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力学实验（1）——2025年高考物理二轮复习实验清单大全
实验一：研究匀变速直线运动（测量做直线运动物体的瞬时速度）
考点平均卷面分：10；考查频次：高。
【知识梳理】
一、实验目的
1．打点计时器的原理，能够正确使用打点计时器。
2．掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法。
3．学会处理纸带，计算速度和加速度。
二、实验器材
1．打点计时器
①作用：计时仪器，打点周期和频率的关系
②分类：电火花计时器、电磁打点计时器。
2．其他器材：一端带有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、刻度尺、导线、电源、复写纸
三、实验原理
1．纸带基本信息
①计时点是指打点计时器在纸带上打下的点。计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点
②点与点之间的距离使用刻度尺测量
2．利用纸带计算匀变速直线运动的瞬时速度
根据中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度，求各计数点瞬时速度，比如
vA＝
3．利用纸带计算匀变速直线运动的加速度
方法一：绘制速度v—时间t图像，根据加速度定义式可知计算图线的斜率即加速度；
方法二：根据匀变速直线运动中连续相等时间的位移差Δx＝aT2，即逐差法求解加速度。例如将纸带上的6组数据分为两组，根据逐差法可知
a1＝，a2＝，a3＝
求解平均值为
a＝
四、实验步骤
1．放长木板：把带有滑轮的长木板平放在实验桌上（如图所示）。
2．定打点计时器：把打点计时器固定在长木板的一端，将纸带穿过打点计时器限位孔。
3．挂钩码：将小车停在靠近打点计时器的位置，用细绳一端连小车，另一端挂上适当的钩码。
4．打点：先接通电源，后释放小车，让小车拖着纸带运动打点，小车停止运动后立即关闭电源。
5．重复：换上新的纸带，重复实验两次。
五、注意事项
1．平行：使纸带、小车、细绳和定滑轮在一条直线上，细绳和木板平行。
2．先后明确：开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器，先接通电源，计时器工作稳定后，再释放小车。
3．纸带选取：纸带要选择一条点迹清晰的，舍弃点密集部分，适当选取计数点。
4．准确作图：绘制图像时，注意坐标轴单位长度的选取，使图象分布在坐标平面的大部分面积上。使图线左右两侧的点尽量相等。
【试题练习】
1．在“探究小车速度随时间变化规律”实验中：
（1）实验器材有一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、电火花打点计时器、导线和复写纸。除上述器材外，还需要使用的有_____（填选项前字母）。
A.交流电源 B.交流电源 C.秒表 D.刻度尺
（2）甲同学在实验中得到如图所示的一条纸带（两计数点间还有四个点没有画出），已知打点计时器采用的是频率为的交流电，根据纸带可求出第4个计数点的瞬时速度为_____，小车的加速度为______（结果保留两位有效数字）。
1．答案：（1）BD（2）0.81；2.0
解析：（1）AB.电火花打点计时器需要交流电源，A错误，B正确；
C.由电火花打点计时器计时，因此不需要秒表，C错误；
D.纸带上计数点间的距离需要用刻度尺测量，D正确。故选BD。
（2）已知打点计时器采用的是频率为的交流电，两计数点间还有四个点没有画出，可知纸带上相邻两计数点间的时间间隔为；
由匀变速直线运动在某段时间内中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可得，第4个计数点的瞬时速度为
由匀变速直线运动的推论可得，小车的加速度为
2．(1)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中：要用到打点计时器，打点计时器是一种计时仪器，其电源频率为50Hz，常用的电磁打点计时器和电火花计时器使用的是__________（直流电，交流电），它们是每隔_________s打一个点。
(2)在“用打点计时器测速度”的实验中：除电磁打点计时器（含纸带、复写纸）、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外，在下面仪器和器材中，必须使用的有_________（填选项代号）
A.电压合适的50Hz交流电源
B.电压可调的直流电源
C.刻度尺
D.秒表
E.天平
(3)实验过程中，下列做法正确的是_________.
A.先释放小车，再接通电源 B.先接通电源，再释放小车
C.将接好纸带的小车停在靠近滑轮处 D.将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处
(4)某同学用如图1所示的装置，打出的一条纸带如图2所示，其中ABCDE为计数点，相邻两个计数点之间还有4个点未画出。
①打点计时器打下C点时小车的瞬时速度大小为_________；
②由纸带上所示数据可算得小车运动的加速度大小为_________。
2．答案：(1)交流电;0.02
(2)AC
(3)BD
(4)0.30;0.40
解析：（1）常用的电磁打点计时器和电火花打点计时器使用的是交流电。
电源频率为50Hz，则每隔
打一个点。
（2）AB.电压合适的50Hz交流电源，A正确，B错误；
C.刻度尺用来测纸带上计数点间的距离，C正确；
D.打点计时器就是计时仪器，不需要秒表，D错误；
E.实验是“探究小车速度随时间变化的规律”的，因此不需要天平测小车和钩码的质量，E错误。
故选AC。
（3）A.先释放小车，再接通电源，这样纸带利用率很低，纸带上会得到很少的数据，会产生较大的实验误差，A错误；
B.先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车，纸带会得到充分利用，纸带上会得到更多的数据，会减小实验误差，B正确；
CD.将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处，小车会在长木板上运动更长的距离，纸带上会打出更多的计数点，从而得到更多的数据，C错误，D正确。
故选BD。
（4）①纸带上相邻两个计数点之间还有4个点未画出，由在某段时间内中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可得，打点计时器打下C点时小车的速度大小为
②由匀变速直线运动的推论和纸带所示数据算出小车的加速度大小为
实验二：探究弹力与弹簧伸长的关系
考点平均卷面分：5；考查频次：中。
【知识梳理】
一、实验目的
1．探究弹力和弹簧伸长的关系。
2．学会利用图象法处理实验数据，探究物理规律。
二、实验器材
弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸。
三、实验原理
1．如图所示，在弹簧下端悬挂钩码时，弹簧会伸长，平衡时，弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。
2．弹簧的长度可用刻度尺直接测出，弹簧的伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算。这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了。
四、数据处理
1．以弹力F（大小等于所挂钩码的重力）为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图，连接各点得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线。
2．以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数表达式，并解释函数表达式中常数的物理意义。
五、误差分析
1．弹簧所受拉力大小的不稳定易造成误差，使弹簧的一端固定，通过在另一端悬挂钩码来产生对弹簧的拉力，可以提高实验的准确度。
2．弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源，测量时尽量精确地测量弹簧的长度。
3．描点、作图不准确也会造成误差。
六、注意事项
1．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度。
2．每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标纸上描的点尽可能稀，这样作出的图线更精确。
3．测量弹簧的原长时要让它自然下垂，测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，以减小误差。
4．测量有关长度时，应区别弹簧原长l0、实际总长l及伸长量x三者之间的不同，明确三者之间的关系。
5．建立平面直角坐标系时，两轴上单位长度所代表的量大小要适当，不可过大，也不可过小。
6．描点画线时，所描的点不一定都落在同一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线。
7．记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位。
【试题练习】
3．如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系实验。
（1）为完成实验，还必需的实验器材是_______；
（2）图乙是弹簧所受弹力F与伸长量x的关系图线，由此可求该弹簧的劲度系数_______；
（3）图线不过原点，原因可能是_______（选填选项前的字母）。
A.测出弹簧水平状态下的自由长度作为原长
B.钩码的质量太小
3．答案：（1）刻度尺（2）200（3）A
解析：（1）要探究弹簧弹力与弹簧伸长量的关系，弹簧弹力通过钩码质量计算得到，弹簧的长度需要使用刻度尺测量，经计算得到伸长量，为完成实验，还必需的测量器材是刻度尺;
（2）图像的斜率表示劲度系数，则有；
（3）图线不过坐标原点的原因可能是没有考虑弹簧自身重力，即测出弹簧水平状态下的自由长度作为原长。故选A。
4．在“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验中。
如图1所示，某同学把A、B两根不同的轻弹簧串接竖直悬挂，探究A、B弹簧弹力与伸长量的关系。在B弹簧下端依次挂上质量为的钩码，静止时指针所指刻度、的数据如表。钩码个数为1时，弹簧A的伸长量__________cm，弹簧B的伸长量__________cm，请根据实验数据，计算弹簧A的劲度系数__________N/m。（本题g取，劲度系数的计算结果保留两位有效数字）
钩码个数 0 1 2 3 …
/cm 7.75 8.53 9.30 10.09 …
/cm 16.45 18.52 20.60 22.69 …
4．答案：0.78；1.29；63
解析：钩码个数为1时，弹簧A的伸长量
弹簧B的伸长量
利用表中弹簧A的各个数据分别计算出劲度系数
弹簧A的劲度系数
实验三：验证力的平行四边形定则（研究两个互成角度的力的合成规律）
考点平均卷面分：2；考查频次：中。
【知识梳理】
一、实验目的
1．验证力的平行四边形定则。
2．培养应用作图法处理实验数据和得出结论的能力。
二、实验原理
互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F′产生相同的效果，看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F′在实验误差允许范围内是否相等。
三、实验器材
木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺、铅笔。
四、实验步骤
1．用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。
2．用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。
3．用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与细绳的结点伸长到某一位置O，如图所示，记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向。
4．只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向。
5．改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再做两次实验。
五、数据处理
1．用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套方向画直线，按选定的标度作出这两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示。
2．用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤4中只用一个弹簧测力计的拉力F′的图示。
3．比较F与F′是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则。
六、注意事项
1．同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计调零后互钩对拉，读数相同。
2．在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点O的位置一定要相同。
3．用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太小，在60°～100°为宜。
4．实验时弹簧测力计应与木板平行，读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度，在合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下，拉力的数值尽量大些。
5．细绳套应适当长一些，便于确定力的方向，不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，移开细绳套后，再将所标点与O点连接，即可确定力的方向。
6．在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍长一些。
七、误差分析
1．弹簧测力计本身的误差。
2．读数误差和作图误差。
3．两分力F1、F2间的夹角θ越大，用平行四边形定则作图得出的合力F的相对误差也越大。
【试题练习】
5．在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中。
（1）实验装置如图1所示，实验中其中一个弹簧秤的指针位置如图2所示，其读数为__________N，
（2）在实验操作过程中，下列说法正确的是__________；
A.在同一次实验中，结点位置允许变动
B.测量时弹簧秤外壳与木板之间不能存在摩擦
C.测量时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板
5．答案：（1）2.80（2）C
解析：（1）如图2所示，读数为2.80N
（2）A.为了使两次拉橡皮筋效果相同，在同一次实验中，结点位置不允许变动，故A错误；
B.实验中拉弹簧秤时，只需让弹簧与外壳间没有摩擦，此时弹簧测力计的示数即为弹簧对细绳的拉力，与弹簧秤外壳与木板之间是否存在摩擦无关，故B错误；
C.为了减小实验中摩擦对测量结果的影响，测量时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板，故C正确。
故选C。
6．（1）用铁架台、带挂钩的不同弹簧若干、50g的钩码若干、刻度尺等，安装如图甲所示的装置，探究弹簧弹力F的大小与伸长量x之间的定量关系。
①未挂钩码时，弹簧原长放大如图甲所示，可读得原长_______cm。
②由图乙还可知劲度系数较大的是_______弹簧；还可算出B弹簧的劲度系数为_______N/m。
③若某同学做实验时，误把弹簧长度当成伸长量作为横坐标作图，则该同学所做图像得到的k值是_______（填偏大，偏小或者不变）。
（2）某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验如图丙所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳。图丁是在白纸上根据实验结果画的图。
关于本实验，下列说法中正确的是_______。
A.在测量同一组数据、和合力F的过程中，橡皮条结点O的位置不能变化
B.本实验采用的科学方法是控制变量法
C.使用弹簧测力计时，施力方向应沿着弹簧测力计的轴线，读数时视线正对弹簧测力计刻度
D.为减小测量误差，、方向间夹角应为90°
E.如果没有操作失误，图丁中的F与两力中，方向一定沿AO方向的是F
6．答案：（1）①7.00cm②A；10③不变（2）AC
解析：（1）①由题图甲可知，刻度尺的精确度是1mm，可读得弹簧原长
②由图像的斜率表示弹簧的劲度系数，可知劲度系数较大的是A弹簧。
B弹簧的劲度系数为
③误把弹簧长度当成伸长量作为横坐标作图，这样图像会在横坐标轴上有截距，则有，可知弹力的变化量与长度的变化量的比值大小不变，则图像得到的k值是不变。
（2）A.在测量同一组数据、和合力F的过程中，因、共同作用效果与合力F的作用效果相同，因此橡皮条结点O的位置不能变化，A正确；
B.本实验采用的科学方法是等效替代法。B错误；
C.使用弹簧测力计时，施力方向应沿着弹簧测力计的轴线，读数时视线正对弹簧测力计刻度，以减小实验误差，C正确；
D.为减小测量误差，、方向间的夹角不宜太大，也不宜太小，适当就行，可不一定是90°，D错误；
E.如果没有操作失误，图丁中的F与两力中，F是由平行四边形得出的，而是由实验方法得出的，因此方向一定沿AO方向的是，E错误。
故选AC。
实验四：验证牛顿运动定律（探究加速度与力、质量的关系）
考点平均卷面分：8；考查频次：高。
【知识梳理】
一、实验原理
本实验的实验装置图如图所示：
1．保持质量不变，探究加速度跟物体受力的关系。
2．保持物体所受的力不变，探究加速度与物体质量的关系。
3．作出a－F图象和a－图象，确定其关系。
二、实验步骤
1．测量：用天平测量小盘和砝码的总质量m′及小车的质量m。
2．安装：按照实验装置图把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上（即不给小车牵引力）。
3．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一薄木块，使小车在不放砝码和小盘的情况下能匀速下滑。
4．实验操作
（1）将小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，小车停在打点计时器处，先接通电源，后放开小车，打出一条纸带，取下纸带编号。并计算出小盘和砝码的总重力，即小车所受的合外力。
（2）保持小车的质量m不变，改变砝码和小盘的总质量m′，重复步骤（1）。
（3）在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a。
（4）描点作图，作a－F图象。
（5）保持砝码和小盘的总质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤（1）和（3），作a－图象。
三、数据处理
1．计算小车的加速度时，可使用“研究匀变速直线运动”的方法。利用打出的纸带，采用逐差法求加速度。
2．作a－F图象、a－图象找关系。
四、注意事项
1．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，要让小车拖着纸带运动。
2．实验步骤2、3不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力。
3．每条纸带必须在满足小车与小车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出。只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。
4．改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。
5．作图象时，要使尽可能多的点落在所作图线上，不在图线上的点应尽可能均匀分布在所作图线两侧。
6．作图时两轴标度比例要选择适当，各量须采用国际单位制中的单位。这样作图线时，坐标点间距不会过密，误差会小些。
7．为了提高测量精度
（1）应舍掉纸带上开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起点。
（2）可以把每打五次点的时间作为时间单位，即从开始点起，每五个点标出一个计数点，而相邻计数点间的时间间隔为T＝0.1s。
五、误差分析
1．质量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，细绳或纸带不与木板平行等都会造成误差。
2．因实验原理不完善造成误差：本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力（实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力），存在系统误差。小盘和砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小。
3．平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟正式实验一样（比如要挂好纸带、接通打点计时器），匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等。
【试题练习】
7．某实验小组用如图甲所示的装置做“探究小车加速度与力、质量的关系”实验。将木板固定在水平桌面上，在砂桶中放入适量细砂，闭合打点计时器开关，由静止释放小车，记录图甲中力传感器的示数F，利用纸带上打出的点计算出小车的加速度a；改变砂桶中细砂的质量重复实验。回答下列问题：
(1)实验中砂与砂桶的总质量_________（填“需要”或“不需要”）远小于小车的质量。
(2)该同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带，相邻两个计数点间还有4个点没有画出，已知打点计时器的打点频率为50Hz，根据纸带可求出小车的加速度大小为_________（保留2位有效数字）。
(3)在探究加速度与力的关系时，乙同学根据实验数据作出的图像如图丙所示，发现该图线不通过坐标原点，分析其产生的原因，下列说法中正确的是______。
A.图线不通过坐标原点可能是因为平衡摩擦力不足
B.图线不通过坐标原点可能是因为平衡摩擦力过度
C.图线不通过坐标原点是因为未保证砂与砂桶的总质量远小于小车质量
7．答案：(1)不需要
(2)0.80
(3)A
解析：（1）本实验由力传感器可以直接测得力的大小，故不需要砂与砂桶的总质量远小于小车的质量。
（2）根据题意可知纸带上相邻技术点时间间隔
根据逐差法可得
（3）由题图可知，当F大于零时物体才有加速度，可知该图线不通过坐标原点，其原因是图线不通过坐标原点可能是因为平衡摩擦力不足。
故选A。
8．在探究加速度与力、质量的关系的实验中，实验装置如图甲所示。
（1）最适合本实验用于提供拉力的重物是下列哪一个______。
A. B. C.
（2）该实验过程中操作正确的是______。
A.平衡阻力时小车要连接纸带
B.改变小车质量时，不需要重新平衡阻力
C.重物的质量远大于小车的质量
D.调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行
（3）已知打点计时器所用交变电源的频率为50Hz。该同学某次实验得到的纸带如图乙所示，A、B、C、D、E是5个连续的计数点。相邻两计数点间有四个点未画出，实验数据如表中所示，根据上述信息可得D点的速度为______m/s，小车在运动过程中的加速度大小为______（结果保留两位有效数字）。
（4）某同学发现，木板水平放置，挂上槽码托拉动小车运动后，刚好能使打出的纸带点迹分布均匀，所以他就用槽码托的重力来平衡小车所受的阻力，用槽码的总重力mg表示小车受到的合力。在满足小车质量远大于槽码质量的条件下，用这种平衡阻力的方法：
①能否用来探究小车质量一定时（保持题干中平衡阻力时的小车质量），加速度与力的关系？______（选填“能”或者“不能”）；
②能否用来探究小车拉力一定时，加速度与质量的关系？______（选填“能”或者“不能”）。
8．答案：（1）C（2）AB（3）0.587m/s，0.59m/s均可；（4）①能②不能
解析：（4）①能，小车质量不变，小车所受摩擦力不变，可以用托盘的重力平衡摩擦力，实验过程中，通过改变槽码的质量从而改变小车的合外力，则能用来探究小车质量一定时，加速度与力的关系。
②不能，当小车质量改变时，小车所受摩擦力改变，托盘的重力不在与摩擦力平衡，此时，槽码的重力不在是小车所受合力，随着摩擦力的变化，小车所受的合力变化，则不能用来探究小车拉力一定时，加速度与质量的关系。

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