高考物理总复习第三章牛顿运动定律第2节课时5牛顿第二定律两类动力学问题：验证牛顿运动定律

试验探究：验证牛顿运动定律1.基础知识2.典例剖析3.创新试验4.备选训练5.真题演练第三章牛顿运动定律1/44一、基础知识1.基础知识2/44试验四验证牛顿运动定律3/444/44二、典例剖析2.典例剖析5/44M打点计时器可重复点击播放！纸带m

“验证牛顿第二定律”试验装置示意图考点一试验原理与基本操作6/44【例1】在“探究加速度和力、质量关系”实验中，采取如图所表示装置图进行试验：(1)试验中，需要在木板右端垫上一个小木块，其目标是__________________.(2)试验中,已经测出小车质量为M，砝码(包含砝码盘)总质量为m，若要将砝码(包含砝码盘)总重力大小作为小车所受拉力F大小,这么做前提条件是________________。(3)在试验操作中，以下说法正确是_________(填序号)。平衡摩擦力m≪MBD转解析7/44转原题8/44试验中几个注意点1．试验方法：控制变量法．2．平衡摩擦力：不悬挂小盘，小车连纸带且接通电源，能在纸带上打出间隔均匀点．不重复平衡摩擦力.3．试验条件：小车重力M≫小盘和砝码总重力m．4．一先一后一按住：每次开始时小车尽可能靠近打点计时器,先接通电源,后放开小车,在抵达滑轮前按住小车.5．作图：两轴标度百分比要适当．各量须采取国际单位.规律方法9/44注意事项1.试验方法：控制变量法。2.平衡摩擦力：在平衡摩擦力时,不要悬挂小盘,但小车应连着纸带且接通电源。用手给小车一个初速度,假如在纸带上打出点间隔是均匀,表明小车受到阻力跟它重力沿斜面向下分力平衡。3.不重复平衡摩擦力：平衡了摩擦力后,不论以后是改变小盘和砝码总质量还是改变小车和砝码总质量,都不需要重新平衡摩擦力。4.试验条件：M≫m只有如此,小盘和砝码总重力才可视为小车受到拉力。5.一先一后一按住：改变拉力和小车质量后,每次开始时小车应尽可能靠近打点计时器,并应先接通电源,后放开小车,且应在小车抵达滑轮前按住小车。6.作图：作图时两轴标度百分比要适当,各量须采取国际单位,这么作图线时,坐标点间距不至于过密,误差会小些。反思总结10/44【变式训练1】在“探究加速度与力、质量关系”时采取如图所表示试验装置,小车及车中砝码质量为M,砂桶及砂质量为m。(1)若已平衡摩擦力,在小车做匀加速直线运动过程中,绳张力大小FT＝____________,当M与m大小满足________时,才可认为绳子对小车拉力大小等于砂和砂桶重力.(2)某同学在保持砂和砂桶质量m一定条件下，探究小车加速度a与质量M关系，其详细操作步骤以下，则做法合理有(

)A．平衡摩擦力时，砂桶应用细线经过定滑轮系在小车上且小车后面纸带也必须连好B．每次改变小车质量M时，都需要重新平衡摩擦力C．试验时，先接通计时器电源，再放开小车C．试验时，先接通计时器电源，再放开小车D．用天平测出m及M，直接用公式a＝mg/M求出小车运动加速度(3)某同学在保持小车及车中砝码质量M一定条件下,探究小车加速度a与所受外力F关系时,因为操作不妥得到a－F图线如图示,试分析图线不过原点原因是________________,图线上部弯曲原因是______________。转解析mg/(1+m/M)m≪MC木板倾角太大未满足M≫m11/44转原题12/44【备选】(·安徽高考)图为“验证牛顿第二定律”试验装置示意图．砂和砂桶总质量为m，小车和砝码总质量为M.试验中用砂和砂桶总重力大小作为细线对小车拉力大小.(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，调整m大小，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小车与木板间摩擦力需要消除(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、40gB．M＝200g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120gC．M＝400g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40gD．M＝400g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120g砂和砂桶总重力大小作为细线对小车拉力条件是：m<<M(3)下列图是试验中得到一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻计数点，相邻两个计数点之间还有四个点未画出．量出相邻计数点之间距离分别为：xAB＝4.22cm、xBC＝4.65cm、xCD＝5.08cm、xDE＝5.49cm，xEF＝5.91cm，xFG＝6.34cm.已知打点计时器工作频率为50Hz，则小车加速度a＝________m/s2.(结果保留二位有效数字)．用逐差法求加速度0.42转解析13/44转原题14/44【例2】

某一小组同学用如图示装置做“探究物体质量一定时，加速度与力关系”试验。(1)以下说法正确有________。A．平衡摩擦力时，用细线一端挂空砝码盘，另一端与小车相连，将木板适当倾斜，使小车在木板上近似做匀速直线运动B．每次改变砝码及砝码盘总质量之后，应重新平衡摩擦力C．应让砝码及砝码盘总质量远大于小车及里面钩码总质量D．砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码总质量时，能够近似认为小车受到拉力等于砝码及砝码盘重力D考点二试验数据处理与误差分析

15/44此处表明，拉力为零时，小车已经含有一定加速度，平衡摩擦力过分.(2)图为试验中按规范操作打出一条纸带一部分。从比较清楚点迹起，在纸带上标出了连续5个计数点A、B、C、D、E，相邻两计数点之间都有4个计时点没有标出，用刻度尺分别测量出A点到B、C、D、E距离如图5所表示，已知打点计时器接在频率为50Hz交流电源上，则此次试验中小车运动加速度测量值a＝______m/s2。(结果保留两位有效数字)(3)某同学平衡摩擦力后，改变砝码盘中砝码质量，分别测量出小车加速度a。以砝码盘及砝码重力F为横坐标，以小车加速度a为纵坐标，得到如图所表示a－F图线，则图线不经过坐标原点主要原因是___________________。转解析1.2平衡摩擦力过分16/44转原题17/44误差分析1．因试验原理不完善引发误差．本试验实际上小车所受拉力小于小盘和砝码总重力，所以为了减小因试验原理不完善而引发误差，应满足小盘和砝码总质量远小于小车质量．规律方法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引发误差．18/44【变式训练2】如图示为某同学探究加速度与力和质量关系试验装置,两个相同质量小车放在光滑水平板上,前端各系一条细绳,

绳一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘中可放砝码.

两小车后端各系一条细绳,一起被夹子夹着使小车静止.打开夹子,两小车同时开始运动;关上夹子,两小车同时停下来,用刻度尺测出两小车位移,下表是该同学在几次试验中统计数据.试验次数车号小车质量(g)小盘质量(g)车中砝码质量(g)盘中砝码质量(g)小车位移(cm)1甲50100015乙5010010302甲501001027.5乙50105010143甲50100018乙5010101019/44小车甲小车乙请回答下述问题:(1)在每一次试验中,甲、乙两车位移之比等于__________之比,请简明说明试验原理:________________________________________________;(2)第一次试验控制了________不变,在试验误差允许范围内可得出结论是:_______________________;(3)第二次试验控制了_____________不变,在试验误差允许范围内可得出结论是:__________________________;(4)第三次试验时,该同学先测量了甲车位移,再依据前两次试验结论,计算出乙车应该发生位移,然后再测量了乙车位移,结果他高兴地发觉,理论预言与实际符合得相当好.请问,他计算出乙车位移应该是________.转解析加速度因为两车运动时间相同,由s＝at2/2得s甲∶s乙＝a甲∶a乙

小车质量小车加速度与拉力成正比小车所受拉力小车加速度与质量成反比30cm小车甲小车乙

点击按钮，模拟演示本试验中小车运动情况!20/44转原题21/44【备选】

某试验小组在试验室探究加速度和力、质量关系.(1)甲同学在小车所受合外力不变时,改变小车质量,得到数据以下表所表示:试验次数小车质量m/kg小车加速度a/(m/s2)小车质量倒数1/m/kg－110.200.785.0020.400.382.5030.600.251.6740.800.201.2551.000.161.00a.依据表中数据,在图甲坐标系中描出对应试验数据点,并作出a－1/m图象.b.由a－1/m图象，可得出结论为:__________________________________．c.小车受到协力大约为________．(结果保留两位有效数字)外力不变时,物体加速度与质量成反比1.60N22/44(2)乙同学在保持小车质量不变情况下，经过屡次改变对小车拉力，由试验数据作出a—F图象如图乙所表示，图线不过原点原因可能是________________,小车质量为________kg.(保留两位有效数字)木板倾角过大2.0转解析此处表明，拉力为零时，小车已经含有一定加速度，平衡摩擦力过分.△F△am=△F/△a23/44转原题24/44四、创新试验3.创新试验25/44以本试验为背景，经过改变试验条件、试验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，表达开放性、探究性、设计性等特点。考点三试验改进与创新视角1试验器材改进26/44视角2数据测量改进视角3试验拓展延伸进以“验证牛顿运动定律”为背景测量物块与木板间动摩擦因数。27/44【例3】（·新课标全国卷Ⅰ,22）某同学利用图(a)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(b)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。回答以下问题：（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(b)可知,a-m图线不经过原点,可能原因是

。（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:___________________。

非线性存在摩擦力调整轨道倾斜度以平衡摩擦力远小于小车质量转解析28/44转原题29/44【变式训练3】(·新课标全国卷Ⅰ,22)下列图为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数试验装置示意图．试验步骤以下：①用天平测量物块和遮光片总质量M、重物质量m,用游标卡尺测量遮光片宽度d;用米尺测量两光电门之间距离s;②调整轻滑轮，使细线水平；③让物块从光电门A左侧由静止释放,用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用时间ΔtA和ΔtB,求出加速度a；④屡次重复步骤③，求a平均值；⑤依据上述试验数据求出动摩擦因数μ.回答以下问题：统计时间ΔtA,由d/ΔtA得到此刻瞬时速度vA统计时间ΔtB,由d/ΔtB得到此刻瞬时速度vB30/44(1)测量d时，某次游标卡尺(主尺最小分度为1mm)示数如右图所表示，其读数为________cm.(2)物块加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB表示为a＝_______________.(3)动摩擦因数μ可用M、m、和重力加速度g表示为μ＝___________________.(4)假如细线没有调整到水平,由此引发误差属于_________(选填“偶然误差”或“系统误差”)．

转解析0.960系统误差31/44转原题32/44解析（2）不加传感器时将砂和砂桶重力作为细线拉力,而接了传感器后细线拉力能够直接读出。答案（1）未平衡摩擦力；细线与木板不平行；开始试验时,小车离打点计时器太远（2）不需要解析显隐【备选】如图所表示,为某同学安装“验证牛顿第二定律”试验装置,在小车前端固定一个传感器,和砂桶连接细线接在传感器上,经过传感器可显示出细线拉力。在图示状态下开始做试验。（1）从图上能够看出,该同学在装置和操作中主要错误是：___________________________________________________________________。（2）若砂和砂桶质量为m,小车和传感器总重量为M,做好此试验

（填“需要”或“不需要”）M≫m条件。不需要未平衡摩擦力；细线与木板不平行；开始试验时,小车离打点计时器太远不再需要用将砂和砂桶重力作为细线拉力33/44三、备选训练4.备选训练34/44【备选训练】

某同学设计了一个探究小车加速度a与小车所受拉力F及质量m关系试验，图(a)为试验装置简图．(所用交流电频率为50Hz)(1)为了研究加速度和质量关系，在试验中必须采取控制变量法，应保持________不变,用砂桶及砂所受重力作为______________，图(b)为某次试验得到纸带，试验数据如图，图中相邻计数点之间还有4个点未画出，依据纸带可求出小车加速度大小为________m/s2.(保留三位有效数字)(2)在此次试验中，试验小组经过改变小车质量共做了8组试验，得到下表所表示试验数据，经过分析表中数据，你得出结论是：__________________________________________________________.

拉力F小车所受拉力0.64在小车所受外力不变条件下,加速度与质量成反百分比关系35/44现需经过图象深入验证你结论，可利用表格数据作图，应在坐标纸中画出________图线．(3)在某次试验中为研究加速度和力关系，依据测得多组数据可画出a-F关系图线，如图所表示．此图线AB段显著偏离直线，造成此误差主要原因是(

)．A．小车与木板之间存在摩擦B．木板保持了水平状态C．所挂砂桶及砂总质量太大D．所用小车质量太大试验序号12345678小车加速度a/m·s－20.6330.5720.4970.4180.3320.2500.1670.101小车质量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67转解析a-1/mC36/44转原题37/44【备选训练】在探究小车加速度a与小车质量M和小车受到外力F关系时：（1）探究加速度和力关系试验数据描绘出a-F图象如图所表示,以下说法正确是

（填正确答案标号）。A.三条倾斜直线所对应小车质量相等B.三条倾斜直线所对应小车质量不一样C.直线1所对应小车质量最大D.直线3所对应小车质量最大（2）因为没有一直满足小车质量M远大于钩码质量m关系,结果得到图象应是下列图中

（填正确答案标号）。转解析BDD38/44转原题39/44【备选训练】

某试验小组利用如图甲所表示气垫导轨试验装置来探究协力一定时，物体加速度与质量之间关系．(1)做试验时，将滑块从图甲所表示位置由静止释放，由数字计时器(图中未画出)可读出遮光条经过光电门1、2时间分别为Δt1、Δt2；用刻度尺测得两个光电门中心之间距离x，用游标卡尺测得遮光条宽度d，则滑块经过光电门1时速度表示式v1＝__