物理是一门以实验为基础的学科，物理中许多重要规律都是通过实验来发现的。高考对于物理实验的考查，能够反映出考生物理学科素养水平的高低。考试大纲所要求的常规实验中有七个力学实验，分别是研究匀变速直线运动规律、探究弹力和弹簧伸长之间的关系、验证力的平行四边形定则、探究牛顿第二定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律、验证动量守恒定律。除以上几个常规实验外，同学们还要留意一些创新性实验和开放性实验。

下面笔者分别通过几道典型例题，分析一下高考中力学实验的解题思路与命题规律，希望对同学们有所助益。

规律一：力学实验与主干知识结合得越来越紧密

【例1】空间站中不能利用天平测量质量，为此某同学为空间站设计了如图（a）所示的实验装置，用来测量小球质量。图中弹簧固定在挡板上，光滑轨道B处装有光电门，可以测量出小球经过光电门的时间。该同学设计的主要实验步骤如下：

①用游标卡尺测量小球的直径d。

②将弹簧左端固定在挡板上。

③小球与弹簧接触并压缩弹簧，记录压缩量x。

④由静止释放小球，测量小球离开弹簧后经过光电门的时间t。

⑤改变弹簧的压缩量，重复步骤③④多次。

⑥分析数据，得出小球的质量。

已知弹簧弹性势能EP=kx2，k为劲度系数，x为形变量。

该同学使用了一个已知劲度系数为k0的弹簧进行了上述实验，请回答下列问题。

（1）步骤①中游标卡尺的示数如图（b）所示，小球的直径d=        cm;

（2）某一次在步骤④中测得小球通过光电门的时间t为5.00 ms，则此次小球离开弹簧的速度v=        m/s;

（3）根据在实验中测得的物理量，可得小球的质量m=        。（用实验步骤①、③、④中测得的物理量表示）

【解析】（1）游标卡尺主尺与游标尺示数之和是游标卡尺示数，即11+4×0.1=11.4（mm）=1.14（cm）。 （2）已知小球的直径与小球经过光电门时的时间，应用速度公式可得

v==2.28m/s。（3）根据动能定理：k0x2=m，可得

m=。

【总结提升】高考中常见的读数问题涉及以下仪器：刻度尺、螺旋测微器、游标卡尺、弹簧秤、秒表、电流表、电压表、多用电表等，其中游标卡尺和秒表不需要估读，其他仪器均需要估读。

本题属于创新实验题，针对此类问题，笔者提供以下备考建议：①考生要具备良好的心态，在遇到新颖的实验情景时不要畏惧，学会从陌生的情景中寻找熟悉的考点;②考生要学会联系上下文，对于新颖的实验题目，切记不要试图仅仅通过题干来弄明白整个实验情景和原理。题目一般会按照由易到难的顺序来设置问题，考生要学会结合题目所给出的信息来找突破口;③在分析实验原理和进行数据处理时，要紧靠主干知识，结合运动学公式、牛顿第二定律、功能关系等来进行作答，不要脱离实际。

规律二：高考注重对基本原理和方法的迁移能力的考查

【例2】图2为“测量弹簧劲度系数”的实验装置图，弹簧的上端固定在铁架台上，下端装有指针及挂钩，指针恰好指向一把竖直立起的毫米刻度尺。现在测得在挂钩上挂上一定数量钩码时，指针在刻度尺上的读数如下表所示：

钩码数n（个） 0 1 2 3 4 5

刻度尺读数xn（cm） 2.62 4.17 5.70 7.22 8.84 10.43

已知所有钩码的质量可认为是相同的，钩码的质量m0=50 g，当地重力加速度g=9.8 m/s2。请回答下列问题：

（1）请根据表格数据计算出弹簧的劲度系数k=      N/m。（结果保留两位有效数字）

（2）若考虑到在没有挂钩码时弹簧自身有重量，测量的弹簧劲度系数k的值与真实值相比较            。（填“偏大”“偏小”或“没有影响”）

【解析】（1）为了减小实验误差，应该利用题目中所给的6组数据进行计算，此时可以类比运动学中的逐差法，再结合胡克定律k（x-x0）=nm0g，计算得

k==31.5≈32（N/m）。

（2）因在计算形变量时把弹簧自身的重量引起的形变量减去了，故弹簧自有重量对测量值没有影响。

【总结提升】在研究匀变速直线运动规律的实验中，逐差法是一种非常重要而巧妙的数据处理方法。在此题中，我们同样面临着数据能否被充分利用的問题，此时可以将逐差法迁移过来，巧妙化解本题中的疑难问题。除此之外，探究胡克定律的实验中还有以下几个注意事项：

①刻度尺和弹簧竖直放置并彼此靠近。

②测量弹簧原长时，若弹簧水平放置，然后再竖直放置进行实验，此时弹簧自身的重力会导致产生实验误差;如果弹簧的原长是在竖直状态下测量的，弹簧自身的重力就不会导致产生实验误差。

③数据处理时可以作弹簧弹力F和弹簧长度x的图像，利用图像的斜率即k=进行计算，如果测得的弹簧的原长

不准确也不会产生实验误差。

④进行实验时，钩码不能挂太多，以免超过弹簧的弹性限度。

规律三：图像是数据处理和误差分析中的常见工具

【例3】如图所示，在探究“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验中，选择小车为研究对象，用砝码和盘的重力作为拉力。

实验得到如图4所示的a-F关系图像：

（1）图像在水平轴上有明显的截距（OA不为零），可能的原因是                             。

A. 先释放小车后接通电源

B. 平衡摩擦力时，木板的倾角偏大

C. 平衡摩擦力时，小车后面未固定穿过打点计时器的纸带

（2）图像中的AB段基本是一条直线，而BC段明显偏离直线，主要原因是                             。

A. 小車的总质量过大

B. 开始砝码质量较小，后来砝码质量较大

C. 计算拉力时，忽略砝码盘的重力

【解析】（1）图像在水平轴上有截距，说明有拉力时小车加速度为零，小车受到的合力小于细线的拉力，可能是平衡摩擦力时，小车后面未固定穿过打点计时器的纸带造成的;实验时，先释放小车后接通电源，不影响小车受力情况;平衡摩擦力时，木板的倾角偏大会使小车受到的合力大于细线的拉力，故A、B错误，C正确。（2）当砝码质量较大时，小车受到的拉力明显小于砝码与砝码盘的重力，图像发生弯曲，故B正确。

【总结提升】探究牛顿第二定律的实验是高考中的常见考点，关于这个实验有以下几个注意事项：

①平衡摩擦力时不需要挂砝码，当小车的质量改变时也不需要重新平衡摩擦力。

②小车要在靠近打点计时器处由静止释放，以便充分利用纸带。

③先接通电源，再释放小车。

④用砝码的重力代替绳子上的拉力时，要满足小车的质量远远大于砝码的质量这一条件。

⑤当有力传感器或者弹簧秤时，可以直接显示出绳子的真实拉力，此时就不需要满足小车的质量远远大于砝码的质量这一条件了。

⑥把小车和砝码整体作为研究对象时，也不需要满足小车的质量远远大于砝码的质量这一条件。

⑦利用光电门测量速度，再根据运动学公式计算加速度时，由于中间位移的速度和中间时刻的速度不相等，因此会产生系统误差。

力学实验所考查的内容包括仪器读数、实验原理、数据处理、误差分析等几个方面。用同一装置可以设计不同的实验，而同一实验也可以用不同的实验装置来完成。在复习力学实验时，同学们要以考试大纲所要求的七个常规实验为出发点，学会举一反三，灵活迁移，提升自己的解题能力。