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第 16 讲 力学实验
命题规律 1.命题角度：(1)探究小车速度随时间变化的规律；(2)探究加速度与物体受力、
物体质量的关系；(3)验证机械能守恒定律；(4)验证动量守恒定律；(5)探究弹簧弹力与形变
量的关系；(6)探究两个互成角度的力的合成规律；(7)探究平抛运动的特点；(8)探究向心力
大小与半径、角速度、质量的关系；(9)用单摆测量重力加速度的大小.2.常用方法：控制变
量法、等效替代法、图像法．
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.判断物体是否做
1.细绳与长木板平行 匀变速直线运动
探究小 2.释放前小车应靠近打 2.利用平均速度求
车速度 点计时器 瞬时速度
随时间 3.先接通电源，再释放 3.利用逐差法求平
变化的 小车，打点结束先切 均加速度
规律 断电源，再取下纸带 4.作速度—时间图
4.钩码质量适当 像，通过图像的斜
率求加速度
1.补偿阻力，垫高长木
板使小车能匀速下滑
2.在补偿阻力时，不要
探究加 把悬挂槽码的细绳系
1.利用逐差法或v－
速度与 在小车上，实验过程
t图像法求a
物体受 中不用重复补偿阻力
2.作出a－F图像和
力、物 3.实验必须保证的条
a－图像，确定a与
体质量 件：小车质量m≫槽
F、m的关系
的关系 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
1.应用v＝计算某
n
器，以减少摩擦阻力
时刻的瞬时速度
2.选用质量大、体积
验证机 2.判断mgh 与mv 2
小、密度大的材料 AB B
械能守
3.选取第1、2两点间
－mv
A
2是否在误差
恒定律
允许的范围内相等
距离接近2 mm的纸
3.作出v2－h图像，
带，用mgh＝mv2进行
求g的大小
验证
1.滑块速度的测
1.开始前调节导轨水平
验证动 2.用天平测出两滑块的
量：v＝
量守恒 质量 2.验证的表达式：
定律 3.用光电门测量碰前和 mv＋mv＝mv′
1 1 2 2 1 1
碰后的速度
＋mv′
2 2
例1 (2022·山东日照市一模)某实验小组用如图所示的装置验证动量守恒定律．实验开始前
在水平放置的气垫导轨左端装一个弹射装置，打开控制开关，滑块可被弹射装置向右弹出．
滑块A和滑块B上装有相同宽度的挡光片，在相碰的端面装有轻质弹性架(未画出)．实验开
始前，滑块A被弹射装置锁定，滑块B静置于两个光电门之间．
(1)打开控制开关，滑块A被弹出．数字计时器记录下挡光片通过光电门 1的时间Δt ，挡光
1
片先后通过光电门2的时间Δt 和Δt ，则滑块A(含挡光片)与滑块B(含挡光片)的质量大小关
2 3
系是m ________m (选填“大于”“等于”或“小于”)．
A B
(2)若滑块A和滑块B的碰撞过程中满足动量守恒，则应满足的关系式为______________(用
m 、m 、Δt、Δt、Δt 表示)．
A B 1 2 3
(3)若滑块A和滑块B的碰撞是弹性碰撞，则＝________(用Δt、Δt 表示)．
2 3
例2 (2022·广东卷·11)某实验小组为测量小球从某一高度释放，与某种橡胶材料碰撞导致的
机械能损失，设计了如图(a)所示的装置，实验过程如下：
(1)让小球从某一高度由静止释放，与水平放置的橡胶材料碰撞后竖直反弹．调节光电门位置，使小球从光电门正上方释放后，在下落和反弹过程中均可通过光电门．
(2)用螺旋测微器测量小球的直径，示数如图(b)所示，小球直径d＝______________ mm.
(3)测量时，应__________(选填“A”或“B”，其中A为“先释放小球，后接通数字计时
器”，B为“先接通数字计时器，后释放小球”)．记录小球第一次和第二次通过光电门的
遮光时间t 和t.
1 2
(4)计算小球通过光电门的速度，已知小球的质量为m，可得小球与橡胶材料碰撞导致的机
械能损失ΔE＝____________(用字母m、d、t 和t 表示)．
1 2
(5)若适当调高光电门的高度，将会________(选填“增大”或“减小”)因空气阻力引起的测
量误差．
例3 (2022·安徽合肥市第一次检测)某实验小组为了探究物体加速度与力、质量的关系，设
计了如下实验．
(1)在探究小车加速度a与其质量M的关系时，采用了图(a)所示的方案．
①保持盘中砝码不变，通过增减小车中的砝码个数改变小车的总质量M，利用打出的纸带
测量出小车对应的加速度．下列实验操作合理的是________．
A．为了补偿阻力，把木板的一侧垫高，并将砝码盘用细线通过定滑轮系在小车上
B．先接通电源，待打点计时器正常工作后再释放小车
C．调节滑轮，使细线与木板平行
②图(b)为实验中打出的一条纸带，相邻两个计数点间还有四个点未画出．交变电源的频率
为50 Hz，小车的加速度a＝________ m/s2.(结果保留两位有效数字)
③表格中为实验小组记录的6组实验数据，其中5组数据的对应点已经标在图(c)的坐标纸上，
请用×标出余下的一组数据的对应点，并作出a－图像，由a－图像可得出的实验结论为：
________________________________________________________________________.
F/N M/kg a/(m·s－2)
0.29 1.16 0.25
0.29 0.86 0.34
0.29 0.61 0.48
0.29 0.41 0.72
0.29 0.36 0.820.29 0.31 0.94
(2)在探究小车加速度a与所受力F的关系时，设计了图(d)所示的方案．其实验操作步骤如
下：
a．挂上砝码盘和砝码，调节木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑；
b．取下砝码盘和砝码，测出其总质量为m，并让小车沿木板下滑，测出加速度a；
c．改变砝码盘中砝码的个数，重复步骤a和b，多次测量，作出a－F图像．
①该实验方案________(选填“需要”或“不需要”)满足条件M≫m；
②若实验操作规范，通过改变砝码个数，画出的a－F图像最接近图中的________．
考点二 力学其他实验
实验 装置图 实验操作 数据处理
1.作出弹力F随弹
1.应在弹簧自然下垂时， 簧伸长量x变化的
探究弹簧弹 测量弹簧原长l 图线，斜率表示弹
0
力与形变量 2.水平放置时测原长，图 簧的劲度系数
的关系 线不过原点的原因是弹 2.超过弹簧的弹性
簧自身有重力 限度，图线会发生
弯曲1.正确使用弹簧测力计
2.同一次实验中，橡皮条
探究两个互 1.按力的图示作平
结点的位置一定要相同
成角度的力 行四边形
3.细绳套应适当长一些，
的合成规律 2.求合力大小
互成角度地拉橡皮条
时，夹角合适
1.保证斜槽末端水平 1.用代入法或图像
2.每次让小球从斜轨道的 法判断运动轨迹是
探究平抛运 同一位置由静止释放 不是抛物线
动的特点 3.坐标原点应是小球出槽 2.由公式：x＝v 0 t
口时球心在木板上的投 和y＝gt2，求初速
影点 度v＝x
0
1.弹力大小可以通过标尺
探究向心力 作出F－ω2、F－
n n
上刻度读出，该读数显
大小与半 r、F－m的图像，
n
示了向心力大小
径、角速 分析向心力与角速
2.采用了控制变量法，探
度、质量的 度、半径、质量之
究向心力大小与半径、
关系 间的关系
角速度、质量的关系
1.保证悬点固定
1.利用公式g＝求
2.单摆必须在同一平面内
用单摆测量 重力加速度
振动，且摆角小于5°
重力加速度 2.作l－T2的图像，
3.摆长l＝悬线长l′＋小
的大小
可利用斜率求重力
球的半径r
加速度
4.用T＝计算单摆的周期
例4 某同学用图甲所示的装置研究单摆运动的规律，让摆球在竖直平面内做摆动，用力传
感器得到细线对摆球拉力F的大小随时间t变化的图线如图乙所示，且从最低点开始为计时
起点，由图乙中所给的数据结合力学规律可得(1)该同学先用游标卡尺测量小球的直径如图丙所示，其读数为________ cm；
(2)由图像得该单摆的运动周期T＝________ s；
(3)摆球的质量m＝________ kg.(g＝10 m/s2)
例5 (2022·陕西西安市七校高三期末)如图为“探究互成角度的力的合成规律”的实验，三
个细线套L 、L 、L 共系于一个结点，另一端分别系于轻质弹簧测力计 A、B和重物M上，
1 2 3
A挂于固定点P.手持B拉动细线，使结点静止于O点．
(1)某次实验中弹簧测力计A的指针位置如图甲所示，其读数为________ N.
(2)图乙中的 F 与 F′两力中，方向和细线 PO 方向相同的是________(选填“F”或
“F′”)．
(3)下列实验要求中，必要的是________．(填选项前的字母)
A．弹簧测力计B始终保持水平
B．用天平测量重物M的质量
C．细线套方向应与木板平面平行
D．若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而保持细线套结点位置不变，只需调整另一只弹
簧测力计拉力的大小即可
(4)本实验采用的科学方法是________．(填选项前的字母)
A．理想实验法
B．等效替代法
C．控制变量法
D．建立物理模型法
例6 (2022·山东日照市高三期末)物理兴趣小组的同学用图甲所示的装置和频闪照相仪探究
平抛运动的规律．
(1)关于实验注意事项，下列说法正确的是________(选填选项前的字母)；
A．必须将小球从斜槽上的同一位置由静止释放
B．斜槽轨道必须光滑C．必须选择质量大的小球
D．小球运动时不能与方格纸相触
(2)某同学用频闪照相仪拍摄到小球抛出后几个位置的照片如图乙所示，由照片可以判断斜
槽轨道末端向______________倾斜，根据照片也可判断小球在水平方向做匀速直线运动，依
据是________________________________________________________________________；
(3)物理兴趣小组重新调整斜槽轨道末端，规范完成实验，根据拍摄到的一张照片测出小球
不同位置的竖直位移y和水平位移x，以x2为横坐标，以y为纵坐标，在坐标纸上画出对应
的图像为过原点的倾斜直线，测得直线的斜率k＝5，取g＝10 m/s2，由此可得小球做平抛运
动的初速度v＝________ m/s.
0
1．(2022·河南安阳市一模)某实验小组用图中装置探究质量一定的情况下加速度和力的关系．
他们用不可伸长的细线将滑块(含挡光片)通过一个定滑轮和挂有重物的动滑轮与力传感器相
连，细线与气垫导轨平行，在水平气垫导轨的A、B两点各安装一个光电门，A、B两点间
距为x，释放重物，挡光片通过A、B时的遮光时间分别为t 、t ，已知挡光片宽度为d.
A B
(1)实验操作过程中________(选填“需要”或“不需要”)满足重物的质量远小于滑块及挡光
片的质量；
(2)滑块通过AB段时的加速度大小为________(用题中已知的物理量字母表示)；
(3)多次改变重物质量，同时记录细线的拉力大小F，重复上述实验步骤，得到多组加速度a
与拉力F，以a为纵坐标、F为横坐标作图，若图线是________，则物体质量一定的情况下
加速度与合外力成正比的结论成立．
2．(2022·云南第一次统测)某同学用如图甲所示的装置验证动量定理，部分实验步骤如下：
(1)将一遮光条固定在滑块上，用20分度的游标卡尺测量遮光条的宽度，游标卡尺的示数如
图乙所示，则遮光条的宽度d＝________ mm；(2)用天平称得滑块(包含遮光条)的质量m＝380.0 g；
(3)将一与轻弹簧相连的压力传感器固定在气垫导轨左端，一光电门安装在气垫导轨上方，
用滑块将弹簧压缩一段距离后由静止释放，压力传感器显示出弹簧弹力 F随时间t变化的图
像如图丙所示，根据图丙可求得弹簧对滑块的冲量大小为________ N·s；滑块离开弹簧一段
时间后通过光电门，光电门测得遮光条的挡光时间为Δt＝2.0×10－3 s，可得弹簧恢复形变
的过程中滑块的动量增量大小为________ kg·m/s.(计算结果均保留2位有效数字)
