專(zhuān)題七　物理實(shí)驗(yàn) 第16講　力學(xué)實(shí)驗(yàn)-2025版二輪復(fù)習(xí)·物理

9/9第16講力學(xué)實(shí)驗(yàn)考點(diǎn)一紙帶類(lèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置圖注意事項(xiàng)考查熱點(diǎn)探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律①平行：細(xì)繩與長(zhǎng)木板平行②靠近：小車(chē)應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器③兩先：打點(diǎn)前先接通電源；打點(diǎn)后先斷開(kāi)電源④適當(dāng)：鉤碼質(zhì)量適當(dāng)①考讀算：讀計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間、位移；計(jì)算瞬時(shí)速度、加速度②考操作：不需要平衡摩擦力、不需要滿(mǎn)足懸掛鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系①平衡：開(kāi)始應(yīng)平衡摩擦力②質(zhì)量：重物質(zhì)量需遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量③平行：細(xì)繩與長(zhǎng)木板平行④靠近：小車(chē)應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器⑤兩先：打點(diǎn)前先接通電源；打點(diǎn)后先斷開(kāi)電源①考操作：器材安裝正誤，平衡摩擦力、質(zhì)量控制要求②測(cè)定a：計(jì)算加速度③求結(jié)論：描點(diǎn)作圖像得結(jié)論④判成因：給定異常a-F圖像，判斷其可能成因驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律①安裝：豎直安裝，紙帶豎直②重物：選密度大、質(zhì)量大的③計(jì)算：運(yùn)用vn＝hn+1①考操作：重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處釋放、先通電后釋放②考運(yùn)算：計(jì)算下落速度、減少的重力勢(shì)能與增加的動(dòng)能③考圖像：v22-【典例1】（2024·北京海淀三模）在高中階段，我們學(xué)習(xí)了多種測(cè)量物體加速度的方法。（1）通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，可以測(cè)量小車(chē)的加速度。實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，找一個(gè)合適的點(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)O（t＝0），然后每隔0.1s選取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖乙中的A、B、C、D、E、F……所示。某同學(xué)測(cè)量了相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離：OA＝7.05cm，AB＝7.68cm，BC＝8.31cm，CD＝8.95cm，DE＝9.57cm，EF＝10.20cm，請(qǐng)計(jì)算該小車(chē)的加速度a1＝m/s2（保留小數(shù)點(diǎn)后兩位）。（2）通過(guò)光電門(mén)，同樣可以測(cè)量物體的加速度。如圖丙所示，滑塊上安裝了寬度為2.0cm的遮光條，滑塊在牽引力作用下先后通過(guò)兩個(gè)光電門(mén)，配套的數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄了遮光條通過(guò)第一個(gè)光電門(mén)的時(shí)間Δt1＝0.20s，通過(guò)第二個(gè)光電門(mén)的時(shí)間Δt2＝0.05s，遮光條從開(kāi)始遮住第一個(gè)光電門(mén)到開(kāi)始遮住第二個(gè)光電門(mén)的時(shí)間t＝2.5s，試估算滑塊的加速度a2＝m/s2（保留兩位有效數(shù)字），該估算值與真實(shí)值相比（選填“偏大”“偏小”或“相同”）。（3）頻閃照片也是一種測(cè)量加速度的方法。在暗室中，照相機(jī)的快門(mén)處于常開(kāi)狀態(tài)，頻閃儀每隔一定時(shí)間發(fā)出一次短暫的強(qiáng)烈閃光，照亮運(yùn)動(dòng)的物體，于是膠片上記錄了物體在幾個(gè)閃光時(shí)刻的位置。某時(shí)刻，將一小球從O點(diǎn)由靜止釋放，頻閃儀每隔0.04s閃光一次。以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn)，豎直向下為正方向建立坐標(biāo)軸，并測(cè)量各時(shí)刻的位置坐標(biāo)x1、x2、x3…。圖丁是小球自由下落時(shí)的部分頻閃照片示意圖，照片中的數(shù)字是小球下落的距離（單位：cm）。小崔同學(xué)為了減小偶然誤差，他建議做x-t2圖像，把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入（如t12＝0.0016s2，x1＝0.21cm；t22＝0.0064s2，x2＝1.76cm……），得到一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，再通過(guò)該直線(xiàn)的斜率得到加速度a3。請(qǐng)問(wèn)該方案是否可行？如果可行，請(qǐng)求出加速度的值（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）；。嘗試解答紙帶的三大應(yīng)用1.判斷物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)（1）若Δx＝0，則可判定物體在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。（2）若Δx不為零且為定值，則可判定物體在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。2.求解瞬時(shí)速度做勻變速運(yùn)動(dòng)的物體在一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度。如圖所示，求打某一點(diǎn)的瞬時(shí)速度，只需在這一點(diǎn)的前、后取相同時(shí)間間隔T的兩段位移xn和xn+1，則打n點(diǎn)時(shí)的速度vn＝3.求加速度（1）如圖所示，有連續(xù)的偶數(shù)段數(shù)據(jù)，則a＝（x（2）如圖所示，連續(xù)的奇數(shù)段數(shù)據(jù)，去掉最短的x1，則a＝（x【典例2】（2024·浙江1月選考16題）如圖1所示是“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置。（1）該實(shí)驗(yàn)中同時(shí)研究三個(gè)物理量間關(guān)系是很困難的，因此我們采用的研究方法是。A.放大法B.控制變量法C.補(bǔ)償法（2）該實(shí)驗(yàn)過(guò)程中操作正確的是。A.補(bǔ)償阻力時(shí)小車(chē)未連接紙帶B.先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，后釋放小車(chē)C.調(diào)節(jié)滑輪高度使細(xì)繩與水平桌面平行（3）在小車(chē)質(zhì)量（選填“遠(yuǎn)大于”或“遠(yuǎn)小于”）槽碼質(zhì)量時(shí)，可以認(rèn)為細(xì)繩拉力近似等于槽碼的重力。上述做法引起的誤差為（選填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”）。為減小此誤差，下列可行的方案是。A.用氣墊導(dǎo)軌代替普通導(dǎo)軌，滑塊代替小車(chē)B.在小車(chē)上加裝遮光條，用光電計(jì)時(shí)系統(tǒng)代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器C.在小車(chē)與細(xì)繩之間加裝力傳感器，測(cè)出小車(chē)所受拉力大?。?）經(jīng)正確操作后獲得一條如圖2所示的紙帶，建立以計(jì)數(shù)點(diǎn)0為坐標(biāo)原點(diǎn)的x軸，各計(jì)數(shù)點(diǎn)的位置坐標(biāo)分別為0、x1、…、x6。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T(mén)，則打計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)小車(chē)速度的表達(dá)式v＝；小車(chē)加速度的表達(dá)式是。A.a＝xB.a＝xC.a＝x嘗試解答【典例3】（2024·北京朝陽(yáng)區(qū)模擬）如圖所示，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，用重物帶動(dòng)紙帶從靜止開(kāi)始自由下落，利用此裝置可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。（1）實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)選擇（選填“電火花計(jì)時(shí)器”或“電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”）較好。（2）安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，從打出的紙帶中選出符合要求的紙帶，如圖所示。圖中O點(diǎn)為打出的起始點(diǎn)，且速度為零。選取在紙帶上連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C、D、E作為計(jì)數(shù)點(diǎn)。其中測(cè)出A、B、C、D、E點(diǎn)距起始點(diǎn)O的距離如圖所示。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T(mén)＝0.02s。由此可計(jì)算出重物下落到C點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度vC＝m/s。（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往是重力勢(shì)能的減少量略大于動(dòng)能的增加量，關(guān)于此誤差，下列說(shuō)法正確的是。A.該誤差屬于偶然誤差，可以通過(guò)多次測(cè)量取平均值的方法來(lái)減小該誤差B.該誤差屬于偶然誤差，可以通過(guò)掛一個(gè)小物塊來(lái)平衡阻力進(jìn)而消除該誤差C.該誤差屬于系統(tǒng)誤差，可以通過(guò)多次測(cè)量取平均值的方法來(lái)消除該誤差D.該誤差屬于系統(tǒng)誤差，可以通過(guò)減小空氣阻力和摩擦阻力的影響來(lái)減小該誤差（4）某同學(xué)在紙帶上選取計(jì)數(shù)點(diǎn)后，測(cè)量它們到起始點(diǎn)O的距離h并計(jì)算出打相應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)重物的速度v，通過(guò)描繪v2-h圖像去研究機(jī)械能是否守恒。若實(shí)驗(yàn)中重物所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不變，從理論上分析，合理的v2-h圖像是下圖中的哪一個(gè)。嘗試解答考點(diǎn)二彈簧、橡皮條類(lèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置圖注意事項(xiàng)考查熱點(diǎn)探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系①?gòu)椈桑哼x自重小的輕質(zhì)彈簧②鉤碼：輕一點(diǎn)，防止超過(guò)彈性限度③豎直：彈簧、刻度尺豎直放置④靜止：鉤碼不上下振動(dòng)時(shí)讀數(shù)、測(cè)量彈簧長(zhǎng)度①考作圖：建立適當(dāng)?shù)腇-x坐標(biāo)系，描點(diǎn)作平滑圖線(xiàn)②考探究：要能根據(jù)圖像找出F與x間關(guān)系，并解釋常數(shù)含義③找誤差：測(cè)量長(zhǎng)度、作圖等探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律①不變：同一次實(shí)驗(yàn)中橡皮條結(jié)點(diǎn)O位置應(yīng)保持不變②平行：橡皮條、彈簧測(cè)力計(jì)和細(xì)繩套與紙面平行③作圖：嚴(yán)格按力的圖示要求作平行四邊形求合力①考讀數(shù)：彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)②考操作：如何拉？怎么拉？拉到哪里？③求合力：作圖法求合力④會(huì)區(qū)分：能區(qū)分合力的理論值與實(shí)驗(yàn)值【典例4】（2024·湖北武漢模擬）某實(shí)驗(yàn)小組為測(cè)量自動(dòng)筆里面被壓縮彈簧的勁度系數(shù)，他們一開(kāi)始設(shè)計(jì)如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)：將自動(dòng)筆活動(dòng)端豎直置于電子秤上，當(dāng)豎直向下按下約0.80cm時(shí)（未觸底且未超過(guò)彈簧彈性限度），穩(wěn)定后電子秤上的讀數(shù)增加了37.85g（重力加速度大小g取10m/s2）。（1）此筆里的彈簧勁度系數(shù)為N/m（結(jié)果保留3位有效數(shù)字），這支筆的重力對(duì)實(shí)驗(yàn)（填“有”或“無(wú)”）影響；（2）由于彈簧較短，施加適當(dāng)外力時(shí)長(zhǎng)度變化不太明顯，于是他們將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成圖乙所示：將三根相同的彈簧串起來(lái)，豎直掛在圖乙所示的裝置中。小組成員通過(guò)測(cè)量，作出三根彈簧的總長(zhǎng)度l與相應(yīng)所掛重物重力即拉力大小F的關(guān)系圖像如圖丙所示，則一根彈簧的勁度系數(shù)為N/m（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。嘗試解答【典例5】（2023·全國(guó)乙卷22題）在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中使用的器材有：木板、白紙、兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彈簧測(cè)力計(jì)、橡皮條、輕質(zhì)小圓環(huán)、刻度尺、鉛筆、細(xì)線(xiàn)和圖釘若干。完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：（1）用圖釘將白紙固定在水平木板上。（2）將橡皮條的一端固定在木板上，另一端系在輕質(zhì)小圓環(huán)上。將兩細(xì)線(xiàn)也系在小圓環(huán)上，它們的另一端均掛上測(cè)力計(jì)。用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當(dāng)?shù)牧瓌?dòng)兩個(gè)測(cè)力計(jì)，小圓環(huán)停止時(shí)由兩個(gè)測(cè)力計(jì)的示數(shù)得到兩拉力F1和F2的大小，并。（多選，填正確答案標(biāo)號(hào)）A.用刻度尺量出橡皮條的長(zhǎng)度B.用刻度尺量出兩細(xì)線(xiàn)的長(zhǎng)度C.用鉛筆在白紙上標(biāo)記出小圓環(huán)的位置D.用鉛筆在白紙上標(biāo)記出兩細(xì)線(xiàn)的方向（3）撤掉一個(gè)測(cè)力計(jì)，用另一個(gè)測(cè)力計(jì)把小圓環(huán)拉到，由測(cè)力計(jì)的示數(shù)得到拉力F的大小，沿細(xì)線(xiàn)標(biāo)記此時(shí)F的方向。（4）選擇合適標(biāo)度，由步驟（2）的結(jié)果在白紙上根據(jù)力的平行四邊形定則作F1和F2的合成圖，得出合力F'的大小和方向；按同一標(biāo)度在白紙上畫(huà)出力F的圖示。（5）比較F'和F的，從而判斷本次實(shí)驗(yàn)是否驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。嘗試解答考點(diǎn)三小球類(lèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置圖注意事項(xiàng)考查熱點(diǎn)探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)①安裝：斜槽末端伸出桌面外并調(diào)整至切線(xiàn)水平，定原點(diǎn)②描點(diǎn)：描出軌跡上多個(gè)點(diǎn)的位置③計(jì)算：計(jì)算初速度①考判斷：平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是否為拋物線(xiàn)②考操作：從同一點(diǎn)釋放，由重垂線(xiàn)得到豎直線(xiàn)③考分析：水平、豎直方向運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，軌跡是否為拋物線(xiàn)探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系①方法：控制變量法②操作：小球放對(duì)位置，皮帶繞對(duì)塔輪、勻速轉(zhuǎn)動(dòng)③觀(guān)察：標(biāo)尺刻度①考裝置：探究什么關(guān)系②考結(jié)果：得到什么結(jié)論③考操作：達(dá)到預(yù)定格數(shù)時(shí)，即保持轉(zhuǎn)速均勻恒定④考作圖：描點(diǎn)連線(xiàn)畫(huà)圖線(xiàn)⑤考創(chuàng)新：傳感器探究驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律①安裝：斜槽末端切線(xiàn)應(yīng)沿水平方向②起點(diǎn)：斜槽末端上方某處③落點(diǎn)：用小圓圈中心表示④速度：應(yīng)用小球平拋的水平位移替代①考裝置：器材安裝、小球選取、O點(diǎn)確定②考測(cè)量：小球質(zhì)量的測(cè)量和小球平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移的測(cè)量③考結(jié)論：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷兩球碰撞過(guò)程中動(dòng)量是否守恒用單擺測(cè)量重力加速度的大?、賾抑簻y(cè)量擺長(zhǎng)，標(biāo)平衡位置②測(cè)量：擺長(zhǎng)＝擺線(xiàn)長(zhǎng)＋小球半徑③操作：偏角≤5°，不做圓錐擺，在平衡位置處開(kāi)始計(jì)時(shí)④周期：測(cè)量30～50次全振動(dòng)時(shí)間，再計(jì)算周期①考讀數(shù)：會(huì)秒表、游標(biāo)卡尺、刻度尺讀數(shù)②考操作：懸點(diǎn)要固定、準(zhǔn)確計(jì)數(shù)振動(dòng)次數(shù)、振幅小③考處理：能根據(jù)公式理解圖像斜率，求g并分析誤差【典例6】（2024·河北高考11題節(jié)選）圖甲為探究平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的裝置，其斜槽位置固定且末端水平，固定坐標(biāo)紙的背板處于豎直面內(nèi)，鋼球在斜槽中從某一高度滾下，從末端飛出，落在傾斜的擋板上擠壓復(fù)寫(xiě)紙，在坐標(biāo)紙上留下印跡。某同學(xué)利用此裝置通過(guò)多次釋放鋼球，得到了如圖乙所示的印跡，坐標(biāo)紙的y軸對(duì)應(yīng)豎直方向，坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)應(yīng)平拋起點(diǎn)。（1）每次由靜止釋放鋼球時(shí)，鋼球在斜槽上的高度（填“相同”或“不同”）。（2）在坐標(biāo)紙中描繪出鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。（3）根據(jù)軌跡，求得鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度大小為m/s（當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭為9.8m/s2，保留2位有效數(shù)字）。嘗試解答【典例7】（2024·新課標(biāo)卷22題）某同學(xué)用如圖所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，將斜槽軌道固定在水平桌面上，軌道末段水平，右側(cè)端點(diǎn)在水平木板上的垂直投影為O，木板上疊放著白紙和復(fù)寫(xiě)紙。實(shí)驗(yàn)時(shí)先將小球a從斜槽軌道上Q處由靜止釋放，a從軌道右端水平飛出后落在木板上；重復(fù)多次，測(cè)出落點(diǎn)的平均位置P與O點(diǎn)的距離xP。將與a半徑相等的小球b置于軌道右側(cè)端點(diǎn)，再將小球a從Q處由靜止釋放，兩球碰撞后均落在木板上；重復(fù)多次，分別測(cè)出a、b兩球落點(diǎn)的平均位置M、N與O點(diǎn)的距離xM、xN。完成下列填空：（1）記a、b兩球的質(zhì)量分別為ma、mb，實(shí)驗(yàn)中須滿(mǎn)足條件mamb（填“＞”或“＜”）；（2）如果測(cè)得的xP、xM、xN，ma和mb在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)滿(mǎn)足關(guān)系式，則驗(yàn)證了兩小球在碰撞中滿(mǎn)足動(dòng)量守恒定律。實(shí)驗(yàn)中，用小球落點(diǎn)與O點(diǎn)的距離來(lái)代替小球水平飛出時(shí)的速度。依據(jù)是。嘗試解答考點(diǎn)四創(chuàng)新型力學(xué)實(shí)驗(yàn)【典例8】（2024·四川涼山三模）“筋膜槍”是利用內(nèi)部電機(jī)帶動(dòng)“槍頭”高頻沖擊肌肉，緩解肌肉酸痛的設(shè)備。某同學(xué)為了測(cè)量“槍頭”的沖擊頻率，將帶限位孔的塑料底板固定在墻面上，下端帶重錘的紙帶穿過(guò)限位孔并豎直拉直，“槍頭”放在限位孔上方，靠近并正對(duì)紙帶，如圖甲所示。啟動(dòng)筋膜槍?zhuān)砷_(kāi)紙帶，讓紙帶在重錘帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，“槍頭”在紙帶上打下系列點(diǎn)跡。更換紙帶，重復(fù)操作。（1）如圖乙所示的是實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的一條清晰的紙帶，截取其中一段，測(cè)得相鄰點(diǎn)跡間的距離依次為x1、x2、x3、x4，則圖示紙帶的（選填“左”或“右”）端連接重錘；若重力加速度為g，則“槍頭”的沖擊頻率f＝。（2）該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差的主要原因是“槍頭”在打點(diǎn)瞬間阻礙紙帶的運(yùn)動(dòng)，這樣會(huì)導(dǎo)致沖擊頻率的測(cè)量值（選填“大于”“小于”或“等于”）實(shí)際值。嘗試解答創(chuàng)新分析（1）本實(shí)驗(yàn)的目的是測(cè)量“槍頭”的沖擊頻率。（2）“槍頭”在紙帶上打下的點(diǎn)跡與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)類(lèi)似?！镜淅?】（2024·湖南高考12題）在太空，物體完全失重，用天平無(wú)法測(cè)量質(zhì)量。如圖a，某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)動(dòng)力學(xué)方法測(cè)量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)方案，主要實(shí)驗(yàn)