高中物理力学实验总复习汇总

力学实验总复习

一、打点计时器系列实验中纸带的处理

1．纸带的选取：一般实验应用点迹清晰、无漏点的纸带中选取有足够多点的一段作为实验纸带。在“验证机械能守恒定律”实验中还要求纸带包含第一、二点，并且第一、二两点距离接近2.0mm。

2．根据纸带上点的密集程度选取计数点: 打点计时器每打n个点取一个计数点，则计数点时间间隔为n个打点时间间隔，即T=0.02n（s）。一般取n＝5，此时T=0.1s。

3．测量计数点间距离: 为了测量、计算的方便和减小偶然误差的考虑，测量距离时不要分段测量，尽可能一次测量完毕，即测量计数起点到其它各计数点的距离。如图所示，则由图可得：

SI?s1，SII?s2?s1，SIII?s3?s2，SIV?s4?s3，SV?s5?s4，SVI?s6?s5

s1 s2 s3 s4 s5 s6 0 1 2 3 SⅣ 4 SⅤ 5 SⅥ 6 SⅠ SⅡ SⅢ

4．判定物体运动的性质： ⑴ 若SI、SII、SIII、直线运动。

SIV、SV、SVI基本相等，则可判定物体在实验误差范围内作匀速

SIV－SIII，△s4=SV－SIV，△s5=SVI－SV

⑵ 设△s1=SII－SI，△s2=SIII－SII，△s3=

若△s1、△s2、△s3、△s4、△s5基本相等，则可判定物体在实验误差范围内作匀变速直线运动。

⑶ 测定第n点的瞬时速度。物体作匀变速直线运动时，在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。即测出第n点的相邻的前、后两段相等时间T内的距离，由平均速度公式就可求得，如上图中第4点的瞬时速度为：v4?SIV?SVs5?s3?。 2T2T⑷ 测定作匀变速直线运动物体的加速度，一般用逐差法求加速度。将如上图所示的连续相等时间间隔T内的位移SI、SII、SIII、SIV、SV、SVI分成两组，利用?s?aT可得：

2

1

a1?SIV?SISV?SIISVI?SIIIa?a?、、，再算出的a1、a2、a3平均值，即：233T23T23T2a?a1?a2?a3就是所测定作匀变速直线运动物体的加速度。若为奇数组数据则将中间一

3组去掉，然后再将数据分组利用逐差法求解。

三 、考试大纲规定的学生实验

1.长度的测量（游标卡尺和螺旋测微器） 例1 、读出下列游标卡尺测量的读数。

⑴ ⑵

3 4 cm 678cm

⑶

012345678900 5 10

0 10 20

12345

cm

例2 读出下列螺旋测微器测量的读数。 ⑴ ⑵

10 15

0 0 5 10

例3、有一游标卡尺，主尺的最小分度是1mm，游标上有20个小的等分刻度．用它测量一小球的直径，如图甲所示的读数是 mm．用螺旋测微器测量一根金属丝的直径，如图乙所示的读数是 mm．

图甲

1 0

2 5

3 (cm) 10

0 mm

25 30 30 25 20 15 图乙

2. 研究匀变速直线运动

（1）纸带处理。从打点计时器重复打下的多条纸带中选点迹 清楚的一条，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量的地方取一个开始点O，然后每5个点取一个计数点A、B、C、…（或者说每隔4个点取一个记数点），这样做的好处是相邻记数点间的时间间隔是0.1s，便于计算。测出相邻计数点间的距离s1、s2、s3 …

（2）利用s1、s2、s3 …可以计算相邻相等时间内的位移差s2-s1、s3-

2

s2、s4- s3…，如果它们在允许的误差范围内相等，则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动。

（3）利用纸带可以求被测物体在任一计数点对应时刻的瞬时速度v：如

s?s3 vc?22T（4）利用纸带求被测物体的加速度a。具体来说又有3种方法：

①“逐差法”：从纸带上得到6个相邻相等时间内的位移，则

?s?s5?s6???s1?s2?s3? a?49T2 ②利用任意两段相邻记数点间的位移求a：如a?0 T 2T 3T 4T 5T 6T t/s

v/(ms-1) sm?sn

?m?n?T2 ③利用v-t图象求a：求出A、B、C、D、E、F各点的即时速度，画出如右的v-t图线，图线的斜率就是加速度a。

例6、在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，用打点计时器记录纸带运动的时间。计时器所用电源的频率为50Hz，图为一次实验得到的一条纸带，纸带上每相邻的两计数点间都有四个点未画出，按时间顺序取0、1、2、3、4、5六个计数点，用米尺量出1、2、3、4、5点到0点的距离如图所示（单位：cm）。由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的即时速度大小v4＝________m／s，小车的加速度大小a＝________m／s2。（保留三位有效数字）

例7 、做匀加速直线运动的小车，牵引一条纸带通过打点计时器，交流电源的频率为50Hz，由纸带上打出的某一点开始，每5个点剪下一段纸带，按图所示，使每一条纸带下端与x轴重合，左边与y轴平行，将纸带段粘贴在直角坐标系中，则小车运动的加速度是 m/s2（保留两位有效数字）。

例8、2004年7月25日，中国用长征运载火箭成功地发射了“探测2号”卫星．右图是某监测系统每隔2.5s拍摄的关于起始匀加速阶段火箭的一组照片．

60.0 52.5 45.0 37.5 30.0 22.5

0 1 2 3 4 5 6 x

y/mm (1)已知火箭的长度为40 m，用刻度尺测量照片上的长度，结果如图所示．则火箭在照片中第2个像所对应时刻的瞬时速度大小v=____________m／s． (2)为探究物体做直线运动过程中s随t变化的规律，某实验小组经过实验和计算得到下表的实验数据：

物体运动 的起止点

A?B

所测的 物理量 时间t(s) 时间t2(s2) 位移s(m)

测量次数 1 0.89 0.79 0.25

2 3 1.24 1.52

3

1.54 2.31 0.50 0.75

4

1.76 3.10 1.00

5 1.97 3.88 1.25

根据表格数据，请你在下图所示的坐标系中，用纵、横轴分别选择合适的物理量和标度作出关系图线．并根据图线分析得出物体从A?B的过程中s随t变化的定量关系式：________________________．

3．探究弹力和弹簧伸长的关系

例9、某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中，设计了如图所示的实验装置。所用的钩码每只的质量都是30g，他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂

在弹簧的下端，每次都测出相应的弹簧总长度，将数据填在了下面的表中。(弹力始终未超过弹性限度，取g=9.8m/s2)

砝码质量(g) 弹簧总长(cm) 弹力大小(N) 0 6.00 30 7.15 60 8.34 90 9.48 120 10.64 150 11.79 1.6 1.2 0.8 0.4 F/N （1）试根据这

些实验数据在右图给定的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小F跟弹簧总长L之间的函数关系图线，说明图线跟坐标轴交点的物理意义。 （2）上一问所得图线的物理意义是什么?该弹簧的劲度k是多大? 例10、（08北京卷）某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系，并测弹簧的劲度系数k。做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上。当弹簧自然下垂时，指针指示的刻度数值记作L0，弹簧下端挂一个50g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L1;弹簧下端挂两个50g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L2;……;挂七个50g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L2。

①下表记录的是该同学已测出的6个值，其中有两个

数值在记录时有误，它们的代表符号分别是 和 ． 测量记录表：

4

0 x/10-2m

5 6 8 10 12

代表符号 L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 刻度数值/cm 1.70 3.40 5.10

8.60 10.3 12.1 ②实验中，L3和L2两个值还没有测定，请你根据上图将这两个测量值填入记录表中。 ③为充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差，分别计算出了三个差值：

d1?L1?Ln?6.90cm,d2?L3?L1?6.90cm,d3?L3?L2?7.00cm。

请你给出第四个差值：dA= ＝ cm。

④根据以上差值，可以求出每增加50g砝码的弹簧平均伸长量?L。?L用d1、d2、d3、d4 表示的式子为：?L＝ ， 代入数据解得?L＝ cm。

⑤计算弹簧的劲度系数k＝ N/m。（g取9．8m/s2）

4．验证力的平行四边形定则

（1）原理是两只弹簧秤成角度拉橡皮条AB和一只弹簧秤拉 橡皮条AB的效果相同，这个效果就是指橡皮条的形变量（大小和方向）相同。

A B O （2）在画力的图示时，必须有箭头、标度、刻度。 （3）实验往往有一定的偶然误差，只要用平行四边形定

则求得的合力F和一只弹簧秤的拉力F / 的图示大小和方向在误差允许的范围内相同就可以了。

例11、 橡皮筋的一端固定在A点，另一端栓上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5N、最小刻度为0.1N的弹簧测力计，沿着两个不同的方向拉弹簧测力计。当橡皮筋的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如图所示。这时弹簧测力计的读数可从图中读出。⑴由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为_____N和_____N。（只须读到0.1N）⑵在右图的方格纸中按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。

051 234(N)

例12、李明同学在做《互

5 a b c 4 3 1234 (N)

Ｄ图：

6. 探究动能定理

例22、（13分）某实验小组采用图所示的装置探究“动能定理”，图中小车中可放置砝码，实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点针时器工作频率为50 Hz． （1）实验的部分步骤如下：

①在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；

②将小车停在打点计时器附近， ， ，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一列点， ； ③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作。

（2）图是钩码质量为0.03 kg，砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点0及A、B、C、D和E五个计数点，可获得各计数点到0的距离5及对应时刻小车的瞬时速度v,请将C点的测量结果填在表1中的相应位置．

（3）在上车的运动过程中，对于钩码、砝码和小车组成的系统， 做正功， 做负功．

（4）实验小组根据实验数据绘出了图中的图线（其中Δv=v-v0）,根据图线可获得的结论是 ．要验证“动能定理”，还需要测量的物理量是摩擦力是 ．

表1纸带的测量结果

C

D E 7.15 0.54 9.41 0.60 测量点 S/cm r/(m·s) 0 A B 0.00 0.35 1.51 0.40 3.20 0.45 -12

2

2

11

例23、某兴趣小组在做“探究做功和物体速度变化关系”的实验前，提出了以下几种猜想：

2

①W∝?, ②W∝?, ③W∝?。他们的实验装置如图甲所示，PQ为一块倾斜放置的木板，

在Q处固定一个速度传感器（用来测量物体每次通过Q点的速度）。在刚开始实验时，有位同学提出，不需要测出物体质量，只要测出物体初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感器的读数就行了，大家经过讨论采纳了该同学的建议。

①请你简要出物体的质

P 速度传感器

Q O 图乙

L ②让小球图甲 分别从不同高度无初速释放，测出物体初始位置到速度传感器的距离L1、L2、L3、L4……，读出小球每次通过Q点的速度?1、?2、?3、?4、……，并绘制了如图乙所示的L-?图象。若为了更直观地看出L和?的变化关系，他们下一步应怎么做？

③在此实验中，木板与物体间摩擦力的大小会不会影响探究出的结果，为什么？ 例24、某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态． 若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则： （1）你认为还需要的实验器材有 ．

（2）实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是 ，实验时首先要做的步骤是 ．

纸带

打点计时器 滑块

?

说明为什么不需要测量？

细线 滑轮 长木板 水平实验台 小沙桶 （3）在（2）的基础上，某同学用天平称量滑块的质量M．往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时沙和沙桶的总质量m．让沙桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2（v1< v2）．则本实验最终要验证的数学表达式为 （用题中的字母表示实验中测量得到的物理量）．

例25、某同学为探究“恒力做功与物体动能改变的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是： ①摆好实验装置如图。

②将质量为200g的小车拉到打点计时器附近，并按住小车。

P

12

打点 小车 计时器

纸带

③在质量为10g、30g、50g的三种钩码中，他挑选了一个质量为50g的钩码挂在拉线的挂钩P上。

④释放小车，打开电磁打点计时器的电源，打出一条纸带。

（1）在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条。经测量、计算，得到如下数据： ①第一个点到第N个点的距离为40.0cm。②打下第N点时小车的速度大小为1.00m/s。该同学将钩码的重力当作小车所受的拉力，算出：拉力对小车做的功为 J，小车动能的增量为 J。 （2）此次实验探究结果，他没能得到“恒力对物体做的功，等于物体动能的增量”，且误差很大。显然，在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素。请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助分析一下，造成较大误差的主要原因是：

7．验证机械能守恒定律

本实验要求验证自由下落过程中机械能守恒，图示纸带的左端是用夹子夹重物的一端。

0 1 2 3 4

（1）要多做几次实验，选点迹清楚，且第一、二两点间距离接近2mm的纸带进行测量。 （2）用刻度尺量出从0点到1、2、3、4、5各点的距离h1、h2、h3、h4、h5，利用“匀变速直线运动中间时刻的即时速度等于该段位移内的平均速度”，算出2、3、4各点对应的即时速度v2、v3、v4，验证与2、3、4各点对应的重力势能减少量mgh和动能增加量1mv2是否

2相等。

（3）由于摩擦和空气阻力的影响，本实验的系统误差总是使mgh?1mv2 2（4）本实验不需要在打下的点中取计数点。也不需要测重物的质量。

例26、在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如右。其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点.该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离,并记录在图中(单位cm)。 9.51 12.42 （1）这三个数据中不符合有效数字读数要求的是_____ ,应记作_______cm。

15.7 （2）该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g=9.80m/s2，他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的即时速度，则该段重锤重力势能的减少量为_______，而动能的增加量为________，(均保留3位有效数字，重锤质量用m表示).这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量_______动能的增加量，原因是_________________。 （3）另一位同学根据同一条纸带，同一组数据，也用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，不过他数了一下：从打点计时器打下的第一个点O数起，图中的B是打点计时器打下

13

的第9个点。因此他用vB=gt计算跟B点对应的物体的即时速度，得到动能的增加量为______，这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量_______动能的增加量,原因是________________________________。

例27、Ⅰ.（6分）如图所示，两个质量各为m1和m2的小物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1＞m2，现要利用此装置验证机械能守恒定律。

（1）若选定物块A从静止开始下落的过程中进行测量，则需要测量的物理量有_________。 ①物块的质量m1、m2；

②物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间； ③物块B下落的距离及下落这段距离所用的时间； ④绳子的长度。

（2）为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：

①绳的质量要轻；

②在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；

③尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃； ④两个物块的质量之差要尽可能小。

以上建议中确实对提高准确程度有作用的是_________。 （3）写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议：___________________。 例28、在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m=1.00kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示。O为一个点，A、B、C为从合适位置开始选 取的三个连续点（其他点未画出）。已知打点计时器每隔0.2秒打一个点，当他的重力加速度为 9.8m/s2 ，那么：

（1）纸带的 端（填“左”或“右”）与重物相连；

（2）根据图上所得的数据，应取图中O点到 点来验证机械能守恒定律； （3）从O点到（2）间中所取的点，重物重力势能的减少量△Ek= 能动能增加△Ek= 。（结果取3位有效数字）

例29、用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验所用的电源为学生电源，有交流电（频率为50Hz）和直流电两种输出，重锤从高处由静止开始落下，重锤拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的进行测量，即可验证机械能守恒定律。

（1）一同学按如下步骤进行实验： A．用天平测量出重锤的质量； B．按图示的装置安装器件；

C．将打点计时器接到电源的直流输出端上；

14

D．接通电源后释放悬挂纸带的夹子，打出一条纸带； E．换用另外纸带，重复步骤D； F．选取合适的纸带；

G．测量所选纸带上某些点之间的距离；

H．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能和它增加的动能，比较二者是否相等。

指出其中没有必要进行的步骤是 ；操作不恰当的步骤是 。

（2）利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度数值。这位同学打出的纸带如图所示，A点为打下的第一个点，0、1、2、3、4、5、6为连续的计数点，现测得s1、s2、s3、s4、s5、s6分别为4.03 cm、4.42 cm、4.80 cm、5.18 cm、5.57 cm、5.95 cm，请你根据这条纸带推算此落体过程的加速度a为 m/s2。（保留三位有效数字）

（3）某同学根据第（2）问求的的加速度数值计算重力势能的变化量ΔEP，进而验证机械能守恒定律定律，试分析其合理性。 。 例30、在“验证机械能守恒定律”的实验中，

(1)选出一条纸带如图所示，其中O点为起始点(速度为零)，A、B、c为三个计数点，打点计时器通以50Hz交流电，用最小刻度为mm的刻度尺，测得OA=11．13cm，OB：=17．69cm，Oc=25．90Cm。在计数点A和B之间、B和C之间还各有一个点，重锤的质量为m，取g=9．8m／s2，根据以上数据当打点针打到B点时，重锤的重力势能比开始下落时减小了___________

这时它的动能是____________论是：在忽略误差的情况下，重锤的机械能守恒．为增加该实验小组实验结果的可靠性，你认为应该____________________

(2)该同学从实验结果发现，当使用钩码拉动纸带下落时，加速度比实际的重力加速度小．为了有效地缩小这个实验测得的加速度与实际的重力加速度之差，请你提出一个

有效的改进方法：_____________________________________________________________ (3)本实验得到的数据与机械能守恒存在一定的差距，你在实验中遇到这种情况时处理的做法是： ． 例31、某实验小组利用如图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒．

（1）实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，利用现有器材如何判断导轨是否水平？

15

．

图甲 钩码 刻度尺 连气源

气垫导光电门 遮光条 滑块 数字计时（2）如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d= cm；实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt=1.2×10-2s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为 m/s．在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、 和 （文字说明并用相应的字母表示）．

（3）本实验通过比较 和 在实验误差允许的范围内相等（用测量的物理量符号表示），从而验证了系统的机械能守恒．

例32、（1）某同学在应用打点计时器做验证机械能守恒定律实验中，获取一根纸带如图，但测量发现0、1两点距离远大于2mm,且0、1和1、2间有点漏打或没有显示出来，而其他所有打点都是清晰完整的，现在该同学用刻度尺分别量出2、3、4、5、6、7六个点到0

2

点的长度h（3．4…7），再分别计算得到3、4、5、6四个点的速度vi和vi（i= 3．4．5．6），ii=2．

已知打点计时器打点周期为T。 ①该同学求6号点速度的计算式是：v6=

遮光条 0 0 0 1 5 1 单位：cm 10 图乙 0 1 2 3 4 5 6 7 ②然后该同学将计算得到的四组（hi ，vi2 ）数据在v2- h坐标系中找到对应的坐标点，将四个点连接起来得到如图所示的直线，请你回答：接下来他是如何判断重锤下落过程机械能守恒的？（说明理 由）

v2 答：

0 h

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．

图甲 钩码 刻度尺 连气源

气垫导光电门 遮光条 滑块 数字计时（2）如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d= cm；实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt=1.2×10-2s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为 m/s．在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、 和 （文字说明并用相应的字母表示）．

（3）本实验通过比较 和 在实验误差允许的范围内相等（用测量的物理量符号表示），从而验证了系统的机械能守恒．

例32、（1）某同学在应用打点计时器做验证机械能守恒定律实验中，获取一根纸带如图，但测量发现0、1两点距离远大于2mm,且0、1和1、2间有点漏打或没有显示出来，而其他所有打点都是清晰完整的，现在该同学用刻度尺分别量出2、3、4、5、6、7六个点到0

2

点的长度h（3．4…7），再分别计算得到3、4、5、6四个点的速度vi和vi（i= 3．4．5．6），ii=2．

已知打点计时器打点周期为T。 ①该同学求6号点速度的计算式是：v6=

遮光条 0 0 0 1 5 1 单位：cm 10 图乙 0 1 2 3 4 5 6 7 ②然后该同学将计算得到的四组（hi ，vi2 ）数据在v2- h坐标系中找到对应的坐标点，将四个点连接起来得到如图所示的直线，请你回答：接下来他是如何判断重锤下落过程机械能守恒的？（说明理 由）

v2 答：

0 h

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