力學實驗-2025年高考物理二輪復習

第16講力學實驗

—洞悉?高頻考點精研典型例題

考點一紙帶類實驗

實驗裝置圖注意事項考查熱點

①平行：細繩與長木板平

行

打點

紙嗖電舉計取建①考讀算：讀計數(shù)點間的時間、位

②靠近：小車應靠近打點

探究小車速度隨時間后、、移；計算瞬時速度、加速度

計時器

變化的規(guī)律__________________1②考操作：不需要平衡摩擦力、不需

③兩先：打點前先接通電

而要滿足懸掛鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量

源；打點后先斷開電源

④適當：鉤碼質(zhì)量適當

①平衡：開始應平衡摩擦

力

②質(zhì)量：重物質(zhì)量需遠小①考操作：器材安裝正誤，平衡摩擦

細繩紙帶于小車質(zhì)量力、質(zhì)量控制要求

/必11/

重

探究加速度與物體受1③平行：細繩與長木板平②測定。：計算加速度

物

C■端有A小車打點

力、物體質(zhì)量的關系定滑輪N或驗臺計時器行③求結(jié)論：描點作圖像得結(jié)論

的長木板'

\④靠近：小車應靠近打點④判成因：給定異常必尸圖像，判斷

計時器其可能成因

⑤兩先：打點前先接通電

源；打點后先斷開電源

①安裝：豎直安裝，紙帶

4

打」氣計時器豎直①考操作：重物靠近打點計時器處釋

一紙帶

②重物：選密度大、質(zhì)量放、先通電后釋放

大的

驗證機械能守恒定律景夾子②考運算：計算下落速度、減少的重

、重物

③計算：運用v“=力勢能與增加的動能

&2

Lhn+1-h1.,2

2T,計算打點瞬時③考圖像：等圖像

速度

【典例1】（2024?北京海淀三模）在高中階段，我們學習了多種測量物體加速度的方法。

（1）通過打點計時器，可以測量小車的加速度。實驗裝置如圖甲所示。通過實驗得到了一條點跡清晰的紙帶，找

一個合適的點當作計時起點。（f=0）,然后每隔0.1s選取一個計數(shù)點，如圖乙中的/、B、C、D、E、F……所

1/9

示。某同學測量了相鄰兩計數(shù)點間的距離：04=7.05cm,45=7.68cm,BC=S.31cm,CZ）=8.95cm,DE=

9.57cm,EF=10.20cm,請計算該小車的加速度ai=m/s?（保留小數(shù)點后兩位）。

r（?0?A?BC??D?E?Fli

乙

（2）通過光電門，同樣可以測量物體的加速度。如圖丙所示，滑塊上安裝了寬度為2.0cm的遮光條，滑塊在牽

引力作用下先后通過兩個光電門，配套的數(shù)字計時器記錄了遮光條通過第一個光電門的時間加i=0.20s,通過第

二個光電門的時間Af2=0.05s,遮光條從開始遮住第一個光電門到開始遮住第二個光電門的時間f=2.5s,試估算

滑塊的加速度及=m/s2（保留兩位有效數(shù)字），該估算值與真實值相比（選填“偏大”“偏

小"或"相同"）o

行執(zhí)數(shù)字計時器

.電光電仍4辱門1遮書條

w、、、『N?塊

?\,三連氣源

白刻度尺

槽碼

丙

（3）頻閃照片也是一種測量加速度的方法。在暗室中，照相機的快門處于常開狀態(tài)，頻閃儀每隔一定時間發(fā)出一

次短暫的強烈閃光，照亮運動的物體，于是膠片上記錄了物體在幾個閃光時刻的位置。某時刻，將一小球從。點

由靜止釋放，頻閃儀每隔0.04s閃光一次。以。點為原點，豎直向下為正方向建立坐標軸，并測量各時刻的位置

坐標XI、X2、X3…。圖丁是小球自由下落時的部分頻閃照片示意圖，照片中的數(shù)字是小球下落的距離（單位：

2

cm）。小崔同學為了減小偶然誤差，他建議做X/圖像，把實驗數(shù)據(jù)代入（如=o.o016s2,X1=0.21cm；t2

=0.0064s2,x2=L76cm……），得到一條過原點的直線，再通過該直線的斜率得到加速度的。請問該方案是否

可行？如果可行，請求出加速度的值（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）；如果不可行，請說明原因____________________

0.21=6A

1.76―OB

4.90一QC

9.61—OD

T

嘗試解答_____________________________________________________________________________________________

口規(guī)律總結(jié)

紙帶的三大應用

1.判斷物體的運動性質(zhì)

（1）若Ax=0,則可判定物體在實驗誤差允許的范圍內(nèi)做勻速直線運動。

（2）若［不為零且為定值，則可判定物體在實驗誤差允許的范圍內(nèi)做勻變速直線運動。

2.求解瞬時速度

做勻變速運動的物體在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度。如圖所示，求打某一點的瞬時速度，只

需在這一點的前、后取相同時間間隔T的兩段位移x〃和力+i，則打〃點時的速度為=等鏟工

2/9

3.求加速度

(1)如圖所示，有連續(xù)的偶數(shù)段數(shù)據(jù)，則

_(%4+%5+%6)—(11+%2+%3)

CI20

(3T)

?()123456S

§U4一【3

%]%2%3%4%5%6

(2)如圖所示，連續(xù)的奇數(shù)段數(shù)據(jù)，去掉最短的xi，則a=(皿+町)一

(2T)

圖＜去土

IYfy/vzv

【典例2】(2024?浙江1月選考16題)如圖1所示是“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗裝置。

(1)該實驗中同時研究三個物理量間關系是很困難的，因此我們采用的研究方法是。

A.放大法B.控制變量法C.補償法

(2)該實驗過程中操作正確的是o

A.補償阻力時小車未連接紙帶

B.先接通打點計時器電源，后釋放小車

C.調(diào)節(jié)滑輪高度使細繩與水平桌面平行

(3)在小車質(zhì)量________(選填“遠大于”或“遠小于”)槽碼質(zhì)量時，可以認為細繩拉力近似等于槽碼的重

力。上述做法引起的誤差為(選填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)。為減小此誤差，下列可行的方案

是o

A.用氣墊導軌代替普通導軌，滑塊代替小車

B.在小車上加裝遮光條，用光電計時系統(tǒng)代替打點計時器

C.在小車與細繩之間加裝力傳感器，測出小車所受拉力大小

(4)經(jīng)正確操作后獲得一條如圖2所示的紙帶，建立以計數(shù)點0為坐標原點的x軸，各計數(shù)點的位置坐標分別為

0、xi、…、x6o已知打點計時器的打點周期為7,則打計數(shù)點5時小車速度的表達式v=；小車加速度的

表達式是。

0%]%2%3%4%5%6

6123456^

012345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474s4950

cm

圖2

A"--一2町

(157)

3/9

-

%62X3

B.a=2

(37)

__X5+X4—(%3+犯)

a2

(10T)

嘗試解答_____________________________________________________________________________________________

【典例3】（2024?北京朝陽區(qū)模擬）如圖所示，將打點計時器固定在鐵架臺上，用重物帶動紙帶從靜止開始自

由下落，利用此裝置可驗證機械能守恒定律。

（1）實驗中打點計時器應選擇（選填“電火花計時器”或“電磁打點計時器”）較好。

（2）安裝好實驗裝置，正確進行實驗操作，從打出的紙帶中選出符合要求的紙帶，如圖所示。圖中。點為打出的

起始點，且速度為零。選取在紙帶上連續(xù)打出的點/、B、C、D、E作為計數(shù)點。其中測出/、B、C、D、E點距

起始點。的距離如圖所示。已知打點計時器的打點周期為7=0.02so由此可計算出重物下落到。點時的瞬時速度

vc=m/s=（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

9.15單位：

-12.40cm

—16.04

-------20.06

----------24.46

（3）實驗結(jié)果往往是重力勢能的減少量略大于動能的增加量，關于此誤差，下列說法正確的是.

A.該誤差屬于偶然誤差，可以通過多次測量取平均值的方法來減小該誤差

B.該誤差屬于偶然誤差,可以通過掛一個小物塊來平衡阻力進而消除該誤差

C.該誤差屬于系統(tǒng)誤差，可以通過多次測量取平均值的方法來消除該誤差

D.該誤差屬于系統(tǒng)誤差，可以通過減小空氣阻力和摩擦阻力的影響來減小該誤差

（4）某同學在紙帶上選取計數(shù)點后，測量它們到起始點。的距離〃并計算出打相應計數(shù)點時重物的速度v,通過

描繪v2/圖像去研究機械能是否守恒。若實驗中重物所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不變，從理論上分析,

合理的v2-h圖像是下圖中的哪一個.

嘗試解答.

4/9

考點二彈簧、橡皮條類實驗

實驗裝置圖注意事項考查熱點

①彈簧：選自重小的輕質(zhì)彈簧

①考作圖：建立適當?shù)?-X坐標系，

刻②鉤碼：輕一點，防止超過彈性

描點作平滑圖線

探究彈簧彈力與形變度限度

尺②考探究：要能根據(jù)圖像找出尸與X

量的關系二③豎直：彈簧、刻度尺豎直放置

間關系，并解釋常數(shù)含義

④靜止：鉤碼不上下振動時讀

③找誤差：測量長度、作圖等

數(shù)、測量彈簧長度

①不變：同一次實驗中橡皮條結(jié)①考讀數(shù)：彈簧測力計示數(shù)

點。位置應保持不變②考操作：如何拉？怎么拉？拉到哪

探究兩個互成角度的②平行：橡皮條、彈簧測力計和里？

力的合成規(guī)律細繩套與紙面平行③求合力：作圖法求合力

③作圖：嚴格按力的圖示要求作④會區(qū)分：能區(qū)分合力的理論值與實

平行四邊形求合力驗值

【典例4】（2024?湖北武漢模擬）某實驗小組為測量自動筆里面被壓縮彈簧的勁度系數(shù)，他們一開始設計如圖

甲所示的實驗：將自動筆活動端豎直置于電子秤上，當豎直向下按下約0.80cm時（未觸底且未超過彈簧彈性限

度），穩(wěn)定后電子秤上的讀數(shù)增加了37.85g（重力加速度大小g取10m/s2）。

刻

度

尺

（1）此筆里的彈簧勁度系數(shù)為N/m（結(jié)果保留3位有效數(shù)字），這支筆的重力對實驗________（填

“有”或“無”）影響；

（2）由于彈簧較短，施加適當外力時長度變化不太明顯，于是他們將實驗設計成圖乙所示：將三根相同的彈簧串

起來，豎直掛在圖乙所示的裝置中。小組成員通過測量，作出三根彈簧的總長度/與相應所掛重物重力即拉力大小

下的關系圖像如圖丙所示，則一根彈簧的勁度系數(shù)為N/m（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。

嘗試解答_____________________________________________________________________________________________

【典例5】（2023?全國乙卷22題）在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中使用的器材有：木板、白紙、兩個

標準彈簧測力計、橡皮條、輕質(zhì)小圓環(huán)、刻度尺、鉛筆、細線和圖釘若干。完成下列實驗步驟：

（1）用圖釘將白紙固定在水平木板上。

5/9

（2）將橡皮條的一端固定在木板上，另一端系在輕質(zhì)小圓環(huán)上。將兩細線也系在小圓環(huán)上，它們的另一端均掛上

測力計。用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當?shù)牧瓌觾蓚€測力計，小圓環(huán)停止時由兩個測力計的示數(shù)

得到兩拉力E和色的大小，并0（多選，填正確答案標號）

A.用刻度尺量出橡皮條的長度

B.用刻度尺量出兩細線的長度

C.用鉛筆在白紙上標記出小圓環(huán)的位置

D.用鉛筆在白紙上標記出兩細線的方向

（3）撤掉一個測力計，用另一個測力計把小圓環(huán)拉到,由測力計的示數(shù)得到拉力歹的大小，沿細線標記

此時歹的方向。

（4）選擇合適標度，由步驟（2）的結(jié)果在白紙上根據(jù)力的平行四邊形定則作B和6的合成圖，得出合力尸的大

小和方向；按同一標度在白紙上畫出力少的圖示。

（5）比較尸和尸的,從而判斷本次實驗是否驗證了力的平行四邊形定則。

嘗試解答_____________________________________________________________________________________________

考點三小球類實驗

實驗裝置圖注意事項考查熱點

①考判斷：平拋運動的軌跡是否

<①安裝：斜槽末端伸出桌面外并

為拋物線

調(diào)整至切線水平，定原點

…八Z二匕二二②考操作：從同一點釋放，由重

J/y-----'

探究平拋運動的特點;;;;;②描點：描出軌跡上多個點的位

垂線得到豎直線

/七口攬-二二二置

,③計算：計算初速度③考分析：水平、豎直方向運動

性質(zhì)，軌跡是否為拋物線

①考裝置：探究什么關系

①方法：控制變量法②考結(jié)果：得到什么結(jié)論

探究向心力大小與半

-7②操作：小球放對位置，皮帶繞③考操作：達到預定格數(shù)時，即

徑、角速度、質(zhì)量的關f對塔輪、勻速轉(zhuǎn)動

保持轉(zhuǎn)速均勻恒定

系

n③觀察：標尺刻度④考作圖：描點連線畫圖線

⑤考創(chuàng)新：傳感器探究

冢入射小球①安裝：斜槽末端切線應沿水平①考裝置：器材安裝、小球選

1禰被撞小E家方向取、。點確定

|白紙②起點：斜槽末端上方某處②考測量：小球質(zhì)量的測量和小

驗證動量守恒定律

口③落點：用小圓圈中心表示球平拋運動的水平位移的測量

復寫紙/④速度：應用小球平拋的水平位

7③考結(jié)論：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)判斷兩

0/-、、/-、、/-、、

?1、?-/11、?-/1(、?-/1

MPN-移替代球碰撞過程中動量是否守恒

①懸著：測量擺長，標平衡位置①考讀數(shù)：會秒表、游標卡尺、

鐵架臺

用單擺測量重力加速度擺線②測量：擺長=擺線長+小球半刻度尺讀數(shù)

的大小徑②考操作：懸點要固定、準確計

）擺球③操作：偏角W5。，不做圓錐數(shù)振動次數(shù)、振幅小

6/9

擺，在平衡位置處開始計時③考處理：能根據(jù)公式理解圖像

④周期：測量30?50次全振動斜率，求g并分析誤差

時間，再計算周期

【典例6】（2024?河北高考11題節(jié)選）圖甲為探究平拋運動特點的裝置，其斜槽位置固定且末端水平，固定坐

標紙的背板處于豎直面內(nèi)，鋼球在斜槽中從某一高度滾下，從末端飛出，落在傾斜的擋板上擠壓復寫紙，在坐標

紙上留下印跡。某同學利用此裝置通過多次釋放鋼球，得到了如圖乙所示的印跡，坐標紙的y軸對應豎直方向，

坐標原點對應平拋起點。

C復寫紙坐標紙

甲

（1）每次由靜止釋放鋼球時，鋼球在斜槽上的高度（填“相同”或“不同”）。

（2）在坐標紙中描繪出鋼球做平拋運動的軌跡。

（3）根據(jù)軌跡，求得鋼球做平拋運動的初速度大小為m/s（當?shù)刂亓铀俣萭為9.8m/s2,保留2位有效

數(shù)字）。

嘗試解答_____________________________________________________________________________________________

【典例7】（2024?新課標卷22題）某同學用如圖所示的裝置驗證動量守恒定律，將斜槽軌道固定在水平桌面

上，軌道末段水平，右側(cè)端點在水平木板上的垂直投影為。，木板上疊放著白紙和復寫紙。實驗時先將小球。從

斜槽軌道上。處由靜止釋放，。從軌道右端水平飛出后落在木板上；重復多次，測出落點的平均位置P與。點的

距離XPO將與。半徑相等的小球b置于軌道右側(cè)端點，再將小球a從。處由靜止釋放，兩球碰撞后均落在木板

上；重復多次，分別測出6兩球落點的平均位置M、N與。點的距離皿、XN。

7/9

完成下列填空：

(1)記。、6兩球的質(zhì)量分別為加八mb,實驗中須滿足條件儂"保(填或)；

(2)如果測得的白、XM、XN,〃口和加6在實驗誤差范圍內(nèi)滿足關系式，則驗證了兩小球在碰撞

中滿足動量守恒定律。實驗中，用小球落點與。點的距離來代替小球水平飛出時的速度。依據(jù)是

嘗試解答_____________________________________________________________________________________________

考點四創(chuàng)新型力學實驗

【典例8】(2024?四川涼山三模)“筋膜槍”是利用內(nèi)部電機帶動“槍頭”高頻沖擊肌肉，緩解肌肉酸痛的設

備。某同學為了測量“槍頭”的沖擊頻率，將帶限位孔的塑料底板固定在墻面上，下端帶重錘的紙帶穿過限位孔

并豎直拉直，“槍頭”放在限位孔上方，靠近并正對紙帶，如圖甲所示。啟動筋膜槍，松開紙帶，讓紙帶在重錘

帶動下運動，“槍頭”在紙帶上打下系列點跡。更換紙帶，重復操作。

dI紙帶

塑料底板，牘寫紙

________________

H■ABCZ)E

重錘I.[%"』“,

甲乙

(1)如圖乙所示的是實驗時打出的一條清晰的紙帶，截取其中一段，測得相鄰點跡間的距離依次為XI、X2、X3、

X4,則圖示紙帶的(選填“左”或“右”)端連接重錘；若重力加速度為g,則“槍頭”的沖擊頻率了

(2)該實驗產(chǎn)生誤差的主要原因是“槍頭”在打點瞬間阻礙紙帶的運動，這樣會導致沖擊頻率的測量值______

(選填“大于”“小于”或“等于")實際值。

嘗試解答_____________________________________________________________________________________________

創(chuàng)新分析

(1)本實驗的目的是測量“槍頭”的沖擊頻率。

(2)“槍頭”在紙帶上打下的點跡與打點計時器的打點類似。

【典例9】(2024?湖南高考12題)在太空，物體完全失重，用天平無法測量質(zhì)量。如圖a,某同學設計了一個

動力學方法測量物體質(zhì)量的實驗方案，主要實驗儀器包括：氣墊導軌、滑塊、輕彈簧、標準祛碼、光電計時器和

待測物體，主要步驟如下：