专题七　物理实验 第16讲　力学实验-2025版二轮复习·物理

9/9第16讲力学实验考点一纸带类实验实验装置图注意事项考查热点探究小车速度随时间变化的规律①平行：细绳与长木板平行②靠近：小车应靠近打点计时器③两先：打点前先接通电源；打点后先断开电源④适当：钩码质量适当①考读算：读计数点间的时间、位移；计算瞬时速度、加速度②考操作：不需要平衡摩擦力、不需要满足悬挂钩码质量远小于小车质量探究加速度与物体受力、物体质量的关系①平衡：开始应平衡摩擦力②质量：重物质量需远小于小车质量③平行：细绳与长木板平行④靠近：小车应靠近打点计时器⑤两先：打点前先接通电源；打点后先断开电源①考操作：器材安装正误，平衡摩擦力、质量控制要求②测定a：计算加速度③求结论：描点作图像得结论④判成因：给定异常a-F图像，判断其可能成因验证机械能守恒定律①安装：竖直安装，纸带竖直②重物：选密度大、质量大的③计算：运用vn＝hn+1①考操作：重物靠近打点计时器处释放、先通电后释放②考运算：计算下落速度、减少的重力势能与增加的动能③考图像：v22-【典例1】（2024·北京海淀三模）在高中阶段，我们学习了多种测量物体加速度的方法。（1）通过打点计时器，可以测量小车的加速度。实验装置如图甲所示。通过实验得到了一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O（t＝0），然后每隔0.1s选取一个计数点，如图乙中的A、B、C、D、E、F……所示。某同学测量了相邻两计数点间的距离：OA＝7.05cm，AB＝7.68cm，BC＝8.31cm，CD＝8.95cm，DE＝9.57cm，EF＝10.20cm，请计算该小车的加速度a1＝m/s2（保留小数点后两位）。（2）通过光电门，同样可以测量物体的加速度。如图丙所示，滑块上安装了宽度为2.0cm的遮光条，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过第一个光电门的时间Δt1＝0.20s，通过第二个光电门的时间Δt2＝0.05s，遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间t＝2.5s，试估算滑块的加速度a2＝m/s2（保留两位有效数字），该估算值与真实值相比（选填“偏大”“偏小”或“相同”）。（3）频闪照片也是一种测量加速度的方法。在暗室中，照相机的快门处于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置。某时刻，将一小球从O点由静止释放，频闪仪每隔0.04s闪光一次。以O点为原点，竖直向下为正方向建立坐标轴，并测量各时刻的位置坐标x1、x2、x3…。图丁是小球自由下落时的部分频闪照片示意图，照片中的数字是小球下落的距离（单位：cm）。小崔同学为了减小偶然误差，他建议做x-t2图像，把实验数据代入（如t12＝0.0016s2，x1＝0.21cm；t22＝0.0064s2，x2＝1.76cm……），得到一条过原点的直线，再通过该直线的斜率得到加速度a3。请问该方案是否可行？如果可行，请求出加速度的值（结果保留两位有效数字）；。尝试解答纸带的三大应用1.判断物体的运动性质（1）若Δx＝0，则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动。（2）若Δx不为零且为定值，则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀变速直线运动。2.求解瞬时速度做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。如图所示，求打某一点的瞬时速度，只需在这一点的前、后取相同时间间隔T的两段位移xn和xn+1，则打n点时的速度vn＝3.求加速度（1）如图所示，有连续的偶数段数据，则a＝（x（2）如图所示，连续的奇数段数据，去掉最短的x1，则a＝（x【典例2】（2024·浙江1月选考16题）如图1所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。（1）该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此我们采用的研究方法是。A.放大法B.控制变量法C.补偿法（2）该实验过程中操作正确的是。A.补偿阻力时小车未连接纸带B.先接通打点计时器电源，后释放小车C.调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行（3）在小车质量（选填“远大于”或“远小于”）槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力。上述做法引起的误差为（选填“偶然误差”或“系统误差”）。为减小此误差，下列可行的方案是。A.用气垫导轨代替普通导轨，滑块代替小车B.在小车上加装遮光条，用光电计时系统代替打点计时器C.在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小（4）经正确操作后获得一条如图2所示的纸带，建立以计数点0为坐标原点的x轴，各计数点的位置坐标分别为0、x1、…、x6。已知打点计时器的打点周期为T，则打计数点5时小车速度的表达式v＝；小车加速度的表达式是。A.a＝xB.a＝xC.a＝x尝试解答【典例3】（2024·北京朝阳区模拟）如图所示，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可验证机械能守恒定律。（1）实验中打点计时器应选择（选填“电火花计时器”或“电磁打点计时器”）较好。（2）安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图所示。图中O点为打出的起始点，且速度为零。选取在纸带上连续打出的点A、B、C、D、E作为计数点。其中测出A、B、C、D、E点距起始点O的距离如图所示。已知打点计时器的打点周期为T＝0.02s。由此可计算出重物下落到C点时的瞬时速度vC＝m/s。（结果保留三位有效数字）（3）实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，关于此误差，下列说法正确的是。A.该误差属于偶然误差，可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差B.该误差属于偶然误差，可以通过挂一个小物块来平衡阻力进而消除该误差C.该误差属于系统误差，可以通过多次测量取平均值的方法来消除该误差D.该误差属于系统误差，可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差（4）某同学在纸带上选取计数点后，测量它们到起始点O的距离h并计算出打相应计数点时重物的速度v，通过描绘v2-h图像去研究机械能是否守恒。若实验中重物所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不变，从理论上分析，合理的v2-h图像是下图中的哪一个。尝试解答考点二弹簧、橡皮条类实验实验装置图注意事项考查热点探究弹簧弹力与形变量的关系①弹簧：选自重小的轻质弹簧②钩码：轻一点，防止超过弹性限度③竖直：弹簧、刻度尺竖直放置④静止：钩码不上下振动时读数、测量弹簧长度①考作图：建立适当的F-x坐标系，描点作平滑图线②考探究：要能根据图像找出F与x间关系，并解释常数含义③找误差：测量长度、作图等探究两个互成角度的力的合成规律①不变：同一次实验中橡皮条结点O位置应保持不变②平行：橡皮条、弹簧测力计和细绳套与纸面平行③作图：严格按力的图示要求作平行四边形求合力①考读数：弹簧测力计示数②考操作：如何拉？怎么拉？拉到哪里？③求合力：作图法求合力④会区分：能区分合力的理论值与实验值【典例4】（2024·湖北武汉模拟）某实验小组为测量自动笔里面被压缩弹簧的劲度系数，他们一开始设计如图甲所示的实验：将自动笔活动端竖直置于电子秤上，当竖直向下按下约0.80cm时（未触底且未超过弹簧弹性限度），稳定后电子秤上的读数增加了37.85g（重力加速度大小g取10m/s2）。（1）此笔里的弹簧劲度系数为N/m（结果保留3位有效数字），这支笔的重力对实验（填“有”或“无”）影响；（2）由于弹簧较短，施加适当外力时长度变化不太明显，于是他们将实验设计成图乙所示：将三根相同的弹簧串起来，竖直挂在图乙所示的装置中。小组成员通过测量，作出三根弹簧的总长度l与相应所挂重物重力即拉力大小F的关系图像如图丙所示，则一根弹簧的劲度系数为N/m（结果保留3位有效数字）。尝试解答【典例5】（2023·全国乙卷22题）在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有：木板、白纸、两个标准弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干。完成下列实验步骤：（1）用图钉将白纸固定在水平木板上。（2）将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，并。（多选，填正确答案标号）A.用刻度尺量出橡皮条的长度B.用刻度尺量出两细线的长度C.用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置D.用铅笔在白纸上标记出两细线的方向（3）撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向。（4）选择合适标度，由步骤（2）的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作F1和F2的合成图，得出合力F'的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力F的图示。（5）比较F'和F的，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。尝试解答考点三小球类实验实验装置图注意事项考查热点探究平抛运动的特点①安装：斜槽末端伸出桌面外并调整至切线水平，定原点②描点：描出轨迹上多个点的位置③计算：计算初速度①考判断：平抛运动的轨迹是否为抛物线②考操作：从同一点释放，由重垂线得到竖直线③考分析：水平、竖直方向运动性质，轨迹是否为抛物线探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系①方法：控制变量法②操作：小球放对位置，皮带绕对塔轮、匀速转动③观察：标尺刻度①考装置：探究什么关系②考结果：得到什么结论③考操作：达到预定格数时，即保持转速均匀恒定④考作图：描点连线画图线⑤考创新：传感器探究验证动量守恒定律①安装：斜槽末端切线应沿水平方向②起点：斜槽末端上方某处③落点：用小圆圈中心表示④速度：应用小球平抛的水平位移替代①考装置：器材安装、小球选取、O点确定②考测量：小球质量的测量和小球平抛运动的水平位移的测量③考结论：根据实验数据判断两球碰撞过程中动量是否守恒用单摆测量重力加速度的大小①悬着：测量摆长，标平衡位置②测量：摆长＝摆线长＋小球半径③操作：偏角≤5°，不做圆锥摆，在平衡位置处开始计时④周期：测量30～50次全振动时间，再计算周期①考读数：会秒表、游标卡尺、刻度尺读数②考操作：悬点要固定、准确计数振动次数、振幅小③考处理：能根据公式理解图像斜率，求g并分析误差【典例6】（2024·河北高考11题节选）图甲为探究平抛运动特点的装置，其斜槽位置固定且末端水平，固定坐标纸的背板处于竖直面内，钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出，落在倾斜的挡板上挤压复写纸，在坐标纸上留下印迹。某同学利用此装置通过多次释放钢球，得到了如图乙所示的印迹，坐标纸的y轴对应竖直方向，坐标原点对应平抛起点。（1）每次由静止释放钢球时，钢球在斜槽上的高度（填“相同”或“不同”）。（2）在坐标纸中描绘出钢球做平抛运动的轨迹。（3）根据轨迹，求得钢球做平抛运动的初速度大小为m/s（当地重力加速度g为9.8m/s2，保留2位有效数字）。尝试解答【典例7】（2024·新课标卷22题）某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律，将斜槽轨道固定在水平桌面上，轨道末段水平，右侧端点在水平木板上的垂直投影为O，木板上叠放着白纸和复写纸。实验时先将小球a从斜槽轨道上Q处由静止释放，a从轨道右端水平飞出后落在木板上；重复多次，测出落点的平均位置P与O点的距离xP。将与a半径相等的小球b置于轨道右侧端点，再将小球a从Q处由静止释放，两球碰撞后均落在木板上；重复多次，分别测出a、b两球落点的平均位置M、N与O点的距离xM、xN。完成下列填空：（1）记a、b两球的质量分别为ma、mb，实验中须满足条件mamb（填“＞”或“＜”）；（2）如果测得的xP、xM、xN，ma和mb在实验误差范围内满足关系式，则验证了两小球在碰撞中满足动量守恒定律。实验中，用小球落点与O点的距离来代替小球水平飞出时的速度。依据是。尝试解答考点四创新型力学实验【典例8】（2024·四川凉山三模）“筋膜枪”是利用内部电机带动“枪头”高频冲击肌肉，缓解肌肉酸痛的设备。某同学为了测量“枪头”的冲击频率，将带限位孔的塑料底板固定在墙面上，下端带重锤的纸带穿过限位孔并竖直拉直，“枪头”放在限位孔上方，靠近并正对纸带，如图甲所示。启动筋膜枪，松开纸带，让纸带在重锤带动下运动，“枪头”在纸带上打下系列点迹。更换纸带，重复操作。（1）如图乙所示的是实验时打出的一条清晰的纸带，截取其中一段，测得相邻点迹间的距离依次为x1、x2、x3、x4，则图示纸带的（选填“左”或“右”）端连接重锤；若重力加速度为g，则“枪头”的冲击频率f＝。（2）该实验产生误差的主要原因是“枪头”在打点瞬间阻碍纸带的运动，这样会导致冲击频率的测量值（选填“大于”“小于”或“等于”）实际值。尝试解答创新分析（1）本实验的目的是测量“枪头”的冲击频率。（2）“枪头”在纸带上打下的点迹与打点计时器的打点类似。【典例9】（2024·湖南高考12题）在太空，物体完全失重，用天平无法测量质量。如图a，某同学设计了一个动力学方法测量物体质量的实验方案，主要实验