1、第 3 講驗證牛頓運動定律基礎儲備明確原理一、實驗目的1 .學會用控制變量法研究物理規律.2 .探究加速度與力、質量的關系.3 掌握靈活運用圖象處理數據的方法.二、實驗原理(3)在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，測加速度a.描點作圖，作aF的圖象.熱點實驗亠典例解讀熱點1 對實驗原理與操作的考查學生用書 P54本實驗利用盤及盤中重物通過細繩牽引小車做加速運動的方法研究加速度a與力F、質量M的關系.實驗1保持質量不變，探究加速度跟合外力的關系.2 .保持合外力不變，探究加速度與質量的關系.13作出aF圖象和a-圖象，確定其關系.m三、實驗器材小車、砝碼、小盤、細繩、一端附有定滑輪的長木板、薄木

2、塊、打點計時器、復寫紙、天平、刻度尺.四、 實驗步驟1測量：用天平測量小盤和砝碼的質量m和小車的質量m低壓交流電源、導線、紙帶、2.安裝：按照如實驗原理圖所示裝置把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細繩系在小車上(即不給小車牽引力)3.平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，使小車能勻速下滑.4 .操作(1)小盤通過細繩繞過定滑輪系于小車上， 先接通電源后放開小車， 取下紙帶編號碼.(2)保持小車的質量m不變，改變砝碼和小盤的質量m，重復步驟(1).(5)保持砝碼和小盤的質量m不變，改變小車質量1m重復步驟(1)和，作a-m圖象.實驗原即匸垂騎熱點-詳魚破2017 年高考“最

3、后三十天”專題透析好教育云平臺 教育因你我而變2時采用控制變量法，共分兩步研究：第一步，保持小車的質量不變，改變盤中重物的質量，測出相應的a,驗3證a與F的關系；第二步，保持盤中重物的質量不變，改變小車上砝碼的質量，測出小車運動的加速度證a與M的關系.實驗應測量的物理量有：(1) 小車及車上砝碼的總質量M用天平測出.(2) 小車受到的拉力F:拉力近似等于盤和重物的總重力mg盤和重物的總質量遠小于小車和車上砝碼的總質量).【典題例析】 匡工某實驗小組利用圖示的裝置探究加速度與力、質量的關系.A. 調節滑輪的高度，使牽引木塊的細繩與長木板保持平行B. 在調節木板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時，將

4、裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上C.實驗時，先放開木塊再接通打點計時器的電源D.通過增減木塊上的砝碼改變質量時，不需要重新調節木板傾斜度(2) 為使砝碼桶及桶內砝碼的總重力在數值上近似等于木塊運動時受到的拉力，應滿足的條件是砝碼桶及桶內砝碼的總質量 _ 木塊和木塊上砝碼的總質量.(選填“遠大于”“遠小于”或“近似等于”)(3) 甲、乙兩同學在同一實驗室，各取一套圖示的裝置放在水平桌面上，木塊上均不放砝碼，在沒有平衡摩擦力的情況下，研究加速度a與拉力F的關系，分別得到圖中甲、乙兩條直線.設甲、乙用的木塊質量分別為m甲、m乙，甲、乙用的木塊與木板間的動摩擦因數分別為解析(1)實驗中細繩要保持與

5、長木板平行，A 項正確；平衡摩擦力時不能將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上，這樣無法平衡摩擦力，B 項錯誤；實驗時應先接通電源再放開木塊,后，改變木塊上的砝碼的質量后不再需要重新平衡摩擦力,遠小于木塊和木塊上砝碼的總質量M時，可得Fmga,驗(3)小車的加速度a：通過打點計時器打出紙帶，由ai+a2+a3X6+X5+X4x3x2xia= 一=-9T-計算出.(1)下列做法正確的是卩甲、乙，由圖可知，m甲 由整體法和隔離法得到細繩中的拉力C 項錯誤；平衡摩擦力卩乙.(選填“大于”“小于”或D項正確.可見，當砝碼桶和桶內砝碼的總質量2017 年高考“最后三十天”專題透析好教育云平臺 教育因你我

6、而變4(3)不平衡摩擦力，則F-卩mg= ma a=三卩g,圖象的斜率大的木塊的質量小，縱軸截距絕對值大的動5摩擦因數大，因此m甲m乙，卩甲卩乙.答案(1)AD(2)遠小于(3)小于大于1.(2018 濰坊月考)在探究加速度與力、 質量的關系活動中，某小組設計了如圖甲所示的實驗裝置.圖中上下兩層水平軌道表面光滑，兩小車前端系上細線， 細線跨過滑輪并掛上砝碼盤，兩小車尾部細線連到控制裝置上，實驗時通過控制裝置使兩小車同時開始運動，然后同時停止.(1) 在安裝實驗裝置時，應調整滑輪的高度，使 _ ;在實驗時，為減小系統誤差，應使砝碼盤和砝碼的總質量 _ 小車的質量(選填“遠大于”“遠小于”或“等于

7、”)(2) 本實驗通過比較兩小車的位移來比較小車加速度的大小，能這樣比較，是因為(3)實驗中獲得的數據如下表所示: 小車i、n的質量約為200 g.實驗次數小車拉力F/N位移x/cm1I0.1n0.246.512I0.229.04n0.343.633I0.341.16n0.444.804I0.436.43n0.545.56在第 1 次實驗中小車I從A點運動到B點的位移如圖乙所示，請將測量結果填到表中空格處通過分析,可知表中第 _ 次實驗數據存在明顯錯誤，應舍棄.|_ _s10 1i|nii|iiii|inr|jiinr|22 2324乙解析：(1)拉小車的水平細線要與軌道平行只有在砝碼盤和砝碼

8、的總質量遠小于小車質量時，才能認為砝碼盤和砝碼的總重力等于細線拉小車的力.(2)對初速度為零的勻加速直線運動，時間相同時，根據運動學公式：x=at2，得-=x.2a2X2刻度尺的最小刻度是 1 mm,要估讀到毫米的下一位，讀數為 23.86 cm 0.50 cm = 23.36 cm.Hrr-aKa_ u.u.2017 年高考“最后三十天”專題透析好教育云平臺 教育因你我而變10(1) 如果a與罟是正比關系，則aM圖象是直線，而若a與M是反比關系，則aM圖象是曲線，在研究兩個量的關系時，直線更易確定兩者之間的關系，故本實驗作aM圖象.(2) 在平衡摩擦力時，除了不掛盤和重物外，其他都應跟正式實

9、驗一樣，勻速運動的標志是打點計時器打 出的紙帶上各點間的距離相等.(3) 驗證牛頓第二定律實驗中， 保持小車質量不變時，aF圖象應為一條過原點的直線，aF圖象不過原點可能是平衡小車摩擦力沒有達到實驗要求所致；保持合力不變時，aM圖象應是雙曲線，不易確認，因此應作aM圖象，該圖象應為一條過原點的直線，圖象不過原點一般是平衡小車摩擦力沒有達到實驗要求所致.世跟蹤圳誹| 2.(2018 寧夏石嘴山高三月考)在“探究加速度與質量的關系”的實驗中(1) 備有器材：A.長木板；B.電磁打點計時器、低壓交流電源、紙帶；C.細繩、小車、砝碼；D.裝有細砂的小桶；E.薄木板；F.毫米刻度尺還缺少的一件器材是 _

10、 .(2) 實驗得到如圖(a)所示的一條紙帶，相鄰兩計數點的時間間隔為T；B、C間距S2和D E間距S4已量出，利用這兩段間距計算小車加速度的表達式為 _1 & C DE圖(a)m/s2)(4)同學乙根據實驗數據畫出了圖_(c),從圖線可知乙同學操作過程中可能解析：(1)本題要測量小車的質量，則需要天平，所以還缺少的一件器材是天平.(2)根據逐差法得：S4S2= 2aT2量為_ kg.(g取 1011S4S2解得a=2千.2017 年高考“最后三十天”專題透析好教育云平臺 教育因你我而變12a=m則F即為a1圖象的斜率，所以砂和砂桶的總重力mm（3）根據牛頓第二定律可知,2.4mg=F=石 N

11、2 N,解得m= 0.02 kg.（4）由圖（c）可知，圖線不通過坐標原點，當F為某一值時，加速度為零，可知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足.答案：天平a=2（3）0.02（0.0180.022 均正確）（4）未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足熱點3 創新實驗學生用書 P56近幾年高考對本實驗的考查,般運用牛頓運過改變實驗條件、實驗儀器或巧用物理規律進行新的探究活動命題趨勢有如下幾個方面：1實驗器材的改進（1）為了減小摩擦，用氣墊導軌替代長木板.（2）用頻閃照相或光電計時器替代打點計時器.2 .數據處理方法的改進利用傳感器，借助于計算機系統來處理數據，得到加速度，或直接得到加速度與外力、加速度與質量之間

12、的關系.3運用牛頓運動定律進行新的探究實驗以本實驗為背景，結合牛頓第二定律，測量兩接觸面間的動摩擦因數、物體的質量等.【典題例析】畫亙 I （高考全國卷I）某同學利用圖甲所示實驗裝置及數字化信息系統獲得了小車加速度a 與鉤碼的質量m的對應關系圖，如圖乙所示.實驗中小車（含發射器）的質量為 200 g，實驗時選擇了不可伸長的輕質細繩 和輕定滑輪，小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計算機得到回答下列問題：悅移傳感蠱（監射話）位穆傳感辭樓收褓）（1）根據該同學的結果，小車的加速度與鉤碼的質量成（填“線性”或“非線性”）關系.由圖乙可知，am圖線不經過原點，可能的原因是13(2)本實驗在操作中是否要

13、滿足鉤碼的質量遠遠小于小車的質量？要”)；某次釋放小車后，力傳感器示數為F,通過天平測得小車的質量為計滑輪的摩擦，則小車的加速度理論上應等于 _.FFA.a=2MB.a=M_(填寫“需要”或“不需M動滑輪和鉤碼的總質量為m不(3)若利用本實驗裝置來驗證“在小車質量不變的情況下，小車的加速度與作用力成正比”的結論，并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力，則實驗中應采取的改進措施是_ ?鉤碼的質量應滿足的條件是 _ .解析(1)根據題圖乙坐標系中給出的數據連線，可知小車的加速度與鉤碼的質量成非線性關系.(2) 根據題圖乙中數據，小車受到鉤碼拉力的作用，但沒有加速度，故未平衡摩擦力或傾角過小，

14、沒有完 全平衡摩擦力.(3) 在實驗中要求“直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力”需要滿足兩個條件：平衡摩擦力；2鉤碼的質量遠小于小車(含發射器)的質量.答案(1)非線性(2)存在摩擦力(3)調節軌道的傾斜度以平衡摩擦力遠小于小車(含發射器)的質 量比跟蹤圳制 3.(2018 湖北大冶第一中學高三月考)某同學利用如圖裝置探究加速度與合外力的關系禾 U 用力傳感器測量細線上的拉力按照如下步驟操作：安裝好打點計時器和紙帶，調整導軌的傾斜程度， 平衡小車摩擦力；細線通過導軌一端光滑的定滑輪和動滑輪，與力傳感器相連，動滑輪上掛上一定質量的鉤碼，將小車拉到靠近打點計時器的一端；打開力傳感器并接通打

15、點計時器的電源(頻率為 50 Hz 的交流電源)；釋放小車，使小車在軌道上做勻加速直線運動；關閉傳感器，記錄下力傳感器的示數F；通過分析紙帶得到小車加速度a；改變鉤碼的質量，重復步驟；作出aF圖象，得到實驗結論.(1)某學校使用的是電磁式打點計時器，在釋放小車前，老師拍下了幾個同學實驗裝置的部分細節圖，下列圖中操作不正確的是 _2017 年高考“最后三十天”專題透析好教育云平臺 教育因你我而變14（3）下圖是某次實驗測得的紙帶的一段，可以判斷紙帶的 _（填“左”或“右”）端與小車連接，在打點計時器打下計數點 6 時，鉤碼的瞬時速度大小為 _ m/s（保留兩位有效數字）. ； ； ；,.5號78

16、5 II押岬屬耳冃巾甲神W耳副貝叩巒甲啊iiii網ill”3456 T $9 IO m 13 N 15 I百LT IE解析：（1）在釋放小車前，紙帶應該放在復寫紙下方并保持紙帶處于拉直狀態，否則紙帶與限位孔的摩擦力更大，誤差更大，故 A B 錯誤；在釋放小車前，應使細線與長木板平行，故C 錯誤；電磁式打點計時器應使用 46 V 交流電源，故 D 正確.（2）本實驗利用力傳感器測量細線上的拉力，不需要用鉤碼的重力代替，所以不需要滿足鉤碼的質量遠遠紙帶右側兩點間的距離越來越大，故左端與小車相連，計數點6 的瞬時速度為計數點 5 到計數點 7 的平均速度，故0.03v= m/s 0.75m/s.答案

17、：（1）ABC （2）不需要 B （3）左 0.75隨堂檢狽I鞏固落實書 P571 . （2015 高考全國卷H）某同學用圖甲所示的實驗裝置測量物塊與斜面之間的動摩擦因數.已知打點計時器所用電源的頻率為 50 Hz,物塊下滑過程中所得到的紙帶的一部分如圖乙所示，圖中標出了五個連續點之 間的距離.圾帶打點汁時禍料忒倉武武尹求卡苗芒親彈芒書螯菩暑逢墨逵墨尹*貳或貳書 a 書老 h 武直甲C. a=mg-2FD.2F小于小車的質量，根據牛頓第二定律得:a=二故 B 正確.學生用0.13cm，由2X0.0215對物塊進行受力分析如圖，則物塊所受合外力為F合=min0卩mgcos0，即a=gsin0卩g

18、cos 。，得卩=gg，所以還需測量的物理量是斜面的傾角0.答案：(1)3.251.79(2)C2 . (2018 河北模擬)某同學用圖甲所示的實驗裝置驗證牛頓第二定律:(1)通過實驗得到如圖乙所示的aF圖象，造成這一結果的原因是：在平衡摩擦力時木板與水平桌面的夾角_ (選填“偏大”或“偏小”)11爼F鬥0乙-(2)該同學在平衡摩擦力后進行實驗，實際小車在運動過程中所受的拉力“大于” “小于”或“等于”)，為了便于探究、減小誤差，應使小車質量的條件.(3)該同學得到如圖丙所示的紙帶已知打點計時器電源頻率為50 Hz.A、B、C D E、F、G是紙帶上 7個連續的點.x=XDGXAD=_ cm.

19、由此可算出小車的加速度a=_m/s2.(結果保留兩位有效數M-竊-.-1JK* * * * (ini i| mu|01234567丙解析：(1)根據所給的aF圖象可知，當F= 0 時，小車已經有了加速度a。，所以肯定是在平衡摩擦力時木板與水平桌面間的夾角偏大造成的.F=Ma對砝碼和盤mg- F=ma解得F=Mmgmg只有當M?m時，小車Mrr m受到的拉力才近似等于mg從而減小誤差.(3)由題圖丙可讀出XAD=2.10 cm ,XDG=3.90 cm，所以x=XDXAD=1.80 cm，根據x=aAt，解得a2=5.0 m/s ._砝碼和盤的總重力(填M與砝碼和盤的總質量m滿足(2)根據牛頓第

20、二定律，對小車2017 年高考“最后三十天”專題透析好教育云平臺 教育因你我而變16答案：偏大小于MPm(3)1.805.03 .在探究加速度與物體所受合外力和質量間的關系時，采用如圖所示的實驗裝置，小車及車中的砝碼質17量用M表示，盤及盤中的砝碼質量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶上由打點計時器打出的點計 算出：M 抵帶打點計時器-A(1) 當M與m的大小關系滿足 _時，才可以認為細線對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力.(2) 組同學在保持盤及盤中的砝碼質量一定的情況下，探究加速度與小車質量的關系，以下做法正確的是_.A.平衡摩擦力時，應將盤及盤中的砝碼用細線繞過定滑輪系在小車

21、上B.每次改變小車的質量時，不需要重新平衡摩擦力C.實驗時，先放開小車，再接通打點計時器電源D.小車運動的加速度可用天平測出m和M直接用公式a=晉求出(3)在保持小車及車中的砝碼質量M定，探究加速度與所受合外力的關系時，由于平衡摩擦力時操作不當，兩位同學得到的a-F關系分別如圖中甲、乙所示(a是小車的加速度,其原因分別是:甲圖：_;乙圖：_ .解析： 對盤及盤中砝碼：mg- F=ma對小車：F=Ma聯立可得:時，才可認為Fmg(2) 平衡摩擦力時，先去掉盤、盤中砝碼和細線，只讓小車在重力沿斜面方向的分力作用下向左運動，當小車能勻速運動時，重力沿斜面方向的分力和摩擦力平衡，A 不正確；調好后，當再次改變小車質量時，無需再平衡摩擦力，B 正確；實驗時，要先接通打點計時器的電源，使打點計時器正常工作，再釋放小車，C 不正確；小車的加速度是通過處理紙帶確定的，D 不正確.(3)由甲圖可看出F= 0 時，az0，說明木板的傾角過大，重力沿斜面方向的分力大于摩擦力.由乙圖可看 出，只有當F達到一定值時，才會有加速度，說明平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力.答案：(1)m?M(2)B(3)木板的傾角過大沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足4 如圖為測量物塊與水平桌面之間動摩擦因數的實驗裝置示意圖實驗步驟如下:光電門細線F是細線作用于小車的拉力).m?M光電門2017 年高考“最后三十天”專題透析好教育