力學實驗（2）——高考物理二輪復習實驗清單大全

實驗五：探究平拋運動的特點

考點平均卷面分：6；考查頻次：中。

【知識梳理】

一、實驗原理

1.利用追蹤法逐點描出小球運動的軌跡。

2.建立坐標系，如果軌跡上各點的y坐標與x坐標間的關系具有y=ax2的形式（a是一個常量），

則軌跡是一條拋物線。

3.測出軌跡上某點的坐標x、y,據x=vot、y=Jgt?得初速度v（）=x?\厚。

N\lW

二、實驗器材

斜槽、小球、方木板、鐵架臺、坐標紙、圖釘、重垂線、三角板、鉛筆、刻度尺。

三、實驗步驟

1.安裝調整

（1）將帶有斜槽軌道的木板固定在實驗桌上，使其末端伸出桌面，軌道末端切線水平。

（2）用圖釘將坐標紙固定于豎直木板的左上角，把木板調整到豎直位置，使板面與小球的運

動軌跡所在平面平行且靠近。如圖所示：

2.建坐標系：把小球放在槽口處，用鉛筆記下小球在槽口（軌道末端）時球心所在木板上的投

影點0,。點即為坐標原點，利用重垂線畫出過坐標原點的豎直線作為y軸，畫出水平向右的

x軸。

3.確定小球位置

（1）將小球從斜槽上某一位置由靜止滑下，小球從軌道末端射出，先用眼睛粗略確定做平拋

運動的小球在某一x值處的y值。

（2）讓小球由同一位置自由滾下，在粗略確定的位置附近用鉛筆較準確地描出小球通過的位

置，并在坐標紙上記下該點。

（3）用同樣的方法確定軌跡上其他各點的位置。

4.描點得軌跡：取下坐標紙，將坐標紙上記下的一系列點用平滑曲線連起來，即得到小球平拋

運動軌跡。

【試題練習】

1.如圖所示的實驗裝置可以用來研究平拋運動。水平桌面上放置一個斜槽，斜槽末端。懸掛

一個重錘用來確定豎直方向，讓一枚小鋼球從斜槽上滾下，做平拋運動，落在一塊水平放置鋪

有復寫紙和白紙的木板上，小鋼球落在木板上后在白紙上留下一個點痕P,以此記錄小鋼球做

平拋運動的落點，當地重力加速度為g。

（1）要測出平拋運動的初速度，只需要一種測量工具是（填“直尺”或“秒表”）。

（2）主要實驗步驟有:

①調整木板與槽口的豎直距離為〃，小球從斜槽上的A點由靜止釋放，測得落點耳到重錘線的

水平距離為七；

②調整木板與槽口的豎直距離為4〃，讓小球仍從斜槽上的A點由靜止釋放，測得落點鳥到重

錘線的水平距離為右；

（3）比較4與乙之間的關系：若?。，表明平拋運動在水平方向是勻速直線運

動。

（4）平拋運動的初速度%=（用4、〃和g表示）。

1.答案:⑴直尺（3）-1（4）…嚙

解析：（1）因為只涉及長度的測量，所以只需要用直尺；

（3）兩次平拋運動豎直方向下落的距離為人和4團根據丸=

可知，豎直位移之比為1:4,則平拋運動的時間之比為1:2,兩次拋出的初速度相同，所以若水

平方向做勻速直線運動L=則水平方向位移之比為白

乙

（4）小鋼球在水平方向做勻速直線運動，因此水平方向經過。和（4-4）所用時間T相等，

對應豎直的高度分別為力和（4/z-為=3人，豎直方向做勻加速直線運動，連續相等時間的位移

差為3h-h=g?

解得T=R

水平方向

2.某同學利用圖甲所示裝置做“研究平拋運動”的實驗，他用一張印有小正方格的紙記錄小球

運動的軌跡，在方格紙上建立如圖乙所示的坐標系，小正方格的邊長L=3.6cm，若小球在平

拋運動中的幾個位置如圖乙中的a、b、c、d所示，g=10m/s2,（結果均保留兩位有效數字）.

（1）小球的初速度為m/s；

（2）小球在6點的瞬時速度為m/s；

（3）小球拋出點的坐標是否為坐標原點（選填“是”或“否”）；

（4）該同學做完實驗后，提出幾項減小實驗誤差的措施，其中正確的是

A.實驗中應使斜槽軌道盡可能光滑

B.為使小球離開斜槽后能做平拋運動斜槽末端的切線必須水平

C.為了使小球每次運動的軌跡相同，應使小球每次從斜槽上的相同位置由靜止釋放

D.為了比較準確地描出小球運動的軌跡，應該用一條折線把所有的點連接起來

2.答案：（1）1.2（2）1.5（3）否（4）BC

解析：（1）取a、b、c三點分析，水平位移間隔均為2L，所以小球從。點到6點，從6點到c

點所用的時間相同，設時間為T,在豎直方向上有AyngV

解得T=0.06s

水平方向上，則有2L=%T

解得％=L20m/s

（2）小球在6點時豎直方向上的速度為V,=—=0,9m/s

by2T

所以小球在b點的瞬時速度為v產網+說=1.50m/s

（3）設從拋出點到6點的時間為則%=4

解得y0.09s

所以小球拋出點的橫坐標為x=4Z,-=3.60cm

縱坐標為y=3L—gg產=6.75cm

小球拋出點的坐標故不是坐標原點。

（4）AB.實驗中必須保證小球做平拋運動，而平拋運動要求有水平初速度，且只受重力作用，

所以斜槽軌道末端切線必須要水平，至于是否光滑沒有影響，只要能拋出就行，故A錯誤，B

正確；

C.為使小球每次運動的軌跡相同，則要確保小球有相同的水平初速度，所以要求小球每次應從

同一位置無初速度釋放，故C正確；

D.為比較準確地描出小球的運動軌跡，應用平滑的曲線將點連接起來，偏差太大的點舍去，從

而能減小實驗誤差，故D錯誤。

故選BCo

實驗六：探究影響向心力大小的因素（探究向心力大小與半徑、角速度、質量的關系）

考查頻次：中。

【知識梳理】

一、實驗目的

探究向心力與半徑、角速度、質量的關系

二、實驗儀器

1.手柄7.小球

2.變速輪塔8.橫臂

3.變速輪塔9.彈簧測力套筒

4.長槽10.標尺

5.短槽11.傳動皮帶

6.小球12.擋板

向心力演示器

三、實驗思路

采用控制變量法

①在小球的質量和角速度不變的條件下，改變小球做圓周運動的半徑。

②在小球的質量和圓周運動的半徑不變的條件下，改變小球的角速度。

③換用不同質量的小球，在角速度和半徑不變的條件下，重復上述操作。

(3)數據處理:分別作出Fn-0)2、Fn-r、Fn-m的圖像。

四、實驗結論

①在質量和半徑一定的情況下，向心力的大小與角速度的平方成正比。

②在質量和角速度一定的情況下，向心力的大小與半徑成正比。

③在半徑和角速度一定的情況下，向心力的大小與質量成正比。

【試題練習】

3.某同學用向心力演示儀探究向心力與質量、半徑、角速度的關系，實驗情境如甲、乙、丙三

圖所示，其中鋁球、鋼球大小相等。

丙

⑴本實驗采用的主要實驗方法為(填“等效替代法”或“控制變量法”

(2)三個情境中，圖_______是探究向心力大小R與質量機關系(選填“甲”、“乙”、“丙”)。在

甲情境中，若兩鋼球所受向心力的比值為1:4,則實驗中選取兩個變速塔輪的半徑之比為

(3)某物理興趣小組利用傳感器進行探究，實驗裝置原理如圖丁所示。裝置中水平直槽能隨豎

直轉軸一起轉動，將滑塊放在水平直槽上，用細線將滑塊與固定的力傳感器連接。當滑塊隨水

平光滑直槽一起勻速轉動時，細線的拉力提供滑塊做圓周運動需要的向心力。拉力的大小可以

通過力傳感器測得，滑塊轉動的角速度可以通過角速度傳感器測得。

保持滑塊質量和運動半徑廠不變，探究向心力R與角速度①的關系，作出歹-蘇圖線如圖戊所

示，若滑塊運動半徑r=0.3m,細線的質量和一切摩擦可忽略，由廠-#圖線可得滑塊和角速

度傳感器總質量機=kg(結果保留2位有效數字)。

3.答案：⑴控制變量法

(2)乙；2：1

(3)0.30

解析：(1)實驗利用控制變量法來研究向心力的大小與小球質量、角速度和半徑之間的關系。

(2)根據尸="2#外

可知，要研究向心力大小R與質量機關系，需控制小球的角速度和半徑不變，由圖可知，兩

側采用皮帶傳動，所以兩側具有相等的線速度，根據皮帶傳動的特點可知，應該選擇兩個塔輪

的半徑相等，而且運動半徑也相同，選取不同質量的小球。故乙符合題意。

由圖可知，兩小球質量相等，做圓周運動的軌道半徑相同，根據牛頓第二定律b2r

兩個變速塔輪邊緣的線速度相等，即丫=。尺

聯立可得兩個變速塔輪的半徑之比為強A

（3）根據F2r

0g

結合歹-療圖像可知圖線的斜率為k=mr=-m=0.09kg-m

解得〃z=0.3kg

4.某科技小組想驗證向心力大小的表達式，實驗裝置如圖（a）所示。

A.等效法B.放大法C.控制變量法

（2）考慮到實驗環境、測量條件等實際因素，對于這個實驗的操作，下列說法中正確的是

（填選項前的字母）。

A.相同體積的小球，選擇密度大一些的小球可以減小空氣阻力的影響

B.應使小球的釋放位置盡量高一點，使小球獲得較大的初速度，減小實驗誤差

C.每組實驗過程中力傳感器的示數一直變化，小組成員應記錄力傳感器示數的平均值

（3）固定在懸點。處的力傳感器通過長度為/的細繩連接小球，小球直徑為力懸點正下方

的光電門可以測量小球直徑的擋光時間4。在細繩/和小球不變的情況下，改變小球釋放的高

度，獲得多組數據。以力傳感器示數R為縱坐標、上為橫坐標建立坐標系，描出多組數據

（加『

點，作出如圖（b）所示圖像，圖線斜率為上在縱軸上的截距為小則小球的質量為

（可用d、I、k、。和重力加速度g表示）。

4.答案：（1）C（2）AB（3）4=2或者加=4⑵+,）

g2d2

解析：（1）本實驗采用的實驗方法是控制變量法，故選C。

(2)A.相同體積的小球，選擇密度大一些的小球可以減小空氣阻力的影響，選項A正確；B.

應使小球的釋放位置盡量高一點，使小球獲得較大的初速度，減小實驗誤差，選項B正確；

C.每組實驗過程中力傳感器的示數一直變化，小組成員應記錄小球到達最低點時力傳感器示數

的最大值，選項C錯誤；故選AB。

v2

(3)根據F-

,d

/+—

2

其中人:

2md21

可得/二機g+

2Z+J(AO2

可知加g=b

b

解得加=一

g

々刀/曰kQl+d)

解得加=2d2

實驗七：探究動能定理

【知識梳理】

一、實驗目的

通過實驗探究外力做功與物體速度變化的關系。

二、實驗原理

探究功與速度變化的關系，可用如圖所示的裝置進行實驗。通過增加橡皮筋的條數，使橡皮筋

對小車做的功成倍增加，再通過打點計時器和紙帶來測量每次實驗中小車的末速度V,最后通

過數據分析得出功與速度變化的關系。

打點計時器

三、實驗器材

橡皮筋、小車（前面帶小鉤）、長木板、打點計時器、學生電源、紙帶、刻度尺、鐵釘等。

四、實驗過程

1.墊高長木板的一端，平衡摩擦力。

2.拉伸的橡皮筋對小車做功

（1）用1條橡皮筋拉小車—做功Wo；

（2）用2條橡皮筋拉小車——做功2Wo；

（3）用3條橡皮筋拉小車—做功3W0o

3.測出每次做功后小車獲得的速度v。

4.利用各次實驗測得的v和W數據繪制W—v、W-v\W—v3、…圖象，直到明確得出W

和v的關系。

五、實驗結論

在誤差允許的范圍內，外力做的功與物體速度的平方成正比，即W8V2。

六、誤差分析

I.誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細不一，使橡皮筋的拉力做的功w與橡皮筋的條數不

成正比。

2.沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時傾角過大也會造成誤差。

3.利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準帶來誤差。

七、注意事項

1.平衡摩擦力時，將木板一端墊高，使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡。方法是輕

推小車，由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否勻速運動，從而找到木板一個

合適的傾角。

2.測小車的速度時，應選紙帶上的點均勻分布的部分。

3.橡皮筋應選規格一樣的。力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計算出具

體數值。

4.小車的質量應大一些，使紙帶上打的點多一些。

【試題練習】

5.某探究學習小組的同學欲驗證“動能定理”，他們在實驗室組裝了一套如圖所示的裝置，另外

還找到了打點計時器所用的學生電源、導線、復寫紙、紙帶、滑塊、細沙。當滑塊連接上紙帶，

用細線通過滑輪掛上空的小沙桶時，釋放小桶，滑塊處于靜止狀態。若你是小組成員，要完成

該實驗，則:

（1）你認為還需要的實驗器材有。

A.天平B.秒表C.刻度尺D.鐵架臺

（2）實驗時為了保證滑塊M受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等，沙和沙桶的總質

量機應滿足的條件是“機（填，?或,），實驗時首先要做的步驟是。

（3）在（2）的基礎上，某同學用天平稱量滑塊的質量往沙桶中裝入適量的細沙，用天平

稱出此時沙和沙桶的總質量加，讓沙桶帶動滑塊加速運動，用打點計時器記錄其運動情況，在

打點計時器打出的紙帶上取兩點，測出這兩點的間距L和這兩點的速度大小匕與乙（匕＜嶺）。

則本實驗最終要驗證的數學表達式為。

5.答案：（1）AC（2）?；平衡摩擦力（3）mgL=LMv^LMv^

解析：（1）本實驗需要用天平來測量小滑塊及沙和沙桶的總質量，還需要用毫米刻度尺測量紙

帶計數點之間的距離，故選AC。

（2）設沙和沙桶的總質量為如滑塊質量為由牛頓第二定律得，對滑塊、沙和沙桶組成

_Mmg_mg

的系統倘g=（"+w）a,對滑塊尸="念，解得一M+加一1+〃_,當m"時/士機g,實

M

驗時為了保證滑塊受到的合力與沙桶的總重力大小基本相等，細沙和沙桶的總質量應滿足的實

驗條件是:沙和沙桶的總質量遠小于滑塊的質量;實驗前要平衡摩擦力。

（3）本實驗最終要驗證的數學表達式為m

6.用如圖所示的實驗裝置探究功和動能變化的關系。一木板放在安裝有定滑輪和光電門的氣墊

導軌上，木板左右兩端安裝了寬度均為d的相同遮光條4B,木板（含遮光條）的質量為

兩遮光條間的距離為L用不可伸長的細線繞過定滑輪，把木板與力傳感器連接起來，傳感器

下方懸掛鉤碼，將木板由靜止釋放，由數字計時器可讀出遮光條通過光電門的時間。

(1)在完成實驗時，下列不必要的實驗要求是(填選項前字母)。

A.應使木板質量遠大于鉤碼和力傳感器的總質量

B.應使木板釋放的位置與光電門間的距離適當大些

C.應將氣墊導軌調節水平

D.應使細線與氣墊導軌平行

(2)按要求調整好實驗裝置后進行實驗，主要測量步驟如下：

①將木板從距離光電門適當的位置由靜止釋放，木板在細線拉動下運動，記錄力傳感器的示數

R及遮光條46先后經過光電門的時間為小t2,則遮光條43通過光電門的過程中木板動

能的變化量AEk=，合外力對木板做功W=。(以上兩空用字母

、%]、弓、d、L、F表)

②增加所掛鉤碼的個數，重復①的操作，比較W、AEk的大小，可得出實驗結論。

6.答案:(1)A(2)-M(-)2-(-)2;FL

2]L\

解析：(1)力傳感器測出的力就是細線對木板的真實拉力,因此無須滿足使木板質量遠大于鉤

碼和力傳感器的總質量。使木板釋放的位置與光電門間的距離適當大些，可減小測量誤差;此實

驗需要滿足導軌水平且細線與氣墊導軌平行。因此不必要的實驗要求是Ao

dd

(2)遮光條A通過光電門的速度以=丁，遮光條B通過光電門的速度為=丁,所以遮光條4B

z、2z、2z、2z、2

通過光電門的過程中木板動能的變化量--P，此

2"2"2⑷⑺

過程合外力對木板做功W=也。

實驗八：驗證機械能守恒定律

考點平均卷面分：7；

【知識梳理】

一、實驗目的

驗證機械能守恒定律。

二、實驗原理

打點計時器乙合

n\-紙帶

接電源

通過實驗，求出做自由落體運動的物體重力勢能的減少量和相應過程動能的增加量，若二者相

等，說明機械能守恒，從而驗證機械能守恒定律。

三、實驗器材

打點計時器、電源、紙帶、復寫紙、重物(帶夾子)、刻度尺、鐵架臺(帶鐵夾)、導線。

四、實驗步驟

1.安裝置：按實驗原理圖將檢查、調整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路。

2.打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手提著

紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方。先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下

落。

更換紙帶重復做3?5次實驗。

3.選紙帶

(1)用mgh=gmv2來驗證，應選點跡清晰且1、2兩點間距離小于或接近2mm的紙帶。

(2)用3111位3111內=1118411驗證時，只要A、B之間的點跡清晰即可選用。

五、實驗結論

在誤差允許的范圍內，自由落體運動過程機械能守恒。

六、誤差分析

1.測量誤差：減小測量誤差的方法，一是測下落距離時都從0點量起，用刻度尺一次將所打

各點對應的下落高度測量完，二是多測幾次取平均值。

2.系統誤差：由于重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功，故動能的增加量AEk=3mv￡必定

稍小于重力勢能的減少量AEp=mghn,改進辦法是調整安裝的器材，盡可能地減小阻力。

七、注意事項

1.安裝打點計時器時要豎直架穩，使其兩限位孔在同一豎直平面內，以減少摩擦阻力。

2.應選用質量大、體積小、密度大的重物。

3.應先接通電源，讓打點計時器正常工作后，再松開紙帶讓重物下落。

4.測重物下落的高度h應用刻度尺直接測量，計算某時刻的瞬時速度時應用Vn=4y

不能用V”=d2ghlt或Vn=gt來計算。

【試題練習】

7.某物理小組利用如圖甲所示的裝置“驗證機械能守恒定律”。

移放裝置

甲乙

(1)用游標卡尺測量小球的直徑，示數如圖乙所示，小球的直徑d=mmo

(2)實驗時應__________。

A.先釋放小球，后接通數字計時器電源

B.選擇質量較大的實心鐵球

⑶測出小球釋放位置到光電門的高度為九小球通過光電門的遮光時間為若小球下落過程

中機械能守恒，則當地重力加速度大小8=(用字母d、鼠/表示)。

(4)發現小球增加的動能始終小于減少的重力勢能，其主要原因是。

7.答案:(1)7.40

⑵B

(4)小球下落過程中受到了空氣阻力

解析：(1)小球的直徑d=7mm+0.05mmx8=7.40mm

（2）A.實驗時要先接通數字計時器電源，后釋放小球，選項A錯誤；B.選擇質量較大的實心

鐵球，以減小阻力的影響，選項B正確；故選B。

（3）小球到達光電門時的速度v=幺

t

若機械能守恒，則mgh=-^mv2

212

可得當地重力加速度大小g=—=-^—

2h2ht2

（4）發現小球增加的動能始終小于減少的重力勢能，其主要原因是小球下落過程中受到了空

氣阻力。

8.兩個同學用如圖所示裝置來驗證機械能守恒定律，進行了如下實驗步驟：

光電7