高考物理二轮复习专题六科学探究第一讲力学实验课件（68页PPT）

(共68张PPT)
专题六　科学探究
第一讲　力学实验
热点题型1　长度测量工具的使用和读数
练1 (1)某同学用游标卡尺的____________(填“内测量爪”“外测量爪”或“深度尺”)测得一玻璃杯的内高，如图甲所示，则其内高为__________ cm。
(2)该同学随后又用螺旋测微器测得玻璃杯的玻璃厚度如图乙所示，则厚度为________ mm。
2.760
10.03
深度尺
(3)该同学测定一金属杆的长度和直径，示数分别如图丙、丁所示，则该金属杆的长度和直径分别为________ cm和__________ mm。
4.18
60.10
解析：
(1)因测量的是玻璃杯的内高即深度，所以要用游标卡尺的深度尺测量，根据题图甲可知，游标卡尺主尺读数为10 cm，游标尺的精确度为0.1 mm，且第3条刻度线(不计0刻度线)与主尺上的刻度线对齐，则玻璃杯的内高为100 mm＋0.1 mm×3＝100.3 mm＝10.03 cm。
(2)螺旋测微器的读数规则：测量值＝固定刻度读数(注意半毫米刻度线是否露出)＋精确度(0.01 mm)×可动刻度读数(一定要估读)，由题图乙可知玻璃厚度为2.5 mm＋0.01 mm×26.0＝2.760 mm。
解析：
(3)由题图丙所示可得金属杆的长度L＝60.10 cm。由题图丁知，此游标尺为50分度，游标尺上第9条刻度线(不计0刻度线)与主尺上的刻度线对齐，则该金属杆直径d＝4 mm＋9×0.02 mm＝4.18 mm。
螺旋测微器和游标卡尺读数的注意点
(1)螺旋测微器读数时要估读，以毫米为单位，小数点后必须为3位，同时注意固定刻度上的半刻度是否露出。
(2)游标卡尺不估读，以毫米为单位，10分度游标卡尺读数结果小数点后只有1位，20分度和50分度游标卡尺读数结果小数点后有2位。
热点题型2　通过测“速度”进行探究、验证的四个实验(纸带类)
1．测量速度的几种方法
2.计算加速度的几种方法
(1)逐差法
(2)图像法：直线的斜率为物体运动的加速度。
[例1] (验证机械能守恒定律)(2025·甘肃卷)某学习小组使用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。把一个直径为d的小球用不可伸长的细线悬挂，光电门置于小球平衡位置处，其光线恰好通过小球球心，计时器与光电门相连。将小球拉离平衡位置并记录其高度h，然后由静止释放(运动平面与光电门光线垂直)，记录小球经过光电门的挡光时间Δt。改变h，测量多组数据。已知重力加速度为g，忽略阻力。
(2)实验中，用游标卡尺测得小球直径d＝20.48 mm。
①由结果可知，所用的是________分度的游标卡尺(填“10”、“20”或“50”)；
50
②小组设计了一把25分度的游标卡尺，未测量时的状态如图所示。如果用此游标卡尺测量该小球直径，则游标尺上第________条刻度线与主尺上的刻度线对齐。
12
解析：
解析：
练2 (探究小车速度随时间变化的规律)(2023·浙江1月选考)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，实验装置如图甲所示。
(1)(多选)需要的实验操作有__________。
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
ACD
(2)经正确操作后打出一条纸带，截取其中一段如图乙所示。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________ cm。已知打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz，则打计数点2时小车的速度大小为__________ m/s(结果保留3位有效数字)。
1.45
2.79
解析：
练3 (验证动量守恒定律)(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O，木板上叠放着白纸和复写纸。实验时先将小球a从斜槽轨道上Q处由静止释放，a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P与O点的距离xP。将与a半径相等的小球b置于轨道右侧端点，再将小球a从Q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a、b两球落点的平均位置M、N与O点的距离xM、xN。
完成下列填空：
(1)记a、b两球的质量分别为ma、mb，实验中须满足条件ma________(填“>”或“<”)mb。
>
(2)如果测得的xP、xM、xN、ma和mb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O点的距离来代替小球水平飞出时的速度，依据是___________________________________________________________________________________________________________________________________________。
maxP＝maxM＋mbxN
小球离开斜槽末端后做平抛运动，竖直方向高度相同故下落时间相同，水平方向做匀速运动，故小球水平飞出时的速度与平抛运动的水平位移成正比
解析：
解析：
小球离开斜槽末端后做平抛运动，竖直方向高度相同故下落时间相同，水平方向做匀速运动，故小球水平飞出时的速度与平抛运动的水平位移成正比。
练4 (探究加速度与物体所受合外力的关系)(2025·山东卷)某小组采用如图甲所示的装置验证牛顿第二定律，部分实验步骤如下：
(1)将两光电门安装在长直轨道上，选择宽度为d的遮光片固定在小车上，调整轨道倾角，用跨过定滑轮的细线将小车与托盘及砝码相连。选用d＝__________cm(填“5.00”或“1.00”)的遮光片，可以较准确地测量遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度。
1.00
(2)将小车自轨道右端由静止释放，从数字毫秒计分别读取遮光片经过光电门1、光电门2时的速度v1＝0.40 m/s、v2＝0.81 m/s，以及从遮光片开始遮住光电门1到开始遮住光电门2的时间t＝1.00 s，计算小车的加速度a＝________m/s2(结果保留2位有效数字)。
(3)将托盘及砝码的重力视为小车受到的合力F，改变砝码质量，重复上述步骤，根据数据拟合出a-F图像，如图乙所示。若要得到一条过原点的直线，实验中应________(填“增大”或“减小”)轨道的倾角。
增大
0.41
(4)图乙中直线斜率的单位为________(填“kg”或“kg-1”)。
kg-1
解析：
热点题型3　五个其他探究、测量型实验
1．“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验
(1)操作：弹簧竖直悬挂；待钩码静止时测出弹簧长度。实验中不能挂过多的钩码，防止弹簧超过其弹性限度。
(2)作图：画图像时，不要连成“折线”，而应尽量让坐标点落在直线上或均匀分布在直线两侧。距离直线过远的点应舍弃。
2．“探究两个互成角度的力的合成规律”实验
(1)等效：每次拉伸，结点的位置O必须保持不变。
(2)拉力：记下每次各力的大小和方向。
3．“探究平抛运动的特点”实验
(1)安装：实验中必须保证通过斜槽末端点的切线水平，木板必须处在竖直平面内，且与小球运动轨迹所在竖直平面平行，并使小球的运动靠近木板但不接触。
(2)释放：小球每次必须从斜槽上同一位置由静止开始滚下，因此，可在斜槽上某一位置固定一个挡板。
(3)图像法处理数据
[例2] (用单摆测重力加速度的大小)(2025·海南卷)小组用如图所示单摆测量当地重力加速度。
(1)用游标卡尺测得小球直径d＝20 mm，刻度尺测得摆线长
l＝79 cm，则单摆摆长L＝________cm(保留四位有效数字)；
(2)拉动小球，使摆线伸直且与竖直方向的夹角为θ(θ＜5°)，无初速度地释放小球，小球经过______点(选填“最高”或“最低”)时，开始计时，记录小球做了30次全振动用时t＝54.00 s，则单摆周期T＝________s，由此可得当地重力加速度g＝______m/s2(π2≈10)。　　
80.00
最低
1.8
9.88
解析：
[例3] (探究平抛运动的特点)(2023·北京卷)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
ABD
(2)图甲所示的实验中，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。图乙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。
自由落体
A球相邻两位置水平距离相等
(3)某同学使小球从高度为0.8 m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xOy，并测量出另外两个位置的坐标值(x1，y1)、(x2，y2)，如图丙所示。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________。
10
解析：
(1)用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置，选择体积小、质量大的小球可以减小空气阻力的影响，A正确；本实验需要借助重垂线确定竖直方向，B正确；实验过程先打开频闪仪，再水平抛出小球，C错误，D正确。
(2)根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可以判断出A球竖直方向做自由落体运动；根据A球相邻两位置水平距离相等，可以判断A球水平方向做匀速直线运动。
解析：
(4)根据题图丙可大致确定小球的初速度方向，根据重垂线方向与初速度方向垂直，可大致画出重垂线方向，即重力加速度方向，如图所示。将重力加速度正交分解到xOy坐标系中，可得gx＝g sin θ，gy＝g cos θ，
解析：
可见小球在x轴方向做匀减速运动，在y轴方向做匀加速运动，由匀变速运动规律有x1－(x2－x1)＝g sin θ·(2T)2，(y2－y1)－y1＝g cos θ·(2T)2，
练5 (探究弹力和弹簧伸长量的关系)(2025·四川卷)某学习小组利用生活中常见物品开展“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验。已知水的密度为1.0×103 kg/m3，当地重力加速度为9.8 m/s2。实验过程如下：
(1)将两根细绳分别系在弹簧两端，将其平放在较光滑的水平桌面上，让其中一个系绳点与刻度尺零刻度线对齐，另一个系绳点对应的刻度如图1所示，可得弹簧原长为________cm。
13.14
(2)将弹簧一端细绳系到墙上挂钩，另一端细绳跨过固定在桌面边缘的光滑金属杆后，系一个空的小桶。使弹簧和桌面上方的细绳均与桌面平行，如图2所示。
(3)用带有刻度的杯子量取50 mL水，缓慢加到小桶里，待弹簧稳定后，测量两系绳点之间的弹簧长度并记录数据。按此步骤操作6次。
(4)以小桶中水的体积V为横坐标，弹簧伸长量x为纵坐标，根据实验数据拟合成如图3所示直线，其斜率为200 m-2。由此可得该弹簧的劲度系数为________N/m(结果保留2位有效数字)。
49
(5)图3中直线的截距为0.005 6 m，可得所用小桶质量为______kg(结果保留2位有效数字)。
0.028
解析：
练6 (探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系)(2023·浙江1月选考)“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
A
(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______________(填“线速度大小”“角速度平方”或“周期平方”)之比；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________(填“不变”“变大”或“变小”)。
不变
角速度平方
解析：
(1)本实验先控制住其他几个因素不变，集中研究其中一个因素变化所产生的影响，采用的实验方法是控制变量法，A正确。
(2)标尺上露出的红白相间的等分格数之比为两个小球所受向心力的比值，根据F＝mrω2，在小球质量和转动半径相同的情况下，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角速度平方之比。小球质量和转动半径相同的情况下，由于两球线速度大小相同，根据
可知两球角速度相同；又根据F＝mrω2，可知向心力大小之比
解析：
为1∶1，逐渐加大手柄的转速，左右标尺露出的红白相间等分标记的比值不变。
练7 (验证力的平行四边形定则)(2023·全国乙卷)在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有：木板、白纸、两个标准弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干。完成下列实验步骤：
(1)用图钉将白纸固定在水平木板上。
(2)将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，并_______(多选，填正确答案标号)。
A．用刻度尺量出橡皮条的长度
B．用刻度尺量出两细线的长度
C．用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置
D．用铅笔在白纸上标记出两细线的方向
CD
(3)撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到______________，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向。
(4)选择合适标度，由步骤(2)的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作F1和F2的合成图，得出合力F′的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力F的图示。
(5)比较F′和F的_______________，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。
大小和方向
相同位置
解析：
(2)将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，还需要用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置以及用铅笔在白纸上标记出两细线的方向，故选CD。
(3)撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到相同位置，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向。
解析：
(5)比较F′和F的大小和方向，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。
力学实验综合性创新题的三个特点
1．力学规律的综合性：运动学规律、力学知识和力学模型的综合。
2．实验技能的基本性：实验方法(控制变量法、等效思维)、数据处理方法(图像法、逐差法)的融入。
3．试题形式的变换性：实验目的和实验原理的迁移，实验器材的等效替换，实验条件的改变，实验方法、数据处理的变换及情境设置的创新；由单一、基本的形式向综合、开放的形式发展。
[例4] (2025·湖南卷)某同学通过观察小球在黏性液体中的运动，探究其动力学规律，步骤如下：
(1)用螺旋测微器测量小球直径D如图1所示，D＝________mm。
2.205
(2)在液面处由静止释放小球，同时使用频闪摄影仪记录小球下落过程中不同时刻的位置，频闪仪每隔0.5 s闪光一次。装置及所拍照片示意图如图2所示(图中的数字是小球到液面的测量距离，单位是cm)。
(3)根据照片分析，小球在A、E两点间近似做匀速运动，速度大小v＝________m/s(保留2位有效数字)。
(4)小球在液体中运动时受到液体的黏滞阻力f＝kDv(k为与液体有关的常量)，已知小球密度为ρ，液体密度为ρ0，重力加速度大小为g，则k的表
达式为k＝______________(用题中给出的物理量表示)。
1.0×10-2
(5)为了进一步探究动力学规律，换成直径更小的同种材质小球，进行上述实验，匀速运动时的速度将____________(填“增大”“减小”或“不变”)。
减小
解析：
(1)根据题图1可知小球直径D＝2 mm＋20.5×0.01 mm＝2.205 mm。
(3)由题图2可知A、E两点间的距离为
x＝(7.02－5.00)×10-2 m＝2.02×10-2 m
时间为t＝4t0＝4×0.5 s＝2 s
所以速度为
解析：
[例5] (2025·重庆卷)弹簧是熄火保护装置中的一个元件，其劲度系数会影响装置的性能。小组设计了如图1所示的实验装置测量弹簧的劲度系数，其中压力传感器水平放置，弹簧竖直放在传感器上，螺旋测微器竖直安装，测微螺杆正对弹簧。
(1)某次测量时，螺旋测微器的示数如图2所示，此时读数为______mm。
(2)对测得的数据进行处理后得到弹簧弹力F与弹簧长度l的关系如图3所示，由图可得弹簧的劲度系数为________N/m，弹簧原长为______mm(均保留3位有效数字)。
7.413
184
17.6
解析：
[例6] (2025·黑吉辽蒙卷)某兴趣小组设计了一个可以测量质量的装置。如图(a)，细绳1、2和橡皮筋相连于一点，绳1上端固定在A点，绳2下端与水杯相连，橡皮筋的另一端与绳套相连。为确定杯中物体质量m与橡皮筋长度x的关系，该小组逐次加入等质量的水，拉动绳套，使绳1每次与竖直方向夹角均为30°且橡皮筋与绳1垂直，待装置稳定后测量对应的橡皮筋长度。根据测得数据作出x-m关系图线，如图(b)所示。回答下列问题：
(1)将一芒果放入此空杯，按上述操作测得x＝11.60 cm，由图(b)可知，该芒果的质量m0＝____g(结果保留到个位)。若杯中放入芒果后，绳1与竖直方向夹角为30°但与橡皮筋不垂直，由图像读出的芒果质量与m0相比________(填“偏大”或“偏小”)。
106
偏大
(2)另一组同学利用同样方法得到的xm图像在后半部分弯曲，下列原因可能的是________。
A．水杯质量过小
B．绳套长度过大
C．橡皮筋伸长量过大，弹力与其伸长量不成正比
(3)写出一条可以使上述装置测量质量范围增大的措施：______________
____________________。
C
减小细绳1与竖
直方向的夹角
解析：
(1)操作测得x＝11.60 cm，由题图(b)的图像坐标可知，该芒果的质量为106 g；
若杯中放入芒果后，绳1与竖直方向夹角为30°但与橡皮筋不垂直，根据共点力平衡可知橡皮条的拉力变大，导致橡皮筋的长度偏大，若仍然根据图像读出芒果的质量与m0相比偏大。
解析：
(2)另一组同学利用同样方法得到的x-m图像在后半部分弯曲，可能是所测物体的质量过大，导致橡皮筋所受的弹力过大超过了弹簧的弹性限度，从而使橡皮筋弹力与其伸长量不成正比，故选C。
(3)根据共点力平衡条件可知，当减小细绳1与竖直方向的夹角时，相同的物体质量对应橡皮筋的拉力较小，故相同的橡皮筋，可减小细绳1与竖直方向的夹角来增大质量测量范围。