【创新方案】高考物理一轮复习实验四验证牛顿运动定律知能演练提升新人教

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高考物理一轮复习第三章牛顿运动定律实验4 验证牛顿运动定律课件新人教版

和0.47范围内都给分) (6)BC
1
解析:(3)小滑车释放后做初速度为零的匀加速直线运动满足x= 2
at2①
由题图(b)知,当x=0.8 m时,t=2.00 s,代入①式解得a=0.40 m/s2
命题点一
命题点二
(4)描点作图a-n图线如图:
(5)对钩码与小滑车组成的系统有
nmg=(m'+5m)a
n
1
a/(m·s-2)
0.20
2
3
4
5
0.58
0.78
1.00
图(b)
命题点一
命题点二
(4)利用表中的数据在图(c)中补齐数据点,并作出a-n图象。从图
象可以看出:当物体质量一定时,物体的加速度与其所受的合外力
成正比。
图(c)
命题点一
命题点二
(5)利用a-n图象求得小车(空载)的质量为
kg(保留2位有
上的小滑车相连,另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有
N=5个,每个质量均为0.010 kg。实验步骤如下:
图(a)
命题点一
命题点二
(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的
小物块,使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。
(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
不增加其他仪器的情况下,如何判定调节是否到位?
答:
。
(2)若取M=0.4 kg,改变m的值,进行多次实验,以下m的取值不合适
的一个是
。
A.m1=5 g
B.m2=15 g
C.m3=40 g D.m4=400 g
(3)在此实验中,需要测得每一个牵引力对应的加速度,其中求得

高考物理一轮总复习专题三牛顿运动定律实验四验证牛顿运动定律提能演练

实验四验证牛顿运动定律知识巩固练m，小车的质量为M.(1)下列说法正确的是( )，轻推小车，拖着纸带的小车匀速运动说明摩擦力已被平衡，使牵引小车的细线与长木板表面保持平行(2)如图是实验打出的一条纸带，已知打点计时器的打点周期是0.02 s，结合图中给出的数据(单位： cm)，求出小车运动加速度的大小为__________m/s2.(结果保留2位有效数字)(3)某同学想利用此装置测算小车与长木板之间的动摩擦因数μ.于是他让小车在细绳的牵引下水平运动，并通过纸带确定了小车的加速度a.则μ＝__________(用m、M、a及重力加速度g表示，小车与长木板之间的摩擦力可认为是滑动摩擦力)【答案】(1)C (2)4.0 (3)【解析】(1)小车的释放位置对该实验没有影响，不要求每次在同一位置，A错误；不挂砝码盘，轻推小车，拖着纸带的小车匀速运动说明摩擦力已被平衡，B错误；调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行，C正确；小车做匀加速运动，纸带与小车相连端的点迹较密，D错误.(2)计数点时间间隔T×，由逐差法求加速度a＝×10－2m/s22.(3)设细线的拉力大小为T，对砝码和砝码盘由牛顿第二定律得mg－T＝ma，对小车由牛顿第二定律得T－μMg＝Ma，解得μ＝.，弹簧测力计固定在一合适的木块上，桌面的右边缘固定一个光滑的定滑轮，P、Q，并测出间距d.开始时将木块置于P处，现缓慢向瓶中加水，直到木块刚刚开始运动为止，记下弹簧测力计的示数F0，，继续向瓶中加水后，记下弹簧测力计的示数F，然后释放木块，并用秒表记下木块从P运动到Q处所用的时间t.(1)木块的加速度可以用d和t表示为a＝.(2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧测力计示数F________.A B C D(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是________.【答案】(1)(2)C (3)BC综合提升练3.某实验小组应用如图所示装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量为M，砝码及砝码盘的总质量为m，：，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动；，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；，重复步骤C，求得小车在不同合力作用下的加速度.根据以上实验过程，回答以下问题：(1)对于上述实验，下列说法正确的是__.(2)实验中打出的一条纸带如图所示，由该纸带可求得小车的加速度约为________m/s2.(结果保留2位有效数字)(3)由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图像，与本实验相符合的是________.A B C D【答案】(1)C (2)0.16 (3)A4.(2022年荆州中学模拟)某研究性学习小组设计了如图甲所示的实验装置，用于“探究质量一定时，加速度a与物体所受合力F 的关系”.某次实验中，测得两物块质量分别为m1、m2，传感器示数为F，打出的纸带如图乙所示，相邻计时点A、B、C、D、E间距依次为s1、s2、s3、s4，打点计时器打点频率为f，不计滑轮质量及摩擦.(1)根据实验打出的纸带计算出纸带加速度a＝________(用题中物理量字母表示).(2)根据图甲所示的实验装置，两物体的质量必须满足m2________m1(填“＞”“＜”或“＝”).(3)实验时，关于实验研究对象的选取下列说法正确的一项是________.m1为研究对象，m1受到的合力大小应表示为m2gm1为研究对象，m1受到的合力大小应表示为F－m1gm2为研究对象，m2受到的合力大小应表示为m1gm2为研究对象，m2受到的合力大小应表示为F－m1g【答案】(1)(2)＞(3)B【解析】(1)由匀变速直线运动的判别式Δs＝aT2，结合逐差法可得a＝.(2)实验时需保证m1向上加速运动从而能拖动纸带，则必须满足m2＞m1.(3)对轻滑轮受力分析，有F＝2T，若以m1为研究对象，m1受到的合力应表示为F1＝T－m1g＝－m1g，A错误，B正确；若以m2为研究对象，m2受到的合力应表示为F2＝m2g－T＝m2g－，C、D错误.。

高考物理课标全国版一轮高效演练实验4验证牛顿运动定律

第三章实验41．(2013·全国卷Ⅰ·22)图(a)为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图．实验步骤如下：图(a)①用天平测量物块和遮光片的总质量M 、重物的质量m ；用游标卡尺测量遮光片的宽度d ；用米尺测量两光电门之间的距离s ；②调整轻滑轮，使细线水平；③让物块从光电门A 的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A 和光电门B 所用的时间Δt A 和Δt B ，求出加速度a ；④多次重复步骤③，求a 的平均值a －；⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ．回答下列问题：(1)测量d 时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的示数如图(b)所示，其读数为______cm ．图(b)(2)物块的加速度a 可用d 、s 、Δt A 和Δt B 表示为a ＝________．(3)动摩擦因数μ可用M 、m 、a －和重力加速度g 表示为μ＝________．(4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于________________(填“偶然误差”或“系统误差”)．解析 (1) cm ，游标尺读数为12× cm ．(2)物块在两光电门间做匀加速直线运动，有v 2B －v 2A ＝2as ，即(d Δt B )2－(d Δt A )2＝2as ，得a ＝12s[(d Δt B )2－(d Δt A)2]． (3)设线上拉力为F ，根据牛顿第二定律，对物块有F －μMg ＝M a －，对重物有mg －F ＝m a －，两式联立得μ＝mg －(M ＋m )a －Mg或对物块与重物组成系统，由mg －μMg ＝(M ＋m )a －，得μ＝mg －(M ＋m )a －Mg． (4)如果细线没有调到水平，细线的拉力存在一竖直分力，物块受的摩擦力不再是μMg ，此误差是由实验原理造成的，为系统误差．答案 (1) (2)12s [(d Δt B )2－(d Δt A )2] (3)mg －(M ＋m )a －Mg(4)系统误差 2．如图所示，一端带有定滑轮的长木板上固定有甲、乙两个光电门，与之相连的计时器可以显示带有遮光片的小车在其间的运动时间，与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质力传感器能显示挂钩处所受的拉力．(1)在探究质量一定，加速度与合外力的关系时，要使力的传感器的示数等于小车所受合外力，必须进行的操作是________________.然后保证小车的质量不变，多次向沙桶里加沙，测得多组a 和F 的值，画出的a －F 图象是________．(2)在探究合外力一定、加速度与质量的关系时，先测出小车质量m ，再让小车从靠近光电门甲处由静止开始运动，读出小车在两光电门之间的运动时间t .改变小车质量m ，测得多组m 、t 的值，建立坐标系描点作出图线．下列能直观得出合外力一定时，加速度与质量成反比的图线是________．解析 (1)小车与木板之间存在摩擦力，这样就不能用绳子的拉力代替合力，所以做实验首先必须要平衡摩擦力．小车质量m 0一定时，加速度与合外力F 成正比，故C 正确．(2)小车从靠近甲光电门处由静止开始做匀加速运动，位移x ＝12at 2，所以加速度a ＝2x t 2，改变小车质量m ，测得多组m 、t 的值，由于位移不变，所以a 与t 2成反比，则合外力一定时，加速度与质量成反比，正确的图线是C ，故选C ．答案 (1)平衡摩擦力 C (2)C3．某同学利用如图甲所示装置探究加速度与合外力的关系．利用力传感器测量细线上的拉力．按照如下步骤操作：甲①安装好打点计时器和纸带，调整长木板的倾斜程度，平衡小车所受的摩擦力；②小车与细线相连，细线通过长木板一端光滑的定滑轮和动滑轮，与力传感器相连，动滑轮上挂上一定质量的钩码，将小车拉到靠近打点计时器的一端；③打开力传感器并接通打点计时器的电源(频率为50 Hz 的交流电源)；④释放小车，使小车在长木板上做匀加速直线运动；⑤关闭传感器，记录下力传感器的示数F ，通过分析纸带得到小车的加速度a ；⑥改变钩码的质量，重复步骤①②③④⑤；⑦作出a －F 图象，得到实验结论．(1)本实验在操作中是否需要满足钩码的质量远远小于小车的质量？________(选填“需要”或“不需要”)；某次释放小车后，力传感器的示数为F ，通过天平测得小车的质量为M ，动滑轮和钩码的总质量为m ，不计滑轮的摩擦，则小车的加速度理论上应等于________．A ．F 2MB ．F MC ．mg －2F MD ．2F M(2)如图乙所示是某次实验测得的纸带的一段，可以判断纸带的________(填“左”或“右”)端与小车连接；在打点计时器打下计数点6时，小车的瞬时速度大小为________m/s.(保留两位有效数字)乙解析 (1)本实验利用力传感器测量细线上的拉力，不需要用钩码的重力代替，所以不需要满足钩码的质量远远小于小车的质量．小车的加速度大小等于它所受的合外力与质量的比值，故a ＝F M，B 正确． (2)纸带右侧两点间的距离越来越大，故纸带左端与小车相连．打点计时器打下计数点6时小车的瞬时速度为打点计时器打下计数点5到打下计数点7过程小车的平均速度，故v ＝ m /s ＝0.75 m/s ．答案 (1)不需要 B (2)左。

高三物理一轮复习跟踪演练强化提升实验四验证牛顿运动定律

实验四验证牛顿运动定律跟踪演练·强化提升【基础题组】1.如图所示为“探究加速度与物体受力的关系”的实验装置图。

图中A为小车,质量为m1,连接在小车后面的纸带穿过电火花打点计时器B,它们均置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上,P的质量为m2,C为弹簧测力计,实验时改变P的质量,读出测力计不同读数F,不计绳与滑轮的摩擦。

导学号42722072(1)下列说法正确的是( )A.一端带有定滑轮的长木板必须保持水平B.实验时应先接通电源后释放小车C.实验中m2应远小于m1D.测力计的读数始终为(2)如图为某次实验得到的纸带,纸带上标出了所选的四个计数点之间的距离,相邻计数点间还有四个点没有画出。

由此可求得小车的加速度的大小是m/s2(交流电的频率为50 Hz,结果保留两位有效数字)。

(3)实验时,某同学由于疏忽,遗漏了平衡摩擦力这一步骤,他测量得到的 a -F图象可能是图中的图线( )【解析】(1)一端带有定滑轮的长木板必须稍微倾斜,以平衡摩擦力,选项A错误。

实验时应先接通电源后释放小车,选项B正确。

实验中m2不必远小于m1,选项C错误。

由于P向下加速运动,测力计的读数始终小于,选项D错误。

(2)由Δx=aT2解得小车的加速度的大小是0.50m/s2。

(3)遗漏了平衡摩擦力这一步骤,他测量得到的a -F图象,应该是当F从某一值开始增大,加速度a才开始增大,所以可能是图线C。

答案:(1)B (2)0.50 (3)C2.(2017·保定模拟)某同学利用图甲所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m 的对应关系图,如图乙所示。

实验中小车(含发射器)的质量为200g,实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻质定滑轮,小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。

回答下列问题:(1)根据该同学的结果,小车的加速度与钩码的质量成(选填“线性”或“非线性”)关系。

(2)由图乙可知,a-m图线不经过原点,可能的原因是___________________________________________________________________________________。

2022版高考物理人教版一轮学案：实验四验证牛顿运动定律含答案

实验四验证牛顿运动定律实验知识·自主回顾SHIYANZHISHIZIZHUHUIGU一、实验目的1．学会用控制变量法研究物理规律。

2．学会灵活运用图像法处理物理问题。

3．探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律。

二、实验原理如图所示，在探究加速度a与合力F及质量M的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制小车的质量M不变，讨论加速度a与力F的关系；再控制小盘和盘中砝码的质量m 不变，即力F不变，改变小车的质量M，讨论加速度a与质量M的关系。

三、实验步骤(1)称量质量：用天平测量小盘的质量和小车的质量M。

(2)安装器材：按图把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)。

(3)平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车匀速下滑。

这时，小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力沿斜面向下的分力平衡。

(4)小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码。

(5)保持小车的质量M不变，改变小盘和盘中砝码的质量m，重复步骤(4)。

(6)保持小盘和盘中砝码的质量m不变，改变小车质量M，重复步骤(4)。

四、数据处理(1)在“探究加速度与力的关系”实验中，以加速度a为纵坐标、力F为横坐标建立坐标系，根据各组数据在坐标系中描点。

如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比；(2)在“探究加速度与质量的关系”实验中，“a与M成反比”实际上就是“a与1M成正比”，以a为纵坐标、以1M为横坐标建立坐标系，如果a－1M图线是一条过原点的直线，就能判断a与M成反比——“化曲为直”法。

注意：两个图像斜率的物理意义：a－F图线的斜率表示小车和车中砝码质量的倒数，即1 M；a－1M图线的斜率表示小车受到的合力，即小盘和盘中砝码的重力mg。

五、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。

高考物理一轮复习第三单元牛顿运动定律实验四验证牛顿运动定律学案新人教版

实验四验证牛顿运动定律[实验目的]1．学会利用控制变量法研究物理规律． 2．探究加速度与力、质量的关系． 3．学会利用图象法处理实验数据的方法． [实验原理]1．保持质量不变,探究加速度a 与合外力F 的关系． 2．保持合外力不变,探究加速度a 与质量M 的关系． 3．作出a F 图象和a 1M图象,确定a 与F 、M 的关系．[实验器材]小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺．[实验过程]1．称量质量：用天平测量小盘的质量m 0和小车的质量M .2．仪器安装：按照如图所示装置把实验器材安装好,只是不把悬挂小盘的细线系在小车上(即不给小车牵引力)．3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,使小车在斜面上做匀速直线运动．4．操作记录：(1)把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘,小盘里放砝码,先接通电源再放开小车,取纸带,编号码．(2)保持小车的质量M 不变,改变小盘中砝码的重力,重复步骤(1),由纸带计算出小车的加速度,并把力和对应的加速度填入表(一)中．(3)保持小盘和砝码质量m 不变,改变小车和砝码的总质量M ,重复以上步骤,并将所对应的质量和加速度填入表(二)中．表(一)表(二)[1．计算加速度：先在纸带上标明计数点,测量各计数点间的距离,根据逐差法计算各条纸带对应的加速度．2．作图象找关系：根据记录的各组对应的加速度a 与小车所受牵引力F ,建立直角坐标系,描点画a F 图象．如果图象是一条过原点的倾斜直线,便证明加速度与作用力成正比．再根据记录的各组对应的加速度a 与小车和小车上砝码总质量M ,建立直角坐标系,描点画a 1M图象,如果图象是一条过原点的倾斜直线,就证明了加速度与质量成反比．[误差分析] 1．偶然误差：(1)摩擦力平衡不准确,故在平衡摩擦力时,不给小车牵引力,使打点计时器打出的纸带点迹间隔均匀．(2)质量测量以及计数点间距测量不准确,故要采取多次测量取平均值．(3)作图不准确,故在描点作图时,要用坐标纸,使尽量多的点落在直线上,不在直线上的点均匀分布两侧,舍去偶然误差较大的点．2．系统误差：因实验原理不完善引起的误差．本实验用小盘和砝码的总重力mg 代替对小车的拉力,而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力,故要满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量．命题点1 教材原型实验为了“探究加速度与力、质量的关系”,现提供如图甲所示的实验装置：(1)以下实验操作正确的是( )A．将木板不带滑轮的一端适当垫高,使小车在砝码及砝码盘的牵引下恰好做匀速运动B．调节滑轮的高度,使细线与木板平行C．先接通电源,后释放小车D．实验中小车的加速度越大越好(2)在实验中得到一条如图乙所示的纸带,已知相邻计数点间的时间间隔为T＝0.1 s,且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出分别为3.09 cm、3.43 cm、3.77 cm、4.10 cm、4.44 cm、4.77 cm,则小车的加速度a＝________m/s2.(结果保留2位有效数字)(3)有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定,探究加速度a与所受外力F的关系,他们在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验,得到了两条aF图线,如图丙所示．图线________(填“①”或“②”)是在轨道倾斜情况下得到的；小车及车中砝码的总质量m＝________kg.【解析】 (1)将不带滑轮的木板一端适当垫高,在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动,以使小车的重力沿斜面的分力和摩擦力抵消,那么小车的合力就是细线的拉力,故选项A 错误；要使细线的拉力为小车的合力,应调节定滑轮的高度使细线与木板平行,故选项B 正确；实验时,应使小车靠近打点计时器由静止释放,先接通电源,后释放小车,故选项C 正确；实验时,为了减小实验的误差,小车的加速度应适当大一些,但不是越大越好,故选项D 错误．(2)根据逐差法得a ＝x 6＋x 5＋x 4－x 3－x 2－x 19T2≈0.34 m/s 2. (3)由图线①可知,当F ＝0时,a ≠0,也就是说当细线上没有拉力时小车就有加速度,所以图线①是轨道倾斜情况下得到的,根据F ＝ma 得a F 图象的斜率k ＝1m,由a F 图象得图象斜率k ＝2,所以m ＝0.5 kg.【答案】 (1)BC (2)0.34 (3)① 0.5 高分技法(1)实验操作步骤注意事项：①平衡小车的滑动摩擦力时,砂桶不能拴在小车上；②改变小车质量时,不需要重新平衡摩擦力；③实验过程中,应先接通电源,再放开小车．(2)实验原理的理解：①平衡小车摩擦力后,细线的拉力即为小车所受的合外力；②只有满足砂桶及桶内砂的总质量远小于小车和小车上砝码的总质量时,细线的拉力大小才近似等于砂桶及桶内砂的总重力．1．在“探究加速度与小车质量关系”实验中,实验小组采用如图所示的装置．M 表示小车及砝码的总质量,m 表示砂桶及砂的总质量．(1)为使实验中小车所受合外力等于细线的拉力,应采取的措施是平衡摩擦力且使细线与木板平行；为使细线对小车的拉力大小近似等于砂桶和砂的重力mg,应控制的实验条件是M≫m.(2)在控制砂桶和砂的质量一定的情况下,该实验小组测得的实验数据如下表所示,为了直观反映加速度与小车及砝码总质量的关系,请在方格坐标图中选取恰当的物理量建立坐标系,并作出相应的图象,根据图象判断,实验产生误差的最主要原因是该实验中没有满足小车(含砝码)的质量远大于砂和砂桶的总质量.次数小车及砝码的总质量M/g加速度a/(m·s－2)1M/kg－11200 1.91 5.00 2250 1.71 4.00 3300 1.50 3.33 4350 1.36 2.86 5400 1.12 2.50 6450 1.00 2.22 75000.90 2.00解析：(1)小车受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力,要使细线的拉力等于小车所受的合力,则应该用小车重力沿木板向下的分量来平衡摩擦力,所以应采取的措施是平衡摩擦力,且要求细线与木板平行；该实验中,根据牛顿第二定律,以小车(含砝码)及砂和砂桶整体为研究对象,有mg ＝(m ＋M )a ,解得a ＝mg M ＋m ,则细线的拉力F ＝mMg m ＋M,即当m ≪M 时,细线对小车的拉力大小近似等于砂桶和砂的重力mg ,所以应控制M ≫m .(2)描点作图如图所示．砂和砂桶的总质量没有远小于小车(含砝码)的质量,导致a 与1M不成正比,a 1M图线发生弯曲,不再是直线．答案：如解析图命题点2 实验拓展创新题型1 实验情境创新利用位移传感器与计算机相连,直接得出小车的加速度．1．用光电门代替打点计时器,结合遮光条的宽度可测滑块的速度．2．利用气垫导轨代替长木板,无需平衡摩擦力．3．由力传感器测滑块受到的拉力,无需满足m≪M.为了探究物体质量一定时加速度与力的关系,甲、乙同学设计了如图所示的实验装置,其中M为小车的质量,m为砂和砂桶的总质量,m0为滑轮的质量．力传感器可测出轻绳中的拉力大小．(1)实验时,一定要进行的操作是________．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m 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50 Hz 的交流电,根据纸带可求出小车的加速度为________m/s 2(结果保留3位有效数字)．(3)甲同学以力传感器的示数F 为横坐标,加速度a 为纵坐标,画出的a F 图线是一条直线,如图(a)所示,图线与横坐标的夹角为θ,求得图线的斜率为k ,则小车的质量M ＝________.A.1tan θB.1tan θ－m 0 C.2k－m 0D.2k(4)乙同学根据测量数据作出如图(b)所示的a F 图线,该同学做实验时存在的问题是____________．【解析】 (1)验证牛顿第二定律的实验原理是F ＝Ma ,本题绳中拉力可以由力传感器测出,不需要用天平测出砂和砂桶的质量,也就不需要使砂和砂桶的总质量m 远小于小车的质量M ,A 、D 错误；用力传感器测量绳子的拉力,则力传感器示数的2倍等于小车受到的合外力大小,需要平衡摩擦力,B 正确；释放小车之前应先接通电源,待打点稳定后再释放小车,该实验还需要记录力传感器的示数,C 正确．(2)由逐差法计算加速度a ＝x 34＋x 45＋x 56－x 01＋x 12＋x 233T2＝2.00 m/s 2. (3)对小车与滑轮组成的系统,由牛顿第二定律得a ＝2m 0＋MF ,图线的斜率为k ,则k ＝2m 0＋M ,故小车的质量M ＝2k－m 0,故选项C 正确．(4)图线在F 轴上的截距不为零,说明力传感器显示有拉力时,小车仍然静止,这是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够造成的．【答案】 (1)BC (2)2.00 (3)C (4)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够2．某同学用如图甲所示的实验装置探究加速度与力的关系．他在气垫导轨旁安装了一个光电门B ,滑块上固定一遮光条,滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连,力传感器可直接测出细线中拉力大小,传感器下方悬挂钩码．改变钩码数量,每次都从A 处由静止释放滑块．已知滑块(含遮光条)总质量为M ,导轨上遮光条位置到光电门位置的距离为L .请回答下列相关问题．(1)如图乙,实验时用游标卡尺测得遮光条的宽度为d ＝0.950 cm.某次实验中,由数字毫秒计记录遮光条通过光电门的时间为t ,由力传感器记录对应的细线拉力大小为F ,则滑块运动的加速度大小应表示为a ＝d 22Lt(用题干已知物理量和测得物理量字母表示)．(2)下列实验要求中不必要的是A.A ．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量B ．应使遮光条位置与光电门间的距离适当大些C ．应将气垫导轨调节至水平D ．应使细线与气垫导轨平行解析：(1)游标卡尺的主尺读数为9 mm,游标尺上第10个刻度和主尺上某一刻度对齐,所以游标读数为10×0.05 mm＝0.50 mm,所以最终读数为：9 mm ＋0.50 mm ＝9.50 mm ＝0.950 cm ；已知初速度为零,位移为L ,要计算加速度,需要知道末速度,故需要由数字计时器读出遮光条通过光电门B 的时间t ,末速度v ＝d t .由v 2＝2aL ,得a ＝v 22L ＝d 22Lt2.(2)拉力是直接通过传感器测量的,故与滑块质量和钩码质量大小关系无关,故A 错误．应使遮光条位置与光电门间的距离适当大些,有利于减小误差,故B 正确．应将气垫导轨调节水平,才能使拉力等于合力,故C 正确．要保持细线方向与气垫导轨平行,拉力才等于合力,故D 正确．本题选择不必要的,故选A.题型2 实验目的创新(2019·全国卷Ⅱ)如图(a),某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验．所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50 Hz 的交流电源、纸带等．回答下列问题：(1)铁块与木板间动摩擦因数μ＝__________(用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g 和铁块下滑的加速度a 表示)．(2)某次实验时,调整木板与水平面的夹角使θ＝30°.接通电源,开启打点计时器,释放铁块,铁块从静止开始沿木板滑下．多次重复后选择点迹清晰的一条纸带,如图(b)所示．图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)．重力加速度为9.80 m/s 2.可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为________(结果保留2位小数)．【解析】 (1)对铁块受力分析,由牛顿第二定律有mg sin θ－μmg cos θ＝ma ,解得μ＝g sin θ－a g cos θ.(2)两个相邻计数点之间的时间间隔T ＝5×150s ＝0.10 s,由逐差法和Δx ＝aT 2,可得a ＝1.97 m/s 2,代入μ＝gsin θ－a g cos θ,解得μ＝0.35. 【答案】 (1)g sin θ－a g cos θ(2)0.35高分技法求解动摩擦因数的常用方法利用平衡条件求解当物体处于平衡状态时,可以结合平衡条件得出滑动摩擦力f 和压力F N 的大小,然后根据μ＝f F N 求解利用动力学规律求解通常是先根据打点计时器打出的纸带求出加速度(或先由光电门测出任意两点的速度,然后根据运动学规律求出加速度),再根据F －f ＝ma 结合f ＝μF N 求解μ 利用动能定理求解通常是先根据动能定理找出物体间的滑动摩擦力大小,然后根据f ＝μF N 求解μ 利用功能关系求解一般是先根据摩擦产生的热量f ·d ＝ΔE 损(其中d 是两物体间的相对路程),计算出两物体间滑动摩擦力的大小,然后结合f ＝μF N 求解μ3．甲、乙两同学均设计了测量动摩擦因数的实验．已知重力加速度为g .(1)甲同学设计的实验装置如图甲所示,其中A 为置于水平面上的质量为M 的长直木板,B 为木板上放置的质量为m 的物块,C 为物块右端连接的一轻质弹簧测力计,连接弹簧的细绳水平．实验时用力拉动A ,当C 的示数稳定后(B 仍在A 上),读出其示数F ,则该设计能测出A 与B (填“A 与B ”或“A 与地面”)之间的动摩擦因数,且μ＝F mg(2)乙同学的设计如图乙所示．他在一端带有定滑轮的长木板上固定A 、B 两个光电门,与光电门相连的计时器可以显示带有遮光片的物块在其间的运动时间,与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力,长木板固定在水平面上,物块与滑轮间的细绳水平．实验时,多次改变砂桶中砂的质量,每次都让物块从靠近光电门A 处由静止开始运动,读出多组测力计示数F 及对应的物块在两光电门之间的运动时间t ；在坐标系中作出的F 1t2图线如图丙所示,图线的斜率为k ,与纵轴的截距为b .因乙同学不能测出物块质量,故该同学还应该测出的物理量为光电门A 、B 之间的距离x (填所测物理量及其符号)．根据所测物理量及图线信息,可知物块与木板之间的动摩擦因数表达式为μ＝2xb kg. 解析：(2)F －μmg ＝ma ,x ＝12at 2, 得F －μmg ＝m ·2x t2, 结合图象可得b ＝μmg ,k ＝2mx ,解得μ＝2xb kg.。

(通用版)高考物理大一轮复习3.4实验4验证牛顿运动定律课件新人教版

实验4　验证牛顿运动定律　一、实验目的1.学会用控制变量法研究物理规律。

2.探究加速度与力、质量的关系。

3.掌握利用图像处理数据的方法。

二、实验原理1.保持质量不变,探究加速度跟合外力的关系。

2.保持合外力不变,探究加速度与质量的关系。

3.作出a-F图像和a- 图像,确定其关系。

三、实验器材打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码、薄木块。

四、实验步骤1.称量质量——用天平测量小盘的质量m1和小车的质量m2。

2.安装器材——按照如图所示装置把实验器材安装好,只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)。

3.平衡摩擦力——在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,反复移动薄木块的位置,直至小车能拉着纸带匀速下滑。

4.测量加速度(1)保持小车的质量不变,把小车靠近打点计时器,挂上小盘和砝码,先接通电源,再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑,打出一条纸带。

计算小盘和砝码的重力,即为小车所受的合力,由纸带计算出小车的加速度,并把力和对应的加速度填入表(一)中。

改变小盘内砝码的个数,并多做几次。

(2)保持小盘内的砝码个数不变,在小车上放上砝码改变小车的质量,让小车在木板上滑动打出纸带。

计算砝码和小车的总质量,并由纸带计算出小车对应的加速度,并将所对应的质量和加速m度填入表(二)中。

改变小车上砝码的个数,并多做几次。

五、数据处理1.计算加速度——先在纸带上标明计数点,测量各计数点间的距离,根据逐差法计算各条纸带对应的加速度。

2.作图像找关系——根据记录的各组对应的加速度a与小车所受牵引力F,建立直角坐标系,描点画a-F图像,如果图像是一条过原点的倾斜直线,便证明加速度与作用力成正比;根据记录的各组对应的加速度a与小车和砝码总质量m,建立直角坐标系,描点画a-图像,如果图像是一条过原点的倾斜直线,就证明了加速度与质量成反比。

六、误差分析1.测量误差(1)质量的测量。

2022高考物理一轮复习实验抢分练(四)验证牛顿运动定律(含解析)新人教版-2022高考物理一

实验专项抢分练(四) 验证牛顿运动定律(建议用时40分钟)1．某同学采用如图(a)所示的装置验证牛顿第二定律，他将器材安装好，平衡摩擦力后，保持小车(含车上砝码)总质量M不变，通过改变砝码盘中砝码的质量来改变小车受到的合外力F。

(1)若要完成实验，需要增加的测量工具是______A．天平和秒表B．天平和刻度尺C．秒表和刻度尺 D．刻度尺和圆规(2)某次实验，打出的纸带如图(b)所示(每相邻计数点间还有4个点没有标出)。

已知小车(含车上砝码)总质量M＝250 g，打点计时器的频率为50 Hz，则靠近纸带__________(选填“A”或“D”)点的一端与小车连接，该次实验小车受到的合力F＝________，砝码盘和盘中砝码的总质量m＝________g。

(重力加速度g取9.9 m/s2，结果均保留3位有效数字)【解析】(1)天平测砝码盘和盘中砝码的质量，刻度尺测量纸带上两点间的距离。

(2)纸带上先打出A点，靠近纸带A点的一端与小车连接；根据Δx＝aT2可得a＝0.9 m/s2，故F＝Ma＝0.225 N，根据系统牛顿第二定律mg＝(M＋m)a，解得m＝25.0 g答案：(1)B (2)A0.225 N 25.02．某探究小组的同学用如图所示装置做“探究物体质量一定时，加速度与力的关系”的实验。

(1)下列说法正确的有________。

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的总质量D．砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码总质量时，可以近似认为小车受到的拉力等于砝码及砝码盘的重力(2)图甲为实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分。

从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的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的距离如图甲所示，已知打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上，则此次实验中小车运动加速度的测量值a＝__________m/s2。

高考物理一轮复习第3章实验4验证牛顿运动定律教学案新人教版

高考物理一轮复习第3章实验4验证牛顿运动定律教学案新人教版实验四验证牛顿运动定律1．实验目的(1)学会用控制变量法研究物理规律。

(2)探究加速度与力、质量的关系。

(3)掌握运用图象处理问题的方法。

2．实验原理用控制变量法探究加速度a 与力F 、质量M 的关系，可以先保持F 不变，研究a 和M 的关系，再保持M 不变，研究a 和F 的关系。

3．实验器材带定滑轮的长木板、低压交流电源、复写纸片和纸带、小车、小盘、电磁打点计时器、天平、砝码、刻度尺、导线。

4．实验步骤(1)用天平测出小车的质量M ，小盘和砝码的总质量m 。

(2)按图把实验器材安装好，先不要把悬挂小盘的细绳系在车上。

(3)在木板的一端下面垫一木块，移动木块的位置，直至小车拖着纸带在斜面上做匀速运动。

(4)小盘绕过滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，打完点后切断电源，取下纸带。

(5)保持小车的质量M 不变，改变砝码和小盘的质量m ，重复步骤(4)五次。

(6)在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a 。

(7)作a F 的图象，若图象为一过原点的直线，证明加速度与力成正比。

(8)保持砝码和小盘的质量m 不变，改变小车质量M ，重复步骤(4)和(6)，作a 1M图象，若图象为一过原点的直线，证明加速度与质量成反比。

5．注意事项(1)安装器材时，要调整滑轮的高度，使拴小车的细绳与木板平行。

(2)平衡摩擦力时，小车连着穿过打点计时器的纸带，但不要把悬挂小盘的细线系在小车上。

改变砝码的质量后，不需要重新平衡摩擦力。

(3)只有小车的质量远大于小盘和砝码的总质量，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。

(4)开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，在小车到达滑轮前按住小车。

考点一| 实验原理与操作本实验的难点是测量小车的合力，实验通过两个“替代”关系测量小车的合力，使小车合力的测量转化为对悬挂物重力的测量。

2024高考物理一轮总复习第三章实验四验证牛顿运动定律讲义含解析新人教版

验证牛顿运动定律◆留意事项1．试验方法：限制变量法．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，假如在纸带上打出的点的间隔是匀称的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面对下的分力平衡．3．不重复平衡摩擦力：平衡了摩擦力后，不管以后是变更小盘和砝码的总质量还是变更小车和砝码的总质量，都不须要重新平衡摩擦力．4．试验条件：M≫m.只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力．5．一先一后一按住：变更拉力和小车质量后，每次起先时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．6．作图：作图时两轴标度比例要适当，各量须采纳国际单位．这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些．◆误差分析1．因试验原理不完善引起误差．本试验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力，而事实上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力．2．摩擦力平衡不精确、质量测量不精确、计数点间距测量不精确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差．热点一试验原理与试验操作[典例赏析][典例1] (2024·湖南衡阳八中月考)在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时，采纳如图所示的试验装置，小车及车中的砝码质量用M 表示，盘及盘中的砝码质量用m 表示，小车的加速度可由纸带上打点计时器打出的点计算出．(1)当M 与m 的大小关系满意 ________ 时，才可以认为细线对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力．(2)一组同学在保持盘及盘中的砝码质量确定的状况下，探究加速度与小车质量的关系，以下做法正确的是 ________ .A ．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细线绕过定滑轮系在小车上B ．每次变更小车的质量时，不须要重新平衡摩擦力C ．试验时，先放开小车，再接通打点计时器电源D ．小车运动的加速度可用天平测出m 和M ，干脆用公式a ＝mg M求出(3)在保持小车及车中的砝码质量M 确定，探究加速度与所受合外力的关系时，由于平衡摩擦力时操作不当，两位同学得到的a －F 关系分别如图中甲、乙所示(a 是小车的加速度，F 是细线作用于小车的拉力)．其缘由分别是：甲图：______________________________________________；乙图：______________________________________________________.[解析] (1)对盘及盘中砝码：mg －F ＝ma ；对小车：F ＝Ma ，联立可得：a ＝mg m ＋M ，F ＝MM ＋mmg ，只有当m ≪M 时，才可认为F ≈mg . (2)平衡摩擦力时，先去掉盘、盘中砝码和细线，只让小车在重力沿斜面方向的分力作用下向左运动，当小车能匀速运动时，重力沿斜面方向的分力和摩擦力平衡，A 不正确；调好后，当再次变更小车质量时，无需再平衡摩擦力，B 正确；试验时，要先接通打点计时器的电源，使打点计时器正常工作，再释放小车，C不正确；小车的加速度是通过处理纸带确定的，D不正确．(3)由甲图可看出F＝0时，a≠0，说明木板的倾角过大，重力沿斜面方向的分力大于摩擦力．由乙图可看出，只有当F达到确定值时，才会有加速度，说明平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力．[答案](1)m≪M(2)B (3)木板的倾角过大没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足[题组巩固]1．某试验小组利用图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系．(1)下列做法正确的是________ (填字母代号)．A．调整滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行B．在调整木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上C．试验时，先放开木块再接通打点计时器的电源D．通过增减木块上的砝码变更质量时，不须要重新调整木板倾斜度(2)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，应满意的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量________ 木块和木块上砝码的总质量．(填“远大于”“远小于”或“近似等于”)(3)甲、乙两同学在同一试验室，各取一套图甲所示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的状况下，探讨加速度a与拉力F的关系，分别得到如图乙中甲、乙两条直线，设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图乙可知，m甲________ m乙，μ甲________ μ乙．(填“大于”“小于”或“等于”)解析：(1)在探究加速度与力、质量的关系的试验中，平衡摩擦力时木板不通过定滑轮挂砝码桶，而要挂纸带，并且变更质量时不须要重新平衡摩擦力；在试验时应先接通电源再放开木块，故选项A 、D 均正确；B 、C 均错误．(2)选木块(M )、砝码桶及桶内的砝码(m )为探讨对象，则mg ＝(M ＋m )a ①选砝码桶及桶内的砝码为探讨对象则mg －F T ＝ma ②联立①②得：F T ＝mg －m 2g M ＋m要使F T ＝mg 须要m 2g M ＋m→0，即M ≫m ③对木块由牛顿其次定律得：F －μmg ＝ma即a ＝1mF －μg . 由上式与题图结合可知：1m 甲＞1m 乙，μ甲g ＞μ乙g即：m 甲＜m 乙，μ甲＞μ乙．答案：(1)AD (2)远小于 (3)小于大于2．(2024·湖北襄阳四中模拟)某同学在试验室用如图甲所示的试验装置做“探究加速度与质量的关系”的试验．(1)为了尽可能削减摩擦力的影响，打点计时器最好选用 ________ (填“电磁打点计时器”或“电火花计时器”)，同时需将长木板的右端垫高，轻推一下小车，使小车能拖动穿过打点计时器的纸带做 ________ .(2)在 ____________________________ 条件下，可以认为绳对小车的拉力近似等于砂和砂桶的总重力，通过变更 ________ (填“砂和砂桶”或“小车”)的质量，可探究加速度与 ________ (填“小车”或“砂和砂桶”)质量的关系．(3)假如某次试验打出的纸带如图乙所示，O 为起点，A 、B 、C 为过程中的三个相邻的计数点，相邻的计数点之间有四个点没有标出，A 、B 、C 到O 点的距离在图中已标出，所用沟通电的频率为f ，则测出小车运动的加速度为a ＝ ____________________ .解析：(1)电磁打点计时器的振针与纸带间存在确定的摩擦，因此为了尽可能削减摩擦力的影响，应选用电火花计时器；平衡摩擦力时，应当在不挂砂桶的条件下，轻推小车，假如小车做匀速直线运动，表明摩擦力已平衡．(2)在砂和砂桶的总质量远小于小车的质量的条件下，可以认为绳对小车的拉力近似等于砂和砂桶的总重力；应通过变更小车的质量，探究加速度与小车质量的关系．(3)(s 3－s 2)－(s 2－s 1)＝a ⎝ ⎛⎭⎪⎫5f 2 得小车运动的加速度：a ＝(s 1＋s 3－2s 2)f 225. 答案：(1)电火花计时器匀速直线运动(2)砂和砂桶的总质量远小于小车的质量小车小车(3)(s 1＋s 3－2s 2)f 225考点二试验数据处理与误差分析[典例赏析][典例2] (2024·西藏拉萨中学月考)光电计时器是一种探讨物体运动状况的常见仪器．当有物体从光电门通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．现利用如图甲所示的装置探究物体的加速度与合外力、质量的关系，其NQ 是水平桌面，PQ 是一端带有滑轮的长木板，1、2是固定在木板上的两个光电门(与之连接的两个光电计时器没有画出)．小车上固定着用于挡光的窄片K ，测得其宽度为d ，让小车从木板的顶端滑下，光电门各自连接的计时器显示窄片K 的挡光时间分别为t 1和t 2.(1)该试验中，在变更小车的质量M 或砂桶的总质量m 时，保持M ≫m ，这样做的目的是_________________________________________________________________；(2)为了计算出小车的加速度，除了测量d 、t 1和t 2之外，还须要测量 ________ ，若上述测量量用x 表示，则用这些物理量计算加速度的表达式为a ＝ ________ ；(3)某位同学经过测量、计算得到如下表数据，请在图乙中作出小车加速度与所受合外力的关系图象．(4)由图象可以看出，该试验存在着较大的误差，产生误差的主要缘由是________________________________________________________________________．[解析] (1)该试验中，在变更小车的质量M 或砂桶的总质量m 时，保持M ≫m ，这样做的目的是使得小车所受合外力大小等于(或约等于)mg .(2)为了计算出小车的加速度，除了测量d 、t 1和t 2之外，还须要测量两光电门之间的距离，若上述测量量用x 表示，小车通过两光电门的速度分别为v 1＝dt 1和v 2＝d t 2，则依据v 22＝v 21＋2ax 可得加速度的表达式为a ＝v 22－v 212x ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 122x ＝d 2(t 21－t 22)2xt 21t 22；另外，也可测量小车由光电门1运动至光电门2所用时间x ，则a ＝v 2－v 1x ＝d t 2－d t 1x ＝d (t 1－t 2)xt 1t 2. (3)图线如图．(4)由图象可以看出，产生误差的主要缘由是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．[答案] (1)使得小车所受合外力大小等于(或约等于)mg(2)两光电门间的距离 d 2(t 21－t 22)2xt 21t 22或小车由光电门1运动至光电门2所用时间d (t 1－t 2)xt 1t 2(3)见解析图 (4)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足常见a －F 图象涉及的误差分析“验证牛顿运动定律”试验得到的志向a －F 图象应是一条过原点的直线，但由于试验误差影响，常出现如图所示的三种状况(说明见下表)．图线特征产生缘由3．某同学利用图(a)所示试验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图(b)所示．试验中小车(含放射器)的质量为200 g，试验时选择了不行伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到．回答下列问题：(1)依据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成________ (填“线性”或“非线性”)关系．(2)由图(b)可知，a－m图线不经过原点，可能的缘由是________________________________________________________________________.(3)若利用本试验装置来验证“在小车质量不变的状况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并干脆以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则试验中应实行的改进措施是_______________ ，钩码的质量应满意的条件是________________________ .解析：(1)由题图(b)可知小车的加速度与钩码的质量成非线性关系．(2)a－m图线不经过原点，在m轴上有截距，即挂上小钩码后小车加速度仍为零，可能的缘由是存在摩擦力．(3)本试验干脆以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则应实行的措施是调整轨道的倾斜度以平衡摩擦力，钩码的质量应满意的条件是远小于小车的质量．答案：(1)非线性(2)存在摩擦力(3)调整轨道的倾斜度以平衡摩擦力远小于小车的质量4．(2024·河北模拟)某同学用图甲所示的试验装置验证牛顿其次定律．(1)通过试验得到如图乙所示的a－F图象，造成这一结果的缘由是：在平衡摩擦力时木板与水平桌面的夹角________ (填“偏大”或“偏小”)．(2)该同学在平衡摩擦力后进行试验，实际小车在运动过程中所受的拉力________ 砝码和盘的总重力(填“大于”“小于”或“等于”)，为了便于探究、减小误差，应使小车质量M与砝码和盘的总质量m满意________ 的条件．(3)该同学得到如图丙所示的纸带．已知打点计时器电源频率为50 Hz.A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点．Δx＝x DG－x AD＝________ cm.由此可算出小车的加速度a ＝________ m/s2.(结果保留两位有效数字)解析：(1)依据所给的a－F图象可知，当F＝0时，小车已经有了加速度a0，所以确定是在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的夹角偏大造成的．(2)依据牛顿其次定律，对小车F＝Ma，对砝码和盘mg－F＝ma，解得F＝MmgM＋m＜mg，只有当M≫m时，小车受到的拉力才近似等于mg，从而减小误差．(3)由题图丙可读出x AD＝2.10 cm，x DG＝3.90 cm，所以Δx＝x DG－x AD＝1.80 cm，依据Δx＝aΔt2，解得a＝5.0 m/s2.答案：(1)偏大(2)小于M≫m(3)1.80 5.0考点三试验的改进与创新[核心提炼]气垫导轨(不用平衡摩擦力)替代长木板；光电门替代打点计时器[典例3] (2024·全国卷Ⅱ)某同学用图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数．跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置砝码．缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在接着滑动时，弹簧秤的示数即木块受到的滑动摩擦力的大小．某次试验所得数据在下表中给出，其中f4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出．回答下列问题： (1)f 4＝ ________ N ；(2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出f －m 图线；(3)f 与m 、木块质量M 、木板与木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g 之间的关系式为f ＝ ____________ ，f －m 图线(直线)的斜率的表达式为k ＝ __________ ；(4)g 取9.80 m/s 2，由绘出的f －m 图线求得μ＝ ________ .(保留两位有效数字) [审题指导] (1)对木板拉动的过程中，木块与砝码处于平衡状态，木块所受摩擦力与细绳的拉力相等．(2)找出f －m 的关系，由图象求出图象的斜率，进而求出动摩擦因数． [解析] 本题考查物体的平衡、滑动摩擦力的计算及分析图象的实力． (1)由图可知弹簧秤的读数为2.75 N.(2)画图线时应使尽可能多的点落在线上，不在线上的点应匀称分布在线的两侧，如答案图所示．(3)以木块和砝码为探讨对象，整体水平方向受木板的滑动摩擦力和细线的拉力，f ＝μ(M ＋m )g ，整理得f ＝μmg ＋μMg ，故f －m 图线的斜率k ＝μg .(4)由图知k ＝3.9 N/kg ，故μ＝k g＝0.40. [答案] (1)2.75 (2)如图所示(3)μ(M ＋m )g μg (4)0.40[题组巩固]5．(2024·威海模拟)某试验小组利用如图所示的装置进行验证：当质量m 确定时，加速度a 与力F 成正比的关系，其中F ＝m 2g ，m ＝m 1＋m 2(m 1为小车及车内砝码的总质量，m 2为桶及桶中砝码的总质量)．详细做法是：将小车从A 处由静止释放，用速度传感器测出它运动到B 处时的速度v ，然后将小车内的一个砝码拿到小桶中，小车仍从A 处由静止释放，测出它运动到B 处时对应的速度，重复上述操作．图中AB 相距x .(1)设加速度大小为a ，则a 与v 及x 间的关系式是 ________ .(2)假如试验操作无误，四位同学依据试验数据做出了下列图象，其中正确的是 ________ .(3)下列哪些措施能够减小本试验的误差 ________ . A ．试验中必需保证m 2≪m 1 B ．试验前要平衡摩擦力C ．细线在桌面上的部分应与长木板平行D ．图中AB 之间的距离x 尽量小些解析：(1)小车做初速度为零的匀加速直线运动，由匀变速直线运动的速度位移公式得：v 2＝2ax .(2)由(1)可知：v 2＝2ax ，由牛顿其次定律得：a ＝F m，则：v 2＝2x mF ，v 2与F 成正比，故选A.(3)以系统为探讨对象，加速度：a ＝F m ＝m 2gm，系统所受拉力等于m 2g ，不须要满意m 2≪m 1，故A 错误；为使系统所受合力等于桶与桶中砝码的重力，试验须要平衡摩擦力，还须要细线在桌面上的部分与长木板平行，故B 、C 正确；为减小试验误差，图中A 、B 之间的距离x 应尽量大些，故D 错误．答案：(1)v 2＝2ax (2)A (3)BC6．(2024·上海质检)在用DIS 探讨小车加速度与外力的关系时，某试验小组先用如图(a)所示的试验装置，重物通过滑轮用细线拉小车，在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器，位移传感器(放射器)随小车一起沿水平轨道运动，位移传感器(接收器)固定在轨道一端．试验中力传感器的拉力为F ，保持小车(包括位移传感器放射器)的质量不变，变更重物重力重复试验若干次，得到加速度与外力的关系如图(b)所示．(重力加速度g 取10 m/s 2)．(1)小车与轨道的滑动摩擦力f ＝ ________ N.(2)从图象中分析，小车(包括位移传感器放射器)的质量为 __________ kg.(3)为得到a 与F 成正比的关系，应将斜面的倾角θ调整到tan θ＝ __________ . 解析：(1)依据图象可知，当F ＝0.5 N 时，小车起先有加速度，则f ＝0.5 N ； (2)依据牛顿其次定律，得a ＝F －f M ＝1M F －fM，则a －F 图象的斜率表示小车质量的倒数，则M ＝1k ＝4－0.55－0kg ＝0.7 kg(3)为得到a 与F 成正比的关系，则应当平衡摩擦力，则有：Mg sin θ＝μMg cos θ解得：tan θ＝μ，依据f ＝μMg ，得μ＝0.50.7×10＝114所以tan θ＝114.答案：(1)0.5 (2)0.7 (3)1147．某试验小组利用如图甲所示的气垫导轨试验装置来探究合力确定时，物体的加速度与质量之间的关系．(1)为了保持滑块所受的合力不变，可变更滑块质量M 和气垫导轨最右端高度h (见图甲)．关于“变更滑块质量M 和气垫导轨最右端的高度h ”的正确操作方法是 ________ .A ．M 减小时，h 增大，以保持二者乘积不变B ．M 增大时，h 增大，以保持二者乘积增大C ．M 增大时，h 减小，以保持二者乘积减小D ．M 减小时，h 减小，以保持二者乘积减小(2)做试验时，将滑块从图甲所示位置气垫导轨右端由静止释放，由数字计时器(图中未画出)可读出遮光条通过光电门1、2的时间分别为Δt 1、Δt 2；用刻度尺测得两个光电门中心之间的距离x ，用游标卡尺测得遮光条宽度d .则滑块加速度的表达式a ＝ ________ (以上表达式均用已知字母表示)．如图乙所示，若用20分度的游标卡尺测量遮光条的宽度，其读数为 ________ mm.解析：(1)滑块的合力F 合＝Mg h x，为了保持滑块所受的合力不变，则要求Mh 的乘积不变，所以M 和h 不能同时增大或减小，故选A 项；(2)①滑块经过光电门1时的速度表达式v 1＝dΔt 1；经过光电门2时的速度表达式v 2＝d Δt 2；则加速度为a ＝v 22－v 212x＝⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 122x；游标卡尺的读数由主尺和游标尺两部分组成．主尺的刻度是8 mm ，游标尺的第3个刻度与上边对齐，所以读数是：0.05×3 mm＝0.15 mm ，总读数为8.15 mm.答案：(1)A (2)⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 122x8.15。

高考物理一轮复习实验四验证牛顿运动定律知能演练提升

【创新方案】 2021 年高考物理一轮复习知能演练提升：实验四验证牛顿运动定律[ 教材实验·练根底]1．关于“验证牛顿第二定律〞实验中验证“作用力一定时，加速度与质量成反比〞的实验过程，以下做法中正确的选项是()A．平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力C．实验时，先放开小车，再接通电源D．可以利用天平测出砂桶和砂质量a mg和小车质量，直接用公式＝求出加速度m M M 解析：选 B 平衡摩擦力时，使小车的重力沿斜面向下的分力与小车运动所受摩擦力平衡，所以不能将小桶系在小车上， A 错误；平衡摩擦力后，小车与板间的动摩擦因数μ＝ tan α，与小车的质量无关，所以改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力，B正确；实验时，应先接通电源，待打点稳定后，放开小车， C 错误；本实验是探究作用力一定时，加速度与mg质量成反比，不能直接用公式a＝M求加速度，D错误。

图实－ 4－ 112．如图实－ 4－ 11 所示，在探究牛顿运动定律的演示实验中，假设1、2 两个相同的小车所受拉力分别为F1、 F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，翻开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、 x2，那么在实验误差允许的范围内，有()A．当m1＝m2、F1＝ 2F2时，x1＝ 2x2B．当m1＝m2、F1＝ 2F2时，x2＝ 2x1C．当m1＝ 2m2、F1＝F2时，x1＝ 2x2D．当m1＝ 2m2、F1＝F2时，x2＝ 2x11解析：选 AD当m1＝m2、F1＝2F2时，由F＝ma可知，a1＝2a2，再由x＝2at2可得：x1＝112 可得：12 2，故 A 正确， B 错误；当1＝2 2、 1＝ 2时，1＝2a2，再由＝x1＝2x2，故Cx m m F F a x2at错误， D 正确。

3．如图实－ 4－ 12 甲所示为“探究加速度与物体质量、物体受力的关系〞的实验装置。

高考物理一轮复习教案：实验四验证牛顿运动定律 Word版含解析

实验四验证牛顿运动定律基础点1.实验装置原理图2．实验目的(1)学会用控制变量法研究物理规律。

(2)探究加速度与力、质量的关系。

(3)掌握利用图象处理数据的方法。

3．实验原理(见实验原理图)(1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系。

(2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系。

(3)作出a -F 图象和a -1m图象，确定其关系。

4．实验器材小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺。

5．实验步骤(1)测量：用天平测量小盘和砝码的质量m ′和小车的质量m 。

(2)安装：按照如实验原理图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)。

(3)平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑。

(4)操作：①小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码。

②保持小车的质量m 不变，改变砝码和小盘的质量m ′，重复步骤①。

③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a 。

④描点作图，作a -F 的图象。

⑤保持砝码和小盘的质量m ′不变，改变小车质量m ，重复步骤①和③，作a -1m图象。

重难点一、数据处理1．利用Δx ＝aT 2及逐差法求a 。

2．以a 为纵坐标，F 为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明a 与F 成正比。

3．以a 为纵坐标，1m为横坐标，描点、连线，如果该线为过原点的直线，就能判定a 与m 成反比。

特别提醒利用图象处理数据是物理实验中常用的重要方法。

在实验中如果发现一个量x 与另一个量y 成反比，那么，x 就应与1y 成正比。

因为在处理数据时，判断正比例函数图象比判断一条曲线是否为反比例函数图象要简单和直观得多，所以可以将反比例函数的曲线转化为正比例函数的直线进行处理。

二、误差分析1．系统误差(1)产生原因：实验原理不完善引起的误差。

新课标2024年高考物理一轮总复习实验四验证牛顿运动定律教案

试验四验证牛顿运动定律[试验目的]1．学会用限制变量法探讨物理规律．2．验证牛顿其次定律．3．驾驭利用图象处理数据的方法．[试验原理]探究加速度a与力F及质量M的关系时，应用的基本方法是限制变量法，即先限制一个参量——小车的质量M不变，探讨加速度a与力F的关系，再限制砝码和小盘的质量不变，即力F不变，变更小车的质量M，探讨加速度a与M的关系．[试验器材]打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压沟通电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺．[试验步骤]1．用天平测出小车和小盘的质量M和M′，把数值记录下来．2．依据如图所示装置把试验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细线系在小车上(即不给小车加牵引力)．3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，反复移动木块的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态，这时小车拖着纸带运动时受到的摩擦力恰好与小车所受重力在斜面方向上的分力平衡．4．把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点．打点完成后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码．5．保持小车及车内砝码的质量不变，在小盘内放入质量为m′的砝码，重复步骤4.在小盘内分别放入质量为m″、m…的砝码，再重复步骤4.m′、m″、m…的数值都要记录在纸带上(或表格内)．6．在每条纸带上都选取一段比较志向的部分，标明计数点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度的值．7．用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，依据试验结果在坐标平面上画出相应的点．若这些点在一条过原点的直线上，便证明白加速度与作用力成正比．8．保持砝码和小盘的质量不变，在小车上依次加砝码(也需作好记录)，重复上述步骤，用纵坐标表示加速度a ，横坐标表示小车砝码总质量的倒数，在坐标平面上依据试验结果画出相应的点．假如这些点是在一条过原点的直线上，就证明加速度与质量成反比．[数据处理]1．把相同质量的小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中.由以上数据画出它的a －F 关系图象如图所示．通过a －F 关系图象我们可以得出，小车的加速度a 与力F 成正比．2．把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下表中．由以上数据画出它的a －M 图象及a －M图象，如图甲、乙所示．通过a －M 和 a －1M关系图象，我们可以得出小车的加速度a 与质量M 成反比，与质量的倒数1M成正比．[误差分析]1．测量误差质量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，细线或纸带不与木板平行等会造成误差．2．系统误差本试验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(事实上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的重力)，存在系统误差．小盘和砝码的总质量越接近小车和砝码的质量，误差就越大；小盘和砝码的总质量越小于小车和砝码的质量，误差就越小．3．平衡摩擦力不准造成误差在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟正式试验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器)，匀速运动的标记是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等．[留意事项]1．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动．2．整个试验平衡了摩擦力后，不管以后是变更小盘和砝码质量，还是变更小车和砝码的总质量，都不须要重新平衡摩擦力．3．必需满意小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量．只有如此，小盘和砝码的重力才可视为小车受到的拉力．4．变更拉力和小车质量后，每次起先时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．5．作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧．6．作图时两轴标度比例要选择适当．各量须采纳国际单位．这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些．7．为提高测量精度，可以实行下列措施：(1)应舍掉纸带上开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起点．(2)可以把每打五次点的时间作为时间单位，即从起先点起，每隔四个点标出一个计数点，而相邻计数点间的时间间隔为T＝0.1 s.热点一试验原理与操作[典例1] (2024·安徽芜湖一中期末)在探究“牛顿其次定律”时，某小组设计双车位移比较法来探究加速度与力的关系．试验装置如图所示，将轨道分上下双层排列，两小车后的刹车线穿过尾端固定板，由安装在后面的刹车系统同时进行限制(未画出刹车系统)．通过变更砝码盘中的砝码来变更拉力大小．通过比较两小车的位移来比较两小车的加速度大小．已知两车质量均为200 g，试验数据如表中所示：试依据该试验的情境，回答下列问题：(1)两小车的位移与加速度的关系满意； (2)分析表中数据可得到结论：； (3)该装置中的刹车系统的作用是．解析：(1)由s ＝12at 2可知，s 甲s 乙＝a 甲a 乙；(2)分析表中数据可得到结论：在小车的质量相同的状况下，小车的加速度与外力成正比； (3)该装置中的刹车系统的作用是：让两个小车同时运动，同时停车，确保两车的运动时间相同．答案：(1)s 甲s 乙＝a 甲a 乙(2)在小车的质量相同的状况下，小车的加速度与外力成正比 (3)让两个小车同时运动，同时停车，确保两车的运动时间相同．1．图甲为“验证牛顿其次定律”的试验装置示意图．砂和砂桶的总质量为m ，小车和砝码的总质量为M .试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．(1)试验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合力，先调整长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下来还须要进行的一项操作是．(填正确答案标号)A ．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调整m 的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带推断小车是否做匀速运动B ．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带推断小车是否做匀速运动C ．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，视察推断小车是否做匀速运动(2)试验中要进行质量m 和M 的选取，以下最合理的一组是．(填正确答案标号) A ．M ＝200 g ，m ＝10 g 、15 g 、20 g 、25 g 、30 g 、40 g B ．M ＝200 g ，m ＝20 g 、40 g 、60 g 、80 g 、100 g 、120 g C ．M ＝400 g ，m ＝10 g 、15 g 、20 g 、25 g 、30 g 、40 g D ．M ＝400 g ，m ＝20 g 、40 g 、60 g 、80 g 、100 g 、120 g(3)图乙是试验中得到的一条纸带，A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 为七个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出．量出相邻的计数点之间的距离分别为：x AB ＝4.22 cm 、x BC ＝4.65 cm 、x CD ＝5.08 cm 、x DE ＝5.49 cm ，x EF ＝5.91 cm ，x FG ＝6.34 cm.已知打点计时器的工作频率为50 Hz ，则小车的加速度a ＝ m /s 2.(结果保留两位有效数字)解析：(1)小车在运动过程中受到重力、支持力、纸带的拉力、木板对小车的摩擦力和细线拉力的作用．为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合力，因此应把木板的一端垫起适当的高度，以使重力、支持力、纸带的拉力和摩擦力的合力为零，即不挂砂桶时小车做匀速运动，因此在进行这一操作时，不应挂砂桶，小车应连接纸带，A 、C 项错误，B 项正确． (2)由于绳子的拉力不易测量，本试验中用砂和砂桶的总重力来代替绳的拉力，而砂桶做加速运动，设加速度大小为a ，则F T ＝m (g －a )，当砂桶的加速度很小时，F T 近似等于mg ，因此试验中应限制试验条件，使砂桶的加速度很小．只有当小车的质量远大于砂和砂桶的总质量时，小车和砂桶的加速度才很小，绳的拉力才近似等于砂和砂桶的总重力．C 项正确． (3)相邻两计数点间的时间T ＝0.1 s ，由Δx ＝aT 2可得a ＝(x FG ＋x EF ＋x DE )－(x CD ＋x BC ＋x AB )(3T )2，代入数据解得a ＝0.42 m/s 2. 答案：(1)B (2)C (3)0.42热点二数据处理及误差分析[典例2] (2024·北京怀柔高三试卷)某同学设计了如图所示的装置来验证“加速度与力的关系”．把打点计时器固定在长木板上，把纸带穿过打点计时器连在小车的左端．将数字测力计固定在小车上，小车放在长木板上．在数字测力计的右侧拴有一细线，细线跨过固定在木板边缘的定滑轮与一重物相连，在重物的牵引下，小车在木板上加速运动，数字测力计可以干脆显示细线拉力的大小．(1)采纳数字测力计测量细线拉力与用重物重力代替拉力的方法相比 (填选项前的字母) A ．可以不用平衡摩擦力B ．干脆测量小车(包括测力计)所受的拉力，可以削减误差C ．利用此试验装置不用测量重物的质量D ．重物的质量要远远小于小车和数字测力计的总质量(2)下图是某同学在此试验中获得的一条纸带，其中两相邻计数点间有四个点未画出．已知打点计时器工作频率为50 Hz ，则小车运动的加速度a ＝ m /s 2.(3)保持小车和数字测力计的总质量肯定，变更钩码的质量，测出相应的加速度．采纳图象法处理数据．请同学们依据测量数据做出a －F 图象．(4)试分析上图中图线不过坐标原点的缘由： .解析：(1)在试验中认为拉力为小车的合力，仍旧须要平衡摩擦力．故A 错误．若用钩码拉小车，绳子的拉力小于钩码的重力，用此装置可以干脆测量小车所受的拉力，减小误差，故B 正确．因为拉力的大小通过数字测力计测量出来，不须要测量重物的质量，也不须要满意重物的质量要远远小于小车和数显测力计的总质量．故C 正确，D 错误．(2)由纸带可知，在连续相等时间内的位移之差Δx ＝0.39 cm ，则a ＝Δx T 2＝0.39×10－20.01＝0.39m/s 2(3)依据所描的点作出a －F 图线，如图所示．(4)由图象可知，当力F 到达某一值时小车才有了加速度，说明没有平衡好摩擦力或木板倾角偏小．答案：(1)BC (2)0.39 m/s 2(3)见解析 (4)没有平衡好摩擦力或木板倾角偏小2．在探究物体的加速度a 与物体所受外力F 、物体质量M 间的关系时，采纳如图所示的试验装置．小车及车中的砝码质量用M 表示，盘及盘中的砝码质量用m 表示．(1)当M 与m 的大小关系满意时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力．(2)某一组同学先保持盘及盘中的砝码质量m 肯定来做试验，其详细操作步骤如下，以下做法正确的是．A ．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上B ．每次变更小车的质量时，不须要重新平衡摩擦力C ．试验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源D ．用天平测出m 以及小车质量M ，小车运动的加速度可干脆用公式a ＝mgM求出(3)另两组同学保持小车及车中的砝码质量M 肯定，探究加速度a 与所受外力F 的关系，由于他们操作不当，这两组同学得到的a －F 关系图象分别如图甲和图乙所示，其缘由分别是：图甲：；图乙： .解析：(1)当m ≪M 时，即当砝码和盘的总重力要远小于小车的重力，绳子的拉力近似等于砝码和盘的总重力．(2)平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿开，轻轻推出小车，使小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带推断小车是否匀速运动，故A 错误；每次变更小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不须要重新平衡摩擦力，故B 正确；试验时，应先接通打点计时器电源，再放开小车，故C 错误；小车运动的加速度是利用打点计时器测量，假如用天平测出m 以及小车质量M ，干脆用公式求出，这是干脆运用牛顿其次定律计算的，而我们试验是在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系，故D 错误．(3)图甲中a －F 图象发生弯曲，这是由于没有保证小车质量远大于盘及盘中砝码质量造成的．图乙中直线没过原点，当F ≠0时，a ＝0.也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0，说明小车的摩擦力与绳子的拉力抵消了．该组同学试验操作中没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．即木板倾角过小．答案：(1)m ≪M (2)B (3)m 过大(或M 过小)，造成m 不是远小于M 没有平衡摩擦力或木板的倾角过小热点三试验的改进与创新以本试验为背景，通过变更试验条件、试验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性、设计性等特点． 1．试验器材的改进气垫导轨(不用平衡摩擦力)――→替代长木板2．数据测量方法的改进3．试验的拓展延长以“验证牛顿运动定律”为背景测量物块与木板间的动摩擦因数．创新点一试验器材的改进[典例3] (2024·河北省衡水中学复习)其学习小组用图甲所示的装置探究加速度与合力的关系．装置中的铝箱下端连接纸带，砂桶中可放置砂子以变更铝箱所受的外力大小，铝箱向上运动的加速度a 可由打点计时器和纸带测出，现保持铝箱总质量不变，渐渐增大砂桶和砂的总质量进行多次试验，得到多组a 、F 值(F 为力传感器的示数，等于悬挂滑轮绳子的拉力)，不计滑轮的重力．(1)某同学依据试验数据画出了a －F 关系图线如图乙所示，则由该图象可得铝箱总质量m ＝，重力加速度g ＝ .(结果保留两位有效数字)(2)当砂桶和砂的总质量M 较大导致a 较大时，实际得到的加速度a 的值可能是 (填选项前的字母)A ．120 m/s 2B ．10.0 m/s 2C ．5.0 m/s 2D ．6.0 m/s 2解析：(1)对铝箱分析，应有F T －mg ＝ma ，对滑轮应有F ＝2F T ，联立可解得a ＝1m (F 2－mg )＝12mF －g ，可知图线的斜率k ＝12m ＝104，解得m ＝0.20 kg ，纵轴截距－g ＝－10，解得g ＝10 m/s 2；(2) 对砂桶和砂分析，应有Mg －F T ＝Ma ，对滑轮应有F ＝2F T ，联立可解得a ＝g －12M F ，当砂桶和砂的总质量较大，加速度a 接近g ，故实际得到的加速度a ＜g ，故C 、D 正确，A 、B 错误．答案：(1)0.20 kg 10 m/s 2(2)CD 创新点二数据测量方法的改进[典例4] 某试验小组设计了如图(a)所示的试验装置，通过变更重物的质量，利用计算机可得滑块运动的加速度a 和所受拉力F 的关系图象．他们在轨道水平和倾斜的两种状况下分别做了试验，得到了两条a －F 图线，如图(b)所示．滑块和位移传感器放射部分的总质量m ＝ kg ；滑块和轨道间的动摩擦因数μ＝ .(重力加速度g 取10 m/s 2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力)解析：当轨道水平常，依据牛顿其次定律得a ＝F －μmg m ＝F m－μg上图(b )可知图线的斜率k ＝1m＝2，计算得出m ＝0.5 kg纵轴截距μg ＝2，计算得出μ＝0.2. 答案：0.5 0.2[典例5] 光电计时器是一种探讨物体运动状况的常见仪器．当有物体从光电门通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．现利用如图甲所示的装置探究物体的加速度与合外力、质量的关系，其NQ 是水平桌面，PQ 是一端带有滑轮的长木板，1、2是固定在木板上的两个光电门(与之连接的两个光电计时器没有画出)．小车上固定着用于挡光的窄片K ，测得其宽度为d ，让小车从木板的顶端滑下，光电门各自连接的计时器显示窄片K 的挡光时间分别为t 1和t 2.(1)该试验中，在变更小车的质量M 或砂桶的总质量m 时，保持M ≫m ，这样做的目的是． (2)为了计算出小车的加速度，除了测量d 、t 1和t 2之外，还须要测量，若上述测量量用x 表示，则用这些物理量计算加速度的表达式为a ＝ .(3)某位同学经过测量、计算得到如下表数据，请在图乙中作出小车加速度与所受合外力的关系图象.(4)由图象可以看出，该试验存在着较大的误差，产生误差的主要缘由是： .解析：(1)该试验中，在变更小车的质量M 或砂桶的总质量m 时，保持M ≫m ，这样做的目的是使得小车所受合外力大小等于(或约等于)mg .(2)为了计算出小车的加速度，除了测量d 、t 1和t 2之外，还须要测量两光电门之间的距离，若上述测量量用x 表示，小车通过两光电门的速度分别为v 1＝d t 1和v 2＝d t 2则依据v 22－v 21＝2ax 可得a ＝v 22－v 212x ＝(dt 2)2－(dt 1)22x ＝d 2(t 21－t 22)2xt 21t 22.(3)图线如图．(4)由图象可以看出，产生误差的主要缘由是木板倾角偏小(“平衡摩擦力不足”)．答案：(1)使小车所受合外力大小等于(或约等于)mg(2)两光电门之间的距离(或“小车由光电门1运动至光电门2所用时间”)d2(t21－t22)2xt21t22(3)图线如图(4)木板倾角偏小(“平衡摩擦力不足”)创新点三试验目的的创新[典例6] 现在须要测量物块与长木板之间的动摩擦因数，备有如下器材：两个相同的物块A、B，两个带有固定装置的光滑小滑轮，卡子若干，一把镊子，一个黑板擦，几条等长轻质细线，两个小盘，小丁和晓平两个同学协作进行如下试验：首先把木板固定在水平桌面上，把两小滑轮固定在木板的左端，把两个物块A和B(平行木板左边缘、AB距离较近)放到木板的右端，用细线把物块和小盘通过小滑轮连接，通过调整小滑轮的高度使木板上方的细线水平，在物块A和B右端固定好细线；晓平同学用黑板擦按住两个物块A、B，小丁同学在两个小盘里放上不同个数的砝码，然后晓平同学抬起黑板擦，两个物块同时运动起来，当运动较快的物块接近木板左端时按下黑板擦，两个物块同时停下来．(1)为完成此试验，还须要如下器材中的．A．秒表B．弹簧测力计C．刻度尺D．天平(2)晓平和小丁同学共同测量出A和B在木板上的位移，分别记作x A和x B，物块A、B的质量均为m，物块A和对应小盘里钩码、小盘总质量的和为2m，物块B和对应小盘里钩码、小盘的总质量的和为3m，依据这些物理量求出物块和木板之间的滑动摩擦因数μ的表达式．(3)若细线与木板上表面平行，而木板左端比右端略低(没有超过重力沿斜面对下的分力和物体滑动摩擦力相等的角度)，则测量的动摩擦因数比真实值 (填“偏大”“偏小”或“不变”)．解析：(1)试验过程中须要依据牛顿其次定律分析问题，须要用到运动学公式解决加速度问题，所以须要刻度尺测量位移和天平测量质量，故C 、D 正确．(2)因为两个物体在绳子的拉力作用下，做初速度为零的匀加速直线运动，并且两者的运动时间相同，依据公式x ＝12at 2可得x A ＝12a A t 2、x B ＝12a B t 2，故有x A x B ＝a Aa B，依据牛顿其次定律，对A 和钩码整体有：mg －μmg ＝2ma A ，对B 和钩码整体有2mg －μmg ＝3ma B ，故联立上式可得μ＝3x B －4x A3x B －2x A(3)木板左端比右端略低，设木板与水平桌面夹角为θ，则实际状况应满意mg ＋mg sin θ－μmg cos θ＝2ma A,2mg ＋mg sin θ－μmg cos θ＝3ma B ，联立可得μ＝3x B －4x A 3x B －2x A 1cos θ＋tanθ，由于θ微小，tan θ近似为0，1cos θ＞1，故μ测＝3x B －4x A3x B －2x A＜μ真，比实际值偏小．答案：(1)CD (2)μ＝3x B －4x A3x B －2x A(3)偏小[典例7] 要测量两个质量不等的沙袋的质量，由于没有干脆测量工具，某试验小组应用下列器材测量：轻质定滑轮(质量和摩擦可忽视)、砝码一套(总质量为m ＝0.5 kg)、细线、米尺、秒表，他们依据已学过的物理学学问，变更试验条件进行多次测量，选择合适的变量得到线性关系，作出图线并依据图线的斜率和截距求出沙袋的质量．请完成下列步骤． (1)试验装置如图，设左右两边沙袋的质量分别为m 1、m 2.(2)从m 中取出质量为m ′的砝码放在右边沙袋B 中，剩余砝码都放在左边沙袋A 中，发觉A 下降B 上升．(3)用刻度尺测出沙袋A 从静止下降的距离h (其间A 没有与其他物体发生碰撞)，用秒表测出沙袋A 下降时间t ，则可知A 的加速度大小为a ＝ .(4)变更m ′，测量相应的加速度a ，得到多组m ′及a 的数据，作出 (填“a －m ′”或“a －1m ′”)图线． (5)若求得图线的斜率k ＝4 m/kg·s 2，截距b ＝2 m/s 2，沙袋的质量m 1＝ kg ，m 2＝ kg. 解析：(3)依据匀变速直线运动的位移时间公式得，h ＝12at 2，解得a ＝2h t2.(4)(5)依据牛顿其次定律得：对m 1及砝码：(m 1＋m ′)g －T ＝(m 1＋m ′)a 对m 2及砝码：T －(m 2＋m －m ′)g ＝(m 2＋m －m ′)a 联立解得：a ＝m 1－m 2－m m 1＋m 2＋m g ＋2m ′gm 1＋m 2＋m.依据数学学问得知：作“a －m ′”图线，图线的斜率k ＝2g m 1＋m 2＋m ，图线的截距b ＝m 1－m 2－mm 1＋m 2＋mg将k 、b 代入计算，解得m 1＝3 kg ，m 2＝1.5 kg. 答案：(3)2ht2 (4)a －m ′ (5)3 1.51．某同学利用如图装置探究加速度与合外力的关系．利用力传感器测量细线上的拉力．依据如下步骤操作：①安装好打点计时器和纸带，调整导轨的倾斜程度，平衡小车摩擦力；②细线通过导轨一端光滑的定滑轮和动滑轮，与力传感器相连，动滑轮上挂上肯定质量的钩码，将小车拉到靠近打点计时器的一端；③打开力传感器并接通打点计时器的电源(频率为50 Hz 的沟通电源)； ④释放小车，使小车在轨道上做匀加速直线运动；⑤关闭传感器，记录下力传感器的示数F .通过分析纸带得到小车加速度a ； ⑥变更钩码的质量，重复步骤①②③④⑤； ⑦作出a －F 图象，得到试验结论．(1)本试验在操作中是否要满意钩码的质量远远小于小车的质量？ (填写“须要”或“不须要”)；某次释放小车后，力传感器示数为F ，通过天平测得小车的质量为M ，动滑轮和钩码的总质量为m ，不计滑轮的摩擦，则小车的加速度理论上应等于． A ．a ＝F2MB ．a ＝F MC ．a ＝mg －2FMD ．a ＝2F M(2)如图是某次试验测得的纸带的一段，可以推断纸带的 (填“左”或“右”)端与小车连接，在打点计时器打下计数点6时，钩码的瞬时速度大小为 m /s.(保留两位有效数字)解析：(1)本试验利用力传感器测量细线上的拉力，不须要用钩码的重力代替，所以不须要满意钩码的质量远远小于小车的质量，依据牛顿其次定律得：a ＝F m，故B 正确．(2)纸带右侧两点间的距离越来越大，故左端与小车相连，瞬时速度为5到7的平均速度故v ＝0.030.04m/s ＝0.75 m/s. 答案：(1)不须要 B (2)左 0.752．(2024·全国百校联考)两试验小组分别作“探究加速度和力、质量的关系”试验． (1)A 组用如图甲所示装置做试验，图中带滑轮的长木板放置于水平桌面上，拉力传感器可干脆显示所受拉力的大小．做试验时，下列操作必要且正确的是．A ．将长木板右端适当垫高，使小车能自由匀速滑动B ．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，同时记录传感器的示数C ．为了减小误差，试验中肯定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量D ．用天平测出砂和砂桶的质量(2)B 组用如图乙所示的试验装置来做试验．①在正确、规范的操作中，打出一条如下图所示的纸带，每两个计数点之间还有四个计时点没有画出来，纸带上的数字为相邻两个计数点间的距离，打点计时器的频率为50 Hz.打第4个计数点时小车的速度v 4＝ m /s ；小车做匀加速直线运动的加速度a ＝ m /s.(保留三位有效数字)②平衡了摩擦力后，在小车质量M 保持不变的状况下，不断往砂桶里加砂，直到砂的质量最终达到13M .测出每次加砂后，砂和砂桶的总重力F 和小车的加速度a ，作a －F 的图象．下列图线正确的是．解析：(1)试验前要平衡摩擦力，将长木板右端适当垫高，使小车能自由匀速滑动，选项A 正确；为重复利用纸带，小车应靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录传感器的示数，选项B 正确；绳子的拉力可以由拉力传感器，读出，试验中不须要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量，不须要用天平测出砂和砂桶的质量，选项C 、D 错误．(2)①每两个计数点之间还有四个计时点没有画出来，因此相邻两计数点间的时间间隔为T ＝0.1 s ，打计数点4时小车的瞬时速度等于计数点3～5间的平均速度，则有：v 4＝0.111＋0.1310.2m/s ＝ 1.21 m/s ；依据Δx ＝aT2，解得a ＝0.111＋0.131＋0.151－0.05－0.0705－0.0919×0.12m/s 2≈2.02 m/s 2. ②平衡了摩擦力后，对小车有：T ＝Ma ，对砂和砂桶有： mg －T ＝ma ，联立可得：a ＝mg M ＋m.若满意m ≤M ，则有a ＝mg M ＝F M，即a －F 的图象为直线，当砂和砂桶的质量较大时，不再满意m ≤M 这一条件，此状况下按相同方式描点的图象遵循a ＝FM ＋m规律，随着砂的质量的增加，a －F 的图象的斜率为k ＝1M ＋m将减小，所以图线将向下弯曲．答案：(1)AB (2)①1.21 2.02 ②C3．(2024·山东师大附中模拟)(1)有一游标卡尺，主尺的最小分度是1mm ，游标上有20个小的等分刻度．用它测量一小球的直径，如图甲所示的读数是m m.用螺旋测微器测量一根金属丝的直径，如图乙所示的读数是m m.(2)某试验小组利用如图丙所示的试验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒．。