高中物理备考练习：力学实验与创新

实验技能与创新

大单元六实验技能与创新

微专题19力学实验与创新

I―图通・构建知识图谱I

刻度尺使

.蛉证机械能守恒定律川

螺旋泅微器和

监证型实验读

我证动他守恒定天平

仪器的使用数

秒噎方

法

弹簧测力计

打点计时器

力学实验

探究冲力和林焚伸的关系

探究汇成两度的力的合成现律

测ht收力加速度有关实验

探究加速度与物体受力、物体质ht的关系

测出动摩擦因数有关实骁探究型实验

测型实验

测川做fY线运动物体的瞬M探究平抛运动的特点

时速度探究向心力大小与半径、角速度.质址的关系

题点通-突破高频考点

考点一

测速度、加速度类实验

[例1]（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。

B

图2

⑴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

⑵实验中打出的一条纸带如图2所示，4、&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(选填“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o

(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"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/?=0.10mo

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/s2o(结果均保留两位有效数字)

二一8.00--------单位:cm

----------------13.22------------------

---------------------------19.24----------------------------

图4

［解析］(1)实验步骤中，首先调整滑轮位置使细线与木板平行，确保力的方向正

确；接着接通打点计时器电源，让计时器先正常工作；最后释放小车。故顺序为

CBAo

(2)小车做匀加速直线运动，速度越来越大，纸带上点间距逐渐增大。题图2中

纸带左端间距小，右端间距大，说明纸带左端与小车相连。

(3)根据匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度。B

点为4、C的中间时刻，AC间位移为M，时间间隔为2T,则。=券。

(4)根据逐差法可知广气冷也叫三鲁吆m/s2=0.81m/s2o

B点是A、C的中间时刻点，则有狈=誉=?誓m/s=0.4m/s,此时向心加速

乙，4XU.JI

度大小斯=粤=察m/s2=1.6m/s2o

R0.1

［答案］(l)CBA(2)左端(3璟

(4)0.811.6

［例2］(2025•湖北卷)某同学利用如图⑶所示的实验装置来测量重力加速度大

小g,细绳跨过固定在铁架台上不可转动的小圆柱体，两端各悬挂一个重锤。实

验步骤如下：

光电门、卷

囱//

遮光片、

(a)

①用游标卡尺测量遮光片的宽度小

②将遮光片固定在重锤1上，用天平测量重锤1和遮光片的总质量〃2、重锤2的

质量

③将光电门安装在铁架台上，将重锤1压在桌面上，保持系统静止，重锤2离地

面足够高。用刻度尺测量出遮光片中心到光电门的竖直距离

④启动光电门，释放重锤2,用数字毫秒计测出遮光片经过光电门所用时间工。

⑤根据上述数据求出重力加速度大小go

⑥多次改变光电门高度，重复步骤③④⑤，求出g的平均值。

回答下列问题：

(1)测量d时，游标卡尺的示数如图(b)所示，可知d=cmo

I2主尺cm

'|I1I।f।JIJiJi」iJi」|i」_i1_iLiL|LiLiLiLiLII"

0游标尺1020

(b)

⑵重锤1通过光电门时的速度大小为U=(用d、，表示)。若不计摩擦，g

与小、M、d、t、H的关系式为g=o

⑶实验发现，当"和m之比接近于1时，g的测量值明显小于真实值。主要原

因是圆柱体表面不光滑，导致跨过圆柱体的绳两端拉力不相等。理论分析表明，

圆柱体与绳之间的动摩擦因数很小时，跨过圆柱体的绳两端拉力差△T=4瑞苫,

其中y是只与圆柱体表面动摩擦因数有关的常数。保持M+5=260不变，其中

利=（1一夕）帆0。夕足够小时，重锤运动的加速度大小可近似表示为

-7）g。调整两重锤的质量，测得不同少时重锤的加速度大小小结果如表。

根据表格数据，采用逐差法得到重力加速度大小g=m/sl保留三位有

效数字）。

fi0.040.060.080.10

tz/(m•s'2)0.0840.2810.4770.673

［解析］⑴由游标卡尺的读数规则可知遮光片的宽度d=0.5cm+3X粤cm=

0.515cm。

（2）重锤1通过光电门时的速度大小为对两个重锤分别列牛顿第二定律关

系式并联立可得对重锤1由速度位移公式有联

d2(M+m)

立可得g=

(3)由a=(?—y)g可得ba=gN。,所以由逐差法有g="3+f

_0.477+0.673-0.084-0.281

m/s2

4x0.02

2

^9.81m/so

［答案］(1)0.515⑵3产（。+皿

（3）9.81

［例3］（2025•湖南卷）某同学通过观察小球在黏性液体中的运动，探究其动力

学规律，步骤如下:

181

40-5.00

«0—5.49

CO—6.00

I)0—6.51

E0—7.02

C单位：E】

图2

⑴用螺旋测微器测量小球直径。如图1所示，D=mm。

⑵在液面处由静止释放小球，同时使用频闪摄影仪记录小球下落过程中不同时

刻的位置，频闪仪每隔0.5s闪光一次。装置及所拍照片示意图如图2所示（图中

的数字是小球到液面的测量距离，单位是cm）。

⑶根据照片分析，小球在A、E两点间近似做匀速运动，速度大小。=

m/s（保留两位有效数字）。

（4）小球在液体中运动时受到液体的黏滞阻力f=kDv（k为与液体有关的常量），

已知小球密度为p,液体密度为po,重力加速度大小为g,则左的表达式为々=

（用题中给出的物理量表示）o

⑸为了进一步探究动力学规律，换成直径更小的同种材质小球，进行上述实验，

匀速运动时的速度将（选填“增大”“减小”或“不变”

［解析］（1）由螺旋测微器的读数规则可知小球的直径0=2mm+0.01X20.5mm

=2.205mm。

⑶由于小球在A、£两点间近似做匀速运动，则有v=在，由题图2可知刈£=

tAE

7.02cm-5.00cm=2.02cm=2.02X102m,A、E两点间有4个时间间隔，则以E

=4Af=4X0.5s=2.0s,代入可求得o=L0X102m/s。

（4）由于小球在A、E两点间近似做匀速运动，则小球在A、E两点间运动时受力

平衡，对在A、E两点间运动的小球受力分析可知，小球受竖直向下的重力、竖

直向上的浮力和竖直向上的黏滞阻力，则由力的平衡条件可知机球g=尸浮+力

==

其中m球=pV*=p*，尸^=PogV#PogV球=000•gn©），fkDv9

联立可得k=n（P-P°）gD:

6v

⑸由于k为与液体有关的常量，所以换成直径更小的同种材质小球进行实验时

A不变，又换成直径更小的同种材质小球进行实骁时〃、〃o、g不变，O减小，则

由4=次1瞥身可知匀速运动时的速度。减小。

6v

［答案］(1)2.205⑶1.0X10-2

险留工减小

6v

规律方法：

1.测速度的方法(D=£)

(1)纸带数据处理法

利用平均速度求瞬时速度。〃=当用。

⑵光电门数据处理法

利用遮光片的宽度和遮光时间V=^

Ato

⑶频闪照片数据处理法

利用平均速度求瞬时速度为=苫用。

2.测加速度的方法=韵

(1)纸带数据处理法

利用逐差法求平均加速度

,_(*6+4+%)_(43+“2+打)

a°

⑵利用一段时间Af内的速度变化量A。求〃

Au一空？1

AtAt°

⑶利用匀变速直线运动公式求a

如/-vl=2axo

考点二

测■作用力类实验

［例4］(2025•全国卷)某探究小组利用橡皮筋完成下面实验。

1cm

(h)

(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⑸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。

⑵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N/m(保留两位有效数字，重力加速度取9.8m/s2)o

⑶悬挂的钩码质量为时，在橡皮筋底端施以水平向右的力F,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F的大小，则F=

N,m=(选填“200”“300”或“400”)g。

［解析］⑴根据题图(a)可知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1.90cmo

(2)根据题图(a)可知钩玛每增加相同的质量橡皮筋增加大约相同的长度，故在所

测范围内橡皮筋长度的增加量与所挂钩码的质量的增加量成正比。根据胡克定

律得尸=履；其中尸=〃2g,X为橡皮筋的伸长量。设悬挂质量为机I、62的钩码

时，橡皮筋的伸长量分别为处、X2,财mig=kxi,mig=kx2

两式相减得(〃Z2一mi)g=A(X2—X1)

取叩=200g=0.2kg,，〃2=300g=0.3kg,Ax=X2—xi=1.9cm=1.9X10'2m

根据(股2—机i)g=A(X2—xi),可得攵=52-四)，=。3:62,：：.8N/m^52N/m。

⑶根据题图(b)可知尸=1.OON;设橡皮筋与竖直方向夹角为，，对橡皮筋下端点

进行受力分析有tan夕=二；从题图(b)中可知结合尸=1.00N

可得，〃40.31kg,所以取m=300g。

［答案］(1)1.90⑵质量的增加量52

(3)1.00300

［例51(2025・内蒙古赤峰・三模)如图是探尢两个互成角度的力的合成规律的

实验的过程示意图。

(1)图中由乙图到丙图的过程中主要应用了O

A.理想实验法

B.等效替代法

C.控制变量法

⑵丙图中弹簧测力计的读数为No

⑶实验中，入、尸2表示两个互成角度的力，9表示平行四边形作出的尸1与尸2的

合力；户表示用一个弹簧测力计拉橡皮筋时的力，则下列选项中符合实验事实的

是________O

［解析］(1)本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

学方法是等效替代法。故选B。

(2)由题图丙可知弹簧测力计最小分度值为0.1N,故读数为5.80No

(3)该实验中P是由平行四边形定则得出的合力，即9是平行四边形的对角线，

而尸是通过实际实验得出的，与尸'有一定的偏差，且产与橡皮筋应在同一直线

上，故D符合题意。故选D。

［答案］(1)B(2)5.80(3)D

规律方法：获得“作用力”的常用方法

1.用重物的重力替代，如“验证牛顿第二定律”实验中的拉力用悬挂物的重力

替代。

2.用弹簧测力计测量。

3.用力的传感器直接读出。

考点三

创新型实验

［例6］(2025•四川卷)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。己知水的密度为L0X1伊kg/nP,当地重力加速度为9.8

m/s2o实验过程如下：

图1图2

⑴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。

⑵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。

⑶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)以小桶中水的体积丫为横坐标，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200m2o由此可得该弹簧的劲度系数为

N/m(结果保留两位有效数字)。

⑸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

两位有效数字)。

图3

［解析］⑴由题图1读出刻度尺读数为13.15cm,

(4)设小桶质量为加，当小桶中水的体积为V时，由平衡条件可知Ax=/〃g+〃腺，

可得以桶中水的体积丫为横坐标，弹簧伸长量x为纵坐标，则图

线的斜率〃=詈，代入数据解得&=49N/m。

⑸由可知题图3中直线的截距力=拳，代入数据解得根=0.028kg。

［答案］⑴13.15(13.13〜13.17均可)(4)49(5)0.028

［例7］(2024•辽宁卷)图⑸为一套半圆拱形七色彩虹积木示意图，不同颜色的

积木直径不同。某同学通过实验探究这套积木小幅摆动时周期T与外径。之间

的关系。

⑴用刻度尺测量不同颜色积木的外径。，其中对蓝色积木的某次测量如图(b)所

示，从图中读出。=________cmo

(c)

⑵将一块积木静置于硬质水平桌面上，设置积木左端平衡位置的参考点O,将

积木的右端按下后释放，如图(c)所示。当积木左端某次与。点等高时记为第0

次并开始计时，第20次时停止计时，这一过程中