實驗1力學(xué)實驗

考點內(nèi)容考情分析

力學(xué)實驗探究題是高考的必考內(nèi)容，高考對于這部分

考向一以“測速度”為核心的力學(xué)試驗

知識點的命題形式是：根據(jù)實驗原理，設(shè)計實驗，正

確處理實驗數(shù)據(jù)，得出實驗結(jié)論。將考查的知識點延

考向二其他力學(xué)試驗

伸到演示實驗中，擴展到設(shè)計性、應(yīng)用性等實驗。需

要學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的實驗原理和實驗方法知識遷移到

考向三力學(xué)創(chuàng)新實驗

情境實驗中去。

明深究"解題攻略"

1.思想方法

1.力學(xué)創(chuàng)新型實驗的特點

(1)以基本的力學(xué)模型為載體，依托運動學(xué)規(guī)律和力學(xué)定律設(shè)計實驗.

(2)將實驗的基本方法——控制變量法，處理數(shù)據(jù)的基本方法——圖象法、逐差法，融入到實驗的綜

合分析之中.

2.創(chuàng)新實驗題的解法

(1)根據(jù)題目情境，提取相應(yīng)的力學(xué)模型，明確實驗的理論依據(jù)和實驗?zāi)康模O(shè)計實驗方案.

(2)進行實驗，記錄數(shù)據(jù)，應(yīng)用原理公式或圖象法處理實驗數(shù)據(jù)，結(jié)合物體實際受力情況和理論受力

情況對結(jié)果進行誤差分析.

2.模型建構(gòu)

一、力學(xué)基本儀器的使用與讀數(shù)

游標卡尺和螺旋測微器讀數(shù)時應(yīng)注意的問題

(1)10分度的游標卡尺，以mm為單位，小數(shù)點后只有1位。20和50分度的游標卡尺以mm為單位,

小數(shù)點后有2位。

⑵游標卡尺在讀數(shù)時先確定主尺的分度值(單位一般是cm,分度值為1mm),把數(shù)據(jù)讀成以毫米為單

位的。先讀主尺數(shù)據(jù)，再讀游標尺數(shù)據(jù)，最后兩數(shù)相加。游標卡尺讀數(shù)不估讀。

(3)不要把游標尺的邊緣當成零刻度，而把主尺的刻度讀錯。

內(nèi)測量爪3

尺身緊固螺ssi11釘814r士m

網(wǎng)R11尺深度尺

外測量爪

(4)螺旋測微器讀數(shù)時，要注意固定刻度上表示半毫米的刻度線是否已經(jīng)露出；要準確到0.01m,估讀

到0.001mm,即結(jié)果若用mm做單位，則小數(shù)點后必須保留三位數(shù)字。

二、紙帶類實驗綜合

“長木板、小車、紙帶、打點計時器”實驗裝置中的細節(jié)及注意事項

(1)打點計時器系列四個實驗

力學(xué)實驗中用到打點計時器的實驗主要有4個，分別是研究勻變速直線運動，驗證牛頓運動定

律，探究動能定理，驗證機械能守恒定律。

(2)紙帶數(shù)據(jù)的處理方法

從氯帝上確定計數(shù)點和相鄰兩計數(shù)點間隔的時間，量出相鄰計數(shù)點間的蹌離并注

意對立的單位

一處理思路

根據(jù)勺變速直或運動位杉公式和速度公式，知道相鄰計數(shù)點、間的跑離之差滿足的

(機律和平均速度等于中間時刎的瞬時速度

紙

X4-Xi

帶-----Cl\~----------

用逐

利:

3T-

求

法

差

的a+a+a_(^+x+x)-(x+x+X|)

加

平

解123fi5432

均

處-a,=/學(xué)

2

度

速■3r39T2

理

〕

求解基本利用平均速度4+Xn+1_4+L&-1

程序求瞬時速度2T2T

利用速度一時間圖一作出速度一時間圖像，通過圖像的斜率求解物體的加速度

像求加速度一L剪下相鄰計數(shù)點的紈市緊密排列在一起,求解加速度

測量相鄰計數(shù)點的距■禹，計算相鄰計數(shù)點、間的跑禹之差.

一分析■物體的運動性質(zhì)—

看其是否為一個用量來確定運動性質(zhì)

(3)需要平衡摩擦力的兩個實驗及方法

驗證牛頓運動定律和探究動能定理兩個實驗均需平衡摩擦力，平衡摩擦力的方法是墊高有打點計時

器的一端，給小車一個初速度，使小車能勻速下滑。

(4)四個關(guān)鍵點

①區(qū)分計時點和計數(shù)點：計時點是指打點計時器在紙帶上打下的點。計數(shù)點是指測量和計算時在

紙帶上所選取的點。要注意“每五個點取一個計數(shù)點”與“每隔四個點取一個計數(shù)點”的取點方法是一

樣的。

②涉及打點計時器的實驗均是先接通電源，打點穩(wěn)定后，再釋放紙帶。

③實驗數(shù)據(jù)處理可借助圖像，充分利用圖像斜率、截距等的物理意義。

④小車在長木板上做勻加速直線運動時，繩上的拉力并不等于懸掛物的重力，只有當M車>>m掛

時，繩上的力近似等于懸掛物的重力。如果繩上連接著力傳感器或測力器，則可直接讀出繩上的拉

力，不要求M車>>m掛。

‘夕親臨"高考練場"

考向一以“測速度”為核心的力學(xué)試驗

1.（2024?五華區(qū)校級模擬）如圖甲所示為在做“研究勻變速直線運動”的實驗中，某同學(xué)用打點

計時器得到的表示小車運動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計數(shù)點間還有四個點沒有標出,

打點計時器打點的時間間隔T=0.02s,其中xi=7.05cm、X2=7.68cm、X3=8.33cm、x4=

8.95cm>X5=9.61cm、x$=10.26cm。

（1）下表列出了打點計時器打下B、C、E、F點時小車的瞬時速度，則打點計時器打下D點時

小車的瞬時速度為m/So

位置BCDEF

速度（m?s-0.7370.8010.9280.994

1）

（2）請以A點為計時起點，在坐標圖（圖乙）中畫出小車的速度一時間關(guān)系圖線.

（3）根據(jù)你畫出的小車的速度一時間關(guān)系圖線計算出的小車的加速度2=m/s2（結(jié)

果保留2位有效數(shù)字）。

（4）如果實驗時交變電源的頻率是f=49Hz,而做實驗的同學(xué)并不知道，由此引起的系統(tǒng)誤差將

使加速度的測量值比實際值偏（填“大”或“小”）

2.（2024?中山區(qū)校級模擬）某同學(xué)用如圖（a）所示的裝置驗證機械能守恒定律。用細線把鋼制

的圓柱掛在架子上，架子下部固定一個小電動機，電動機軸上裝一支軟筆。電動機轉(zhuǎn)動時，軟

筆尖每轉(zhuǎn)一周就在鋼柱表面畫上一條痕跡（時間間隔為T）。如圖（b）,在鋼柱上從痕跡O開始

選取5條連續(xù)的痕跡A、B、C、D、E,測得它們到痕跡O的距離分別為hA、hB>hc，hD.

hE?已知當?shù)刂亓铀俣葹間。

（1）實驗操作時，應(yīng)該。（填正確答案標號）

A.先打開電源使電動機轉(zhuǎn)動，后燒斷細線使鋼柱自由下落

B.先燒斷細線使鋼柱自由下落，后打開電源使電動機轉(zhuǎn)動

（2）畫出痕跡D時，鋼柱下落的速度VD=o（用題中所給物理量的字母表示）

（3）設(shè)各條痕跡到0的距離為h,對應(yīng)鋼柱的下落速度為v,畫出v2-h圖像，發(fā)現(xiàn)圖線接近一

條傾斜的直線，若該直線的斜率近似等于，則可認為鋼柱下落過程中機械能守恒。

圖(a)圖(b)

3.（2024?長春一模）某實驗小組利用如圖（a）所示的實驗裝置驗證動量守恒定律。

（1）安裝實驗器材，檢查氣墊導(dǎo)軌是否水平：取走滑塊B,打開充氣泵，向左輕推滑塊A,發(fā)現(xiàn)

其通過光電門1的遮光時間小于通過光電門2的遮光時間，可調(diào)節(jié)（選填“①”、“②”、

“③”、“④”）使氣墊導(dǎo)軌的左端適當（填“升高”或“降低”），直至A通過兩光電

門的遮光時間相等。

（2）兩遮光片的寬度均為d,利用游標卡尺測量遮光片的寬度如圖（b）所示，d=

—emo將滑塊B靜置于兩光電門中間，向左輕推滑塊A,測得A通過光電門1的速光時間為口

=0.01s,則碰前A的速度大小VA=m/soA與B相碰后A反向彈回，再次經(jīng)過

光電門1的遮光時間為t2,B經(jīng)過光電門2的遮光時間為t3o

mem.A

（3）滑塊A、B的質(zhì)量分別為mA、mB,在誤差允許范圍內(nèi)，若滿足關(guān)系式—=不

（用字母mA、mB、口、t2、t3表示），則A、B組成的系統(tǒng)動量守恒。

考向二其他力學(xué)試驗

4.（2024?鄭州三模）為了探究彈簧振子振動周期與振子質(zhì)量的關(guān)系，某同學(xué)設(shè)計了如下實驗，實

驗裝置如圖（a）所示。輕質(zhì)彈簧上端懸掛在鐵架臺上，下端掛一智能手機，手機中的傳感器可

以測量手機到鐵架臺底端的距離，將實時變化的數(shù)據(jù)記錄并輸出圖像，實驗步驟如下：

（1）測出手機的質(zhì)量mo=O.15kg；

（2）在彈簧下端掛上該智能手機，打開手機的傳感器軟件，使彈簧振子在豎直方向做簡諧運動;

（3）手機到鐵架臺底端的距離x隨時間t變化的圖像如圖（b）所示，從圖中可以算出彈簧振子

振動周期T=（用“訪”表示）；

（4）在手機下方掛上不同數(shù)量的鉤碼，從而改變整體振子質(zhì)量m,重復(fù)上述步驟；

（5）實驗測得數(shù)據(jù)如表所示，請在坐標紙上（圖（c））做出T2-m圖像；

（6）分析圖表數(shù)據(jù)可知，彈簧振子振動周期的平方T2與振子質(zhì)量m的關(guān)系成（填“正

比”或“反比”）。

m/kgT/sT2/S2

0.150.2430.059

0.250.3140.099

0.350.3720.138

0.450.4220.178

0.550.4660.217

5.（2024?浙江模擬）在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中:

（1）某小組設(shè)計了圖1所示的實驗裝置，以下操作正確的是

A.使小車質(zhì)量遠小于槽碼質(zhì)量

B.調(diào)整墊塊位置以補償阻力

C.補償阻力時移去打點計時器和紙帶

D.釋放小車后立即打開打點計時器

（2）保持槽碼質(zhì)量不變，改變小車上祛碼的質(zhì)量，得到一系列紙帶。其中一條紙帶的計數(shù)點如

圖2所示，相鄰兩點之間的距離分別為si，S2，…，S8，時間間隔均為T。下列加速度算式中，

最優(yōu)的是o

1SQ~S7S7—S6S6—S5S5—S4S4—S3S3—S2S2-S1

A.a—+72+72+72+72+72+72）

1

Ba--S7~S^S6—S4S5—S3S4—S2S3—Si

62T2+2T2+2T2+2T2+2T2+2T2)

1

C'8-S5

a--cS7—S4S6—S3S5—S2S4—Si

53T2+3T2+3T2+372+3T2)

D

1

a--CS7—S3S6—S2S5—SI

44+4T2)

T2+AT2+AT2

1

（3）以小車和磋碼的總質(zhì)量M為橫坐標，加速度的倒數(shù)一為縱坐標，甲、乙兩組同學(xué)分別得到

a

1

的一一M圖像如圖3所示。由圖可知，在所受外力一定的條件下，a與M成（填“正比”

a-------------

或“反比”）；甲組所用的（填“小車”、“祛碼”或“槽碼”）質(zhì)量比乙組的更大。

6.（2024?朝陽區(qū)校級模擬）某實驗小組探究單擺做簡諧運動的周期和小球的質(zhì)量、單擺擺長的關(guān)

系。

（1）小組內(nèi)的兩位同學(xué)各自組裝了一套實驗裝置，分別如圖甲、乙所示。為了保證小球在確定

的豎直面內(nèi)擺動，應(yīng)選用圖（選填“甲”或“乙”）所示的實驗裝置。

（2）關(guān)于該實驗，下列說法正確的是0

A.該探究方法為控制變量法

B.實驗所用小球的質(zhì)量要盡量大，體積要盡量小

C.實驗時細線的最大擺角約為45°

D.測量小球的擺動周期時，應(yīng)該從小球處于最高點時開始計時

（3）當小球的質(zhì)量一定，探究單擺做簡諧運動的周期和擺長的關(guān)系時，該小組同學(xué)利用正確裝

置通過改變擺長進行了多次實驗，得到了多組關(guān)于擺長1和其對應(yīng)的周期T的數(shù)值，畫出的T2-

1圖像如圖丙所示，由圖丙可得小球的質(zhì)量一定時，周期T和擺長1的關(guān)系為1=（用a、

b、1表不）。

甲乙丙

7.（2024?信陽一模）實驗小組用如圖1所示實驗裝置測量小球的質(zhì)量和當?shù)氐闹亓铀俣取?/p>

（1）在豎直鐵架臺上固定一個力傳感器和一個光電門，在傳感器離豎直桿一定距離上系一根輕

繩，輕繩另一端連一個小鋼球。用游標卡尺測量小球的直徑d如圖2所示，則小球直徑為

_________cm；

（2）小球靜止懸掛時，用毫米刻度尺測量輕繩懸點到小球球心的距離1,調(diào)節(jié)光電門，使小球球

心正對光電門；

（3）將輕繩拉到偏離平衡位置一定角度，由靜止釋放小球，小球擺動經(jīng)過光電門，讀出小球經(jīng)

過光電門時的遮光時間At和傳感器的示數(shù)F；

（4）多次重復(fù)實驗，讓小球從偏離平衡位置不同角度釋放，分別記錄小球通過光電門的時間At,

111

并計算力。以力傳感器示數(shù)F為縱軸、.為橫軸做出F—京的的關(guān)系圖像如圖3所示，己知圖

像的斜率為k,截距為b。則小球的質(zhì)量為,當?shù)氐闹亓铀俣葹閛（用題中給出的

字母d、1、b、k表示）；

（5）若在第（2）步測量的是從輕繩懸點到小球底端的長度，則小球質(zhì)量的測量值（選

填“偏大”、“不變”、“偏小”），重力加速度測量值（選填“偏大”、“不變”、“偏小”）。

考向三力學(xué)創(chuàng)新實驗

8.（2024?福建一模）某同學(xué)用如圖所示裝置探究物體做圓周運動時向心力與角速度的關(guān)系。力傳

感器固定在豎直桿上的A點，質(zhì)量為m的磁性小球用細線a、b連接，細線a的另一端連接在

豎直桿上的O點，細線b的另一端連接在力傳感器上。拉動小球，當a、b兩細線都伸直時，

細線b水平，測得OA間的距離為Li，小球到A點距離為L2,磁傳感器可以記錄接收到多次

最強磁場信號的時間間隔，重力加速度為g。

（1）實驗時，保持桿豎直，使小球在細線b伸直且水平的條件下繞桿做勻速圓周運動，磁傳感

器接收到第一個最強磁場信號時記為1,并開始計時，記錄接收到第n個最強磁場信號的時間間

隔3則小球做圓周運動的角速度3=,測得力傳感器的示數(shù)為F,則小球做圓周運動的

向心力Fn=（此空用含F(xiàn)的式子表示）；

（2）多次改變小球做圓周運動的角速度（每次細線b均伸直且水平），重復(fù)步驟（1）,得到多組

1

F及對應(yīng)t的數(shù)據(jù)，作出F-石圖像，可得圖像是一條傾斜直線，直線與縱軸的截距為，

斜率為;

（3）由實驗結(jié)果可知，小球做勻速圓周運動時，在質(zhì)量、半徑一定的條件下，向心力大小與—

（填“角速度”或“角速度的平方”）成正比。

o

Ah--_羽磁傳感器

b力傳感器

9.（2024?沙坪壩區(qū)校級模擬）某同學(xué)用如圖（a）所示的裝置驗證機械能守恒定律。不可伸長的

輕繩繞過輕質(zhì)定滑輪，輕繩兩端分別連接物塊P與感光細鋼柱K,兩者質(zhì)量均為m=100g。鋼

柱K下端與質(zhì)量為M=200g的物塊Q相連。鐵架臺下部固定一個電動機，電動機豎直轉(zhuǎn)軸上

裝一支激光筆，電動機帶動激光筆繞轉(zhuǎn)軸在水平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)一周激光照射在細鋼柱表

面時就會使細鋼柱感光并留下痕跡。初始時P、K、Q系統(tǒng)在外力作用下保持靜止，輕繩與細鋼

柱均豎直（重力加速度g取9.8m/s2）。

（1）開啟電動機，待電動機以角速度3=20mad/s勻速轉(zhuǎn)動后，將P、K、Q系統(tǒng)由靜止釋放，Q

落地前，激光在細鋼柱K上留下感光痕跡，取下K,測出感光痕跡間的距離如圖（b）所示：hA=

38.40cm,hB=60.00cm,hc=86.40cmo感光痕跡間的時間間隔丁=s,激光束照射到

B點時，細鋼柱速度大小為VB=m/so經(jīng)判斷系統(tǒng)由靜止釋放時激光筆光束恰好經(jīng)

過O點，在OB段，系統(tǒng)動能的增加量△Ek=J,重力勢能的減少量AEp=

J,比較兩者關(guān)系可判斷系統(tǒng)機械能是否守恒。（該小問除第一空外，其余計算結(jié)果均保留3

位有效數(shù)字）

（2）選取相同的另一感光細鋼柱K,若初始時激光筆對準K上某點，開啟電動機的同時系統(tǒng)由

靜止釋放，電動機的角速度按如圖（c）所示的規(guī)律變化，圖像斜率為k,記錄下如圖（d）所示

771

的感光痕跡，其中兩相鄰感光痕跡間距均為d。當前滿足即可證明系統(tǒng)在運動過程中機械

能守恒（用含字母d、k、g、n的表達式表示）。

10.（2024?龍鳳區(qū)校級模擬）某同學(xué)用三根完全相同的彈簧設(shè)計了如下實驗，以探究彈簧的勁度系

數(shù)。

（1）將彈簧上端均固定在鐵架臺上相同高度的橫桿上，甲裝置用一根彈簧掛物塊mi，乙裝置用

另外兩根彈簧掛大小相同但質(zhì)量不同的物塊m2,在物塊正下方的距離傳感器可以測出物塊到傳

感器的距離，此時剛好均為xi，如圖所示，則g是m2的倍。

（2）只交換兩物塊的位置，此時甲裝置的距離傳感器顯示為X2,彈簧相對原長的形變量為Axi；

乙裝置中的每根彈簧相對原長的形變量為AX2,則AXI是AX2的倍。

（3）已知物塊質(zhì)量叫=0.50kg,當?shù)刂亓铀俣葹?.8m/s2,該同學(xué)測得xi=10cm、x2=8cm,

則每根彈簧的勁度系數(shù)k=N/m。

￥

i

n

叫2

距離距離

傳感器傳感器

11.（2024?北京一模）某實驗小組用如圖1所示的裝置驗證機械能守恒定律。

（1）在實驗操作過程中，下列做法正確的是

A.實驗中打點計時器可以使用直流電源

B.實驗時應(yīng)先接通打點計時器的電源再釋放紙帶

C.實驗時紙帶與打點計時器的兩個限位孔應(yīng)在同一豎直線上

D.打點計時器、天平和刻度尺都是本實驗必須使用的測量儀器

（2）如圖2所示為某次實驗打出的紙帶，取紙帶上連續(xù)的五個點A、B、C、D、E,通過測量并

計算出點A距起始點O的距離為so,AC間的距離為si，CE間的距離為S2,若相鄰兩點的時間

間隔為T,重錘質(zhì)量為m,重力加速度為g。根據(jù)這些條件計算從O點到C點的過程中重錘重力

勢能的減少量AEP=,動能的增加量AEk=。

（3）利用該裝置還可以測量當?shù)氐闹亓铀俣龋?/p>

某同學(xué)的做法是以各點到起始點的距離h為橫坐標，以各點速度的平方v2為縱坐標，建立直角坐

標系，用實驗測得的數(shù)據(jù)繪制出v2-h圖像，如圖3所示。請畫出v2-h圖線并求得當?shù)刂亓?/p>

速度g=m/s2?（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

（4）小剛利用氣墊導(dǎo)軌和光電門等器材驗證機械能守恒定律，圖4是實驗裝置的示意圖。實驗

時開啟氣泵，先將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平，然后滑塊通過細線與托盤和祛碼相連。將滑塊從圖示位置

由靜止釋放，讀出擋光條通過光電門的擋光時間為t。已知剛釋放時擋光條到光電門的距離為1,

擋光條的寬度為d,且d?l,托盤和祛碼的總質(zhì)量為m,滑塊和擋光條的總質(zhì)量為M,當?shù)氐闹?/p>

力加速度為g。在滑塊從靜止釋放到運動到光電門的過程中，系統(tǒng)重力勢能的減少量AEp=mgl；

系統(tǒng)動能的增加量AEk==在誤差允許的范圍內(nèi)，如果AEp=AEk，則可驗證系統(tǒng)的機

械能守恒。

12.（2024?浙江二模）阿特伍德機是著名的力學(xué)實驗裝置，根據(jù)該裝置可測量重力加速度，也可驗

證牛頓第二定律、機械能守恒定律或動量定理等力學(xué)規(guī)律。圖甲是阿特伍德機的其中一種簡化

模型，鐵架臺上固定一輕質(zhì)滑輪，跨過滑輪的輕質(zhì)細繩懸吊質(zhì)量均為M=0.440kg的兩個物塊