2025年高考物理二轮复习：力学实验

专题复习

专题六实验

第16讲力学实验

【目标要求】1.会使用刻度尺、秒表、打点计时器、游标卡尺、螺旋测微器测量有关数据。2.熟悉教材中的力学

实验原理、实验过程，会操作有关实验，进行数据处理、误差分析，并会借助基本实验分析创新实验。

考点一纸带类和光电门类实验

实验装置图实验操作数据处理

1.细绳与长木板平行1.判断物体是否做匀变速直线运

2.释放前小车应靠近打点计动

纸猿接电避打点计时器

探究小车速度3时器2.利用一段时间内的平均速度求

随时间变化的3.先接通电源，再释放小中间时刻的瞬时速度

规律i车，打点结束先切断电源，3.利用逐差法求平均加速度

再取下纸带4.作速度一时间图像，通过图像

4.钩码质量适当的斜率求加速度

1.平衡阻力，垫高长木板一

端使小车能匀速下滑

2.在平衡阻力时，不要把悬

挂槽码的细绳系在小车上，

细，绳口口.带

探究加速度与实验过程中不用重复平衡阻1.利用逐差法或VI图像求a

1

物体受力、物一端有小军打』计时器力2.作出小/图像和a-工图像，确

。定滑轮m

实验台

槽玛的长木板

体质量的关系3.实验必须保证的条件：小定〃与b、m的关系

车质量机》槽码质量m'

4.释放前小车要靠近打点计

时器，应先接通电源，后释

放小车

1.竖直安装打点计时器，以

侏1.应用＜=加+厂"T计算某时刻

打点减小摩擦阻力

计时器-纸带

2.选用质量大、体积小、密的瞬时速度

验证机械能守

22

-夹子度大的材料2.判断mghAB^mvB-^mvAM

恒定律-重物

3.选取第1、2两点间距离接否在误差允许的范围内相等

I._______

近2mm的纸带，用

II13.作出产力图像，求g的大小

mgh=^mv2进行验证

L开始前调节导轨水平

1.滑块速度的测量：n卷

验证动量守恒光工。屿d光电门b2.用天平测出两滑块的质量

2.验证的表达式：

定律3.用光电门测量碰前和碰后

加1也+机2V2=根1也'+根2y2’

的速度

常见的测速方法：纸带打点计时器测速，光电门测速，传感器测速，动能定理计算法，平抛运动计算法等。

例1(2023•全国甲卷23)某同学利用如图(a)所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时

间的关系。让小车左端和纸带相连。右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连。钩码下落，带动小车运

动，打点计时器打出纸带。某次实验得到的纸带和相关数据如图(b)所示。

打点计时器纸带小车

||。木'板%

钩码

(a)

(1)已知打出图(b)中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1so以打出A点时小车位置为初始位置，将

打出3、C、D、E、歹各点时小车的位移A%填到表中，小车发生相应位移所用时间和平均速度分

别为△7和万，表中Axw=cm,vAD-cm/s。

16.6048.00-4-9.4()义一10.9。一＞j"—12.40」

\••••••(

3ABzbEQ

单位：cm

(b)

位移区间ABACADAEAF

Ax(cm)6.6014.60Axw34.9047.30

v(cm/s)66.073.0VAD87.394.6

⑵根据表中数据得到小车平均速度方随时间△/的变化关系，如图(C)所示。在图中补全实验点。

y/(cms-1)

1051|111|11Ir

95三王王三三三三三三三三三

85三王王三三三三三三三三三三

75；巨;巨三巨巨三巨三巨；

65三三停三三王王三三三三三三三三三

::::::::::::::::::::::::::::::A

5500.10.20.30.40.50.6

(3)从实验结果可知，小车运动的江△/图线可视为一条直线，此直线用方程万=松什6表示，其中七_

cm/s2,b=cm/so(结果均保留3位有效数字)

⑷根据(3)中的直线方程可以判定小车做匀加速直线运动，得到打出A点时小车速度大小

VA=，小车的加速度大小。=□(结果用字母晨6表示)

答案(1)24.0080.0(2)见解析图(3)70.059.0(4)》2k

解析(1)根据纸带的数据可得

^XAD=XAB+XBC+XCD=6.60cm+8.00cm+9.40cm=24.00cm

平均速度为。=篝=80.0cm/s

(2)根据第(1)小题结果补充表格和补全实验点图像得

F/(cms-1)

105

95

85

75

65

Ar/s

54

⑶从实验结果可知，小车运动的&加图线可视为一条直线，图像为

F/(cm-s-,)

105田Will|||||田||田|三

95mmm］毛藤莹

85；藤藤藤藤藤妇连藤；:；

75m:股

65；豚:三；

55二王王三三三王王三三三三三

00.10.20.30.40.50.6

此直线用方程方%加+A表示,由图像可知其中

^_101,059.0cm/s2_^QQcm/s28=59.0cm/s

0.6'

(4)小车做匀加速直线运动，由位移公式产为什初2,整理得衿o+7

艮历二VA+产

故根据图像斜率和纵截距可得VA=b,a=2ko

例2(2024•海南省四校模拟)利用如图甲所示的装置来验证机械能守恒定律，A为装有挡光片的钩

码，总质量为轻绳一端与A相连，另一端跨过轻质定滑轮与质量为根的重物B相连。实验过

程如下：用游标卡尺测出挡光片的宽度为d;先用力拉住B,保持A、B静止，测出A下端到光电

门的距离为人(〃》4；然后由静止释放B,A下落过程中挡光片经过光电门，测出挡光时间为上已

知重力加速度为g。

⑴为了能完成上述实验，M砥选填或)；

⑵某次实验中用螺旋测微器测出挡光片的宽度，测量结果如图乙所示，则挡光片的宽度为d=

mm；

(3)在A从静止开始下落〃的过程中，如果满足,则验证A、B和地

球所组成的系统机械能守恒(用题中所给物理量的符号表示)；

(4)挡光片经过光电门的速度与钩码A下落〃时的瞬时速度间存在一个差值，为减小这个差值，可

采取的措施是(写出合理的一条即可)。

答案(1)>(2)4.700

(3)(M-m)g/z=|(M+m)(^)2

(4)减小挡光片的宽度或者增大下落高度

解析(1)为了使A下落过程中挡光片经过光电门，需满足M>mo

(2)根据螺旋测微器的读数原理可知挡光片的宽度为d=4.5mm+20.0x0.01mm=4.700mm

(3)A经过光电门时的瞬时速度为

d

V=~

t

系统重力势能的减少量为

^Ep=(M-m)gh

系统动能的增加量为

1de

2

AEk--(Af+m)(-)

则系统机械能守恒的表达式为

Ide

（4）某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可采取减小挡光片的宽度或者增大下落高度。

例3（2024・山东卷」3）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与它的距离冲。部分实验步骤如下：

①测量两个滑块的质量，分别为200.0g和400.0g；

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。

传感器a滑块A滑块B......传口感器b

I..III」.IIIIIIIIIIII」IIII

U口口旌气源

丙

回答以下问题:

（1）从图像可知两滑块在t=S时发生碰撞；

（2）滑块B碰撞前的速度大小v=m/s（保留2位有效数字）；

⑶通过分析，得出质量为200.0g的滑块是（选填"A”或"B”）o

答案(1)1.0(2)0.20(3)B

解析（1）由x”图像的斜率表示速度可知两滑块的速度都在Ul.Os时发生突变，即这个时刻发生了碰撞；

（2）根据XI图像斜率的绝对值表示速度大小可知滑块B碰撞前的速度大小为

v9

~|°iQ1Q|cm/s=0.20m/s

（3）由题图乙知，碰撞前A的速度大小VA=0.50m/s,碰撞后A的速度大小为VA~0.36m/s,

由题图丙可知，碰撞后B的速度大小为VB-0.50m/s,A和B碰撞过程动量守恒,

二-珈

即mA（VA-VA）=mB（v-VB"）

代入数据解得股大2

所以质量为200.0g的滑块是Bo

考点二力学其他实验

实验装置图实验操作数据处理

L应在弹簧自然下垂时，测1.作出弹力厂随弹簧伸长量尤变

探究弹簧弹力刻量弹簧原长Zo化的图线，斜率表示弹簧的劲度

箧

与形变量的关尺2.水平放置时测原长，根据系数

钩F

码n

系实验数据画出的图线不过原2.超过弹簧的弹性限度，图线会

点的原因是弹簧自身有重力发生弯曲

1.正确使用弹簧测力计

4

2.同一次实验中，橡皮条结

探究两个互成

点的位置一定要相同1.按力的图示作平行四边形

角度的力的合

3.细绳套应适当长一些，互2.求合力大小

成规律

成角度地拉橡皮条时，夹角

大小应适当

1.保证斜槽末端水平1.用代入法或图像法判断运动轨

2.每次让小球从倾斜轨道的迹是不是抛物线

探究平抛运动

同一位置由静止释放2.由公式x=W和产，求初速

的特点

3.坐标原点应是小球出槽口

度Vo=x区

时球心在纸板上的投影点42y

L弹力大小关系可以通过标

探究向心力大尺上刻度读出，该读数显示

作出居-）、居“、居加的图

小与半径、角了向心力大小关系

像，分析向心力大小与角速度、

速度、质量的2.采用了控制变量法，探究

半径、质量之间的关系

关系向心力大小与半径、角速

度、质量的关系

1.保证悬点固XE.

2.单摆必须在同一平面内振

用单摆测量重1.利用公式g=^求重力加速度

动，且摆角小于5。

力加速度的大.可作出/-/的图像，利用斜率

3.摆长/=悬线长r+小球的半2

小

径厂求重力加速度

4.用公与十算单摆的周期

n

例4（2024•海南卷」5）为验证两个互成角度的力的合成规律，某组同学用两个弹簧测力计、橡皮

条、轻质小圆环、木板、刻度尺、白纸、铅笔、细线和图钉等器材，按照如下实验步骤完成实验:

I.1N,-O

甲乙

（I）用图钉将白纸固定在水平木板上；

（H）如图甲、乙所示，橡皮条的一端固定在木板上的G点，另一端连接轻质小圆环，将两细线系

在小圆环上，细线另一端系在弹簧测力计上，用两个弹簧测力计共同拉动小圆环到某位置，并标

记圆环的圆心位置为O点，拉力R和凡的方向分别过Pi和P2点，大小分别为为=3.60N、

F2=2.90N；撤去拉力B和m,改用一个弹簧测力计拉动小圆环，使其圆心到O点，在拉力P的

方向上标记P3点，拉力的大小为尸=5.60N。请完成下列问题：

⑴在图乙中按照给定的标度画出R、仍和尸的图示，然后按平行四边形定则画出为、用的合力

F'o

（2）比较/和尸，写出可能产生误差的两点原因：0

答案（1）见解析图（2）①没有做到弹簧测力计、细线、橡皮条都与木板平行；②读数时没有正视弹簧测力

计

1

解析（1）按照给定的标度画出尸1、尸2和尸的图示，然后按平行四边形定则画出居、尸2的合力F,如图所

示

（2）尸和尸产生不完全重合的误差可能是因为：①没有做到弹簧测力计、细线、橡皮条都与木板平行；②读

数时没有正视弹簧测力计。

例5（2024•山西朔州市二模）某实验小组用如图所示的实验装置探究弹簧弹力与形变量的关系，将

轻弹簧悬挂在铁架台的横杆上，刻度尺竖直固定在轻弹簧旁边，在弹簧下端依次挂上不同质量的

钩码，记录每次钩码的总质量m以及对应指针所指刻度值x如表格所示。

⑴根据实验表格记录的数据可知，刻度尺的最小分度值为(选填“1mm”或“1

cm")o

⑵在给出的坐标系中描点，作出弹簧弹力歹与伸长量Ax之间的关系图线，由图线可知，记录实

验数据时第次实验数据出现了明显的实验误差。根据描绘的FAx图像可知，该弹簧的

劲度系数为k=N/m(结果保留2位有效数字)。

(3)若实验中悬挂弹簧和刻度尺时，弹簧的上端未与刻度尺的0刻度线对齐，而对齐的是0.5cm,

则该情况会导致实验算得的弹簧劲度系数结果(选填“偏大”“偏小”或“无误

差”)。

⑷若截取实验中所用弹簧长度的一半制成一个弹簧测力计，并挂上1.5N的钩码，当钩码处于静

止状态时，弹簧的形变量为cm。

答案(1)1cm(2)见解析图425(3)无误差(4)3.0

解析(1)根据实验表格记录的数据可知，读数精确到cm，估读到0.1cm,刻度尺的最小分度值为1cm。

(2)根据实验数据，在给出的坐标系中描点，作出弹簧弹力歹与伸长量Ax之间的关系图线如图所示

FN

1.8

1.2

0.6

Ax/cm

01.22.43.64.86.07.2

由图线可知，记录实验数据时第4次实验数据出现了明显的实验误差。

根据描绘的凡AX图像可知，该弹簧的劲度系数为

1.8

N/m=25N/m

7.2X10-2

(3)若实验中悬挂弹簧和刻度尺时，弹簧的上端未与刻度尺的0刻度线对齐，而对齐的是0.5cm,那么弹簧

末端指针刻度也会下移0.5cm,弹簧对应的伸长量不变，则该情况不会导致实验算得的弹簧劲度系数结果

改变，无误差。

(4)若截取实验中所用弹簧长度的一半制成一个弹簧测力计，则两段弹簧的劲度系数相同，把截下来的两段

弹簧串接起来的劲度系数与原来那根弹簧的劲度系数相同，可知用一半制成一个弹簧测力计弹簧的劲度系

数变为2七50N/m

并挂上1.5N的钩码，当钩码处于静止状态时，根据胡克定律可知，弹簧的形变量为

Ax'=Km=3Qcm。

例6(2024.河北省普通高中学业水平选择性考试)某同学用图甲所示的装置测量滑块和水平台面间

的动摩擦因数。水平转台用齿轮传动，绕竖直的轴匀速转动，不可伸长的细线一端连接小滑块,

另一端连到固定在转轴上的力传感器上，计算机通过传感器能显示细线拉力歹的情况，实验步骤

如下:

乙

①数出主动齿轮和从动齿轮的齿的个数分别为m和“2；

②用天平称量小滑块的质量m；

③将滑块放置在转台上，使细线刚好伸直;

④控制主动齿轮以某一角速度。主匀速转动，记录力传感器的示数E改变主动齿轮的角速度，并

保证主动齿轮每次都做匀速转动，记录对应的力传感器示数，滑块与水平台面始终保持相对静止。

回答下面的问题：

（1）滑块随平台一起匀速转动的角速度大小可由。=计算得出（用题中给定的符号表示）。

⑵处理数据时，该同学以力传感器的示数尸为纵轴，对应的主动齿轮角速度大小的平方3主2为横

轴，建立直角坐标系，描点后拟合为一条直线，如图乙所示（图中°、6为已知量），设最大静摩擦

力等于滑动摩擦力，重力加速度为g,则滑块和水平台面间的动摩擦因数"=（用题中给

定的符号表示）。

⑶该同学仅换用相同材料的质量更大的滑块再次做了该实验，作出艮3主2的图像，与图乙中直线

斜率比较，发现其斜率（选填“增大”“减小”或“不变”）。

答案⑴竺坦（2）—⑶增大

解析（1）从动齿轮和主动齿轮传动时，线速度大小相同，即从动齿轮和主动齿轮的角速度关系为

〃⑷主二侬9从，解得口从二----,平台与从动齿轮同轴传动，即具有相同的角速度，故折①从二----

九2九2

（2）当力传感器有示数时，拉力和摩擦力的合力提供向心力，设滑块做圆周运动的半径为r,则

2

F+jLimg=mco2r,解得F=m；n/3则尸-3主2图线的纵截距的绝对值为a=jumg,解得〃二意

22

⑶由F4舞一3主2一〃mg,可得产-3主2图线的斜率为七詈｝,

仅换用相同材料的质量更大的滑块再次做该实验，其斜率增大。

专题强化练［分值：40分］

1.（8分X2024•湖南娄底市一模）某物理课外活动小组准备用单摆测量当地的重力加速度。

（1）（2分）下列器材和操作最合理的是0

铁夹&寸铁夹

一弹性棉绳一细丝线

I一铁球L塑料球

AB

弹性强——绳-铁夹

一弹性棉绳一细丝线

L塑料球L铁球

CD

（2）（2分）某次测量小球直径的结果如图所示，则这次测量的读数为mm。

=-()

0510—

三45

(3)(2分)实验中，测得摆球经过N次全振动的总时间为加。在测量单摆的摆长时，先用毫米刻度尺测得摆

线长度为/，再用游标卡尺测量摆球的直径为则重力加速度的表达式为g=.(用题目中给出的

字母表示)。

(4)(2分)如果测得的g值偏小，可能的原因是.

A.测摆长时，摆线拉得过紧

B.摆线上端悬点未固定，振动中出现松动，使摆线长度增加了

C.开始计时时，停表过迟按下

D.实验时误将49次全振动记为50次

2TT2N2(2Z+D)

答案(1)D(2)10.020(3).(4)B

(At)2

解析(1)根据单摆模型可知，为减小空气阻力的影响，摆球应采用密度较大、体积较小的铁球，为使单摆

摆动时摆长不变，摆球应用不易变形的细丝线，悬点应用铁夹来固定，故选D。

(2)这次测量的读数为

10mm+2.0x0.01mm=l0.020mm

(3)根据单摆周期公式六2兀

其中扇+|，7专

2冗2产⑵+O)

解得g=

(At)2

(4)因为重力加速度的表达式为g=*,测摆长时摆线拉得过紧，所测得的摆长偏大，则所测得的重力加速

度偏大，故A错误；摆线上端悬点未固定，振动中出现松动，即实际中的摆线长度增加了，测得的摆长偏

小，故所测得的重力加速度偏小，故B正确；开始计时时，停表过迟按下，所测得的周期偏小，则所测得

的重力加速度偏大，故C错误；实验中误将49次全振动记为50次，所测得的周期偏小，则所测得的重力

加速度偏大，故D错误。

2.(8分X2024.浙江1月选考」61)如图甲所示是“探究加速度与力、质量的关系"的实验装置。

甲

（1）（1分）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O

A.放大法B.控制变量法

C.补偿法

（2）（1分）该实验过程中操作正确的是o

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）（3分）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o

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）（3分）经正确操作后获得一条如图乙所示的纸带，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、为、…、尤6。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

小车加速度的表达式是o

XX

0%]%2%34%56

6123456x

l'i'ri'rri'i,ri'i'i'i'ri'rri'rrri'i'ri'rrrrri'i'rrrri'rrri,i,ri,i'i,i'i,i,i,i'

0123456789101112U1415161718192U2122232»252t>272B2'）303132X531K3637383»4O41424344451647484950

cm

乙

B-=W

=5+欠4-(汽3+》2)

C.a=-

(10T)2

答案d)B(2)B系统误差c（4）、淄A

解析（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，即采用了控制变量法，故B正确。

（2）补偿阻力时小车需要连接纸带，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，为了能在纸带上尽可能多地获取点，

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。

（3）设小车质量为M,槽码质量为mQ根据牛顿第二定律分别对小车和槽码有F=Ma,mg-F=ma,联立解得

尸=竺雪，由上式可知在小车质量远大于槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力；上述做法引

起的误差是由于实验方法或原理不完善造成的，属于系统误差；该误差是将细绳拉力用槽码重力近似替代

造成的，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C正确。

（4）相邻两计数点间的时间间隔为夕5T,打计数点5时小车速度的表达式为丫=/=言;根据逐差法可得

小车加速度的表达式是入安翳,故人正确。

（3t）N（15T）N

3.（8分）（2024・河北卷・11（2））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。

乙

（1）（2分）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）（3分）在坐标纸中描绘出钢球做平抛运动的轨迹。

（3）（3分）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）。

答案⑴相同（2）见解析图（3）0.70（0.68、0.69、0.71、0.72均可）

解析(1)为保证钢球每次平抛运动的初速度相同，必须让钢球在斜槽上同一位置静止释放，故释放钢球时

高度相同。

(2)描点连线用平滑曲线连接，钢球做平抛运动的轨迹如图所示

()24681()121416x/c.m

2

I

6

X

10

12

14

16

18

20

y/cm

(3)因为抛出点在坐标原点，为方便计算,

在图线上找到较远的点，在图线上找到y坐标为20.0cm的点为研究位置,

该点坐标为(14.1cm,20.0cm),

根据平抛运动规律,产刎

解得vo-O.7Om/so

4.(8分)(2024・湖北卷42)某同学设计了一个测量重力加速度大小g的实验方案，所用器材有：2g祛码若干、

托盘1个、轻质弹簧1根、米尺1把、光电门1个、数字计时器1台等。

具体步骤如下:

①将弹簧竖直悬挂在固定支架上，弹簧下面挂上装有遮光片的托盘，在托盘内放入一个祛码，如图(a)所示。

Z/m

0.55

0.54

0.53

0.52

0.51

0.50

0.49

0.48

0.40.50.6r/s2

(b)

②用米尺测量平衡时弹簧的长度/,并安装光电门。

③将弹簧在弹性限度内拉