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专题 19 力学实验
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01力学实验····························································································2
考向一 纸带类和光电门类实验问题······························································································2
考向二 弹簧类、橡皮绳类及其他力学实验问题··········································································6
考向三 力学创新拓展类问题········································································································1101力学实验
考向一 纸带类和光电门类实验问题
1．（2023·浙江·高考真题）在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，实验装置如图1所示。
①需要的实验操作有 （多选）；
A．调节滑轮使细线与轨道平行
B．倾斜轨道以补偿阻力
C．小车靠近打点计时器静止释放
D．先接通电源再释放小车
②经正确操作后打出一条纸带，截取其中一段如图2所示。选取连续打出的点0、1、2、3、4为计数点，
则计数点1的读数为 。已知打点计时器所用交流电源的频率为 ，则打计数点2时小车
的速度大小为： （结果保留3位有效数字）。
2．（2023·河北·高考真题）某实验小组利用图装置测量重力加速度。摆线上端固定在 点，下端悬挂一
小钢球，通过光电门传感器采集摆动周期。
（1）关于本实验，下列说法正确的是 。（多选）
A．小钢球摆动平面应与光电门 形平面垂直 B．应在小钢球自然下垂时测量摆线长度
C．小钢球可以换成较轻的橡胶球 D．应无初速度、小摆角释放小钢球（2）组装好装置，用毫米刻度尺测量摆线长度 ，用螺旋测微器测量小钢球直径 。螺旋测微器示数如图，
小钢球直径 ，记摆长 。
（3）多次改变摆线长度，在小摆角下测得不同摆长 对应的小钢球摆动周期 ，并作出 图像，如图。
根据图线斜率可计算重力加速度 （保留3位有效数字， 取9.87）。
（4）若将摆线长度误认为摆长，仍用上述图像法处理数据，得到的重力加速度值将 （填
“偏大”“偏小”或“不变”）。
3．（2024·河南焦作·统考一模）如图1所示为某实验小组“探究加速度与物体所受合力关系”的实验装
置，气垫导轨上滑块（含遮光条）的质量为 ，遮光条的宽度为 ，两光电门间的距离为 ，滑块在气垫
导轨上运动时可以忽略导轨的摩擦力，当地的重力加速度为 ，图中滑轮均为轻质滑轮。（1）本实验 （填“需要”或“不需要”）满足所挂钩码的总质量远小于滑块的质量；
（2）将气垫导轨调至水平，再调整气垫导轨上连接滑块的细绳沿水平方向，气源开通后滑块在钩码重力
的作用下做匀加速运动，遮光条先后通过两个光电门所用的时间分别为 和 ，则滑块加速度 的表达式
为 （用已知量表示）；
（3）保持滑块（含遮光条）的质量 不变，多次改变钩码的质量，记录相应的弹簧秤读数 ，通过（2）
步骤计算各组的加速度 ，描绘出 图像如图2所示（图中 和 为已知量），则滑块质量 的表达式
为 （用已知量表示）；
（4）根据图中的 和 可以推算出，当加速度大小为 时，所挂钩码质量 的表达式为 （用
已知量表示）。
4．（2024·四川绵阳·统考二模）用气垫导轨研究两个滑块在一条直线上碰撞过程中的动能损失。两个滑
块所受合外力为零，在一条直线上碰撞，碰撞前的总动能可表示为 ，碰撞
后的总动能可表示为 ，碰撞的恢复系数定义式是 ，其中E 在
k0
碰撞前后相等，m 、m 为两个滑块的质量，v 、v 为碰撞前两滑块的速度，v 、v 为碰撞后两滑块的速
A B A1 B1 A2 B2
度，速度都是矢量。
研究的实验过程如下，完成实验并回答问题：
（1）碰撞过程中如果没有动能损失，根据碰撞前后总动能的表达式可知，恢复系数e= 。
（2）实验装置如图所示，调节导轨水平，两个滑块上装有宽度都是d=1cm的遮光条，总质量分别是
m =210g，m =190g；在恰当位置安装两个光电门，测量遮光条的挡光时间。
A B（3）某组同学使用的滑块分别装有弹性圈（质量忽略不计），如图甲所示。先使A静止在光电门1左侧，
B静止在光电门1和2之间，然后轻推滑块A，光电门1记录滑块A遮光条的挡光时间是 ，光电门2记
录滑块A遮光条的挡光时间是 ，光电门2记录滑块B遮光条的挡光时间是 。数据如表中“序号”的
1、2、3。
计算完成表格中的速度 ；根据恢复系数定义式，该过程中e= 。（计算
结果均保留3位有效数字）
序号 挡光时间 /ms 速度
1 22.0 ？
2 458.0 0.00218
3 21.2 0.0472
4 35.5 0.0282
5 67.3 0.0149
（4）另一组同学使用的两滑块分别装有撞针和橡皮泥（质量忽略不计），如图乙所示。先使A静止在光
电门1左侧，B静止在光电门1和2之间，然后轻推滑块A，光电门1记录滑块A遮光条的挡光时间是 ，光电门2记录A、B一起运动时其中一条遮光条挡光时间 。数据如上表中“序号”的4、5。
根据表中数据，碰撞前，滑块A、B速度之差 m/s；碰撞后，滑块A、B速度之差
m/s。计算该过程中损失的动能 J（ 计算结果保留1位有效数
字）。
5．（2024·吉林·统考一模）某同学设计实验验证机械能守恒定律，装置如图（a）所示。一质量为m、直
径为d的小球固定于释放装置上，在小球正下方固定四个光电门，调节各光电门的中心，使其与小球的球
心均在同一竖直线上。由静止释放小球，记录小球通过每个光电门的挡光时间，重力加速度为g。
（1）若测得某光电门的中心与释放点的竖直距离为h，小球通过此光电门的挡光时间为 ，则小球从释
放点下落至此光电门中心时的动能增加量 ，重力势能减小量
（用题中字母表示）；
（2）根据实验数据，作出 的图像，如图（b）所示。若图中虚线的斜率 ，则
可验证机械能守恒定律；
（3）经过多次重复实验，发现小球经过第三个光电门时， 总是大于 ，下列原因中可能的是
。
A．第三个光电门的中心与释放点的竖直距离测量值偏大
B．第三个光电门的中心偏离小球下落时球心所在的竖直线C．小球下落过程中受到空气阻力的作用
考向二 弹簧类、橡皮绳类及其他力学实验问题
1．（2023·重庆·高考真题）某实验小组用单摆测量重力加速度。所用实验器材有摆球、长度可调的轻质
摆线、刻度尺、50分度的游标卡尺、摄像装置等。
（1）用游标卡尺测量摆球直径d。当量爪并拢时，游标尺和主尺的零刻度线对齐。放置摆球后游标卡尺示
数如图甲所示，则摆球的直径d为 mm。
（2）用摆线和摆球组成单摆，如图乙所示。当摆线长度l＝990.1mm时，记录并分析单摆的振动视频，得
到单摆的振动周期T＝2.00 s，由此算得重力加速度g为 m/s2（保留3位有效数字）。
（3）改变摆线长度l，记录并分析单摆的振动视频，得到相应的振动周期。他们发现，分别用l和 作
为摆长，这两种计算方法得到的重力加速度数值的差异大小Δg随摆线长度l的变化曲线如图所示。由图可
知，该实验中，随着摆线长度l的增加，Δg的变化特点是 ，原因是 。
2．（2023·山西·高考真题）一学生小组做“用单摆测量重力加速度的大小”实验。（1）用实验室提供的螺旋测微器测量摆球直径。首先，调节螺旋测微器，拧动微调旋钮使测微螺杆和测
砧相触时，发现固定刻度的横线与可动刻度上的零刻度线未对齐，如图（a）所示，该示数为
mm；螺旋测微器在夹有摆球时示数如图（b）所示，该示数为 mm，则摆球的直径为
mm。
（2）单摆实验的装置示意图如图（c）所示，其中角度盘需要固定在杆上的确定点O处，摆线在角度盘上
所指的示数为摆角的大小。若将角度盘固定在O点上方，则摆线在角度盘上所指的示数为5°时，实际摆角
5°（填“大于”或“小于”）。
（3）某次实验所用单摆的摆线长度为81.50cm，则摆长为 cm。实验中观测到从摆球第1次经
过最低点到第61次经过最低点的时间间隔为54.60s，则此单摆周期为 s，该小组测得的重力加
速度大小为 m/s2.（结果均保留3位有效数字，π2取9.870）
3．（2023·北京·高考真题）用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置，探究平抛运动的特点。
（1）关于实验，下列做法正确的是 （填选项前的字母）。
A．选择体积小、质量大的小球 B．借助重垂线确定竖直方向
C．先抛出小球，再打开频闪仪 D．水平抛出小球
（2）图1所示的实验中，A球沿水平方向抛出，同时B球自由落下，借助频闪仪拍摄上述运动过程。图2
为某次实验的频闪照片，在误差允许范围内，根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可判断A球竖直
方向做 运动；根据 ，可判断A球水平方向做匀速直线运动。（3）某同学使小球从高度为 的桌面水平飞出，用频闪照相拍摄小球的平抛运动（每秒频闪25次），
最多可以得到小球在空中运动的 个位置。
（4）某同学实验时忘了标记重垂线方向，为解决此问题，他在频闪照片中，以某位置为坐标原点，沿任
意两个相互垂直的方向作为x轴和y轴正方向，建立直角坐标系 ，并测量出另外两个位置的坐标值
、 ，如图3所示。根据平抛运动规律，利用运动的合成与分解的方法，可得重垂线方向与y
轴间夹角的正切值为 。
4．（2023·浙江·高考真题）在“探究平抛运动的特点”实验中
（1）用图1装置进行探究，下列说法正确的是 。
A．只能探究平抛运动水平分运动的特点
B．需改变小锤击打的力度，多次重复实验
C． 能同时探究平抛运动水平、竖直分运动的特点
（2）用图2装置进行实验，下列说法正确的是 。
A．斜槽轨道M必须光滑且其末端水平
B．上下调节挡板N时必须每次等间距移动
C． 小钢球从斜槽M上同一位置静止滚下
（3）用图3装置进行实验，竖直挡板上附有复写纸和白纸，可以记下钢球撞击挡板时的点迹。实验时竖直
挡板初始位置紧靠斜槽末端，钢球从斜槽上P点静止滚下，撞击挡板留下点迹0，将挡板依次水平向右移
动x，重复实验，挡板上留下点迹1、2、3、4。以点迹0为坐标原点，竖直向下建立坐标轴y，各点迹坐标值分别为y、y、y、y。测得钢球直径为d，则钢球平抛初速度v 为 。
1 2 3 4 0
A． B． C． D．
5．（2023·浙江·高考真题）“探究向心力大小的表达式”实验装置如图所示。
①采用的实验方法是
A．控制变量法 B．等效法 C．模拟法
②在小球质量和转动半径相同的情况下，逐渐加速转动手柄到一定速度后保持匀速转动。此时左右标尺露
出的红白相间等分标记的比值等于两小球的 之比（选填“线速度大小”、“角速度平方”或“周
期平方”）；在加速转动手柄过程中，左右标尺露出红白相间等分标记的比值 （选填“不变”、
“变大”或“变小”）。
6．（2024·湖南长沙·统考模拟预测）某同学采用图甲所示装置探究“弹簧弹力与伸长量的关系”，安装
好实验装置，让刻度尺与弹簧平行放置，弹簧下端连有水平指针。实验时，在弹簧下端逐个加挂钩码，静
止时，记下钩码个数及指针所指刻度 ，填入表格如下。
1 2 3 4 5 6
25.85 27.84 29.65 31.78 33.9 36.02
请回答下列问题∶
（1）表中有一个数值记录不规范，这是挂 个钩码时的读数；
（2）为减小误差，采用逐差法计算弹簧伸长量。利用 计算弹簧的伸长量∶，伸长量的平均值 cm；
（3）实验中，每个钩码的质量均为 ，g取 ，该弹簧的劲度系数为 （结果保
留3位有效数字）；
（4）图乙是同学根据另一次实验数据描绘的弹簧的伸长量 与弹力 的关系图线，图线的 段明显偏
离直线 ，造成这种现象的主要原因是 。
考向三 力学创新拓展类问题
1．（2023·湖北·高考真题）某同学利用测质量的小型家用电子秤，设计了测量木块和木板间动摩擦因数
的实验。
如图（a）所示，木板和木块A放在水平桌面上，电子秤放在水平地面上，木块A和放在电子秤上的重物
B通过跨过定滑轮的轻绳相连。调节滑轮，使其与木块A间的轻绳水平，与重物B间的轻绳竖直。在木块
A上放置n（ ）个砝码（电子秤称得每个砝码的质量 为 ），向左拉动木板的同时，记
录电子秤的对应示数m。
（1）实验中，拉动木板时 （填“必须”或“不必”）保持匀速。
（2）用 和 分别表示木块A和重物B的质量，则m和 所满足的关系式为
。（3）根据测量数据在坐标纸上绘制出 图像，如图（b）所示，可得木块A和木板间的动摩擦因数
（保留2位有效数字）。
2．（2023·辽宁·高考真题）某同学为了验证对心碰撞过程中的动量守恒定律，设计了如下实验：用纸板
搭建如图所示的滑道，使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上，其中OA为水平段。选择相同材质的一元
硬币和一角硬币进行实验。
测量硬币的质量，得到一元和一角硬币的质量分别为 和 ( )。将硬币甲放置在斜面一某一位置，
标记此位置为B。由静止释放甲，当甲停在水平面上某处时，测量甲从O点到停止处的滑行距离OP。将
硬币乙放置在O处，左侧与O点重合，将甲放置于B点由静止释放。当两枚硬币发生碰撞后，分别测量甲
乙从O点到停止处的滑行距离OM和ON。保持释放位置不变，重复实验若干次，得到OP、OM、ON的平
均值分别为 、 、 。
（1）在本实验中，甲选用的是 （填“一元”或“一角”）硬币；
（2）碰撞前，甲到O点时速度的大小可表示为 （设硬币与纸板间的动摩擦因数为μ，重力加速度为
g）；
（3）若甲、乙碰撞过程中动量守恒，则 （用 和 表示），然后通过测得的具体数据
验证硬币对心碰撞过程中动量是否守恒；
（4）由于存在某种系统或偶然误差，计算得到碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化量大小的比值不
是1，写出一条产生这种误差可能的原因 。
3．（2022·全国·高考真题）用雷达探测一高速飞行器的位置。从某时刻（ ）开始的一段时间内，该
飞行器可视为沿直线运动，每隔 测量一次其位置，坐标为x，结果如下表所示：
0 1 2 3 4 5 6
0 507 1094 1759 2505 3329 4233
回答下列问题：
（1）根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动，判断的理由是： ；
（2）当 时，该飞行器速度的大小 ；（3）这段时间内该飞行器加速度的大小 （保留2位有效数字）。
4．（2024·吉林·校联考模拟预测）某同学用如图所示装置做“探究向心力与速度的关系”的实验。半径
均为R的半圆轨道AB和四分之一圆弧轨道CD固定在竖直面内，过CD部分最高点D的切线水平，A、
C、B在同一水平面上，在D点固定一个力传感器，D点在地面的投影为O，从A点正上方P点处由静止
释放一个质量为m的小球，小球沿轨道运动到D点并从D点水平抛出，落地点在Q点（图中未标出）。
（1）对实验的要求，下列说法正确的是 。
A．圆弧轨道越光滑越好B．应选用密度大、体积小的小球
C．P点位置比D点高即可D．为了使力传感器的示数大些，应选用质量小些的球
（2）若实验记录力传感器的示数为F，小球落地点Q到O点的距离为x，改变P点位置进行多次实验，测
得多组F、x，作F—x2图像，如果图像是一条倾斜的直线，当图像与纵轴的截距为 、图像的斜率
为 时（用已知量m、R、g表示），则说明向心力与速度平方成正比。
5．（2024·广东茂名·统考一模）在“用单摆周期公式测量重力加速度”的实验中，某同学利用智能手机
和两个相同的圆柱体小磁粒进行了如下实验：
（1）用铁夹将摆线上端固定在铁架台上，将两个小磁粒的圆柱底面吸在一起，细线夹在两个小磁粒中间，
做成图（a）所示的单摆；
（2）用刻度尺测量悬线的长度 ，用游标卡尺测得小磁粒的底面直径d；
（3）将智能手机磁传感器置于小磁粒平衡位置正下方，打开手机智能软件，测量磁感应强度的变化；
（4）将小磁粒由平衡位置拉开一个小角度，由静止释放，运行手机软件记录磁感应强度的变化曲线如图
（b）所示。试回答下列问题：
①由图（b）可知，单摆的周期为 ；
②重力加速度g的表达式为 （用测得物理量的符号表示）；
③改变悬线长度 ，重复步骤（2）、（3）、（4）的操作，可以得到多组周期T和悬线长度 的值，以为纵坐标（选填“ ”、“ ”或“ ”），以 的值为横坐标，描点作图。若所得的图像如图（c）所示，
图像的斜率为k，则重力加速度的测量值为 。
6．（2024·全国·模拟预测）如图甲所示为一段介绍某老师演示单摆实验的视频。高高挂起一个重球，让
它从老师下颚处由静止释放，发现每隔一小段相同时间，重球又回到老师的面前，且位置略有降低，引起
了同学们的极大兴趣。同学们也像老师一样制作了一个单摆，来讨论此视频， 。
（1）如图乙所示，实验小组用一根不可伸长的轻绳将小铁球固定在铁架台上，调节轻绳的长度进行实验，
记录轻绳的长度L和小铁球摆动的周期T，并作出 图像如图丙所示，由图丙可知当地的重力加速度g
为 m/s2（结果保留三位有效数字），其纵截距的绝对值是指 。
（2）实验小组认为视频中某老师演示时每次小球离开后，返回位置较前一次都略有降低是因为
。
（3）该实验小组分析 图像可知，单摆的周期和摆长间存在定量关系，就从实验室找来仪器制作了如
图丁所示的沙摆，AB线与悬点在同一竖直面内，沙摆静止时沙漏在A点，现沿BA方向匀加速拉动木板时
启动沙摆，结果漏下的细沙近似为一条余弦函数图线，用刻度尺测量时发现沙摆与AB线交点的坐标分别
为 ，已知木板匀加速运动的加速度大小为0.1m/s2，
由此可得摆长为 m（结果保留两位有效数字）。
7．（2024·河南·统考一模）某同学用如图（a）所示的装置验证机械能守恒定律。用细线把钢制的圆柱挂
在架子上，架子下部固定一个小电动机，电动机轴上装一支软笔。电动机转动时，软笔尖每转一周就在钢
柱表面画上一条痕迹（时间间隔为T）。如图（b），在钢柱上从痕迹O开始选取5条连续的痕迹A、B、
C、D、E，测得它们到痕迹O的距离分别为hA、hB、hC、hD、hE。已知当地重力加速度为g。（1）若电动机的转速为3000r/min，则T = s。
（2）实验操作时，应该 。（填正确答案标号）
A．先打开电源使电动机转动，后烧断细线使钢柱自由下落
B．先烧断细线使钢柱自由下落，后打开电源使电动机转动
（3）画出痕迹D时，钢柱下落的速度 。（用题中所给物理量的字母表示）
（4）设各条痕迹到O的距离为h，对应钢柱的下落速度为v，画出 图像，发现图线接近一条倾斜的
直线，若该直线的斜率近似等于 ，则可认为钢柱下落过程中机械能守恒。
8．（2024·云南昆明·统考一模）某实验小组用以下方法探究木板沿水平方向运动的规律。在运动的木板
正上方用细线悬挂一个除去了柱塞的小注射器，注射器内装上墨汁，做成秒摆（周期为 ），如图甲所示。
注射器的平衡位置在木板中线 的正上方，当注射器在竖直平面内摆动时，在木板上留下了墨汁图样，
图样与中线 各交点的距离关系如图乙所示。
（1）由图乙可知，木板向右做 （选填“加速”或“减速”）直线运动；
（2）若木板的运动可视为匀变速直线运动，墨汁滴到木板A点时，木板的速度大小为 ，
木板的加速度大小为 。（计算结果均保留2位有效数字）9．（2024·四川内江·统考一模）某实验小组利用如图所示的实验装置来测量橡皮绳的劲度系数k。将手
机悬挂在橡皮绳下，用手机软件中的位移传感器，可以测量手机在竖直方向上的位移。该实验小组进行了
如下主要的实验步骤：
a.将橡皮绳分别与手机和铁架台相连接，使手机重心和橡皮绳在同一竖直线上；
b.用手掌托着手机，使橡皮绳处于原长状态，打开手机中的位移传感器软件；
c.缓慢释放手机，当手机平衡时记录下手机下降的高度x；
0
d.在手机正下方悬挂不同个数的钩码，每个钩码的质量m=50g，缓慢释放，当钩码平衡时，记录下从橡皮
绳原长开始下降的伸长量x；
e.重复上述d步操作；
f.作出悬挂钩码数量n及对应手机从橡皮绳原长开始下降的伸长量x的关系图像，如图所示。
根据n-x图像，回答以下问题：
（1）不挂钩码时，橡皮绳的伸长量为x= cm；
0
（2）钩码个数n与橡皮绳从原长开始下降的伸长量x之间的函数关系式为n= （用字母k、x、
x、m、g表示）；
0
（3）该橡皮绳的劲度系数k= N/m（取g=10m/s2）。
