01-第14讲 力学实验-2025年高考物理二轮复习课件（含讲义）

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题型1 以“测速度”为核心的实验
【关键能力】掌握力学基础实验,熟悉新课标新增实验. 通过填空、画图、问答等方式加以考查, 在备考中要立足教材基本实验,弄透各种实验仪器的使用方法、实验步骤、数据处理、误差分析等基本实验理论和实验技能.在掌握基础实验上突出创新和变通, 近几年高考中实验的考查更灵活, 从研究对象、测量工具、实验原理、实验器材、处理实验数据方法等方面改变常规实验, 创设新实验情景.
测量物体速度常用的4种方法
1.[2024·福建厦门模拟] 完成以下关于“验证机械能守恒定律”实验相关问题.
(1) 下列是实验时释放纸带前瞬间的状态图，重物和手的位置合理的是___.
A. B. C. D.
[解析] 为了减小实验误差和充分利用纸带，释放前必须保持提起的纸带处于竖直位置，并且使重物靠近打点计时器，故选C.
小球飞出后做平抛运动，由于下落高度一定，故下落时间一定，而小球在水平方向上做匀速直线运动，所以小球水平飞出时的速度与平抛运动的水平位移成正比
3.[2024·甘肃卷] 用图甲所示实验装置探究外力一定时加速度与质量的关系.
(1) 以下操作正确的是___.
A.使小车质量远小于槽码质量B.调整垫块位置以补偿阻力C.补偿阻力时移去打点计时器和纸带D.释放小车后立即打开打点计时器
[解析] 为了使小车所受的合外力大小近似等于槽码的总重力，故应使小车质量远大于槽码质量，故A错误；为了保证小车所受细线拉力等于小车所受合力，则需要调整垫块位置以补偿阻力，也要保持细线和长木板平行，故B正确；补偿阻力时不能移去打点计时器和纸带，需要通过纸带上点迹是否均匀来判断小车是否做匀速运动，故C错误；根据操作要求，应先打开打点计时器再释放小车，故D错误.
(选填“小车”“砝码”或“槽码”)质量比乙组的更大.
A.探究两个互成角度的力的合成规律B.探究加速度与力、质量的关系
(2) 在某次实验中，探究向心力的大小与半径的关系，则需要将传动皮带调至第____层塔轮(选填“一”“二”或“三”)；
3.[2024·广西卷] 单摆可作为研究简谐运动的理想模型.
(1) 制作单摆时，在图甲、图乙两种单摆的悬挂方式中，选择图甲方式的目的是要保持摆动中______不变；
[解析] 选择图甲方式的目的是要保持摆动中摆长不变.
4.[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：
①没有做到弹簧测力计、细线、橡皮条都与木板平行；②读数时没有正视弹簧测力计
1.力学创新性实验的特点(1)以基本的力学模型为载体，依托运动学规律和牛顿运动定律设计实验.(2)将实验的基本方法——控制变量法,处理数据的基本方法——图像法、逐差法融入实验的综合分析之中.
2.创新实验题的解法(1)根据题目情境，提取相应的力学模型，明确实验的理论依据和实验目的，设计实验方案.(2)进行实验，记录数据，应用原理公式或图像法处理实验数据，结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析.
实验器材的等效与替换
1.用气垫导轨代替长木板，应调整导轨水平，不必平衡摩擦力.2.用光电门、频闪相机代替打点计时器.3.用力传感器或已知质量的钩码等代替弹簧测力计.
例1 [2024·江西卷] 某小组探究物体加速度与其所受合外力的关系.实验装置如图1所示,水平轨道上安装两个光电门,小车上固定一遮光片,细线一端与小车连接,另一端跨过定滑轮挂上钩码.
(1)实验前调节轨道右端滑轮高度,使细线与轨道平行,再适当垫高轨道左端以平衡小车所受摩擦力.
[解析] 根据题图2分析可知，与图线甲相比，图线乙的线性区间较大，非线性区间较小.
(5) 请在图2中补充描出第6至8三个数据点，并补充完成图线丙.
[解析] 在坐标系中进行描点，结合其他点用平滑的直线连接各点，使尽可能多的点在线上，不在线上的点均匀地分布在线的两侧.作出图线丙如图所示.
实验方法的拓展与延伸
1.由牛顿第二定律延伸为简谐运动知识;2.用气垫导轨、光电计时器代替长木板和打点计时器；3.设计新的动力学方法测量物体质量.
例2 [2024·湖南卷] 在太空，物体完全失重，用天平无法测量质量.如图甲所示，某同学设计了一个动力学方法测量物体质量的实验方案，主要实验仪器包括：气垫导轨、滑块、轻弹簧、标准砝码、光电计时器和待测物体，主要步骤如下：
(1)调平气垫导轨，将弹簧左端连接气垫导轨左端，右端连接滑块；
[解析] 图线是一条倾斜的直线，说明弹簧振子振动周期的平方与砝码质量为线性关系.
[解析] 换一个质量较小的滑块重做上述实验，则滑块和砝码的总质量比原来的小，要得到相同的周期，应放质量更大的砝码，即同一纵坐标对应的横坐标偏右,相当于同一横坐标对应的纵坐标偏下，则所得图线与原图线相比下移，即沿纵轴负方向移动.
实验方案的创新与设计
1.对于创新性实验的处理,首先找出与常规实验的相通之处;2.对新方案进行分析，找出其中的原理;3.然后运用熟悉的实验原理和数据处理方法进行解答.
例3 [2024·北京卷] 如图甲所示，让两个小球在斜槽末端碰撞来验证动量守恒定律.
(1) 关于本实验，下列做法正确的是____(填选项前的字母).
A.实验前，调节装置，使斜槽末端水平B.选用两个半径不同的小球进行实验C.用质量大的小球碰撞质量小的小球
[解析] 实验中若使小球碰撞前、后的水平位移与其碰撞前、后速度成正比，需要确保小球做平抛运动，即实验前，调节装置，使斜槽末端水平，故A正确；为使两小球发生的碰撞为对心正碰，两小球半径需相同，故B错误；为使碰后入射小球与被碰小球同时飞出，需要用质量大的小球碰撞质量小的小球，故C正确.
用圆规画圆，尽可能用最小的圆把各个落点圈住，这个圆的圆心位置代表平均落点
① 图乙为实验的落点记录，简要说明如何确定平均落点：__________________________________________________________________________.
1.[2024·浙江1月选考] 实验题
Ⅰ.如图甲所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置.
(1) 该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此我们采用的研究方法是___.
A.放大法B.控制变量法C.补偿法
[解析] 研究多个变量之间的关系时，常常采用控制变量法，选项B正确.
(2) 该实验过程中操作正确的是___.
A.补偿阻力时小车未连接纸带B.先接通打点计时器电源，后释放小车C.调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行
[解析] 该实验中，补偿阻力时，不能挂槽码，但需要安装纸带，通过纸带上打点情况来判断是否已平衡了阻力，选项A错误；为了充分利用纸带，得到较多的打点，应先接
通打点计时器的电源，后释放小车，选项B正确；为使小车受到的合力等于细绳的拉力，应调节滑轮高度，使细绳与倾斜导轨平行，选项C错误.
(3) 在小车质量________(选填“远大于” 或“远小于”)槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力.上述做法引起的误差为__________(选填“偶然误差”或 “系统误差”).为减小此误差，下列可行
的方案是___.A.用气垫导轨代替普通导轨，滑块代替小车B.在小车上加装遮光条，用光电计时系统代替打点计时器C.在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小
A.迅速向右偏转后示数逐渐减小B.向右偏转示数逐渐增大C.迅速向左偏转后示数逐渐减小D.向左偏转示数逐渐增大
[解析] 开关与1接通，电源给电容器迅速充电，电容器下极板带正电，开关与2接通后，电容器迅速放电，流过微安表的电流方向与之前相反，并迅速衰减，选项C正确.
(6) 敲击钢尺侧面时若导致小钢球获得了一个水平方向上的未被察觉的小速度，对实验测量结果______(填“有”“没有”影响).
[解析] 根据运动的独立性，敲击钢尺侧面时若钢球获得一个较小的水平速度，不影响钢球竖直方向的运动，对实验结果没有影响.
4.某同学欲通过实验验证两物体碰撞过程中动量是否守恒.实验室提供器材如下：气垫导轨、一个侧边粘有橡
实验步骤：①按图示安装好实验装置，注意将压力传感器固定在气垫导轨上并且将轻质弹簧连接在传感器上.
(1) 实验开始前，为了保证动量守恒的条件，需要将气垫导轨调整为_______.
[解析] 为了保证动量守恒的条件，即碰撞过程中系统所受合外力为0，需要将气垫导轨调整为水平.
(3) 实验要验证动量守恒的表达式为_____________________.
题型2 其他类力学实验
6.[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.
7.[2023·宁德模拟] 某智能手机中的“磁传感器”功能可实时记录手机附近磁场的变化，磁极越靠近手机，磁感应强度越大.宁德某中学的小宁在家里用手机、磁化的小球、支架、塑料夹子等实验器材组装成如图甲所示的装置来测量重力加速度，实验步骤如下；
①把智能手机正面朝上放在悬点的正下方，接着往侧边拉开
(2) 遮光条每次经过光电门1时物块的速度大小为_____(用题中给出的物理量的字母表示).
9.利用如图所示的装置研究滑块在斜面上的运动.一斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动.当一带有遮光片的滑块自斜面上
10.如图甲所示是某物理兴趣小组设计的实验装置，能够测量当地的重力加速度并验证机械能守恒定律.先将力传感器固定在天花板上，再用一条细线使其一端系在传感器上，另一端系住一个小球，传感器可以显示出拉力的大小.
题型3 力学创新性实验
(1) 在本实验中，甲选用的是______(填“一元”或“一角”)硬币；
[解析] 根据题意可知，甲与乙碰撞后没有反弹，可知甲的质量大于乙的质量，甲选用的是一元硬币.
(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_________.
(1) 下列选项中不必要的操作是____.
A.需要测量出滑块的质量B.需要测量出斜面的倾角C.纸带必须与长木板平行D.先接通电源再释放滑块E.垫高长木板一端补偿滑块与长木板间的摩擦力
14.某实验小组利用图甲所示装置测量角速度等物理量，实验过程如下：
15.[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.
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
[解析] 验证力的平行四边形定则需要记录力的大小和方向，同时为了达到相同的作用效果，需要记录圆环位置，并用一个测力计拉动时将圆环拉到相同位置，故选C、D.
③与②中标记的小圆环同一位置
[解析] 将小圆环拉到与②中标记的小圆环同一位置，以保证力的作用效果相同.
大小与方向在误差允许的范围内是否相同
16.某同学用如图甲所示装置做探究向心力大小与角速度大小关系的实验.水平直杆随竖直转轴一起转动，滑块套在水平直杆上，用细线将滑块与固定在竖直转轴上的力传感器连接，细绳处于水平伸直状态，当滑块随水平直杆一起匀速转动时，拉力的大小可以通过力传感器测得，滑块转动的角速度可以通过角速度传感器测得.
(2) 小明由图乙判断小球平行斜面方向的分运动为匀加速直线运动，他作出该判断的理由是_______________________________________________________；
在误差允许的范围内，相同时间间隔内相邻的位移差为定值
20.研究性学习小组利用图甲装置测定滑块与平直长木板间的动摩擦因数.
(1) 实验过程如下：