第16讲 力学实验-【创新大课堂】2026年高考二轮物理专题复习

第一部分专题复习 专题六 实验 第16讲 力学实验 【备考要求】1.会使用刻度尺、秒表、打点计时器、游标卡尺、螺旋测微器测量有关数据.2.熟悉教材中的 力学实验原理、实验过程，会操作有关实验，进行数据处理、误差分析，并会借助基本实验分析创新实验. 考点一 纸带类和光电门类实验 实验 装置图 实验操作 数据处理 1.细绳与长木板平行 1.判断物体是否做匀变速直 2.释放前小车应靠近打点计 线运动 探究小车速 纸带接电源打点计时器 时器 2.利用一段时间内的平均速 度随时间变 3.先接通电源，再释放小车，打 度求中间时刻的瞬时速度 化的规律 点结束先切断电源，再取下 3.利用逐差法求平均加速度 纸带 4.作速度一时间图像，通过 4.钩码质量适当 图像的斜率求加速度 1.平衡阻力，垫高长木板一端 使小车能匀速下滑 2.在平衡阻力时，不要把悬挂 1.利用逐差法或v-1图像法 探究加速度 细绳 纸带 槽码的细绳系在小车上，实 求a 与物体受力、 验过程中不用重复补偿阻力 一端有 小车打点计时器 物体质量的 白定滑轮 3.实验必须保证的条件：小车 2.作出a一F图像和a一 槽码的长木板 实验台 关系 质量m>槽码质量m' 图像，确定a与F、m的 4.释放前小车要靠近打点计时 关系 器，应先接通电源，后释放 小车 1.应用n= n+1一hm⊥计 1.竖直安装打点计时器，以减 2T 小摩擦阻力 算某时刻的瞬时速度 打点 计时器纸带 2.选用质量大、体积小、密度大 2.判断mg与方m后 验证机械能 夹子 的材料 1 守恒定律 重物 3.选取第1、2两点间距离接近 m听是否在误差允许的 2mm的纸带，用mgh=m 范围内相等 进行验证 3.作出2心-A图像，求g 的大小 精品教辅·智慧人生 72 专题六实验 1.开始前调节导轨水平 1.滑块速度的测量：v= △.x 验证动量守 2.用天平测出两滑块的质量 △2 恒定律 3.用光电门测量碰前和碰后的 2.验证的表达式：m11十 速度 m2v2=m1十m2v2 常见的测速方法：纸带打点计时器测速，光电门测速，传感器测速，动能定理计算法，平抛运动计算法等 [例1](2025·北京卷·16)利用打点计时器研 纸带 打点计时器 究匀变速直线运动的规律，实验装置如图1 所示. 滑轮 小车纸带 打点计时器 图3 A B C E 重物 3.59 8.0013.2 单位：cm 图1 19.24 图4 [例2](2025·河北省沧州市高三二模)某同学 用如图1示的装置验证机械能守恒定律.一根 2 轻质杆上固定两个质量均为m的小钢球A、B, 图2 (1)按照图1安装好器材，下列实验步骤正确的 通过光滑转轴与铁架台在O点相连，光电门固 操作顺序为 (填各实验步骤前的字 定在转轴的正下方.在B球底部竖直地粘住一 母) 片宽度为d的遮光条，测出转轴到A球球心及 A.释放小车 B球球心的距离分别为LA、LB·已知重力加速 B.接通打点计时器的电源 度为g C.调整滑轮位置，使细线与木板平行 (2)实验中打出的一条纸带如图2所示，A、B、C 为依次选取的三个计数点（相邻计数点间有4 个点未画出)，可以判断纸带的 (填“左 光电门 遮光条 45 端”或“右端”)与小车相连. 40 (3)图2中相邻计数点间的时间间隔为T,则打 0535 B点时小车的速度v= 图1 图2 (4)某同学用打点计时器来研究圆周运动.如图 (1)用螺旋测微器测量遮光条宽度，示数如图2 3所示，将纸带的一端固定在圆盘边缘处的M 示，遮光条宽度d= mm. 点，另一端穿过打点计时器.实验时圆盘从静止 开始转动，选取部分纸带如图4所示.相邻计数 (2)将轻质杆拉到水平位置由静止释放，遮光条 点间的时间间隔为0.10s,圆盘半径R=0.10m. 经过光电门的挡光时间1由计时器测出，取v= 则这部分纸带通过打点计时器的加速度大小为 号作为小钢球B经过最低点时的速度，则小钢 m/s2;打点计时器打B点时圆盘上M 点的向心加速度大小为 m/s2.(结果 球A到达最低点时的速度为 ,(用、 均保留两位有效数字) LA、LB表示) 73 精品教辅·智慧人生 高三二轮专题复习·物理 (3)若在误差允许的范围内满足关系式 ③拨动两滑块，使A、B均向右运动； (用g、、LA、LB表示)，则说明小球A、B ④导出传感器记录的数据，绘制xA、xB随时间 由水平位置运动到最低点的过程中机械能 变化的图像，分别如图乙、图丙所示 守恒. 传感器a滑块A 滑块B 传感器b (4)该同学利用测量数据计算出小钢球A、B由 释放到运动至最低点的过程中，动能变化量 连气源 △Ek的数值总是大于重力势能变化量△E。的 数值，造成这种差异的原因分析正确的是 ↑x/cm xg/cm 120 120 100 100 80 80 A.存在空气阻力 60 60 B.小球质量测量值偏大 40 40 C.用遮光条的速度代替小钢球B的速度 20 20 [例3](2024·山东卷·13)在第四次“天宫课 1.0 2.0s 1.0 2.0/s 乙 丙 堂”中，航天员演示了动量守恒实验.受此启发， 回答以下问题： 某同学使用如图甲所示的装置进行了碰撞实 (1)从图像可知两滑块在= s时发生 验，气垫导轨两端分别安装a、b两个位移传感 碰撞； 器，a测量滑块A与它的距离xA,b测量滑块B (2)滑块B碰撞前的速度大小v= m/s 与它的距离xB·部分实验步骤如下： (保留两位有效数字)： ①测量两个滑块的质量，分别为200.0g和 (3)通过分析，得出质量为200.0g的滑块是 400.0g; (填“A”或“B”). ②接通气源，调整气垫导轨水平； : 考点二 力学其他实验 实验 装置图 实验操作 数据处理 1.应在弹簧自然下垂时，测量1.作出弹力F随弹簧伸长 探究弹簧弹 弹簧原长lo 量x变化的图线，斜率 力与形变量 2.水平放置时测原长，根据实 表示弹簧的劲度系数 的关系 验数据画出的图线不过原点 2.超过弹簧的弹性限度， 的原因是弹簧自身有重力 图线会发生弯曲 1.正确使用弹簧测力计 2.同一次实验中，橡皮条结点 探究两个互 1.按力的图示作平行四 的位置一定要相同 成角度的力 边形 3.细绳套应适当长一些，互成 的合成规律 2.求合力大小 角度地拉橡皮条时，夹角大 小应适当 精品教辅·智慧人生 74· 专题六实验 1.用代入法或图像法判断 斜槽 纸板 1.保证斜槽末端水平 运动轨迹是不是抛物线 2.每次让小球从倾斜轨道的同 探究平抛运 2.由公式x=ol和y= 一位置由静止释放 动的特点 1 木板 3.坐标原点应是小球出槽口时 82,求初速度0= 球心在纸板上的投影点 2y 1.弹力大小关系可以通过标尺 探究向心力 上刻度读出，该读数显示了 作出Fn一w2、Fn一r、Fn- 大小与半径、 长槽 短槽 向心力大小关系 m的图像，分析向心力与 角速度、质量 塔轮 塔轮 2.采用了控制变量法，探究向 角速度、半径、质量之间的 的关系 心力大小与半径、角速度、质 关系 量的关系 1.保证悬点固定 2.单摆必须在同一平面内振 1.利用公式g=求重 用单摆测量 动，且摆角小于5 T2 重力加速度 3.摆长1=悬线长1+小球的 力加速度 的大小 半径r 2.可作出1-T2的图像， 4.用T=∠计算单摆的周期 利用斜率求重力加速度 n [例4](2024·海南卷·15)为验证两个互成角 F2=2.90N;撤去拉力F1和F2,改用一个弹簧 度的力的合成规律，某组同学用两个弹簧测力 测力计拉动小圆环，使其圆心到O点，在拉力℉ 计、橡皮条、轻质小圆环、木板、刻度尺、白纸、铅 的方向上标记P3点，拉力的大小为F=560N. 笔、细线和图钉等器材，按照如下实验步骤完成 : 请完成下列问题： 实验： (1)在图乙中按照给定的标度画出F1、F2和F 的图示，然后按平行四边形定则画出F1、F2的 怡 P 合力F. (2)比较F和F',写出可能产生误差的两点原 10 F 因： [例5](2025·广西省南宁市高三第三次质检) 甲 实验小组利用图(a)装置研究橡皮筋伸长量与 (I)用图钉将白纸固定在水平木板上； 所受拉力的关系.如图(a)所示，橡皮筋OP用 (Ⅱ)如图甲、乙所示，橡皮条的一端固定在木板 细线悬挂在铁架台上，其下端连接一个可以悬 上的G点，另一端连接轻质小圆环，将两细线系 挂钩码的细绳套，并在P点固定一个指针，一游 在小圆环上，细线另一端系在弹簧测力计上，用 标卡尺竖直固定在橡皮筋右侧，己知游标卡尺 两个弹簧测力计共同拉动小圆环到某位置，并 的主尺固定且其零刻度线低于O点，游标卡尺 标记圆环的圆心位置为O点，拉力F1和F2的 的游标刻度线与指针平行. 方向分别过P1和P2点，大小分别为F1=3.60N、 75 精品教辅·智慧人生 高三二轮专题复习·物理 钢球 游标 主尺 10 cm 铝球 钢球 钢球 钢球 (a) (b) 1/mm 乙 36. (1)本实验采用的主要实验方法为 (填“等效替代法”或“控制变量法”)； 28.0 (2)三个情境中，钢球或铝球在长槽和短槽位置 24.0 如甲图、乙图、丙图所示，且对应两个变速塔轮 的半径之比分别为：2：1、1：1、1：1，则图 20.0 情境是探究向心力大小F与质量m关系 16.0出出出 4 (填“甲”“乙”或“丙”)；在甲图情境中，变速塔轮 的半径2：1，则两钢球所受向心力的比值为 (1)将1个钩码挂在细绳套上，待钩码 时，移动游标使其零刻度线对准指针，其示数如 图(b)所示，其读数为11= (3)某物理兴趣小组利用传感器进行探究，实验 mm. (2)再依次将n(n=2,3,4,5)个钩码挂在细绳套 装置原理如图丁所示.装置中水平直槽能随竖 上（橡皮筋始终在弹性限度内），重复步骤(1)的 直转轴一起转动，将滑块放在水平直槽上，用细 操作，记录所挂钩码个数和游标卡尺的读数，实 : 线将滑块与固定的力传感器连接.当滑块随水 验数据如表： 平光滑直槽一起匀速转动时，细线的拉力提供 滑块做圆周运动需要的向心力.拉力的大小可 钩码个数n 1 2 3 4 以通过力传感器测得，滑块转动的角速度可以 l/mm 24.6 28.8 32.536.4 通过角速度传感器测得」 (3)根据如表的实验数据在图(c)上补齐数据点 1.0 并作出l一n图像； 角速度传感器 竖直转轴0.8 (4)若用天平测得每个钩码的质量均为50.0g, 滑块 力传感器 0.6 0.4 水平光滑直槽 已知重力加速度g=9.8m/s2,则该橡皮筋的劲 0.2 Hw/(rad2-s-) 度系数为k= N/m.(结果保留三位有 0246810 戊 效数字) 保持滑块质量和运动半径r不变，探究向心力F (5)根据此实验的操作过程可知，图(c)中1一n 与角速度ω的关系，作出F一w2图线如图戊所 图像的纵截距 (填“代表”或“不代表”) 示，若滑块运动半径r=0.3m,细线的质量和一 橡皮筋的原长，理由是 切摩擦可忽略，由F一w2图线可得滑块和角速 [例6](2025·山东省潍坊市高密一中期中)某 kg(结果保留两 同学用向心力演示仪探究向心力与质量、半径、 度传感器总质量m= 角速度的关系，实验情境如甲、乙、丙三图所示， 位有效数字). 其中铝球、钢球大小相等 温馨提示 完成作业 专题强化练（十六） 精品教辅·智慧人生 76第15讲近代物理 例1BC根据图2，可知P、R两光的逼止电压相同，Q光的 過止电压更大一些，即Uo>LUp=UR,根据eU=Ek=hy一 W。,可知频率关系是Q>p=R,根据u=无，可知波长关 系是入Q<入p=AR.根据单缝衍射规律，波长越大，中央亮条 纹越宽，则分别射入同一单缝衍射装置时，Q的中央亮纹应 比R窄，故A错误；光电子在K处，动能Ek=hy一W0,则 P产生的光电子动能小于Q;根据p=√2mEk,可知P产 生的光电子动量小于Q,由德布罗意发长A=合，则P产生 的光电子德布罗意波长大于Q,故B正确：三束光中，Q的 频率最大，对应光子能量也最大，三束光都是由更高能级 向第一激发态跃迁发出的，根据氢原子跃迁规律，能量越 大对应的能级差也越大，所以Q对应的初始能级最高，故C 正确：图2中M,点对应光电流相同，说明单位时间内到达 阳极A的光电子数目相同，故D错误. 例2解(1)根据题意，由光电效应方程有Ek=h0一W。 W。 当E=0时，可得该金属的裁止频率%=方； (2)根据题意，由光电效应方程可得，光电子的最大初动能 为Ekm=hv一Wo, 例3B根据Em=Ue十hv一W遮出功，由图像可知，斜率k =e,即图乙中图线a、b的斜率均是电子电量的大小；裁距b =一W遮出功，因b裁距较大，可知b光频率较大，波长较 小，根据可知用同一装置做双缝干涉实验，b光的条纹间距 较小，故A错误，B正确；由图像可知E0=y。一W遮出功， 2E=h一W选出功，可知单色光a、b的频率之比不等于1 ：2,故C错误；图甲中电源电压及变阻器滑片位置不变， 若部分光线被遮挡，即光照强度减小，单位时间逸出的光 电子数目减小，则放大器的电流将减小，故D错误. 例4C用能量为50eV电子碰撞He+离子使其从基态激 发，最大可能跃迁到3能级，根据E==织可知，光子能 量最小，波长最长，所以波长最长的对应3→2能级，故C 正确、ABD错误. 例5CD根据题意，氢原子发生能级跃迁时，由公式可得 E。一E,=仙=织，可知可见光I的频卒大，波长小，可见 光Ⅱ的频率小，波长大，题图甲中的H。对应的是可见光 Ⅱ，故A错误；由公式有千涉条纹间距为△x=入，题国 乙中条纹间距较小，则波长较小，对应的是可见光I,故B 错误：根据意意，由公式可得光子动量为力=：=冬，可知 I的光子动量大于Ⅱ的光子动量，故C正确：根据光电效 应方程及动能定理可得eU。=hy一W。,可知频率越大，遏 止电压越大，则P向口移动，电流表示数为零时I对应的 电压表示数比Ⅱ的大，故D正确. 例6B设采集时该高度的大气中Be和19Be各有N1和 八个，爆据丰衰期公式总-（号）广，经过106天( 的两个半衰期)，Be的个数为Y=于N,9Be的个数 N≈N2,满足Y+=子(N+N,),解得N,=2N, 故IBe和9Be的原子个数比V1:N2=1:2,故B正确， ACD错误. .·2 例7AC由核反应方程可知该核反应过程释放了17.6MeV 的能量，根据爱因斯坦质能方程可知，该反应有质量亏损， 故A正确：由核反应方程可知，该反应为轻核聚变，故B错 误；核反应过程动量守恒，由题意可知，氘核与氚核动量大 小相等，方向相反，则反应前总动量为零，故反应后总动量 也为零，即氨原子核He和中子}n的动量等大反向.根据 动能民=合m2,动量力=加，可得动能与动量的大小关 系为：E=,根据He与。n的质量数，可知He和ni 质量之比为4：1，可得反应后He和。n的动能之比为 1:4,已知反应释放的17.6MeV的能量几乎转化为2He 与n的动能，则：2He获得的动能约为行×17.6MV= 3.52MeV.dn茨得的动能约为号×17.6MeV=14.08Mev, 故C正确，D错误. 例8BDY光子的产生与原子核内部的能级变化有关，而 不是原子核外电子的跃迁，故A错误：根据质量数守恒与 电荷数守恒可知，方程为Pu→2U十号He,故B正确；根 据动量守恒可知，静止的Pu发生α衰变时生成的两粒子 的动逆大小相等，由R=宁m一品可得，Ue的 动能之比为4：235，故C错误；释放的光子的能量为，核 反应的过程中释放的能量E=(mpu-mU-m。)c2,由于核 反应的过程中释放的核能转化为新核与α粒子的动能以及 光子的能量，所以a粒子的结合能为(pu一U一m。)c2+ 239E1-235E2,故D正确. 专题六实验 第16讲力学实验 例1解析(1)应该先调整滑轮位置，使细线与木板平行， 这样保证小车所受拉力不变，然后接通打点计时器的电 源，最后释放小车，所以操作顺序是CBA; (2)由图2可以看出BC间的距离大于AB间的距离，小车 做的是加速运动，小车运动的速度越来越大，在相等时间 内经过的距离越来越大，所以是纸带的左端和小车连接； (3)打B点时小车的速度等于这段时间内的平均速度，即v 二27 (4)这部分纸带通过打点计时器的加速度大小为a= CE-AC_19.24-8.00-8.00×0.01m/s2=0.81m/s, (2T)2 (2×0.10)2 AC= 打点计时器打B点时的瞬时速度大小为B= 28000×0.01m/s=0.40m/s,则打点计时器打B点时 圆盘上M点的向心加速度大小为a/=卡=。，0m/s2= 1.6m/s2. 答案(1)CBA(2)左端(3)景(40.811.6 例2解析(1)螺旋测微器的精确度为0.01mm,可读出遮 光条的宽度d=7.5mm+38.3×0.01mm=7.883mm; (②在这动过粒中Λ，B两球的角造度相学，则有记一合 > 解得vA一LB 2 (3)若机械能守恒，则满足系统重力势能的减少量等于动· · 能的培加生，对有gL十1)=合m十宁m(片给 即+)=+会) LB (4)A.存在空气阻力会使重力势能的减少量大于动能的增 加量，故A错误；B.小球质量对实验结果没有影响，故B错 误：C.遮光条在小球B的底部，其线速度大于小钢球B经 过最低位置时的速度，所以会造成小钢球速度的计算值偏 大，会造成动能变化量△E的数值大于重力势能变化量 △E。的数值，故C正确.故选C. LA 答案17.832)u-合(3)gL+L)= +)()2(4C (LB 例3解析(1)由x一t图像的斜率表示速度可知两滑块的 速度都在t=1.0s时发生突变，即这个时刻发生了碰撞； (2)根据x一t图像斜率的绝对值表示速度大小可知滑块B 碰撞前的速度大小为 90-110 =1.0 cm/s=0.20 m/s (3)由题图乙知，碰撞前A的速度大小vA=0.50m/s,碰撞 后A的速度大小为A≈0.36m/s, 由题图丙可知，碰撞后B的速度大小为vB=0.50m/s,A 和B碰撞过程动量守恒， △pA=一△pB 即mA(dA-UA)=mB(U-B) 代入数据解得△≈2 所以质量为200.0g的滑块是B. 答案(1)1.0(2)0.20(3)B 例4解析(1)按照给定的标度画出F1、 F2和F的图示，然后按平行四边形定则 P 画出F1、F2的合力F,如图所示； (2)F和F'产生不完全重合的误差可能 是因为：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， 答案(1)见解析图(2)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 例5解析(1)将1个钩码挂在细绳套上，待钩码静止时， 移动游标使其零刻度线对准指针： 10分度游标卡尺的精确度为0.1mm,读数l1=20mm+6 ×0.1mm=20.6mm (3)根据描，点法作图的规则作图，所作图像如图所示： ↑l/mm 36.0 32.0 28.0 24.0 20.0用 16.0 0 23 (4)根据胡克定律mg=k(1-lo) 变形得1=m3·n十lo k 图像的斜率 k=36.4-16.0)×10-3 m/个=4.08×10-3m/个 5-0 结合1-n图像，图像的斜率k'=坚 k 劲度系数k=m3=00X03X9.8N/m=120N/m 4.08×10-3 (5)由于游标卡尺的主尺固定且其零刻度线低于O点，不 挂钩码时，游标卡尺的读数小于橡皮筋的原长，因此1一 图像的纵截距不代表橡皮筋的原长， 答案(1)静止20.6(3)见解析(4)120(5)不代表 见解析 例6解析(1)探究向心力与质量、半径、角速度的关系，先 控制其中两个物理量不变，探究向心力与另一个物理量的 关系，采用的主要实验方法为控制变量法： (2)图乙中两小球的质量不同，做圆周运动的半径和角速 度相同，所以图乙情境是探究向心力大小F与质量m关 系；在甲图情境中，变速塔轮的半径2：1，根据v=ωR可 知，两钢球做圆周运动的角速度之比为1：2，根据F= w○cw2可知，两钢球所受向心力的比值为1：4： (3)根据向心力公式可知F=rw2,故F-m2图线的斜率b =mr三0。kg·m=0.09kg·m,解得滑块和角速度传感 器总质量为m=0.45kg. 答案(1)控制变量法(2)乙1：4(3)0.30 第17讲电学实验 例1解析(1)该样品横截面直径的平均值为d= 0.499+0.498+0.503mm=0.500mm: 3 (2)由于滑动变阻器采用限流式接法，应将其串联授在电 路中，根据“一上一下”原则，即电流表的“十”接线柱应与 滑动变阻器的接线柱α相连；为了保护电路，闭合开关前， 滑动变阻器滑片应最大阻值处，即最左端： (3)根据图2，电阻箱的接入电阻R=0×1002十0×102 +3×12+2×0.12=3.22 断开S2、闭合S1,调节滑动变阻器使电流表指针恰好指到 15.0mA刻度处；断开S1、闭合S2,保持滑动变阻器滑片位 置不变，旋转电阻箱旋钮，使电流表指针仍指到15,0mA 处，说明合金丝的电阻等于电阻箱的接入电阻，因此合金 丝的接入电阻为R,=3.2合金丝接入电路中的长度= 70.00cm-20.00cm=50.00cm根据电阻定律R,=pS pl =器电本p= πR王= 3.14×(0.500×103)2×3.20·m≈1.3×1060·m, 4×0.5000 (4)根据电阻率的表达式p= R可知，为了减小实验误 41 差，可减小测合金丝电阻时的误差，选择更精确的电阻箱， 可换用阻值范围为099.992，或多次测量该合金丝不同 区间等长度样品的电阻率，再求平均值. 综上分析，故AB错误，CD正确.故选CD. 答案(1)0.500(2)a左(3)1.3×106(4)CD