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力学实验讲义（学霸版）
课程简介：PPT(第 1 页)：同学好，我们又见面了，上次课讲的内容
巩固好了么，要是感觉有什么问题，可以课后和我联系，我们今天的
内容是关于力学实验的相关概念和知识点，让我们来一起看一下。
PPT(第 2 页):力学实验部分是高考重点内容，主要内容：
1、研究匀变速直线运动；
2、探究弹力和弹簧伸长的关系；
3、验证力的平行四边形定则；
4、验证牛顿运动定律；
5、探究动能定理
6、验证机械能守恒定律
PPT(第 3 页):我们看一下目录，还是老样子，梳理知识体系和解决经
典问题实例。
PPT(第 4 页)：我们先来看一下知识体系的梳理部分。
PPT(第 5 页)：这是我们关于力学实验的总框架，知识点部分包括：
1、研究匀变速直线运动；
2、探究弹力和弹簧伸长的关系；
3、验证力的平行四边形定则；
4、验证牛顿运动定律；
5、探究动能定理；
6、验证机械能守恒定律。PPT(第 6 页)：OK，我们先说一下研究匀变速直线运动。
1．纸带的选取：一般实验应用点迹清晰、无漏点的纸带中选取有足
够多点的一段作为实验纸带。在“验证机械能守恒定律”实验中还要
求纸带包含第一、二点，并且第一、二两点距离接近 2.0mm。
2．根据纸带上点的密集程度选取计数点。打点计时器每打 n 个点取
一个计数点，则计数点时间间隔为n 个打点时间间隔，即T=0.02n（s）。
一般取 n＝5，此时 T=0.1s。
3．测量计数点间距离。为了测量、计算的方便和减小偶然误差的考
虑，测量距离时不要分段测量，尽可能一次测量完毕，即测量计数起
点到其它各计数点的距离。如图所示，则由图可得：
S s ， S s s ， S s s ， S s s ， S s s ，
I 1 II 2 1 III 3 2 IV 4 3 V 5 4
S s s
VI 6 5 s
s 5
s 4
s 3
2
s
1
0 1 2 3 s 6
6
S S S S 4 S S
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
PPT(第 7 页)：再看一下接下来的内容：
4．判定物体运动的性质：
⑴若S 、S 、S 、
S
、
S
、
S
基本相等，则可判定物体在实验误
I II III IV V VI
差范围内作匀速直线运动。
⑵设△s =S －S ，△s =S －S ，△s =
S
－S ，△s =
S
－
S
，
1 II I 2 III II 3 IV III 4 V IV
△s = －
S S
5 VI V
若△s 、△s 、△s 、△s 、△s 基本相等，则可判定物体在实验误差
1 2 3 4 5范围内作匀变速直线运动。
⑶测定第 n 点的瞬时速度。物体作匀变速直线运动时，在某段时间内
的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。即测出第 n 点的相邻的前、后
两段相等时间 T 内的距离，由平均速度公式就可求得，如上图中第 4
S S s s
点的瞬时速度为：v IV V 5 3 。
4 2T 2T
PPT(第 8 页):好，我们再来看看下面的部分。
⑷测定作匀变速直线运动物体的加速度，一般用逐差法求加速度。将
如上图所示的连续相等时间间隔 T 内的位移S 、S 、S 、
S
、
S
、
I II III IV V
S S S S
S 分成两组，利用 s aT2 可得： a IV I 、 a V II 、
VI 1 3T2 2 3T2
S S a a a
a VI III ，再算出的a 、a 、 a 平均值，即：a 1 2 3 就是所
3 3T2 1 2 3 3
测定作匀变速直线运动物体的加速度。若为奇数组数据则将中间一组
去掉，然后再将数据分组利用逐差法求解。
PPT(第 9 页)：我们来看一下验证力的平行四边形定则
1、实验原理
一个力 F 的作用效果与两个共点力一和疋的共同作用效果都是
把橡皮条拉伸到某点，则 F 为 F1 和 F2 的合力．作出 F 的图示，再根
据力的平行四边形定则作出 Fl 和 F2 的合力 F’的图示，比较 F’与
F 在实验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同，即可验证力的
平行四边形定则．
2、实验注意事项
(1)结点 0：
①定位 0 点时要力求准确．②同一次实验中橡皮条拉长后的 0 点必须保持不变．
(2)拉力：
①用弹簧秤测拉力时要使拉力沿弹簧秤轴线方向．
②应尽量使橡皮条、弹簧秤和细绳套位于与纸面平行的同一平面内，
细绳套适当长些。
③两个分力 F1、F2 间的夹角θ不要太大或太小．以 600 至 1200 为宜。
(3)作图：
①在同一次实验中，选定的比例要相同．
②严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力．
3、误差剖析
(1)弹簧秤本身存在误差．
(2)读数误差：为减小误差，读数时眼睛一定要正视刻线，按有效数
字的要求正确读数并记录数据．
(3)作图误差：作图时，两力的对边一定要平行；铅笔尖要尽量细；
图的比例要合适．
PPT(第 10 页)：再看一下验证牛顿运动定律
1、实验原理
(1)实验的基本思想——控制变量法
物理学中研究三个量或多个量之间的关系时，要用控制变量法．研究
时先保持某个(或某些)量不变，研究另外两个量之间的关系；再保持
另一个(或一些)量不变，研究其余两个量之间的关系；然后综合起来
得出结论．本实验研究三个变量：加速度 a、拉力 F、质量 m(小车)
的定量关系，需采用控制变量法．
①保持研究对象即小车的质量不变，改变砂桶内砂的质量，即改变拉力，测出对应不同拉力时小车的加速度，验证加速度是否正比于拉力．
②保持小桶内砂的质量不变，改变研究对象的质量，即往小车内加砝
码，测出对应不同质量时小车的加速度，验证加速度是否反比于质量．
(2)实验中拉力的测量方法——近似法
①小车质量的测量：小车的质量可以利用天平测出，在小车上加放砝
码可改变小车的质量．
②拉力的测量：本实验通过装砂的小桶给小车以拉力，此拉力也等于
小车受到的合力．在小桶和砂的总质量远小于小车质量的情况下，可
以认为小桶和砂的重力近似等于对小车的拉力．因此用天平测出砂桶
(包括砂)的质量，即可得拉力 F 改变小桶中砂的多少即可改变拉力的
大小．
PPT(第 11 页)：再看一下接下来的内容-说明：实际测量中可通过平
衡摩擦力的方法来消除摩擦力的影响．
③加速度的测量：在小车的后面拖上纸带，利用打点计时器打出的纸
带测加速度．
(3)实验数据的处理方法一图象法，化曲为直的方法
①研究 a 和 F 的关系：以加速度 a 为纵坐标，以 F 为横坐标，根据测
量的数据描点，然后作出图象，看图象是否是通过原点的直线，就能
判断 a 与 F 是否成正比．
②研究 a 与 m 的关系：因为 a 一 m 图象是双曲线，通过曲线判断两个
量是不是反比关系，相当困难．若 a 和 m 成反比，则 a 一 1／m 必成
正比．我们采取“化曲为直”的思想，以 a 为纵轴，以 1／m 为横轴，作出 a 一 l／m 图象，若 a 一 1／m 的图象是一条直线，说明 a 与 l／
m 成正比，即 a 与 m 成反比．
PPT(第 12 页)：再看一下接下来的内容
3、实验注意事项
(1)平衡摩擦力
实验中要保证小车受到的合力等于拉力，必须消除摩擦力的影响，这
就需要平衡摩擦力．
方法：在木板无滑轮的一端下面垫一垫木，反复移动其位置，直到拖
在小车后面的纸带上打出的点距均匀为止．此时重力沿斜面向下的分
力等于物体受到的摩擦力．实验时小车受到的合力等于细线对小车的
拉力．
注意：①整个实验平衡摩擦力后，后续实验中都无须重新平衡摩擦力；
②平衡摩擦力时不要挂小桶，后面要连上纸带．
(2)要保证砂桶(包括砂)的质量远小于小车的质量,只有在小车(包括
上面的砝码)的质量远大于砂桶(包括砂)的总质量的条件下，砂和砂
桶的总重力才可视为等于小车受到的拉力．
(3)作图时不要画成折线
根据测量数据所描出的点，绝大多数都靠近某条直线，但并不严格都
在这条直线上，连线时让大多数点在直线上即可，不在直线上的点均
匀分布在直线两侧，个别偏离较远的点舍去．
PPT(第 13 页)：4、误差剖析
①把砂和小桶的总重力作为小车的拉力，产生的误差是系统误差；②测纸带上打点间距计算加速度可能引起误差；
③摩擦力平衡过大或不够可能引起误差．
PPT(第 14 页)：再看一下接下来的内容-验证机械能守恒定律
1、实验原理
在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转
化，但总的机械能守恒．若物体从静止下落高度为 h 时的速度为 a，
恒有 mgh=mv2/2．故只需借助打点计时器，通过纸带测出重物某时刻
的下落高度 h 和该时刻的瞬时速度 v，即可验证机械能守恒定律．
PPT(第 15 页)：再看一下验证机械能守恒定律剩余内容：
2、实验注意事项
(1)实验前的准备
①打点计时器安装时应注意，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，以
减少摩擦阻力．
②重锤应选择质量较大的，从而使重力远大于下落过程中受到的阻力．
(2)实验过程
因为实验要求第一个点对应重锤开始下落的时刻，这就要尽量使每点
都要清晰，为此应先接通电源，待打点计时器正常工作后再松开纸带．
(3)测量和数据处理
①测量长度时，都必须从起始点开始，只进行一次刻度对齐，读出各
段数值，以减少因测量次数过多而带来的误差．
②实验不用测重锤的质量，只需验证 gh 是否等于 vn2／2 即可．
③纸带的选取：若选第一个点为计时起点(该点速度为零)，则应选择第一、二两点间的距离接近 2mm 且点迹清晰的纸带进行测量；如果纸
带开始的点迹不清晰，也可以选择中间的一段来进行验证
PPT(第 16 页)：3、误差剖析
①本实验中因重锤和纸带在下落的过程中要克服阻力做功，故动能
的增加量一定略小于重力势能的减少量，这是不可避免的，属于系统
误差，改进的方法是调整器材的安装，尽可能地减少阻力．
②本实验的另一误差来源于长度的测量，属于偶然误差．
PPT(第 17 页)：再看一下探究弹力和弹簧伸长的关系部分的内容。
1、实验原理
弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和所受外力大小相等．这
样弹力的大小可以通过测定外力而得出(可以用悬挂砝码的方法给弹
簧施加拉力)；弹簧的长度可用刻度尺测出．多测几组弹力 F 与对应
的弹簧伸长量的数据，用列表或作图的方法得出弹力与弹簧伸长的定
量关系．
2、实验警示
(1)测量有关长度时，应区别弹簧原长 L0、实际长度 L 及伸长量 X 三
者之间的不同，明确三者之间的关系．
(2)描线的原则是尽量使各点落在画出的线上，可允许少数点分布于
线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线．
PPT(第 18 页)：再看一下
3、误差剖析
(1)由于弹簧自身重力的影响，不挂砝码时弹簧的长度略大于弹簧的自然长度；
(2)读取刻度时存在偶然误差；
(3)描点作图线时存在误差．
PPT(第 19 页)：再看一下探究动能定理
1、实验原理
采用如图所示装置，让小车在橡皮筋作用下弹出，使小车获得速
度后沿木板匀速滑行。当用一条橡皮筋弹出时对小车做的功记为形，
则用两条、三条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第 2 次、第 3
次……实验，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放时，实验中橡皮筋对
小车做的功就是第 l 次的 2 倍(2W)、3 倍(3W)……．橡皮筋每次实验
做的功使小车获得的速度根据打点计时器打出的纸带得到．当得出若
干组功和速度的数据后，以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，分别以小
车获得的速度 v、v2、为横坐标，以第 l 次实验时的功 W 为单位，用
描点法分别作出 W 一 V、W 一 V2、W 一曲线，分析曲线，得出橡皮筋
对小车做的功与小车获得速度的定量关系．
PPT(第 20 页)：2、实验警示
(1)每次实验中小车要拖动到同一位置．
(2)长木板要倾斜，使小车能在长木板上匀速运动．
(3)实验中不用测小车的质量．
(4)实验中测定的速度应是橡皮筋恢复形变以后小车的速度，所以应
选用那些间距较大，且相对均匀的点来测量和计算．
3、误差剖析①每个橡皮筋的劲度系数不同和每次拉伸的长度不完全一致，造成橡
皮筋对小车做的功不是整数倍关系引起误差；
②不完全平衡摩擦力或平衡摩擦力过大，造成实验中除橡皮筋的拉力
做功外，还有其他力做功，并由此造成最末阶段纸带上点的间隔不均
匀而引起测量速度的误差．
PPT(第 21 页)：这是我们的总图，因为图片有点大，可以下载下来进
行研究。
PPT(第 22 页)：接下来我们来一起看一下经典题型部分，注意我们在
梳理过程中，也应该就将我们经常遇到的经典知识点也梳理上去，这
样才能既梳理巩固清楚知识体系，也能清楚出题目的方向。
PPT(第 23—24 页)：第 1 题和答案。
PPT(第 25 页)：回顾落实。看完视频题目后，有没有学会如何运用知
识体系来解题？我们再次总结一下梳理知识体系的重要性吧。
PPT(第 26 页)：再来回顾下我们的要点：
（1）研究匀变速直线运动主要考察打点计时器系列实验中纸带的处
理；
（2）验证力的平行四边形定则主要是体现出等效性；
（3）验证牛顿运动定律的原理就是控制变量法；
（4）验证机械能守恒定律中需借助打点计时器，通过纸带测出重物
某时刻的下落高度 h 和该时刻的瞬时速度 v，即可验证机械能守恒定
律；
（5）弹簧的长度可用刻度尺测出．多测几组弹力 F 与对应的弹簧伸
长量的数据，用列表或作图的方法得出弹力与弹簧伸长的定量关系；
（6）用描点法分别作出 W 一 V、W 一 V2、W 一曲线，分析曲线，得出橡皮筋对小车做的功与小车获得速度的定量关系。
PPT(第 27 页)：课后作业布置，请认真完成我们准备的题目，因为对
应的题型可以充分的对咱们学习内容进行很好的巩固和加强，所有题
目难度不是太大，但是是对所学内容非常好的融汇与渗透，也是对学
习效果非常好的检验。在解答过程中一定要仔细哦。
PPT(第 28 页)：谢谢同学，我们下次再见！
