《验证牛顿第二定律》实验试题赏析

1、验证牛顿第二定律实验试题赏析 高中物理考试大纲规定的力学部分的六个学生实验中，验证牛顿第二定律的实验原理、研究方法（控制变量法）、数据处理方法（图像法）、误差控制（平衡法）等，对学生的思维分析能力和实验操作能力提出了较高的要求，是考纲规定的十一个学生分组实验（包括电学部分）中的难点之一，因而，受到命题专家的青睐，每年命制的十八套试卷（全国、自主命题省份）都有所考查.本文拟根据考试大纲中的实验能力要求及实验试题的核心器材进行分类赏析.（为节省篇幅，部分试题节选了试题的一部分，部分试题省略了解析过程）. 一、基于教材的基本实验 （1）完成下列实验步骤中的填空. 平衡小车所受的阻力.小吊盘中不放物块

2、，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列的点. 按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码. 打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量m. 按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤. 在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点.测量相邻计数点的间距s1，s2，.求出与不同m相对应的加速度a. 以砝码的质量m为横坐标，1a为纵坐标，在坐标纸上做出1a-m关系图线.若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则1a与m处应成关系（填“线性”或“非线性”）. （2）完成下列填空 （）本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车

3、所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是. 赏析此题来源于教材，与教材实验装置一致，但实验的一些做法与教材不一样，并且设问方式很有特色. 1.教材中平衡摩擦力的方法是带有纸带的小车做匀速运动，利用小车重力沿斜面向下的分力平衡摩擦力，而本题（1）是小吊盘与带有纸带的小车一起匀速运动，用小吊盘的重力与小车重力沿斜面向下的分力的合力平衡摩擦力. 2.本题（1）中，以砝码的质量m为横坐标、1a为纵坐标，在坐标纸上做出1a-m关系图线，从而验证“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”.与学生熟知的教材实验的区别有二.一是教材中处理实验数据的方法：以小车和车上砝码的总质量（

4、m+m）倒数为1m+m为横坐标，以加速度a纵坐标，做出a-1m+m图像；二是质量仅为小车上砝码的质量.这要求考生要有扎实的基础知识、辨析能力及灵活变通能力. 3.“化曲为直”的思想仍是图像法处理数据的主旋律.（2）（）中给出了1a-m关系图线，要求求出小车受到的拉力和小车的质量.体现了“规律与实验相融，公式与图像并美”.该问虽是常规的“数形结合”类题目，但在写1a=f（m）函数表达式时要特别注意此式中的m应是小车质量m与小车上砝码质量m的和，与图像中m的含义的不同. 本题考查验证牛顿定律实验基本原理的掌握、运用图像处理数据的能力的同时，通过“变式”变换设置了两个难点考查考生的思维的缜密性、灵活

5、性和应用数学知识解决物理问题的能力. 案例2（2012年安徽卷 节选） 图1为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图.砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为m.实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小. 赏析本题是对教材实验的基本考查.分别考查了考生平衡摩擦及检验的方法和纸带的处理（求加速度）的能力.最大的亮点是第二问：将m远大于m这一抽象的实验要求具体化.考生对实验中“当m远大于m时，用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小”的前提条件背的滚瓜烂熟，但具体到实验操作时 “m和m”的取值问题，若没有实际做过该实验，考生可能会显得束手无策. 在具体的实验操作中，“m远大于m”

6、的取值条件：m是m的35倍以上. 从此问可以看出，命题人对中学实验教学的期望，是一种“能力发展观”，在高考中对物理实验的考查，尽管是“纸笔测验”，但命题时还是力图通过“纸笔测验”来考查考生的包括实验操作能力在内的实验能力，他们对实验的考查要求强调了如何“操作”，要体现的是“只有动手做过实验才能得分”的实验设计理念. 二、源于教材中验证牛二律实验原理的延伸与拓展 （3）小车做匀加速运动的合力是砝码、砝码盘的总重力，在计算小车的合外力时未计入砝码盘的重力，由做出的a-f图像（图略）可得到砝码盘的重力约为0.08 n. 本题是对教材中验证牛顿第二定律实验原理的拓展和延伸，避免了考查原实验.课本上的实验中，当满足小车的质量远大于砝码和砝码盘的总质量时，细绳对小车的拉力约等于砝码和砝码盘的总重力.因此在解决此类题目时我们应注意和教材中实验对照，从实验原理和创新上多思考. 赏析本题将教材中基本的力学模型-斜面模型，力学中的重要规律牛顿第二定律，实验的基本方法控制变量法，处理数据的基本方法图像法，以及实验的探究性、创新性综合在一起全面考查学生的综合分析能力、实验设计能力及数据处理能力，题目源于课本，而又高于教材，充分体现了实验的创新性 . 考试大纲对实验能力的要求有明确说明“对结论进行分析和评价；能发现问