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专题18 力学实验
1．（2024·甘肃兰州·一模）某同学利用如图所示装置做“探究加速度与力的关系”和“探究加速度与质量
的关系”实验时，把两个实验的数据都记录在表1 中。数据是按加速度的大小排列的，两个实验的数据混
在一起，而且有一个加速度数据模糊不清（表1 中空格）。
（1）如果模糊的加速度数据是正确的，请推算出其数值并填在表1 中。
表1 实验记录
F/N
m/kg
0.28
0.85
0.33
0.13
0.36
0.36
0.28
0.62
0.45
0.19
0.36
0.53
0.24
0.36
0.67
0.28
0.40
0.28
0.36
0.78
0.28
0.32
0.88
0.34
0.36
0.94
（2）把这些数据拆分填入表2 和表3 中。
表2 探究加速度与力的关系
F/N
0.13
1
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0.36
表3 探究加速度与质量的关系
m/kg
0.85
0.33
（3）本实验中（填“需要”或“不需要”）小车的质量M 远大于小桶和沙的质量m。
（4）本实验最终得出的结论是：。
【答案】 0.70
F/N
0.13
0.19
0.24
0.28
0.34
0.36
0.53
0.67
0.78
0.94
m/kg
0.85
0.62
0.70
0.78
0.88
0.33
0.45
0.40
0.36
0.32
不需要 在误差允许范围内，加速度与力成正比，与质量成反比。
【详解】（1）由牛顿第二定律可知，加速度
故表格1 中第一个空格应填
（2）[1]由表2 所给数据可知，物体的质量为
，只需将
的相应数据填入表格；
[2]由表3 所给数据可知，物体的外力
，将
的相应数据填入表格；
（3）本实验的拉力可以通过拉力传感器测得，故不需要小车的质量M 远大于小桶和沙的质量m。
（4）由于本实验使用控制变量法，有数据可得本实验的结论是：在误差允许范围内，加速度与力成正比，
与质量成反比。
2．（2024·福建漳州·三模）阿特伍德机是英国数学家和物理学家阿特伍德创制的一种著名力学实验装置。
受此原理启发，某学习小组设计了图甲所示装置来探究物体质量一定时加速度与合力关系。主要实验步骤
如下：
2
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①将小桶释放，让质量为m 的物块A 上的挡光片从光电门1 处由静止开始竖直向上运动，记录挡光片从光
电门1 运动到光电门2 的时间t 和此过程中拉力传感器的示数
；
②往小桶里加适量的沙，多次重复步骤①，获得多组与t 对应的F 值。
请回答下列问题：
(1)为完成实验目的，还需要测量的物理量有___________。（填正确答案标号）
A．定滑轮的质量
B．拉力传感器与小桶及桶内沙的总质量M
C．两光电门间的高度差h
(2)物块A 的加速度大小
（用t 和还需要测量的物理量表示）。
(3)根据多组与a 对应的F 值的数据，作出
图像。
①下列图像能正确反映a 随F 变化的规律的是；（填正确答案标号）
A．
B．
C．
②利用正确的
图像，（填“能”或“不能”）测出当地重力加速度大小。
【答案】(1)C (2)
(3) C 能
【详解】（1）（1）AB．物块A 受到的合外力大小
得不需要测量定滑轮的质量
，也不需要测量拉力传感器与小桶及桶内沙的总质量M，故A、B 错误；
C．研究对象为物块A，为了测量加速度大小，由
3
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知还需要测量两光电门间的高度差h，故C 正确。
故选C。
（2）（2）由
解得
故填
。
（3）（3）①[1]由牛顿第二定律
整理得
当
时，解得
,故选C；
②[2]由①的
，可得
利用
图像能测出当地重力加速度大小，故填能。
3．（2024·江西上饶·一模）某学习小组利用手机安装的APP（phyphox）、带刻度尺的轨道、小车、和几
粒小磁粒等，设计了一个测量小车在斜面上做匀变速直线运动加速度的实验。操作如下：
（1）用游标卡尺测量以下长度：小车的车身为
；测得小磁粒直径读数如图乙，为
。
（2）在小车车身前、后端分别固定一个小磁粒。将带刻度尺的轨道一端垫高，形成斜面。小车车身前端
小磁粒中心与“0”刻度线对齐，每次实验小车都从“0”刻度线处无初速度释放。智能手机顶部紧贴轨道，
如图甲所示。第一次将智能手机的左边缘与位置
刻度线对齐，运行智能手机中的phyphox 程序，
打开磁力计。释放小车，当小车从智能手机附近经过时，小车前后端的磁粒引发的空间磁场变化被智能手
机中的磁力计感知并记录下来并将智能手机位置换至
处同样对齐，再做一次。两次操作记录的
数据如图丙所示。由图可知，智能手机磁力计测得小车经过
处用时约为
，根据实验数据可求得
4
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小车经过
处的速度为
（结果保留2 位小数）；同理可得
处速度
，则小车加速度为
（用
，
，
，
表示）。
【答案】 0.515 0.18
【详解】（1）[1]小磁粒直径为
（2）[2]小车经过
处的速度为
（3）[3]根据
小车加速度为
4．（2024·广东·模拟预测）某同学用电子秤、水瓶、细线、墙钉和白纸等物品，在家中“探究两个互成角
度的力的合成规律”的实验。实验步骤如下：
5
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①用电子秤测量3 个水瓶的重量FA、FB、FC，在墙面上贴上白纸，固定两个墙钉P、Q，将3 根细线一端打
结结点为O，其中两根细线跨过墙钉，3 根细线下端挂上水瓶，如图甲；
②等3 个水瓶处于静止时，在白纸上记下结点O 的位置上、记录3 根细线的方向；
③在白纸上按一定的标度作出拉力FA、FB、FC的图示，根据平行四边形定则作出FA、FB的合力F 的图示，
如图乙。回答下面问题：
（1）该实验采用的科学方法是：。
（2）下面实验操作事项中，那些操作可以减小实验误差
A．选用粗糙的绳线
B．记录细线方向时两点的距离远一点
C．夹角∠POQ 尽可能大一些
D．作力的图示时，选用的标度适当的小一点
（3）∠POQ<90°，缓慢增大FB，要保持细线OP 方向不变，下面方法可行的是
A．保持FC不变，缓慢减小FA B．保持FC不变，缓慢增大FA
C．保持FA不变，缓慢减小FC D．保持FA不变，缓慢增大FC
（4）若，两个互成角度的力的合成满足平行四边形定则。
【答案】 等效替代法 BD/DBAD/DA 在误差允许的范围内，F 和FC 等大反向
【详解】（1）[1]该实验采用的科学方法是等效替代法；
（2）[2]A．本实验中，探究的是A、B 水瓶的拉力的合力与C 瓶拉力的关系，所以选用粗糙的绳线不会减
小实验误差，故A 不符合题意；
B．为了确定FA、FB、FC 的方向，记录细线方向时两点的距离远一点，故B 符合题意；
C．为了减小实验误差，夹角∠POQ 尽适当即可，不宜太大或太小，故C 不符合题意；
D．为了减小实验误差，作力的图示时，选用的标度适当的小一点，故D 符合题意。
故选BD。
6
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（3）[3]AB．如图所示
可知缓慢增大FB，要保持细线OP 方向不变，则保持FC 不变，缓慢减小FA，故A 正确，B 错误；
CD．如图所示
可知缓慢增大FB，要保持细线OP 方向不变，应保持FA 不变，缓慢增大FC，故C 错误，D 正确。
7
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故选AD。
（4）[4]若在误差允许的范围内，F 和FC 等大反向，两个互成角度的力的合成满足平行四边形定则。
5．（2024·广东深圳·一模）某同学利用打点计时器分析自身步行时的速度特征，把接在50Hz 的交流电源
上的打点计时器固定在与人腰部等高的桌面上，纸带穿过打点计时器限位孔，一端固定在人腰部，人沿直
线步行时带动纸带运动，打点计时器记录人步行时的运动信息。
(1)选取点迹清晰的纸带，每5 个点取一个计数点，其中连续5 个计数点A、B、C、D、E、F 如下图所示，
纸带中BC 段的平均速度为vBC=m/s。（保留两位有效数字）
(2)沿着计数点位置把纸带裁开并编号，按编号顺序把剪出的纸带下端对齐并排粘贴在坐标纸上，剪出的纸
带长度代表打出这段纸带时间内的平均速度，把每段纸带上边中点连接成线，如下图所示，若用图中曲线
描述人运动的速度一时间关系，如果用纵坐标表示速度大小，横坐标表示时间，则纸带的横宽d 对应横坐
标中的时间长度为s，请根据下图估算该同学的步幅为m。（保留两位有效数字）
【答案】(1)1.1 (2) 0.10 0.53
【详解】（1）[1]相邻两个计数点间的时间间隔T=0.1s，纸带中BC 段的平均速度为
（2）[1][2]纸带的横宽d 对应横坐标中的时间长度为T=0.10s
可把图像看成
图像，同学的步幅为图像一个周期内每段纸带面积之和，该同学的步幅为
6．（2024·全国·模拟预测）某研究小组利用DIS 实验装置验证机械能守恒定律。如图甲所示，内置有光电
门的摆锤通过连接杆与转轴
相连，圆弧轨道上距离相同高度差位置安装有多个宽度相同的遮光片，摆锤
通过遮光片时可记录遮光时间。实验时，摆锤从
点由静止释放，依次记录其通过每个遮光片所对应的时
间。用刻度尺测出每个遮光片中心距最低点
的竖直高度为。
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（1）实验前，用游标卡尺测量遮光片的宽度
。
（2）若取最低点
所在平面为零势能面，摆锤的质量为
，重力加速度为
，则摆锤经过某个遮光片时
的机械能
（用
、、
、、
表示）。
（3）为了更直观的处理数据，研究小组绘制了摆锤摆下过程中动能、重力势能及机械能随高度变化的图
像如图乙所示，仔细对比数据发现，摆锤摆下过程中，重力势能的减少量（填“大于”或“小于”）动能
的增加量；经分析，产生该现象的原因不仅仅是空气阻力对摆锤的影响，请你再写出一个其他原因。
【答案】
大于 连接杆对重锤的作用力对重锤做负功或连接杆与转轴之间有摩擦
力或连接杆的质量不可以忽略等
【详解】（2）[1]摆锤经过某光电门时，其速度为
相对最低点的高度为，则有机械能为
（3）[2][3]通过判断：图像A 描述了机械能在高度减小过程中减小，则可以判断出重力势能减少量大于动
能增加量。也可以通过图像
描述的重力势能的变化和图像
描述的动能的变化判断出同样的结果。以重
锤为对象，重锤摆下的过程中，如果转轴没有摩擦力，并且连接杆是轻杆没有质量，则摆锤的重力对其做
正功，空气阻力对其做负功。但是在实际情况下，转轴有摩擦力和杆的质量不可以忽略，还有杆对摆锤的
作用力对摆锤做负功。故原因可能是连接杆对重锤的作用力对重锤做负功或连接杆与转轴之间有摩擦力或
连接杆的质量不可以忽略等。
7．（2024·湖南长沙·模拟预测）某同学设计了一个“测定平抛运动初速度”的家庭实验装置，如图所示。
在水平桌面上固定一个斜面，把桌子搬到墙的附近，将白纸和复写纸附在墙上，使从水平桌面上滚下的钢
球能打在墙上。每次改变墙壁和桌边之间的距离，让钢球从斜面顶端同一位置滚下，通过碰撞复写纸，在
白纸上记录钢球的落点。
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(1)为了正确完成实验，以下做法必要的是______。
A．实验时应保持桌面水平
B．每次应使钢球从同一位置由静止释放
C．使斜面的底边ab 与桌边重合
(2)在钢球离开桌面的位置固定一点光源，小球离开桌边打到墙壁的运动过程中，钢球在墙面上的影子的运
动应是（ ）
A．自由落体运动
B．变加速直线运动
C．匀速直线运动
(3)实验小组每次将桌子向远离墙的方向平移0.2m，在白纸上记录了钢球的4 个落点，相邻两点之间的距离
依次为15.0cm、25.0cm、35.0cm。重力加速度g=10m/s2，钢球平抛的初速度为m/s。（结果保留两位有效
数字）
【答案】(1)AB (2)C (3)2.0
【详解】（1）A.为了使钢球离开桌面做平抛运动，实验时应保持桌面水平，故A 正确；
B.为了使钢球做平抛运动的初速度相同，每次应使钢球从同一位置由静止释放，故B 正确；
C.若ab 边与桌边重合，则钢球在空中做的可能不是平抛运动，故C 错误。
故选AB。
（2）小球的水平位移
竖直位移
设桌面到墙壁的距离为
，影子竖直向下运动的位移为
，由相似三角形得
解得
因此墙面上影子的运动为匀速直线运动；故选C。
（3）钢球在水平方向做匀速直线运动，每次向右移动
，钢球做平抛运动的时间均匀增大；竖直方向
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上，钢球做自由落体运动，有
得
所以钢球平抛的初速度
8．（2024·山西·一模）寒冷的冬天，在两个相同的纸杯中加上不等量的水，放到室外结冰后脱壳制成两只
冰壶A 和B，之后找一块平整的冰面验证动量守恒定律。主要实验步骤如下：
①在冰面上固定发射装置。通过A 压缩弹簧到
位置，释放后A 沿图甲中虚线运动。在虚线的适当位置取
一点
，测出A 停止滑动时其右侧到
点的距离
；
②多次近过A 压缩弹簧到
，释放A 后重复记录
并取其平均值记为
，如图甲；
③将B 放在冰面上，使其左侧位于
点，并使其直径与图中虚线重合；
④多次通过A 压缩弹簧到
，释放A 后使A 与B 对心正碰，测出A、B 碰后停止滑行时A 右侧和B 左侧与
点的距离并求平均值，分别记为
利
，如图乙所示。
(1)每次都通过A 压缩弹簧到
位置，目的是确保A 到达
时的相同；
(2)实验中还需测量的物理量有_________________（填字母序号）；
A．A 和B 的质量
B．A 和B 的直径
C．A 和B 与冰面间的动摩擦因数
D．发射槽口到
点的距离
(3)验证动量守恒定律的表达式为（用已知量和测得量的符号表示）；
(4)为探究该碰撞是否为弹性碰撞，需判断关系式是否成立（用
表示）。
【答案】(1)速度
(2)A
(3)
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(4)
【详解】（1）每次都通过A 压缩弹簧到
位置，目的是确保A 到达
时的速度相同。
（2）选取向右为正方向，动量守恒定律的表达式为
根据动能定理有
联立可得
实验中还需测量的物理量是A 和B 的质量。
故选A。
（3）选取向右为正方向，动量守恒定律的表达式为
根据动能定理有
联立可得
（4）若碰撞为弹性碰撞，还应满足机械能守恒，表达式为
结合（3）中关系式可得
9．（2024·广东汕头·一模）有一款称为“一抽到底”的纸巾盒改进装置，如图所示，该装置由两块挡板和
弹簧组成，弹簧连接两块挡板。该装置放在纸巾盒底部，可将整包纸巾顶起，以保持最上面的纸巾能够在
纸巾盒取用口。科技实践小组的同学为了研究该装置中弹簧的特征，做了以下实验：
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科技实践小组设计如图所示，测量出数据记录于下表格：
实验次数
1
2
3
4
5
砝码质量m/g
10
20
30
40
50
弹簧长度l/cm
4.51
4.03
3.48
3.27
2.46
弹簧形变量
0.99
1.47
2.02
2.23
3.04
(1)依据测量数据画出
图像如图所示，观察图像可发现，其中第次数据误差较大，应该剔除；
(2)根据图像可得劲度系数
N/m（结果保留两位有效数字，g 取10N/kg）；
(3)在使用过程中，盒子里的纸巾越来越少，弹簧的弹性势能（选填“不变”、“逐渐变大”或“逐渐变
小”）。
【答案】(1)4 (2)20 (3)逐渐变小
【详解】（1）由图可知，第4 次的描点不在线上，出现明显偏差，故第4 次数据误差较大，应该剔除；
（2）根据胡克定律
可得
由图像斜率可得
解得
（3）在使用过程中，盒子里的纸巾越来越少，纸巾盒的重力减少，弹簧的型变量减少，故弹簧的弹性势
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能逐渐变小。
10．（2024·广西河池·一模）某实验小组为了验证小球所受向心力与角速度、半径的关系，设计了如图甲
所示的实验装置，转轴MN 由小电机带动，转速可调，固定在转轴上O 点的力传感器通过轻绳连接一质量
为m 的小球，一根固定在转轴上的光滑水平直杆穿过小球，保证小球在水平面内转动，直杆最外边插一小
遮光片P，小球每转一周遮光片P 通过右边光电门时可记录遮光片最外边的挡光时间，某次实验操作如下：
(1)用螺旋测微器测量遮光片P 的宽度d，测量结果如图乙所示，则
mm。
(2)如图甲所示，安装好实验装置，用刻度尺测量遮光片最外端到转轴O 点的距离记为，测量小球球心到转
轴O 点的距离记为
。开动电动机，让小球转动起来，某次遮光片通过光电门时光电门计时为t，则小球
此时的角速度等于。（用字母d、t、
、
中的部分字母表示）
(3)验证向心力与半径关系时，让电动机匀速转动，遮光片P 每次通过光电门的时间相同，调节小球球心到
转轴O 点的距离
的长度，测出每一个
的长度以及其对应的力传感器的读数F，得出多组数据，画出
的关系图像应该为。
(4)验证向心力与角速度关系时让小球球心到转轴O 点距离
不变，调节电动机转速，遮光片P 每次通过光
电门的时间不同，记录某次挡光时间t 同时记录此时力传感器的读数F，得出多组F 与t 的数据，为了准确
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验证小球所受向心力F 与角速度ω 的关系，利用实验测量应画（选填“
”“
”“
”或“
”）关系图。
【答案】(1)
(2)
(3)A (4)
【详解】（1）根据螺旋测微器的读数原理地
（2）遮光片通过光电门时光电门计时为t 时遮光条地线速度为
所以小球此时的角速度为
（3）遮光片P 每次通过光电门的时间相同，L1、d 不变，则
不变，由
可知
的关系图像为过原点得倾斜直线。
故选A。
（4）由
为了准确验证小球所受向心力F 与角速度ω 的关系，利用实验测量应画
图像。
11．（2024·安徽蚌埠·三模）如图甲所示，
是质量为
的小滑块，
是长度为、右端高度可调节的滑
板，位移传感器
能将滑块
到
的距离数据实时传送到计算机中，得到
运动的位移-时间
图像或
速率-时间
图像。
（1）某次实验时，测得
，
，将滑块A 从滑板顶端释放，得到A 下滑时的
图像如图乙
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所示，由图像可得滑块下滑时的加速度
，若
取
，则可求出滑块与滑板间的动摩擦因数约
为．
（2）若将滑板换成等长的气垫导轨，忽略滑块下滑时的摩擦力，该装置还可用来验证牛顿第二定律。要
验证力一定时，加速度与质量成反比的关系，保持l 不变，当改变滑块质量
时，还需保持（用所给的字
母表示）不变，测出相应的加速度加以验证。
【答案】 5
mh
【详解】（1）[1]由图像的斜率可知加速度为
=5
[2]根据牛顿第二定律可知
根据几何关系可知
，
解得
（2）[3]根据牛顿第二定律有
即
所以要验证力一定时，加速度与质量成反比的关系，保持l 不变，当改变滑块质量
时，还需保持
不变，
测出相应的加速度加以验证。
12．（2024·湖南衡阳·模拟预测）某同学用如图甲所示的实验装置做“用单摆测重力加速度”的实验。细
线的一端固定在一力传感器触点上，力传感器与电脑屏幕相连，能直观显示细线的拉力大小随时间的变化
情况，在摆球的平衡位置处安放一个光电门，连接数字计时器，记录小球经过光电门的次数及时间。
(1)用游标卡尺测量摆球直径d，结果如图乙所示，则摆球直径
cm；
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(2)将摆球从平衡位置拉开一个合适的角度，由静止释放摆球，摆球在竖直平面内稳定摆动后，启动数字计
时器，摆球某次通过光电门时从1 开始计数计时，当摆球第n 次（n 为大于3 的奇数）通过光电门时停止计
时，记录的时间为t，此过程中计算机屏幕上得到如图丙所示的
图像，可知图像中两相邻峰值之间的
时间间隔为。
(3)若在某次实验时该同学未测量摆球直径d，在测得多组细线长度l 和对应的周期T 后，画出
图像。
在图线上选取M、N 两个点，找到两点相应的横、纵坐标，如图丁所示，利用该两点的坐标可得重力加速
度表达式
。
【答案】(1)1.240 (2)
(3)
【详解】（1）摆球直径为
（2）图像的峰值对于小球经过最低点，每个周期小球经过两次该位置，可知图像中两相邻峰值之间的时
间间隔为
（3）根据单摆周期公式
可得
可知
图像的斜率
由图丁可知
故重力加速度表达式为
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