新教材2021-2022学年人教版物理必修第一册学案：第4章 含答案

运动和力的美系

第1节X牛顿第一定律

(1)通过阅读课本，知道在研究“运动和力的关系”

物理上的代表人物及其各自的观点。

观念⑵通过具体实例，知道质量是惯性大小的量度，体

会生活中惯性的应用与防止。

科学通过实验操作，理解伽利略的理想实验及其推理过

探究程，感受理想实验是科学研究的重要方法。

科学通过阅读课本，理解并掌握牛顿第一定律的内容和

思维意义。

预习基础知识，培养自学能力

知识点一理想实验的魅力

［情境导学］

伽利略理想斜面实验如图所示，小球沿斜面由静止滚下，再滚上另一斜面。

(1)在实际生活中，小球滚上另一斜面的最大高度等于人吗？

(2)设想斜面是光滑的，小球滚上另一斜面的最大高度等于h吗？

(3)设想斜面是光滑的，若减小第二个斜面的倾角，小球还能滚到另一斜面高A处吗？

与没减小斜面倾角之前相比，小球滚到另一斜面高h处通过的路程如何变化？

(4)设想第二个斜面变成水平面，这时小球试图滚上另一斜面的相同高度，但永远达不

到。这时小球的运动能停下来吗？

提示：(1)不等。滚上另一斜面的最大高度小于人

(2逐于鼠

(3)能，通过的路程变大。

(4)不能，永远运动下去。

［知识梳理］

1.亚里士多德的观点：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体

就要静止在某个地方。

2.伽利略的理想实验

(1)斜面实验

①让静止的小球从第一个斜面滚下，冲上第二个斜面，如果没有摩擦，小球将上升到

原来释放时的高度；

②减小第二个斜面的倾角，小球滚动的距离增大，但所达到的高度相同；

③当第二个斜面放平，小球将永远运动下去。

(2)伽利略的观点：力不是(选利“是”或“不是”)维持物体运动的原因。

3.笛卡儿的观点：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一

直线运动,既不会停下来，也不会偏离原来的方向。

［初试小题］

1.判断正误。

(1)亚里士多德认为力是维持物体运动的原因。(J)

(2)笛卡儿认为物体的运动状态不需力来维持。(J)

(3)伽利略的理想实验说明了力是维持物体运动的原因。(X)

2.思考题。

“理想实验”能否通过科技的不断发展而变成真实的科学实验？

提示：不能，理想实验是人们在实验事实的基础上经过抽象思维设想出来而实际上无

法做到的实验。

知识点二牛顿第一定律

［情境导学1

历史上有人提出过这种环游世界的方式：游客乘坐热气球悬浮在一

定高度，由于地球的自转，一昼夜就可以环游世界。这个设想可行吗？

提示：不行，热气球相对地面上的物体仍然保持若止。

I知识梳理］

1.牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,

除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。

2.惯性：物体这种保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质,叫作惯性。牛顿第

一定律也被叫作惯性定律。

3.意义

(1)揭示了运动和力的关系：力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态

的原因。

(2)揭示了一切物体都具有的一种固有属性——惯性。

［初试小题］

1.判断正误。

(1)牛顿第一定律是可以通过实验验证的。(X)

(2)牛顿认为力的真正效应总是改变物体的速度，而不仅仅是使之运动。(X)

(3)牛顿第一定律说明一切物体都具有惯性。(J)

2.思考题。

如图所示，用力踢球，球才会运动起来，难道不能证明有力才有运动，运动需要力来

维持吗？

提示：不能，正是由于脚对球的力，改变了球原来的运动状态(帮止)，故力是改变物体

运动状态的原因。脚离开球后，脚不再给球作用力，球仍然运动，故不是有力才有运动，

力不是维持物体运动的原因0

知识点三惯性与质量

［知识梳理］

1.描述物体惯性的物理量是它的质量。质量大的物体惯性大。

2.质量：只有大小,没有方向,是标量。在国际单位制中，质量的单位是千克,符号

为kg。

［初试小题］

1.判断正误。

(1)物体的惯性大小决定于物体的质量大小。(J)

(2)物体只有处于静止状态或匀速直线运动状态时才有惯性。(X)

2.思考题。

有人说“只有做匀速直线运动或静止的物体才具有惯性”，也有人说“速度越大惯性

越大”“受力越大惯性越小”，这些说法对吗？

提示：不对，惯性是物体的固有属性，只与物体的质量有关，与物体的运动状态和受

力情况无关。

■课堂精研精练，突破核心要点

要点-伽利略理想实验的理解

［要点归纳］

1.伽利略的理想实验的推论：一切运动着的物体在没有受到外力的时候，它的速度将

保持不变，并且一直运动下去。

2.理想实验的意义

(1)伽利略理想实验是以可靠的实验事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略

次要因素，从而更深刻地揭示了自然规律。

(2)伽利略的理想实验是把实验和逻辑推理相结合的一种科学研究方法。

［例题1］理想实验有时能更深刻地反映自然规律。伽利略设想了弋

一个理想实验，如图所示。下面是关于该实验被打乱的步骤：、旷,

①减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度。

②图为两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面。

③如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度。

④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球将沿水平面做持续的匀速

运动。

(1)请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列(填写序号即可)。

(2)在上述的设想实验步骤中，有的属于可靠的实验事实，有的则是理想化的推论，请

问步骤②属于O

［解析］(1)理想实脸的思想方法，即在实验事实的基础上，经过合理的想象，获取结论。

针对题目所述的实验步骤，正确的排列顺序是②③①④。

(2)步骤②属于可靠的实验事实。

［答案］(1)②③①④(2)可靠的实验事实

［针对训练］

1.伽利略的斜面实验证明了()

A.要使物体运动必须有力作用，没有力作用的物体将静止

B.要使物体静止必须有力作用，没有力作用的物体就运动

C.物体不受外力作用时，一定处于静止状态

D.力不是维持物体运动的原因

解析：选D伽利略的斜面实验证明了：如果物体不受外力作用，运动的物体将继续

以同一速度沿着一条直线运动下去，所以只有D正确。

2.理想实验是科学研究中的一种重要方法，它把可靠的事实和合理的推论结合起来，

可以深刻地揭示自然规律。关于伽利略的理想实验，下列说法正确的是()

A.只要接触面“相当光滑”，物体在水平面上就能匀速运动下去

B.这个实验实际上是永远无法做到的

C.利用气垫导轨，就能使实验成功

D.要使物体运动就必须有力的作用，没有力的作用物体就静止

解析：选B理想实验在实际情况下是永远不能实现的，其条件永远是理想化的，选

项B正确；即使接触面“相当光滑”，也不会达到没有摩擦力的程度，选项A错误；利用

气垫导轨不能实现“理想”的条件，仍然存在一定的阻力，只不过阻力很小而已，选项C

错误；力是改变物体运动状态的原因，并不是维持物体运动状态的原因，选项D错误。

牛顿第一定律的理解

［问题探究］

火车在某段东西方向的水平轨道上匀速行驶，某时刻发现杯子向西倾倒，火车可能如

何运动？

转化

提示：可能向东加速，也可能向西减速。

［要点归纳］

1.运动状态改变的三种情况

⑴速度的方向不变，大小改变。

⑵速度的大小不变，方向改变。

(3)速度的大小和方向同时发生改变。

2.对牛顿第一运动定律的理解

提出了惯性的概念——物体具有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质

揭示了力和运动的关系——力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体

牛顿第一定

运动状态的原因

律的含义

物体不受外力时将保持原来的运动状态，可以把“不受外力”拓展延伸为

“所受外力的合力为0”

牛顿第一定律不是实验定律，源于伽利略的理想实验

牛顿第一定律是在理想实验的基础上加以科学推理和抽象得到的，但该定律

注意的问题

经过实践证明是正确的

牛顿第一定律是普遍规律，适用于一切物体

［例题2］如图所示，一个劈形物体M,各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平,

在劈形物体上表面上放一光滑小球m,劈形物体从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的

运动轨迹是()

A.沿斜面向下的直线B.竖直向下的直线

C.无规则直线D.抛物线

［思路点拨I

(1)光滑小球m在水平方向不受外力作用。

(2)光滑小球m在竖直方向上受重力和M的支持力作用。

【解析I由于劈形物体M各面均光滑，所以小球m在水平方向上不受力的作用，故小

球m在水平方向上将保持“静止”状态；小球m在竖直方向上受到重力及物体M的支持

力作用，当劈形物体从殍止开始释放后，小球在碰到斜面前在竖直方向的运动状态也发生

改变。故答案应选B。

［答案］B

理解牛顿第一定律应注意以下两点

(1)力是改变物体运动状态的原因是指合外力不为零时，物体运动状态发生改变。但力

与速度的大小、方向之间没有必然的关系。

(2)物体不受外力的实际情况是指物体所受合外力为零，此时物体运动状态不发生改变。

［针对训练］

1.关于牛顿第一定律，以下说法错误的是()

A.牛顿第一定律又叫惯性定律

B.牛顿第一定律是牛顿通过大量实验总结出来的实验结论

C.牛顿第一定律说明一切物体都有惯性

D.牛顿第一定律说明力可以改变物体的运动状态

解析：选B牛顿第一定律说明一切物体都具有保持速度不变的性质，故又叫惯性定

律，故A正确；牛顿第一定律是在实验的基础上进一步推理概括出来的科学理论，而不是

直接通过实险得出的，故B错误；牛顿第一定律揭示了一切物体都具有惯性，惯性是物体

的固有属性，故C正确；牛顿第一定律告诉我们，一切物体都有保持原来速度不变的性质，

力不是维持物体运动的原因，力是改变物体运动状态的原因，故D正确。

2.如图所示，小球A静止放在小车的光滑底板上(设小车底板足.一

够长)，当小车受到水平向右的力尸作用时，小车从静止开始在水平面〃〃〃「

上做加速直线运动，则小球A相对于地面的运动情况是()

A.做匀速直线运动

B.处于静止状态

C.做与小车同方向速度越来越大的直线运动

D.做与小车反方向速度越来越大的直线运动

解析：选B对小球受力分析可知，车内的小球只受竖直方向的重力和支持力，这两

个力走一对平衡力，小球所受合外力为零，所以无论小车如何运动，小球相对于地面仍然

处于将止状态，本题只有B正确。

惯性的理解

I问题探究］

将玻璃瓶、胶带（表面光滑）、粉笔从下到上叠放在一起，如果迅速地

将胶带沿水平方向抽出，粉笔将会怎样运动?

提示：竖直落入玻璃瓶中。

［要点归纳］

1.惯性的“三性”

普遍性一切物体都有惯性，惯性是物体的固有属性

相关性惯性仅与质量有关

唯一性质量是物体惯性大小的唯一量度

2.惯性与惯性定律的区别

惯性惯性定律

基本含义物体本身固有的一种属性物体运动的规律（牛顿第一定律）

①与是否运动无关，与速度大小无①无法用实验直接验证，它所描述的是一种

关理想状态，即不受力的状态

理解要点②与是否受力无关②当物体所受合力为。时，其效果跟不受力

③与所在位置无关作用相同，但“所受合力为0”不能说成“不

④只与质量有关受力作用”

①无关

与力的关系强调了力的作用效果——改变运动状态

②惯性不是一种特殊的“力”

3.惯性的表现

⑴不受力时，惯性表现为保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，有“惰性”的意

思。

（2）受力时，惯性表现为运动状态改变的难易程度。质量越大，惯性越大，运动状态越

难以改变。

［例题3］如图所示，一个盛水的容器固定在一辆小车上，在容器J春三才

铁球一盘!公京卜乒乓球

中分别悬挂和拴住一只铁球和一只乒乓球，容器中水和铁球、乒乓球।

都处于静止状态,当容器随小车突然向右运动时，两球的运动状况是（以小车为参考系）（）

A.铁球向左，乒乓球向右

B.铁球向右，乒乓球向左

C.铁球和乒乓球都向左

D.铁球和乒乓球都向右

［解析］因为小车突然向右运动时，由于惯性，铁球和乒乓球都有向左运动的趋势，但

由于与同体积的“水球”相比，铁球的质量大，惯性大，铁球的运动状态难改变，即速度

变化慢，而同体积的“水球”的运动状态容易改变，即速度变化快，而且水和车一起加速

运动，所以小车加速运动时，铁球相对于小车向左运动；同理，由于与同体积的“水球”

相比，乒乓球的质量小，惯性小，乒乓球向右运动，选项A正确。

［答案IA

有关惯性的五点提醒

(1)惯性仅由物体的质量决定。

(2)惯性与物体是否运动及运动状态是否变化无关。

(3)惯性与物体是否受力无关，与受力的大小及方向无关。

(4)惯性与物体的速度大小无关。

(5)惯性不是一种力。

［针对训练］

1.关于惯性的大小，下面说法中正确的是()

A.两个质量相同的物体，速度大的不容易停下来，所以速度大的物体惯性大

B.在月球上举重比在地球上容易，所以质量相同的物体在月球上比在地球上惯性小

C.推动地面上静止的物体，要比维持这个物体做匀速运动所需的力大，所以物体静止

时惯性大

D.两个质量相同的物体，不论速度大小如何，它们的惯性的大小一定相同

解析：选D物体的惯性大小只与物体的质量有关，两个质量相同的运动物体，惯性

大小相等，与速度和所处位置无关，故A、B、C错误，D正确。

2.如图所示，在匀速行驶的火车车厢内，有一人从〃点正上方相对车厢静止释放一个

小球，不计空气阻力，则小球(

第一

A.可能落在A处B.一定落在5处

C.可能落在C处D.以上都有可能

解析：选B由于惯性，小球在水平方向保持与火车相同的速度，因此在下落时间内,

两者水平位移相等，则小球落到8点，故B正确。

醐季盼修，隹注㈣扇课堂强化训练，巩固学习效果

1.关于伽利略的理想实验，下列说法正确的是（）

A.完全是理想的，没有以事实为基础

B.是以可靠事实为基础，经科学抽象，深刻反映了自然规律

C.没有以事实为基础，只是理想推理

D.以上说法都不对

解析：选B伽利略的理想实验，虽然不能实现，但却是以可靠事实为基础，经科学

抽象，深刻反映了自然规律。

2.下列关于惯性的说法正确的是（）

A,质量越大，物体的惯性越大

B.物体的运动状态改变了，则惯性大小随之变化

C.惯性是物体在匀速直线运动或静止时才表现出来的性质

D.由于子弹的速度越大，其杀伤力就越大，所以子弹的惯性大小与其速度大小有关

解析：选A物体在任何状态下均有惯性，并且物体的惯性大小只与质量有关，和物

体的速度无关，A正确，B、C、D错误。

3.某同学为了取出如图所示羽毛球筒中的羽毛球，一手拿着球筒的中部，另一手用力

击打羽毛球筒的上端，则（）

1尸

产毛球筒

人一羽毛建

A.此同学无法取出羽毛球

B.该同学是在利用羽毛球的惯性

C.羽毛球筒向下运动过程中，羽毛球受到向上的摩擦力才会从上端出来

D.羽毛球会从筒的下端出来

解析：选B一手拿着球筒的中部，另一手用力击打羽毛球筒的上端，羽毛球筒在力

的作用下向下运动，而羽毛球由于惯性而保持静止，所以羽毛球会从筒的上端出来，是在

利用羽毛球的惯性，故B正确。

4.牛顿第一定律告诉我们，物体本身具有保持原有运动状态的属性，直到有外力迫使

它改变这种状态。某人驾车行驶过程中，由于车辆故障，他要跳车自救。跳车时，他向哪

个方向跳更安全？

解析：面向着车辆行进的方向向后跳下，这样做可以有两个好处：一是减小了由于惯

性身体拥有相对地面的速度，二是避免了仰面跌倒的危险。

答案：见解析

第2节X/实验：探究加速度与力、质■的关系

■踞斑^预习基础知识，培养自学能力

一、实验目的

i.学会用控制变量法研究物理规律。

2.会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的无尸、如上图像。

iVl

3.会通过实验探究加速度与力、质量的定量关系。

二、实验器材

小车、槽码、祛码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、

纸带、刻度尺、天平。

三、实验原理

1.实验的基本思想一控制变■法

(1)保持研究对象即小车的质量不变，改变槽码的个数可以成倍地改变小车所受拉力，

即改变作用力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力。

(2)保持小车所受拉力不变，改变研究对象即小车的质量，测出对应不同质量的加速度,

验证加速度是否反比于质量。

2.三个物理■的测量方法

本实验的研究对象：小车

(1)小车质量的测量：利用天平测出，在小车上增减祛码可改变小车的质量。

(2)拉力的测量：当槽码的质量远小于小车质量的情况下，可以认为槽码的总重力近似

等于小车所受的拉力(合外力)。

(3)加速度的测量：由纸带根据公式炉，结合逐差法计算出小车的加速度。

四、实验步骤

1.用天平测出小车的质量并把数值记录下来。

2.按如图所示的装置把实验器材安装好（小车上先不系绳）。

3.平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到

轻推小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止（纸带上相邻点间距相等）。

4.用细绳一端挂槽码，另一端绕过定滑轮系在小车上，在小车上加放适量的祛码，用

天平测出槽码的质量，小记录下来。接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点

后取下纸带，并设计表格如下。

次数123456

小车加速度o/（m-s-2）

槽码的质量w/kg

拉力五/N

表1

5.保持小车（含硅码）的质量不变，改变槽码的质量，按步骤4做6次实验。

6.在每条纸带上选取一段比较理想的部分，利用逐差法计算出每条纸带对应的加速度

的值，填入相应表格中。

7.保持槽码的质量不变，在小车上加放祛码，重复上面的实验，求出相应的加速度,

把数据记录到下面的表格中。

次数123456

小车加速度a/（m-s-2）

小车（含段码）质量M/kg

加'

表2

8.整理实验器材，结束实验。

五、数据处理

1.由表1中记录的数据，以。为纵坐标、尸为横坐标，根据数据作公尸图像（如图所示）,

找出规律，分析。与尸的关系。

2.由表2中记录的数据，分别以。为纵坐标、M和卷为横坐标，根据数据作小M图像

1V1

和a-卷图像（如图所示），分析。与M的关系。

1VI

3.实验结论

⑴保持物体质量不变时，物体的加速度。与所受力尸成正比。

⑵在力尸不变时，物体的加速度。与质量M成反比。

六、误差分析

产生原因减小方法

质量测量不准、计数点间距测量不准多次测量求平均值

①准确平衡摩擦力

小车所受拉力测量不准

②使细绳和纸带平行于木板

偶然误差

使尽可能多的点落在直线上或均匀

作图不准分布在直线两侧，误差较大的点舍

去

系统误差槽码的总重力代替小车所受的拉力使槽码的总度量远小于小车的质量

七、注意事项

1.打点前小车应靠近打点计时器且应先接通电源后释放小车。

2.在平衡摩擦力时，不要悬挂槽码，但小车应连着纸带且接通电源。用手轻轻地给小

车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力

沿斜面向下的分力平衡。

3.改变槽码的质量的过程中，要始终保证槽码的质量远小于小车的质量。

4.作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能地对称分布

在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。

八、其他方案设计

用气垫导轨探究加速度与力、质量的关系。

底脚螺丝

1.实验设计

⑴如图所示，让滑块在钩码拉力的作用下做加速运动，记录下滑块通过光电门的速度、

钩码的质量、两光电门间的距离。

(2)保持滑块质量不变，通过增加(或减少)钩码的数量来改变拉力的大小，重复实验3

次。

2.计算加速度的方法

已知滑块经过两个不同位置的速度为和V2以及两位置间的距离，利用。=汽产就可

以求得加速度。

3.数据的分析

设计实验表格，将滑块质量不变时的实验数据记入表格并进行分析。

滑块质量M=kg

钩码的质量

滑块所受拉力大小的近似值F/N

滑块通过光电门1的速度^i/dn-s-1)

滑块通过光电门2的速度s/(m・sr)

两光电门间的跟离x/m

滑块加速度的计算值R(m・C2)

由数据分析得出结论：当物体的质量不变时，。与尸成正比。

4.需说明的两个问题

⑴有的仪器只能记录滑块经过光电门的时间，但这个时间很短暂，故可用是指

挡光片的宽度，，是挡光时间)求得滑块在不同位置的瞬时速度。

(2)认为钩码的重力等于滑块所受到的拉力，但这是有条件的，即滑块的质量比钩码的

质量大得多，滑块的加速度不能太大。

网踢施a嗜毒自留.课堂题型设计，把握命题重点

rna实验原理与操作

［例题1］在研究作用力尸一定时，小车的加速度。与小车(含硅码)质量”的关系时，

某同学设计的实验步骤如下：

A.用天平称出小车和所挂槽码的质量

B.按图装好实验器材

C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂槽码

D.将电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上，接通电源，释放小车，打点计时器在

纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量

E.保持所挂槽码的质量不变，增加小车上的祛码个数，并记录每次增加后的M值,

重复上述实验

F.分析每条纸带，测量并计算出加速度的值

G.作公加关系图像，并由图像确定。与"的关系

(1)该同学漏掉的重要实验步骤是,该步骤应排在步骤之后。

(2)在上述步骤中，有错误的是步骤,应把改为o

(3)在上述步骤中，处理不恰当的是步骤,应把改为o

(4)仔细观察该同学安装的实验装置图，请改正以下三个实验器材的位置错误。

电磁打点

小车计时器

ou

①电磁打点计时器的位置_______；

②小车位置________；

③滑轮位置________。

［解析］(1)实验中把所挂槽码的重力之和看成与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦

力，故必须平衡摩擦力且应排在步骤R之后。

(2)电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在约8V交流电源上。

(3)作小M关系图像，得到的是曲线，很难进行正确的判断，必须“化曲为直”，改作

3三关系图像。

(4)①电磁打点计时器应靠右端安装，留出小车的运动空间；②粒放小车时，小车应靠

近打点计时器；③连接小车的细绳应平行于木板，故应调节滑轮位置使细绳平行于木板。

I答案］(1)平衡摩擦力B(2)D6V电压的蓄电池约8V的交流电源(3)Ga-M

图像图像(明①应靠右端②应靠近打点计时器③使细绳平行于木板

数据处理与分析

［例题2］某同学设计了一个探究加速度。与物体所受合力产及质量m的关系的实验，

图甲为实验装置简图。

小车电源插头导在也露排深分&n

、纸卷计时器纸带启动力向

,4—“

i16,196.707.217.72

槽淤［［］单位：cm

甲乙

(1)某次实验得到的纸带如图乙所示，根据纸带可求出小车的加速度大小为

m/s2(保留两位有效数字，交流电的频率为50Hz)。

⑵保持槽码质量不变，改变小车质量机，分别得到小车加速度。与质量，〃及对应的士,

数据如表所示:

验次数

12345678

物理量一一

小车加速度a/(m-s-2)1.901.721.491.251.000.750.500.30

小车质量w/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67

-1

—m/k6g4.003.453.032.502.001.411.000.60

请在图丙中画出公5图像，并依据图像求出小车加速度。与质量倒数5之间的关系式是

(3)保持小车质量不变，改变槽码质量，该同学根据实验数据作出了加速度。随合力F

变化的图像，如图丁所示。该图像不通过原点，请你分析其主要原因是

［解析］(1)用逐差法计算加速度。由纸带上的数据可知，。=6.19cm,X2=6.70cm,

X3=7.21cm,X4=7.72cm。电火花计时器的打点周期为T=0.02s,故加速度a=

X4+X3-必一彳1、-,,

-4x(27)2-=3.2m/s。

(2)根据题目提供的小车加速度a与质量m对应的倒数A的有关数据，可在坐标系中描

出8个对应点，用一条直线“连揍”各点，使尽量多的点落在直线上，不在直线上的点大

致均匀分布在直线的两侧，得到的图像如图所示，由图可得。=表。

⑶由题图丁可知，当加速度a为零时，拉力"并不为零，说明实验前没有平衡摩擦力

或者未完全平衡摩擦力。

［答案］(1)3.2(2)见解析图a=y-(3)实验前没有平衡摩擦力或者未完全平衡摩

擦力

03实验拓展与创新

［例题3］为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，甲、乙两同学设计了如图所示

的实验装置。其中M为小车的质量，加为砂和砂桶的总质量，滑轮由铁丝固定在车上，质

量为孙)=0.1kg。力传感器可测出轻绳上的拉力户的大小，不计滑抡与轻绳之间的摩擦。

|,.

阳M纸带打点计时器

?■!力传娉器I

n'|丁|

Tn

(1)实验时，一定要进行的操作是_O(填写选项前的字母)

A.用天平测出砂和砂桶的总质量

B.将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力

C.小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录力传感

器的示数

D.为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的总质量小远小于小车的质量M

(2)甲同学在实验中得到如图所示的一条纸带(两计数点间还有四个点没有画出)，已知打

点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带可求出打点计时器打下标号为2的点

时小车的速度为m/s,小车的加速度为m/s2o(结果保留三位有效数字)

7-0i23

V43.39~4*—3.77-卜4.15—41——臬53—4

单位：cm

⑶乙同学根据测量数据作出如图所示的a-F图像，该同学做实验时存在的问题是

［解析］(1)本题中轻绳上的拉力可以由力传感器测出，因此不需要用天平测出砂和砂桶

的总质量，也不需要使砂和砂桶的总质量远小于小车的质量，A、D错误；实验时需将长木

板右端垫高，以平衡摩擦力，B正确；实验时，小车应靠近打点计时器，先接通电源，再

释放小车，并记录力传感器的示数，C正确。

(2)相邻两计数点间的时间间隔为「=5X0.02s=0.1s,根据匀变速直线运动中间时

到的瞬时速度等于平均速度可得。2=*，7梨*?m/s=0.396m/s,根据人工=0炉,

2X0.1

、-mbx”上一((4.53+4.15)-(3.77+3.39)1X10-2,,

运■用逐差法可得小车的加速度a=7(2X0I)2m/s-=().38()m/s~0

(3)由题图可知，一开始时当”=0时，尸不等于0,故乙同学没有平衡摩擦力或者平衡

摩擦力不够。

［答案］(DBC(2)0.3960.380(3)没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够

■睡密e唯毒海㈣由课堂强化训练，巩固学习效果

i.在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，

(1)下列仪器需要用到的是:

“IB#

ABCD

(2)下列说法正确的是：

A.先释放纸带再接通电源

B.拉小车的细线应尽可能与长木板平行

C.纸带与小车相连端的点迹较疏

D.轻推小车，拖着纸带的小车能够匀速下滑说明摩擦力已被平衡

(3)实验时打出的一条纸带如图所示，A、B、C、D……为每隔4个点取的计数点，据此

纸带可知小车在D点的速度大小为m/s(小数点后保留两位)。

~~ABC~~D-T-F-

j||||||||中1叩|叩ii|iiii|iiii|i叫血而叫唧iii|iiii|iiii|iiii|iiii|L

0lcm2345678910

解析：(1)本实险通过纸带打点分析求解物体的加速度，利用了控制变量法，通过改变

小车或重物的质量，从而研究加速度与质量、合外力之间的关系，所以选择仪器A、Do

(2)实验时应先接通打点计时器的电源，后释放小车，为了保证细线拉力不被分解，所

以细线要尽可能与木板平行，所以选项A错误，选项B正确；小车刚开始运动时速度较小，

所以纸带与小车相连端的点迹较密，选项C错误；拖着纸带的小车能够匀速下滑说明恰好

平衡摩擦力，选项D正确。

(3)根据0尸肝m/s=0.206m/s,保留小数点后两位，所以答案为0.21

乙I/ZfAU.1

m/s。

答案：(1)AD(2)BD(3)0.21

2.在“探究加速度与力、质量的关系”活动中，某小组设计了如图所示的实验装置。

图中上、下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上祛码盘，

两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，然后同时

停止。

（1）在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使;

在实验时，为减小系统误差,应使祛码盘和硅码的总质量_______（选填“远大于”“远

小于”或“等于"）小车的质量。

（2）本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是因为

解析：（1）拉小车的细线要与坑道平行。只有在祛码盘和硅码的总质量远小于小车质量

时，才能认为细线拉小车的力等于硅码盘和段码的总重力。

2

⑵对初速度为零的匀加速直线运动，运动时间相同时，根据x=^atf得所以

能用位移来比较加速度大小。

答案：（1）细线与轨道平行（或水平）远小于（2）两小车从静止开始做匀加速直线运动,

且两小车的运动时间相等

3.“用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系”的实验装置

如图甲所示。

（1）在该实验中必须采用控制变量法，应保持不变，用钩码所受的重力大小作

为,用DIS测小车的加速度。

（2）改变所挂钩码的数量，多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F

关系图像（如图乙所示）。分析此图线OA段可得出的实验结论是

（3）此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是（）

A.小车与轨道之间存在摩擦

B.导轨保持了水平状态

C.所挂钩码的总质量太大

D.所用小车的质量太大

解析：（1）采用控制变量法，应保持小车的总质量不变，用钩码所受重力大小作为小车

所受合力。

(2)从题图乙可以看出。•尸关系图像基本上是一条过原点的直线，所以可以得出在质量

不变的条件下，加速度与合力成正比。

(3)本次实脸的条件是所挂钩玛的总质量应远小于小车的总质量，否则不能用钩码所受

的重力作为小车受到的拉力。此图线的A3段明显偏高直线说明所挂钩码的总质量太大。

答案：(1)小车的总质量小车所受合力(2)在质量不变的条件下，加速度与合力成正

比(3)C

4.“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示。

4IT

(1)下列说法正确的是O

A.每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力

B.实验时应先释放小车后接通电源

C.本实验槽码B的质量应远大于小车A的质量

D.在用图像探究加速度与质量关系时，应作〃.小图像

(2)某同学在实验中，打出的一条纸带如图所示，他选择了几个计时点作为计数点，相

邻两计数点间还有4个计时点没有标出，其中si=7.06cm、si=J.68cm、$3=8.30cm>

S4=8.92cm,已知交流电的频率为50Hz,则纸带运动加速度的大小是m/s2o(保

留两位有效数字)

(3)某同学将长木板右端适当垫高，其目的是o

但他把长木板的右端垫得过高，使得倾角过大。用〃表示小车的加速度，F表示细线

作用于小车的拉力。他绘出的公尸关系图像是。

解析：(1)实脸前要平衡摩擦力，此后每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力，

故选项A错误；实验时应先接通电源，然后再释放小车，故选项B错误；在槽码B的质量

远小于小车A的质量时，小车受到的拉力近似等于槽码受到的重力，故选项C错误：应用

图像法处理加速度与质量关系实险数据时，为了直观，应作如《图像，故选项D正确。

(2)利用逐差法可得S4+S3—S2-

S4+S3-S2-Si0.0248,，八八/2

解得«=赤=4xu()［m/s-=0.62m/s)

(3)将长木板右端适当垫高，其目的是平衡摩擦力；把长木板的右端垫得过高，使得倾

角过大，小车所受重力平行于木板的分力大于小车受到的摩擦力，小车受到的合力大于细

线的拉力，在小车不受细线拉力时，小车已经具有一定的加速度，小尸图像不过原点，在。

轴上有截距，因此他绘出的4•尸关系图像是选项C。

答案：(1)D(2)0.62(3)平衡摩擦力C

夕

第3节牛顿第二定律

⑴理解牛顿第二定律的内容，知道其表达式的确切

物理含义。

(2牖过财的单位消伟配瓶定义，掌握牛顿第二

定律表达式F=ma成立的条件。

牛顿第二定

科学通过实例分析，加深对牛顿第二定律的理解，并能

思维利用其解决简单的问题。

[ffl

比一般的小汽车质量小很多，而且还安装一

个功率很大的发动机?

提示：提高赛车的灵活性，获得较大的加速度。

［知识梳理］

1.牛顿第二定律的内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成诞，跟它的质量成

反比,加速度的方向跟作用力的方向相同。

2.牛顿第二定律的表达式：F=kmat其中A为比例系数。

［初试小题］

1.判断正误。

(1)牛顿第二定律既明确了力、质量、加速度三者的数量关系，也明确了加速度与力的

方向关系。3)

(2)由尸=而皿可知，物体所受的合力与物体的质量成正比，与物体的加速度成反比。(X)

(3)加速度的方向决定了物体所受合力的方向。(X)

(4)任何情况下，物体的加速度的方向始终与它所受的合力的方向一致。(J)

2.思考题。

“由尸可知，当产=0时。=0,即物体静止或做匀速直线运动，所以牛顿第一定

律是牛顿第二定律的特例。”这种说法正确吗，为什么？

提示：不正确，因为物体所受合力为零和不受任何外力作用是两种不同的状态。

知识点二力的单位

［知识梳理I

1.力的国际单位：牛顿，简称牛，符号为N。

2.“牛顿”的定义：使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度的力叫作1N,即1N

=1ka-m/s2o

3.国际单位制中〃=1,牛顿第二定律的表达式：F=mat式中/、，小〃的单位分别

为牛顿、千克、米每二次方秒。

［初试小题1

1.判断正误。

(1)使质量是1g的物体产生1cm/sz的加速度的力叫作1N。(X)

(2)公式尸=加。中，各量的单位可以任意选取。(X)

(3)牛顿第二定律表达式尸=Am。中的系数女总等于1。(X)

2.思考题。

若质量的单位用克，加速度的单位用厘米每二次方秒，力的单位是牛顿，牛顿第二定

律表达式F=kma中的系数上还是1吗？

提示：不是。只有当质量的单位用千克，加速度的单位用来每二次方秒，力的单位是

牛顿，此时牛顿第二定律表达式中的系数才是1。

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牛顿第二定律的理解

［问题探究］

如图所示，某人在客厅内用力推沙发，但是沙发没有动。小超卜

(1)根据牛顿第二定律，有力就能产生加速度，人给沙发施加力后，沙直

发为什么没动？匚巨埼江

(2)如果地板光滑，当人给沙发施加力的瞬间，沙发会有加速度吗？是否立刻获得速度？

提示：(1)推力小于地面对沙发的最大静摩擦力。

(2)沙发可立即获得加速度，但速度的获得需要时间，故不能立即获得速度。

［要点归纳］

1.表达式尸=加。的理解

(1)单位统一：表达式中尸、阳、。三个物理量的单位都必须是国际单位。

(2)户的含义：厂是合力时，加速度。指的是合加速度，即物体的加速度；户是某个力

时，加速度a是该力产生的加速度。

2.牛顿第二定律的五个性质

性质理解

因果性力是产生加速度的原因，只要物体所受的合力不为0,物体就具有加速度

尸=〃也是一个矢量式。物体的加速度方向由它受的合力方向决定，且总与合力的

矢量性

方向相同

瞬时性加速度与合力是瞬时对应关系，同时产生，同时变化，同时消失

同体性尸=/〃。中户、〃1、。都是对同一物体而言的

独立性作用在物体上的每一个力都产生加速度,物体的实际加速度是这些加速度的矢量和

I例题1］［多选1下列对牛顿第二定律的表达式F=ma及其变形公式的理解，正确的

是()

A.由尸=〃汝可知，物体所受的合力与物体的质量成正比，与物体的加速度成反比

B.由m=!可知，物体的质量与其所受的合力成正比，与其运动的加速度成反比

C.由。=5可知，物体的加速度与其所受的合力成正比，与其质量成反比

D.由加=：可知，物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受的合力而求出

［解析］牛顿第二定律的表达式尸=也〃表明了各物理量之间的数量关系，即已知两个

量，可以求第三个量。物体的质量由物体本身决定，与受力无关；物体所受的合力，是由