高考物理复习实验四验证牛顿运动定律

试验四：验证牛顿运动定律第1页1.试验目标(1)学会用控制变量法来研究物理规律.(2)学会灵活利用图象法处理物理问题方法.(3)探究加速度与力、质量关系，进而验证牛顿第二定律.第2页2.试验原理探究加速度a与力F及质量m关系时，应用基本方法是控制变量法.(1)控制小车质量m不变，讨论__________与________关系.

(2)控制桶和砂质量不变，即力F不变，改变___________，讨论____________与____________关系.加速度a力F小车质量m加速度a小车质量m第3页3.试验器材低压交流天平刻度尺

打点计时器、纸带及复写纸、小车、一端附有滑轮长木板、小桶、细绳、砂、__________电源、_______、_________、砝码. 4.试验步骤及器材调整 (1)用天平分别测出小车和小桶质量M和m，把数值统计下来. (2)按图S4-1所表示把试验器材安装好. 图S4-1第4页

(3)平衡摩擦力：在长木板不带滑轮一端下面垫上一块薄木板，重复移动其位置，直至________(填“挂”或“不挂”)小桶小车刚好在斜面上保持________运动为止. (4)将小桶经过细绳系在小车上，接通电源放开小车，使小车运动，用纸带统计小车运动情况，取下纸带，并在纸带上标上号码.不挂匀速

(5)保持小车质量不变，改变小桶中砂量，测量砂和小桶质量m，重复步骤(4)，每次统计必须在对应纸带上做上标记，列表格将统计数据填写在表内.第5页

(6)建立坐标系，用纵坐标表示__________，横坐标表示____，在坐标系上描点，画出对应图象以验证____与____关系.加速度力aF

(7)保持砂及小桶质量不变，改变小车质量(在小车上增减砝码)，重复上述步骤(5)、(6)，验证_________与___________关系.加速度a小车质量M第6页

5.数据处理 (1)利用Δx＝aT2及逐差法求a. (2)以a为纵坐标，F为横坐标，依据各组数据描点，假如这些点在一条过原点直线上，说明a与F成正比.(3)以a为纵坐标，1m为横坐标，描点、连线，假如该线过原点，就能判定a与m成反比.第7页

6.注意事项 (1)平衡摩擦力：适当垫高木板右端，使小车重力沿斜面方向分力恰好平衡小车和纸带受到阻力.在平衡摩擦力时，不要把小桶系在小车上，而让小车拉着打点纸带匀速运动，且在试验过程中，__________重复平衡摩擦力. (2)试验条件：每次试验中均要求小车质量M______砂和小桶质量m，只有这么，才能使牵引小车牵引力近似等于砂及小桶重力.不需要≫第8页

(3)一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开始时，小车应尽可能靠近打点计时器，并应先________________，后________________，且应在小车抵达滑轮前按住小车. (4)作图：作图象时，应使尽可能多点在所作直线上，不在直线上点尽可能对称分布在所作直线两侧.接通电源释放小车第9页7.误差分析(1)系统误差以小车和小桶整体为研究对象得mg＝(M＋m)a；以小车为总重力mg代替小车拉力，而实际上小车所受拉力要小于小桶和砂总重力. (2)偶然误差 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引发误差.第10页考点1对试验原理与试验步骤考查

【典题1】(

年山东泰安高三第二轮质检)在“验证牛顿第二定律”试验中，采取如图S4-2所表示试验装置，小车及车中砝码质量用M表示，砂和砂桶质量用m表示，小车加速度可由小车后面拖动纸带计算出. 图S4-2第11页

(1)试验中，为了使细线对小车拉力等于小车所受合外力，先调整长木板一端滑轮高度，使细线与长木板平行.接下来还需要进行一项操作是()

A.将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器纸带，给打点计时器通电.改变砂桶中砂多少，使小车在砂和砂桶牵引下运动，从打出纸带判断小车是否做匀速运动 B.将长木板一端垫起适当高度，让小车连着已经穿过打点计时器纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出纸带判断小车是否做匀速运动 C.将长木板一端垫起适当高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动第12页(2)试验中要进行质量m和M选取，以下最合理一组是(

)A.M＝200g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、35g、40gB.M＝200g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120gC.M＝400g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、35g、40gD.M＝400g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120g第13页

(3)已知打点计时器使用交变电流频率为50Hz，每相邻两个计数点间还有4个点未画出，利用如图S4-3所表示给出数据可求出小车运动加速度a＝________m/s2.(计算结果保留3位有效数字)图S4-3第14页

解析：(1)为了使细线对小车拉力等于小车所受合外力，需要平衡摩擦力，其方法是：将长木板一端垫起适当高度，让小车连着已经穿过打点计时器纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出纸带判断小车是否做匀速运动，故B正确. (2)为了使砂和砂桶重力等于小车所受拉力，应满足m≪M，故选C.答案：(1)B(2)C(3)1.58第15页次序12345质量M/g100140180200240加速度a/(m·s－2)1.000.670.530.480.4010.007.145.56____4.17考点2对数据处理和误差分析考查

【典题2】在用图S4-4所表示装置做“验证牛顿第二定律”试验中： (1)甲同学在外力F一定条件下，探究a与M关系时，所得到试验结果以下表所表示： 外力F＝0.1N第16页图S4-4图S4-5

①请你完善表中数据，并在图S4-5中给出坐标纸上画出

②由图象可得到结论是___________________________.第17页

(2)乙同学在探究“加速度与外力关系”试验中得到a-F图象如图S4-6所表示，则该图象中图线不过原点原因是__________________________________________________________，小车质量为________kg(计算结果保留2位有效数字).图S4-6第18页第19页答案：(1)①5.00如图D21所表示.

图D21②在外力一定情况下，物体加速度与质量成反比0.28(0.26～0.29均

(2)木板倾角过大(或平衡摩擦力过分)正确)第20页

【迁移拓展】(年新课标Ⅰ卷)某同学利用如图S4-7甲所表示试验装置及数字化信息系统取得了小车加速度a与钩码质量m对应关系图，如图乙所表示.试验中小车(含发射器)质量为200g，试验时选择了不可伸长轻质细绳和轻定滑轮，小车加速度由位移传感器及与之相连计算机得到，回答下列问题：第21页甲乙

图S4-7 (1)依据该同学结果，小车加速度与钩码质量成________(填“线性”或“非线性”)关系. (2)由图乙可知，a-m图线不经过原点，可能原因是________________________________.第22页

(3)若利用本试验装置来验证“在小车质量不变情况下，小车加速度与作用力成正比”结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到合外力，则试验中应采取改进办法是____________________________，钩码质量应满足条件是________________________.第23页

解析：本题考查了验证牛顿第二定律试验.(1)依据图中描出各点作出图象不是一条直线，故小车加速度和钩码质量成非线性关系.(2)图象不过原点，小车受到拉力但没有加速度，原因是有摩擦力影响.(3)平衡摩擦力之后，在满足钩码质量远小于小车质量条件下，能够得出在小车质量不变情况下拉力与加速度成正比结论.

答案：(1)非线性 (2)存在摩擦力(3)调整轨道倾斜度以平衡摩擦力远小于小车质量第24页

1.试验器材创新： (1)利用光电门测滑块上遮光条经过光电门时间. (2)利用气垫导轨代替长木板. (3)利用力传感器测绳中拉力大小. 2.试验原理创新： 利用力传感器测出细线拉力或选取整体作为研究对象，消除了因不满足m≪M而带来试验误差. 3.数据处理方法创新：第25页考向1利用力传感器测量拉力大小

【典题3】(

年广东江门模拟)如图S4-8所表示是某同学探究加速度与力关系试验装置.他在气垫导轨上安装了一个光电门B.滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放. 图S4-8第26页(1)该同学用游标卡尺测量遮光条宽度d，如图S4-9所表示，则d＝________mm.图S4-9

(2)试验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条经过光电门B时间t，若要得到滑块加速度，还需要测量物理量是__________________.第27页(3)以下无须要一项试验要求是________.(请填写选项前对应字母)A.应使滑块质量远大于钩码和力传感器总质量B.应使A位置与光电门间距离适当大些C.应将气垫导轨调整水平D.应使细线与气垫导轨平行

(4)改变钩码质量，测出对应力传感器示数F和遮光条经过光电门时间t，经过描点作出线性图象，研究滑块加速度与力关系，处理数据时应作出___________图象.(填“t2­-F”第28页解析：(1)由题图知第6条刻度线与主尺对齐，d＝2mm＋6×0.05mm＝2.30mm.

(2)试验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条经过光电门B时间t，滑块经过光电门时瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门平均速度.依据运动学公式得若要得到滑块加速度，还需要测量物理量是遮光条到光电门距离L.第29页

(3)拉力是直接经过力传感器测量，故与小车质量和钩码质量大小关系无关，故A项无须要；应使A位置与光电门间距离适当大些，有利于减小误差，故B项必要；应将气垫导轨调整水平，拉力才等于协力，故C项必要；要保持拉线方向与木板平面平行，拉力才等于协力，故D项必要.故选A.第30页答案：(1)2.30(2)遮光条到光电门距离L(3)A第31页考向2选择整体作为研究对象

【典题4】(年新课标Ⅲ卷)某物理课外小组利用图S4-10中装置探究物体加速度与其所受合外力之间关系.图中，置于试验台上长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上小滑车相连，另一端可悬挂钩码.本试验中可用钩码共有N＝5个，每个质量均为0.010kg.试验步骤以下： (1)将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度小物块，使小车(和钩码)能够在木板上匀速下滑.第32页图S4-10

(2)将n(依次取n＝1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余N－n个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行.释放小车，同时用传感器统计小车在时刻t相对于其起始位置位移s，绘制s-t图象，经数据处理后可得到对应加速度a.第33页n12345a/(m·s－2)0.20______0.580.781.00

(3)对应于不一样n

a值见下表.n＝2时s-t图象如图S4-11甲所表示；由图甲求出此时小车加速度(计算结果保留2位有效数字)，将结果填入下表.

(4)利用表中数据在图乙中补齐数据点，并作出a-n图象.从图象能够看出：当物体质量一定时，物体加速度与其所受合外力成正比.第34页甲乙

图

S4-11 (5)利用a-n图象求得小车(空载)质量为________kg(计算结果保留2位有效数字，重力加速度g取9.8m/s2).第35页(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，以下说法正确是________(填正确选项前序号).A.a-n图线不再是直线B.a-n图线仍是直线，但该直线不过原点C.a-n图线仍是直线，但该直线斜率变大当t＝2s时，s≈0.78m，代入解得a＝0.39m/s2. (4)由题