考向一 力学实验

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专题十七 实验
考向一 力学实验
2025年高考物理专题复习资料
考点切片
考点1 测量做直线运动物体的瞬时速度
1.（2023全国甲卷）某同学利用如图甲所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度
与时间的关系。让小车左端和纸带相连，右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连。钩码下落，
带动小车运动，打点计时器打出纸带。某次实验得到的纸带和相关数据如图乙所示。
（1） 已知打出图乙中相邻两个计数点的时间间隔均为。以打出 点时小车位置为
初始位置,将打出、、、、各点时小车的位移 填到表中，小车发生对应位移所
用时间和平均速度分别为和。表中______,_____ 。
位移区间
6.60 14.60 34.90 47.30
/ 66.0 73.0 87.3 94.6
80.0
【解析】 由题图乙中纸带的相关数据可知
,由平均速度的定义可知
。
（2） 根据表中数据,得到小车平均速度随时间 的变化关系，如图丙所示。在图中补
全实验点。
【答案】 如图所示
【解析】 将坐标点 在题图丙中描点,如答图所示。
（3） 从实验结果可知，小车运动的 图线可视为一条直线，此直线用方程
表示，其中_____,_____ 。（结果均保留 3位有效数字）
70.0
59.0
【解析】 将答图中的实验点用直线拟合,如答图所示,可知斜率
,截距 。
（4） 根据（3）中的直线方程可以判定小车做匀加速直线运动，得到打出 点时小车
的速度大小___，小车的加速度大小____。（结果用字母、 表示）
【解析】 小车做匀加速直线运动,有,变形可得 ,
故在时,即打出点时小车的速度大小,小车的加速度大小满足 ,即
。
跳跳学长来避坑
（1）对于横、纵轴的单位要辨别清楚,计算斜率时先识别纵、横轴的起始值是否为零。
（2）计算结果按照要求保留有效数字。
考点2 探究弹簧弹力与形变量的关系
2.（2024黑龙江哈尔滨模拟）某实验小组利用如图所示的实验装置测量弹簧的劲度系数，
让毫米刻度尺的0刻度线与弹簧上端对齐，实验时通过改变弹簧下端悬挂的钩码数量，
改变弹簧的弹力，并利用刻度尺读出对应的弹簧长度 。
（1） 下列说法不正确的是______［多选］。
BCD
A.悬吊钩码时，应在钩码静止后再读数
B.每次必须增加相同个数的钩码，钩码的总重力与弹力 大小相等
C.如果未测量弹簧原长，实验就无法得到弹簧的劲度系数
D.用几个不同的弹簧分别测出几组弹力与伸长量，得出弹力与伸长量之比相等
【解析】 悬吊钩码时,应在钩码静止后再读数,防止钩码摆动过程影响示数。
每次增加的钩码个数不需要相同,钩码的总重力与弹力大小相等。 未测量弹簧原长,
通过图像的斜率也可以得到弹簧的劲度系数。 实验中应以同一根弹簧为实验
对象,不同的弹簧劲度系数可能不同,得出弹力与伸长量之比可能不相等。本题选不正确
的,故选 。
（2） 实验小组先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用刻度尺测出弹簧的原长 ，再
把弹簧竖直悬挂起来。挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度，把 作为弹簧的伸长
量，则作出的弹簧弹力与弹簧的伸长量 之间的关系图像，可能正确的是___。
B
A. B. C. D.
【解析】 胡克定律,公式中 为形变量,由于题目中没有考虑到弹簧自身重力,使得
当弹力为零时弹簧的伸长量不为零,故弹簧弹力与弹簧的伸长量之间的关系图像交于
轴。故 错误,B正确。
（3） 通过图像的斜率求出弹簧的劲度系数，则 ______（选填“大于”“小于”或
“等于”）劲度系数的真实值。
等于
【解析】 通过 图像的斜率求出的弹簧劲度系数等于弹簧真实的劲度系数。
（4） 若实验中毫米刻度尺没有完全竖直，而读数时视线保持水平，则由实验数据测量
得到的弹簧劲度系数将______（选填“偏大”“偏小”或“不受影响”）。
偏小
【解析】 若实验中刻度尺没有完全竖直,则测得的弹簧伸长量偏大,因此得到的弹簧劲度
系数偏小。
跳跳学长有话说
在实验操作过程中需要注意的环节
1.弹簧下挂钩码不能随意增加,弹簧伸长量不能超过弹性限度。
2.测量弹簧长度时,一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量,刻度尺要保持竖直并
靠近弹簧,以免增大误差。
考点3 探究两个互成角度的力的合成规律
3.（2024海南卷）为验证两个互成角度的力的合成规律，某组同学用两个弹簧测力计、
橡皮条、轻质小圆环、木板、刻度尺、白纸、铅笔、细线和图钉等器材，按照如下实验
步骤完成实验。
图甲
图乙
（1）用图钉将白纸固定在水平木板上；
（2）如图甲、乙所示，橡皮条的一端固定在木板上的 点，另一端连接轻质小圆环，
将两细线系在小圆环上，细线另一端系在弹簧测力计上，用两个弹簧测力计共同拉动小
圆环到某位置，并标记圆环的圆心位置为点，拉力和的方向分别过和 点，大
小分别为、；改用一个弹簧测力计拉动小圆环，使其圆心到 点，
在拉力的方向上标记点，拉力的大小为 ，请完成下列问题：
① 在图乙中按照给定的标度画出、和的图示，然后按平行四边形定则画出、
的合力 。
【答案】 如图所示
【解析】 根据、与 的方向和大小作出的图如答图所示。
② 比较和 ，写出可能产生误差的两点原因：__________________________________
______________________________________。
没有做到弹簧测力计、细线、橡皮条都与木板平行；读数时没有正视弹簧测力计
【解析】 由答图可知与 不完全重合,该误差的原因可能是没有做到弹簧测力计、细
线、橡皮条都与木板平行；读数时没有正视弹簧测力计。
跳跳学长有话说
作图能力是高考的一大考查点,有时直接考查,有时间接考查,本题 通过画力的图示
直接考查考生的作图能力,考生在平常学习时,不仅要注意基础知识、方法等,还要注意提
升自己的能力,比如作图能力、分析综合能力、推理论证能力等。
考点4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系
4.（2025湖南永州一模）某中学实验小组为探究加速度与合力的关系，设计了如图甲所
示的实验装置。主要实验步骤如下:
①按图甲安装实验器材:质量为 的重物用轻绳挂在定滑轮上，重物与纸带相连，动滑
轮右侧的轻绳上端与固定于天花板的力传感器相连，钩码和动滑轮的总质量为 ，图中
各段轻绳互相平行且沿竖直方向；
②接通打点计时器的电源，释放钩码，带动重物上升，在纸带上打出一系列点，记录此
时传感器的读数 ；
③改变钩码的质量，多次重复实验步骤②，利用纸带计算重物的加速度 ，得到多组
、 数据。
请回答以下问题:
（1） 已知打点计时器的打点周期为，某次实验所得纸带如图乙所示，、 、
、、相邻两点之间各有4个点未标出，则重物的加速度大小为_____
（结果保留3位有效数字）。
1.72
【解析】 相邻两个计数点的时间间隔为 ,根据逐差法求出重物的
加速度大小为 。
（2） 实验得到重物的加速度大小与力传感器示数 的关系如图丙所示，图像的斜率
为、纵截距为，则重物质量__，当 时，重物的加速度大小为
___。（结果均用或 表示）
【解析】 对重物,根据牛顿第二定律可得,整理得 ,图像的斜率
,解得重物质量,图像的纵截距为,可得 ,根据滑轮组的特点可知,
钩码的加速度为重物的一半,则有 （【点拨】在相等的时间内重物的位
移为钩码位移的2倍,根据 可得出钩码的加速度为重物的一半。）,对重物有
,当时,联立解得重物的加速度大小为 。
. .
考点5 探究平抛运动的特点
5.（2024四川遂宁模拟）图甲是现代中学物理利用 位移传感器研究平抛运动规律的
实验装置图，接收器（即位移传感器）通过接收做平抛运动的发射器发射出的超声波信
号（发射器按固定时间间隔 发射信号）来采集发射器的位置信息，通过计算机处理实
验数据，准确确定经过各个 时间发射器的位置，从而准确地画出平抛运动轨迹。图乙
是某实验小组获得的平抛实验轨迹，已知背景方格纸均为相同的正方格。
（1） 通过图乙可说明发射器在水平方向上做__________运动；竖直方向上做________
___运动。
匀速直线
自由落体
【解析】 通过题图乙可知相同时间间隔水平方向位移相等,可说明水平方向上发射器做
匀速直线运动；竖直方向上连续相等时间间隔的位移比为 ,可知竖直方向上发
射器做自由落体运动。
（2） 如图丙所示，沿竖直支架 上下移动斜槽，从斜槽同一位置由静止释放物体，
重复多次采集物体下落到水平面的高度和对应的水平位移 的数据，然后通过电脑描
绘出图像如图丁所示，则可以求出物体平抛的初速度____ 。（取重力加
速度 ）
0.1
【解析】 竖直方向,水平方向,整理可得,可知 图像斜
率,解得 。
考点6 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
6.（2023年1月浙江卷）“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
A.控制变量法 B.等效法 C.模拟法
【解析】 探究向心力大小的表达式时采用的实验方法是控制变量法。
（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”）。
角速度平方
不变
【解析】 由向心力公式、、 可知,左右标尺露出的红白
相间等分标记的比值等于两小球的线速度平方之比、角速度平方之比或周期平方的反比；
在加速转动手柄的过程,由于左右两塔轮的角速度之比不变,因此左右标尺露出红白相间
等分标记的比值不变。
考点7 验证机械能守恒定律
7.（2024年6月浙江卷）在“验证机械能守恒定律”的实验中,
（1） 下列操作正确的是___。
A
A. B. C.
【解析】 为了减小阻力对该实验的影响和获取更多的数据点,重锤应该紧靠打点计时器,
手捏住纸带上端释放,A正确。
（2） 实验获得一条纸带,截取点迹清晰的一段并测得数据如图所示。
已知打点的频率为,则打点“13”时,重锤下落的速度大小为_____ （结果保留3位
有效数字）。
3.34
【解析】 打点计时器的打点周期 ,根据匀变速直线运动的推论（【点拨】
匀变速直线运动中,某段时间内中间时刻的速度等于该段时间内的平均速度。）可得
。
（3） 某同学用纸带的数据求出重力加速度,并用此 值计算得出打点“1”
到“13”过程重锤的重力势能减小值为,另计算得动能增加值为（ 为重锤质
量），则该结果______（选填“能”或“不能”）验证机械能守恒定律,理由是___
（填选项前的字母）。
A.在误差允许范围内
B.没有用当地的重力加速度
不能
B
【解析】 在求解重力势能的减少量时,应使用当地的重力加速度 ,故该结果不能验证机
械能守恒定律,选B。
考点8 验证动量守恒定律
8.（2024新课标卷）某同学用如图所示的装置验证
动量守恒定律，将斜槽轨道固定在水平桌面上，轨
道末段水平，右侧端点在水平木板上的垂直投影为
，木板上叠放着白纸和复写纸。实验时先将小球
从斜槽轨道上处由静止释放, 从轨道右端水平飞
出后落在木板上；重复多次,测出落点的平均位置
完成下列填空:
与点的距离。将与半径相等的小球置于轨道右侧端点，再将小球从 处由静止
释放，两球碰撞后均落在木板上;重复多次，分别测出、两球落点的平均位置、 与
点的距离、 。
（1） 记、两球的质量分别为、，实验中须满足条件___（选填“ ”或“
”） 。
【解析】 由于实验中须保证向右运动的小球与静止的小球 碰撞后两球均向右运动,则
实验中小球的质量应大于小球的质量,即 。
（2） 如果测得的、、，和 在实验误差范围内满足关系式_____________
_____________，则验证了两小球在碰撞中满足动量守恒定律。实验中,用小球落点与
点的距离来代替小球水平飞出时的速度。依据是__________________________________
____________________________________________________________________________
_______________________________。
小球从轨道右端飞出后做平抛运动,且小球落点与轨道右端的竖直高度相同,结合平抛运动规律可知,小球从轨道右端飞出后在空中运动的时间相等（合理即可）
【解析】 对两小球的碰撞过程,由动量守恒定律有 ,由于小球从轨
道右端飞出后做平抛运动,且小球落点与轨道右端的竖直高度相同,则结合平抛运动规律
可知,小球从轨道右端飞出后在空中运动的时间相等,设此时间为 ,则
,即 。
图甲
9.（2024山东卷）在第四次“天宫课堂”中，
航天员演示了动量守恒实验。受此启发，某
同学使用如图甲所示的装置进行了碰撞实验，
气垫导轨两端分别安装、 两个位移传感
①测量两个滑块的质量，分别为和 ；
②接通气源，调整气垫导轨水平;
③拨动两滑块,使、 均向右运动；
器，测量滑块与它的距离，测量滑块与它的距离 。部分实验步骤如下：
④导出传感器记录的数据，绘制、 随时间变化的图像，分别如图乙、图丙所示。
回答以下问题:
（1） 从图像可知两滑块在____ 时发生碰撞。
1.0
【解析】 由图像的斜率表示速度可知,两滑块的速度在 时发生突变,即发生
了碰撞。
（2） 滑块碰撞前的速度大小_____ （结果保留2位有效数字）。
0.20
【解析】 由图像斜率的绝对值表示速度大小可知,碰撞前瞬间滑块 的速度大小
。
（3） 通过分析，得出质量为的滑块是___（选填“”或“ ”）。
【解析】 由题图乙知,碰撞前滑块的速度大小,碰撞后 的速度大小约为
,由题图丙可知,碰撞后的速度大小为,对和 的碰撞过程,由
动量守恒定律有,代入数据解得,所以质量为
的滑块是 。
考点9 用单摆测量重力加速度的大小
10.（2023新课标卷）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
（均可）
（均可）
（均可）
图甲所示，该示数为___________________________ ;螺旋测微器在夹有摆球时示数
如图乙所示，该示数为_______________________________ ，则摆球的直径为
_______________________________ 。
【解析】 题图甲中,螺旋测微器固定刻度读数为 ,可动刻度部分读数为
,所以读数为 ；题图乙中,螺旋测微器固定刻度读数
为,可动刻度部分读数为,所以读数为 ；摆
球的直径 。
（2） 单摆实验的装置示意图如图丙所示，其中角度盘需要固定在
杆上的确定点 处，摆线在角度盘上所指的示数为摆角的大小。若
将角度盘固定在点上方，则摆线在角度盘上所指的示数为 时，
实际摆角______（选填“大于”或“小于”） 。
大于
【解析】 角度盘固定在 点时,摆线在角度盘上所指角度为摆角大
小,若将角度盘固定在 点上方,由几何知识可知,摆线在角度盘上所
指的示数为时,实际摆角大于 。
（3） 某次实验所用单摆的摆线长度为，则摆长为_____ 。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 ，则此单摆周期为_____
，该小组测得的重力加速度大小为_____。（结果均保留3位有效数字， 取
）
82.5
1.82
9.83
【解析】 单摆的摆长等于摆线长与摆球半径之和,即 （【易错】
此处考生应注意单摆的摆长应为摆线的长度与摆球半径之和。）；从摆球第1次经过最
低点到第61次经过最低点,单摆完成30次全振动,故单摆的周期 ；由单
摆的周期公式可得,代入相关数据解得 。
. .
跳跳学长敲黑板
（1）螺旋测微器测量摆球直径时,数据以 为单位时保留3位小数。（2）摆线上端点、
角度盘固定点、 指示位置构成三角形,根据三角形判断角度盘固定点上移后实际摆角
与指示值的大小关系。（3）摆球每个周期内两次经过平衡位置,由题确定单摆的周期,然
后根据单摆的周期公式计算出重力加速度的大小。