高考物理一轮复习第三章实验四验证牛顿运动定律课件

实验四验证牛顿运动定律一、基本原理与操作二、注意事项

(1)平衡摩擦力中的“不重复”：平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力.

(2)操作中的“一先一后一按”：每次开始时小车应靠近打点计时器，并先接通电源，后放开小车，且应在小车碰到滑轮前按住小车.

(3)作图中的“拟合与舍弃”：要使尽可能多的点在一条直线上，不在直线上的点也要尽可能均匀地分布在直线的两侧，遇到个别偏差较大的点应舍去.

三、误差分析

(1)因实验原理不完善引起误差.以小车、小盘和砝码组成的整体为研究对象，得mg＝(M＋m)a；以小车为研究对象，得F＝Ma；求得

本实验用小盘和盘中砝码的重力mg代替小车所受的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和盘中砝码的重力.小盘和砝码的总质量越小，由此引起的误差就越小. (2)摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会产生误差.考点实验原理与实验步骤【典题1】(2023

年广东广州月考)某实验小组利用如图S4-1所示的装置探究加速度与力、质量的关系.图S4-1

(1)把木板的一侧垫高，调节木板的倾斜度，使木块在不受牵引力时能拖动纸带沿木板匀速运动.此处采用的科学方法是_____.A.理想化模型法B.阻力补偿法C.等效替代法D.控制变量法

B.为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量远大于木块和木块上砝码的总质量C.调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行D.通过增减木块上的砝码改变质量时，需要重新调节木板倾斜度(2)下列做法正确的是______.A.实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源

(3)实验时改变砝码桶内砝码的质量，分别测量木块在不同外力作用下的加速度.根据测得的多组数据画出a-F关系图像，如图S4-2所示.此图像的AB段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是______.图S4-2A.木块与平面轨道之间存在摩擦B.平面轨道倾斜角度过大C.所用木块的质量过大D.所挂的砝码桶及桶内砝码的总质量过大

(4)某同学结合上述实验知识用自制的“滴水计时器”来研究小车在水平桌面上运动时受到的阻力大小.如图S4-3甲所示，将该计时器固定在小车旁，用手轻推一下小车，在小车的运动过程中滴水计时器间隔相等时间滴下小水滴.图乙记录了桌面上连续5个水滴的位置.已知滴水计时器每10s滴下25个小水滴，小车的总质量为2.4kg.甲乙图S4-3

经分析可得小车的加速度大小为_____m/s2，若忽略滴水对小车质量的影响，则小车受到的阻力大小为______N.(结果均保留两位有效数字)

解析：(1)把木板的一侧垫高，调节木板的倾斜度，使木块重力沿木板向下的分力大小等于摩擦力，即木板在不受牵引力时能拖动纸带沿木板匀速运动，此处采用的科学方法是阻力补偿法，选B.

(2)调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，使木块能沿砝码桶拉力作用下做匀加速运动，以减小实验误差，C正确.

(3)由以上分析可知，当木块与平面轨道之间存在摩擦，平面轨道倾斜角度过大，所用木块的质量过大，都不会影响a-F关系图，AB段明显偏离直线，ABC错误.当所挂的砝码桶及桶内砝码的总质量太大时，则有木块所受的合外力F合＝T＝Ma＝

MM＋mmg＝

11＋

mM总质量接近木块及木块上砝码的总质量时，木块受到的合外力小于砝码桶及桶内砝码的总重力，木块的加速度就不成线性增大，实验误差增大，则有a-F图像的AB段明显偏离直线，D正确.mg，造成此现象的主要原因可能是当砝码桶及桶内砝码的

答案：(1)B

(2)C

(3)D

(4)0.14

0.34易错提醒(1)探究加速度与力的关系：根据多组(a，F)数据作出a-F图像. ①理想图像.

图像是一条过原点的直线，可判断a∝F. ②实际情况分析.

当m不再远小于M时，图像向下弯曲.(2)探究加速度与质量关系：根据多组(a，M)数据作出a-M和①理想图像.②实际情况分析.创新角度实验装置图拓展创新解读实验器材的创新1.通过传感器测量拉力的大小，减小系统误差.2.使用气垫导轨减小摩擦力对实验的影响，用光电门测量滑块的加速度创新角度实验装置图拓展创新解读实验目的的创新通过实验测动摩擦因数或滑动摩擦力的大小，与探究加速度与力和质量的关系不同，本实验是应用牛顿第二定律，通过实验数据分析或计算动摩擦因数或滑动摩擦力(续表)考向1利用力传感器或弹簧测力计测量拉力的大小

【典题2】(2022

年山东卷)在天宫课堂中，我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验.受此启发，某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验，如图S4-4所示.主要步骤如下： ①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块上.②接通气源，放上滑块，调平气垫导轨.图S4-4

③将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块.弹簧处于原长时滑块左端位于O点.A点到O点的距离为5.00cm，拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时.④计算机采集获取数据，得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像，部分图像如图S4-5所示.图S4-5图S4-6回答以下问题：(结果均保留2位有效数字)(1)弹簧的劲度系数为________N/m.

(2)该同学从图S4-5中提取某些时刻F与a的数据，画出a-F图像如图S4-6中图线Ⅰ所示，由此可得滑块与加速度传感器的总质量为________kg.

(3)该同学在滑块上增加待测物体，重复上述实验步骤，在图中画出新的a-F图像如图中图线Ⅱ所示，则待测物体的质量为________kg.

解析：(1)由题知，弹簧处于原长时滑块左端位于O点，A点到O点的距离为5.00cm.拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时.结合F-t图有Δx＝5.00cm，F＝0.610N，

(2)根据牛顿第二定律有F＝ma，则a-F图像的斜率为滑块与＝5kg-1，则滑块与加速度传感器的总质量为m＝0.20kg.m′＝0.33kg，待测物体的质量Δm＝m′－m＝0.13kg.

答案：(1)12

(2)0.20

(3)0.13考向2利用光电门测量速度的大小

【典题3】(2023

年广东深圳开学考)为探究物体加速度a与外力F和物体质量M的关系，研究小组的同学们在教材提供案例的基础上又设计了不同的方案，如图S4-7所示，方案甲中在小车前端固定了力传感器与细线相连，可以从传感器直接读出细线拉力.方案乙中拉动小车的细线通过滑轮与弹簧测力计相连，从测力计示数可读出细线拉力.方案丙中用带有光电门的气垫导轨和滑块代替木板和小车，三种方案均以质量为m的槽码的重力作为动力.甲乙

丙图S4-7(1)关于上述不同实验方案的操作，下列说法正确的是______.A.各方案都需要使拉动小车(滑块)的细线与轨道平行B.在研究加速度与质量关系的时候，需要保证槽码的质量不变C.甲、乙两方案在计算加速度时必须将纸带上打的第一个点作为计数点进行测量D.各方案通过作出a-M图像即可得出加速度与质量的关系(2)这些方案中，需要满足M

m的是______；必须倾斜轨道以平衡摩擦力的是______.

(3)如图S4-8所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E、F、G为相邻的计数点，两个计数点间还有四个点未画出，小车运动到D点瞬时速度为________m/s，小车运动的加速度为________m/s2.(结果均保留两位有效数字)图S4-8

解析：(1)甲、乙两方案在计算加速度时不一定要将纸带上打的第一个点作为计数点进行测量，选项C错误.各方案通过作出

(2)这些方案中，甲中有力传感器测量拉力，乙中有弹簧测力计测量拉力，则甲、乙不需要满足M

m，但是丙图需要满足Mm的条件，丙图有气垫导轨，则不需要平衡摩擦力，但是甲、乙中必须倾斜轨道以平衡摩擦力.答案：(1)AB(2)丙甲、乙(3)0.250.50考向3选择整体作为研究对象

【典题4】(2023

年广东广州三模)某物理兴趣小组用如图S4-9所示的装置研究加速度与力、质量的关系.带挡光片的物体A内有若干质量均为m0

的小铁片，初态时A、B系统刚好静止，物体A、B的质量相等.图S4-9(1)用游标卡尺测量挡光片的宽度d，如图S4-10所示，则挡光片的宽度d＝_______cm.图S4-10(2)测量挡光片到光电门中心的距离h，将A中的1个小铁片移到B中，由静止释放A，记录挡光片的挡光时间t1.(3)将A中的2个小铁片移到B中，在相同的初始位置由静止释放A，记录挡光片的挡光时间t2.(4)多次重复，得到移动的小铁片的数量n和对应的挡光时间tn.

(5)以n为横坐标，以____________为纵坐标，将实验测得的数据描点连线，若得到一条倾斜的直线，则表明物体的加速度与质