2025版高考物理二轮复习 第16讲　力学实验

第16讲力学实验高考专题辅导与测试·物理目录CONTENTS01洞悉·高频考点精研典型例题02演练·分层强化提升关键能力

洞悉·高频考点精研典型例题01

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

小车质量实验装置图注意事项考查热点探究加速度

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

断其可能成因实验装置图注意事项考查热点验证机械能

守恒定律

【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0.1

s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＝

7.05

cm，AB＝7.68

cm，BC＝8.31

cm，CD＝8.95

cm，DE＝9.57

cm，EF＝10.20

cm，请计算该小车的加速度a1＝0.63m/s2（保

留小数点后两位）。0.63

（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2.0

cm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

＝0.20

s，通过第二个光电门的时间Δt2＝0.05

s，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＝2.5

s，试估算滑块

的加速度a2＝

0.12

m/s2（保留两位有效数字），该估算值与真实

值相比

偏大

（选填“偏大”“偏小”或“相同”）。0.12偏大

不可行，理由：取由O到A点，下落时间为0.04

s，重力加速

小于0.04

s，因此x-t2图像不是一条直线。

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

3.

求加速度（1）如图所示，有连续的偶数段数据，则

【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

B

。A.

放大法B.

控制变量法C.

补偿法B（2）该实验过程中操作正确的是

B

。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B（3）在小车质量

远大于

（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

系统误差

（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

C

。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远大于系统误差C（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解析：

该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此

我们可以控制其中一个物理量不变，研究另外两个物理量之间的关

系，即采用的研究方法是控制变量法，故选B。（2）补偿阻力时小车需要连接纸带，一方面是需要连同纸带所受的

阻力一并平衡，另外一方面是通过纸带上的点间距判断小车是否在

长木板上做匀速直线运动，故A错误；由于小车速度较快，且运动距

离有限，打出的纸带长度也有限，为了能在长度有限的纸带上尽可

能多地获取间距适当的数据点，实验时应先接通打点计时器电源，

后释放小车，故B正确；为使小车所受拉力与速度同向，应调节滑轮

高度使细绳与长木板平行，故C错误。

该误差是将细绳拉力用槽码重力近似替代所引入的，不是由于车与木板间

存在阻力（实验中已经补偿了阻力）或是速度测量精度低造成的，为减小

此误差，可在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小，故

选C。

【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

电火花计时器

（选填“电火花计时器”或“电磁打点计时器”）较好。电火花计时器（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＝0.02

s。由此可计算出重物下落到C点时的瞬时速度vC

＝

1.92（1.90～1.92均可）

m/s。（结果保留三位有效数字）1.92（1.90～1.92均可）（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

D

。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D（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

A

。A

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

图等实验装置图注意事项考查热点探究两个互成

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0.80

cm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37.85

g（重力加速度大小g取10

m/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；47.3无（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）。50.0

【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CD（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。标记位置（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。解析：（2）实验中保证两次操作使橡皮条产生相同的弹力作用，故

应标记小圆环的位置以及每个力的大小和方向，力的大小由测力计

读出，方向即为细线的方向，故C、D正确；橡皮条与细线的长度没

必要测出，A、B错误。（3）撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到已标记的小圆

环位置，记录此时拉力F的大小和方向。（5）比较F'和F的大小和方向，从而判断本次实验是否验证了力的平

行四边形定则。大小和方向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

否为抛物线实验装置图注意事项考查热点探究向心

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：传感器探究实验装置图注意事项考查热点验证动量

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

动量是否守恒实验装置图注意事项考查热点用单摆测

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”）。相同（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9.8

m/s2，保留2位有效数

字）。0.72（0.67～0.77均可）

答案：

见解析图解析：（1）探究平抛运动特点的实验中，要使钢球到达斜槽末端的

速度相同，则每次由静止释放钢球时，钢球在斜槽上的高度相同。解析：（2）用平滑曲线连接坐标纸上的点，即为钢球做平抛运动的轨迹，作图时应使尽可能多的点在图线上，不在图线上的点均匀分布在图线两侧，如图所示。

【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ma

mb

（填“＞”或“＜”）；解析：

由于实验中需保证向右运动的小球a与静止的小球b碰撞后两球均向右运动，则实验中小球a的质量应大于小球b的质量，即ma＞mb。＞（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

⁠

⁠

⁠。maxP

＝maxM＋mbxN小球从轨道右端飞出后做平抛运动，且小球落点与轨道右端的

竖直高度相同，结合平抛运动规律可知小球从轨道右端飞出后在空

中运动的时间相等（合理即可）解析：

对两小球的碰撞过程，由动量守恒定律有mav＝mava＋mbvb，由于小球从轨道右端飞出后做平抛运动，且小球落点与轨道右端的竖直高度相同，则结合平抛运动规律可知小球从轨道右端飞出后在空中运动的时间相等，设此时间为t，则mavt＝mavat＋mbvbt，即maxP＝

maxM＋mbxN。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＝

⁠。左

（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。解析：

“枪头”打点瞬间阻碍纸带的运动，使得重物下落的加

速度小于自由落体加速度，故计算频率时，代入加速度值偏大，导

致测量的频率偏大，故频率测量值大于实际值。大于创新分析（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，主要实验仪器包括：气垫导轨、滑块、轻弹簧、标准砝码、光电计时

器和待测物体，主要步骤如下：（1）调平气垫导轨，将弹簧左端连接气垫导轨左端，右端连接滑块；（2）将滑块拉至离平衡位置20

cm处由静止释放，滑块第1次经过平衡位

置处开始计时，第21次经过平衡位置时停止计时，由此测得弹簧振

子的振动周期T；（3）将质量为m的砝码固定在滑块上，重复步骤（2）；（4）依次增加砝码质量m，测出对应的周期T，实验数据如下表所示，在

图b中绘制T2-m关系图线；m/kgT/sT2/s20.0000.6320.3990.0500.7750.6010.1000.8930.7970.1501.0011.0020.2001.1051.2210.2501.1751.381答案：（4）见解析图（5）由T2-m图像可知，弹簧振子振动周期的平方与砝码质量的关系是

⁠

（填“线性的”或“非线性的”）；（6）取下砝码后，将待测物体固定在滑块上，测量周期并得到T2＝0.880

s2，则待测物体质量是

kg（保留3位有效数字）；（7）若换一个质量较小的滑块重做上述实验，所得T2-m图线与原图线相比

将沿纵轴

移动（填“正方向”“负方向”或“不”）。线

性的0.120负方向解析：（4）

将题表中的数据在

题图b中描点，然后用直线拟

合，使尽可能多的点在直线上，

不在直线上的点均匀分布在直线

两侧，偏离直线较远的点舍去，

如图所示；（5）由于T2-m图像为一条直线，则弹簧振子振动周期的平方与砝码

质量的关系是线性的；（6）根据T2-m图像可知T2＝0.880

s2时，m＝0.120

kg；（7）当m＝0时，T2为滑块对应的弹簧振子振动周期的平方，由

T2-m图像可知物体的质量越大，对应的弹簧振子的振动周期越

大，所以质量较小的滑块对应的弹簧振子的振动周期较小，故换

一个质量较小的滑块重做实验，所得T2-m图线与原图线相比将沿

纵轴负方向移动。

演练·分层强化

提升关键能力

02

1.

（2024·福建南平三模）利用橡皮筋、弹簧测力计和圆形量角器等器材

探究两个互成角度的力的合成规律。（1）量角器固定在水平桌面上，将带细绳套的橡皮筋一端用图钉固

定，如图a。1234567（2）两细绳套挂上弹簧测力计，互成角度拉两只弹簧测力计，将结点

拉至量角器圆心O点，如图b，此时右侧弹簧测力计示数

为

N，记录此时力F1、F2的大小和方向。在纸上作力F1、

F2的图示并得到合力F，如图c。

5.001234567解析：

由图可知弹簧测力计的读数为5.00

N。1234567（3）改变两细绳套的夹角，仍将结点拉至O点，记录此时力F3、F4的大

小和方向。（4）请在图（c）中作出F3、F4的合力F'的力的图示。答案：

见解析图解析：根据平行四边形定则作出F3、F4的合力F'，如图。1234567解析：根据实验规律可知，合力在误差允许范围内都大小相等，方

向相同，则说明一个力分解成两个力有多种分解方式，分力与合

力的关系遵循平行四边形定则。（5）多次重复步骤（3）和（4），比较每次作出的合力，如果这些合

力在误差允许的范围内都

，则说明一个

力分解成两个力有多种分解方式，分力与合力的关系遵循平行四

边形定则。大小相等，方向相同12345672.

（2024·广东高考11题节选）下列是《普通高中物理课程标准》中列出

的三个必做实验的部分步骤，请完成实验操作和计算。（1）图甲是“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验装置示

意图。图中木板右端垫高的目的是

。图乙是实验

得到纸带的一部分，每相邻两计数点间有四个点未画出。相邻计

数点的间距已在图中给出。打点计时器电源频率为50

Hz，则小车

的加速度大小为

m/s2（结果保留3位有效数字）。平衡摩擦力2.861234567

1234567（2）在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中，某同学用50分度

的游标卡尺测量一例柱体的长度，示数如图丙所示，图丁为局部

放大图，读数为

cm。4.108解析：

游标卡尺读数为41

mm＋4×0.02

mm＝41.08

mm＝4.108

cm。12345673.

（2024·重庆沙坪坝模拟）如图a所示，某兴趣小组用单摆测量重力加速

度。选用的实验器材有：智能手机、小球、细线、铁架台、夹子、游标

卡尺、刻度尺等，实验操作如下：①用夹子将细线上端固定在铁架台上，将小球竖直悬挂；②用刻度尺测出摆线的长度为l，用游标卡尺测出小球直径为d；③将智能手机置于小球平衡位置的正下方，启用APP《手机物理工坊》

“近距秒表”功能；④将小球由平衡位置拉开一个角度（θ＜5°），静止释放，软件同

时描绘出小球与手机间距离随时间变化的图像，如图b所示。请回答

下列问题：1234567（1）根据图b可知，单摆的周期T＝

s。解析：

根据单摆的运动规律一个周期内应该有两个小球与手

机间距离的最小值。由图b可得出，单摆的周期为T＝2

s。21234567

T24π2k

12345674.

（2024·河南郑州模拟）如图a，甲、乙两组同学设计了测量铁块与木板

间动摩擦因数的实验。所用器材有：长木板、铁块、米尺、打点计时

器、位移传感器等。1234567（1）甲组同学把木板一端固定在建筑物上，构成斜面结构。采用打点

计时器并正确操作实验后得到一条纸带如图b所示，选择一个恰当

点作为计时起点O，其余计数点到O点距离分别为x1、x2、

x3、…、x6。已知打点计时器的打点周期为T。则打计数点2时铁块

速度的表达式为v＝

；铁块加速度的表达式为a

＝

⁠。

1234567（2）乙组同学把木板一端固定在建筑物上，构成斜面结构。使用位移传感器得到铁块位移随时间变化的图像如图c所示。根据x-t图像可得该斜面上的铁块加速度大小为

m/s2（保留2位有效数字）。0.401234567

1234567（3）假设某次实验中木板与水平面夹角为θ，铁块下滑的加速度大小为

a，当地的重力加速度为g，则铁块与木板间的动摩擦因数μ

＝

（用θ、a和g表示）。

12345675.

（2024·山东高考13题）在第四次“天宫课堂”中，航天员演示了动量

守恒实验。受此启发，某同学使用如图甲所示的装置进行了碰撞实验，

气垫导轨两端分别安装a、b两个位移传感器，a测量滑块A与它的距离

xA，b测量滑块B与它的距离xB。部分实验步骤如下：①测量两个滑块的质量，分别为200.0

g和400.0

g；②接通气源，调整气垫导轨水平；③拨动两滑块，使A、B均向右运动；④导出传感器记录的数据，绘制xA、xB随时间变化的图像，分别如图

乙、图丙所示。12345671234567（1）从图像可知两滑块在t＝

s时发生碰撞；解析：

由x-t图像的斜率表示速度可知，两滑块的速度在t＝

1.0

s时发生突变，即发生了碰撞；（2）滑块B碰撞前的速度大小v＝

m/s（保留2位有效数字）；

1.00.20回答以下问题：1234567（3）通过分析，得出质量为200.0

g的滑块是

（填“A”或

“B”）。

B12345676.

（2024·四川雅安模拟）某实验小组用如图所示的装置进行实验。该装

置既可以验证机械能守恒定律，也可以测量当地的重力加速度。实验过

程如下：在铁架台上固定一角度测量仪，用一不可伸长的轻质细线拴接

一直径为d、质量为m的小球，细线悬点到小球顶端的距离为L，自然下

垂时小球刚好位于光电门处，将小球拉离平衡位置至对应的偏离角度为

α，然后由静止释放小球，记录小球通过光电门时的挡光时间t，多次改

变偏离角度α，重新做实验。不计空气阻力。回答下列问题：（1）小球从静止摆动到最低点的过程中，重力势能的减小量为ΔEp

＝