧劲度系数k＝_____N/m（保留两位有效数字）．（3）该同学将该弹簧制成一把弹簧秤，已知弹簧原长L0＝10cm，当弹簧秤的示数如图丙所示时，该弹簧的长度l＝_____cm（保留两位有效数字）【答案】

AB

75（70﹣75也对）

14【分析】在《探索弹力和弹簧伸长的关系》实验中，弹簧的弹力与行变量的关系满足F=kx，其中k由弹簧本身决定；利用实验操作过程的注意事项分析即可；由F-L图象的意义，斜率表示弹簧的劲度系数，图象与横坐标的截距为弹簧的原长6．验证动量守恒定律的关键无论采用哪种方案验证动量守恒定律，均须测量系统内各物体作用前后的动量(即质量和速度的乘积)。例6：（2022春·重庆荣昌·高二重庆市荣昌永荣中学校校考期中）某实验小组用如题图所示的装置验证动量守恒定律。（1）下列说法正确的是____________。A．实验中两小球质量应满足的关系是m1<m2B．实验中必需调节斜槽末端的切线沿水平方向C．实验中每次必需从同一位置由静止释放小球m1D．实验中必需测量小球抛出点距落点的高度H（2）用天平测出入射小球质量m1、被碰小球质量m2；用刻度尺测出小球落点M、P、N距O点的距离各为x1、x2、x3，只要等式_______（用m1、m2、x1、x2、x3表示）成立，就验证了碰撞过程动量守恒。【答案】

BC

m1x2=m1x1+m2x3【详解】（1）[1]A.碰撞过程中动量、能量守恒，则解得因此让小球碰撞后不反弹，两球质量满足故A错误；B.保证小球做平抛运动，所以实验前固定在桌边上的斜槽末端的切线要沿水平方向，故B正确；D．可通过质量与水平射程乘积来验证动量是否守恒，故实验中不需要测量开始释放的高度h，只是每次必需平抛的初速度相同，所以要从同一位置由静止释放小球m1，故C正确，D错误。故选BC。（1）[2]由碰撞中的动量守恒，得m1x2=m1x1+m2x3跟踪训练6:在用如图所示的装置验证动量守恒的试验中（1）在验证动量守恒定律的实验中，必须要求的条件是：______A、轨道是光滑的．B、轨道末端的切线是水平的．C、ｍ1和ｍ2的球心在碰撞的瞬间在同一高度．D、碰撞的瞬间ｍ1和ｍ2球心连线与轨道末端的切线平行．E、每次ｍ1都要从同一高度静止滚下．（2）在验证动量守恒定律的实验中，必须测量的量有：______A、小球的质量ｍ1和ｍ2．B、小球的半径r．C、桌面到地面的高度Ｈ．D、小球ｍ1的起始高度ｈ．E、小球从抛出到落地的时间ｔ．F、小球ｍ1未碰撞飞出的水平距离．G、小球ｍ1和ｍ2碰撞后飞出的水平距离．（3）实验时，小球的落点分别如右图的Ｍ、Ｎ、Ｐ点，应该比较下列哪两组数值在误差范围内相等，从而验证动量守恒定律：_______A、ｍ1·．

B、ｍ1·．C、ｍ1·．

D、ｍ1·＋ｍ2·．E、ｍ1·+ｍ2·(-2r)．

F、ｍ1·＋ｍ2·(-2r)．【答案】

（1）BCDE

（2）ABFG

（3）AE【详解】（1）为了保证小球做平抛运动，轨道的末端需切线水平，轨道不一定需要光滑，故A错误，B正确．为了发生对心碰撞，m1和m2的球心在碰撞的瞬间在同一高度，故C正确．碰撞后两球均要做平抛运动，碰撞的瞬间m1和m2球心连线与轨道末端的切线平行，故D正确．为了保证碰撞前小球的速度相等，每次m1都要从同一高度静止滚下，故E正确．故选BCDE．（2）小球离开轨道后做平抛运动，小球下落的高度相同，在空中的运动时间t相同，由x=vt可知，小球的水平位移与小球的初速度v成正比，可以用小球的水平位移代小球的初速度，如果小球动量守恒，满足关系式：mAv0=mAv1+mBv2，故有mAv0t=mAv1t+mBv2t，即mAOP=mAOM+mBON；由此可知需测量小球a、b的质量ma、mb，记录纸上O点A、B、C各点的距离OA、OB、OC，由于要考虑小球的半径，则还需要测量小球的半径r，故选ABFG．（3）碰撞前，系统的总动量等于球1的动量，即P1=m1•v1，碰撞后的总动量P2=m1v1′+m2v2，由于，，，则需要验证m1•；和m1•+m2•（-2r）是否相等，故选AE．基础训练1.（2022春·江苏盐城·高一阶段练习）在“探究小车的速度随时间变化的规律”的实验中某同学得到如下图所示的纸带，相邻两个计数点间还有四个点未画出，打C点时纸带的瞬时速度是（）A．23.1m/s B．6m/s C．2m/s D．0.231m/s【答案】D【详解】依题意，相邻计数点间的时间间隔为则打C点时纸带的瞬时速度是故选D。2.（2023秋·辽宁·高二学业考试）关于“验证机械能守恒定律”的实验中，若正确的操作完成实验，正确的选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点O的距离如图所示(相邻计数点时间间隔为0.02s)，当地重力加速度的值为9.8m/s2，那么(结果均保留两位有效数字)①纸带的________端与重物相连(选填“左”或“右”)；②打下计数点B时，重物的速度________m/s(结果均保留两位有效数字)；【答案】

左

0.98【详解】①[1]由于纸带的速度越来越大，则相等时间内的位移越来越大，可知纸带的左端与重物相连。②[2]打下计数点B时，重物的速度为3.（2022秋·山西朔州·高二校考阶段练习）用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图甲所示，此示数为______mm，用20分度的游标卡尺测量某物体的厚度时，示数如图乙所示，此示数为______mm。【答案】

6.125##6.126##6.127

63.60【详解】[1]根据螺旋测微器读数规则，此示数为[2]根据游标卡尺读数规则，此示数为4.如图所示是探究某根弹簧的伸长量为与所受拉力F之间的关系时所作出

的图象，由图可知，该弹簧的劲度系数是_______N／m；当该弹簧受500N的拉力作用时（在弹簧的弹性限度内），弹簧的伸长量为____cm．【答案】

2000;

25;【详解】图线斜率的大小表示劲度系数的大小，故根据，将代入，得弹簧的伸长量故本题答案为：2000N/m；25cm5.如图所示的A、B、C三条纸带，是某同学练习使用打点计时器时得到的纸带（纸带的左端连接小车），电源频率为50Hz。（1）从点迹的分布情况可以断定：纸带__________是匀速通过打点计时器的，纸带__________是越来越快的，纸带__________是开始越来越快，后来又越来越慢的。（均填“A”“B”或“C”）【答案】

A

B

C【详解】（1）[1][2][3]因打点计时器打点的时间间隔相同，若纸带做匀速运动，则打出的点间距是相等的，若纸带做加速运动，则打出的点间距越来越大。若纸带做减速运动时，则打出的点间距越来越小。由图可知，纸带A是匀速通过打点计时器的；纸带B是越来越快的；纸带C是开始越来越快，后来又越来越慢的。能力提升6.在研究匀变速直线运动的实验中，如图所示，为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔T=0.1s。（1）判定小车做_____________________运动。（2）计算两点的瞬时速度：vB=_______m/s，vD=________________m/s（3）加速度a=_________________________【答案】

匀变速直线

【详解】（1）[1]．由纸带上的数据得出相邻的计数点间的位移之差相等，即△x=3.5cm，故小车做匀变速直线运动；（2）[2][3]．相邻计数点间的时间间隔T=0.1s．根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上BD点时小车的瞬时速度大小．（3）[4]．由纸带上的数据得出相邻的计数点间的位移之差相等，即△x=3.5cm，根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2得7.（2023秋·甘肃武威·高一校考期末）某同学利用图（a）所示的实验装置探究物块速度随时间的变化。物块放在桌面上，细绳的一端与物块相连，另一端跨过滑轮挂上钩码。打点计时器固定在桌面左端，所用交流电源频率为50Hz。纸带穿过打点计时器连接在物块上、启动打点计时器，释放物块，物块在钩码的作用下拖着纸带运动。打点计时器打出的纸带如图（b）所示（图中相邻两点间有4个点未画出），则相邻两计数点间的时间间隔为______s。根据实验数据分析，该同学认为物块的运动为匀加速运动。回答下列问题：在打点计时器打出B点时，物块的速度大小为______m/s；物块的加速度大小为______（结果均保留两位有效数字）。【答案】

0.10

0.56

2.0【详解】[1]相邻两点间有4个点未画出，则相邻两计数点间的时间间隔为[2]在打点计时器打出B点时，物块的速度大小为[3]物块的加速度大小为8.（2022秋·福建福州·高一期中）如图甲所示的装置为探究弹簧弹力的大小F与弹簧伸长量x的关系。在实验过程中，弹簧