专题(17)实验四 验证牛顿运动定律---2021年高考物理复习专题训练含真题及解析
2021届高考物理必考实验四：验证牛顿第二定律【含答案】
2021届高考物理必考实验四：验证牛顿第二定律1.实验原理(1)保持质量不变,探究加速度与合力的关系。
(2)保持合力不变,探究加速度与质量的关系。
(3)作出a-F图象和a-图象,确定其关系。
2.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、砝码、夹子、细绳、交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。
3.实验步骤(1)测量:用天平测量小盘和砝码的质量m',小车的质量m。
(2)安装:按照如图所示的装置把实验器材安装好,但是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(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,使小车能匀速下滑。
(4)操作:①小盘通过细绳绕过定滑轮系在小车上,先接通电源,后放开小车,打点结束后先断开电源,再取下纸带。
②保持小车的质量m不变,改变小盘和砝码的质量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,以m'g作为拉力F,作出a-F图象。
⑤保持小盘和砝码的质量m'不变,改变小车质量m,重复步骤①和③,作出a-图象。
4.数据分析(1)利用Δx=aT2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,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。
5.注意事项(1)平衡摩擦力:适当垫高木板的右端,使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力。
在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细绳系在小车上,让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。
(2)不重复平衡摩擦力。
(3)实验条件:m≫m'。
(4)“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量靠近打点计时器,并应先接通电源,后释放小车,且应在小车到达滑轮前按住小车。
【最新高考真题解析】1.（2020年北京卷）在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究：（1）为猜想加速度与质量的关系，可利用图1所示装置进行对比实验。
广东物理2021年高考一轮复习第3部分实验4验证牛顿运动定律试题技术总结
广东物理2021年高考一轮复习第3部分实验4验证牛顿运动定律试题技术总结1.关于“验证牛顿运动定律”的实验,下列说法中符合实际的是 ( ) A.通过同时改变小车的质量m 及受到的拉力F 的研究,能归纳出加速度､力､质量三者之间的关系B.通过保持小车质量不变,只改变小车的拉力的研究,就能够归纳出加速度､力､质量三者之间的关系C.通过保持小车受力不变,只改变小车质量的研究,就能够得出加速度､力､质量三者之间的关系D.先不改变小车质量,研究加速度与力的关系;再不改变受力,研究加速度与质量的关系,最后归纳出加速度､力､质量三者之间的关系解析:验证牛顿运动定律的实验,是利用操纵变量法,探究加速度a 与合外力F ､物体质量m 的关系,故D 项正确. 答案:D2.(2018·台州模拟)如图实-4-7所示,在探究牛顿运动定律的演示实验中,若1､2两个相同的小车所受拉力分别为F 1､F 2,车中所放砝码的质量分别为m 1､m 2,打开夹子后通过相同的时刻两车的位移分别为x 1､x 2,则在实验误差承诺的范畴内,有( )图实-4-7A.当m 1=m 2､F 1=2F 2时,x 1=2x 2B.当m 1=m 2､F 1=2F 2时,x 2=2x 1C.当m 1=2m 2､F 1=F 2时,x 1=2x 2D.当m 1=2m 2､F 1=F 2时,x 2=2x 1解析:当m 1=m 2､F 1=2F 2时,由F =ma 可知,a 1=2a 2,再由x =12at 2可得:x 1=2x 2,故A 正确,B错误;当m 1=2m 2､F 1=F 2时,a 1=12a 2,再由x =12at 2可得:x 1=12x 2,故C 错误,D 正确.答案:AD3.(2018·阳江模拟)为了探究加速度与力的关系,使用如图实-4-8所示的气垫导轨装置进行实验.其中G 1､G 2为两个光电门,它们与数字计时器相连,当滑行器通过G 1､G 2光电门时,光束被遮挡的时刻Δt 1､Δt 2都能够被测量并记录,滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M ,挡光片宽度为D ,光电门间距离为x ,牵引砝码的质量为m .回答下列问题:图实-4-8(1)实验开始应先调剂气垫导轨下面的螺钉,使气垫导轨水平,在不增加其他仪器的情形下,如何判定调剂是否到位?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.m 1=5 gB.m 2=15 gC.m 3=40 gD.m 4=400 g(3)在此实验中,需要测得每一个牵引力对应的加速度,求得的加速度的表达式为 ____________________________________________________________________. (用Δt 1､Δt 2､D ､x 表示)解析:(1)假如气垫导轨水平,则不挂砝码时,M 应能在任意位置静止不动,或推动M 后能使M 匀速运动.(2)应满足M ≫m ,故m 4=400 g 不合适. (3)由v 1=D Δt 1,v 2=DΔt 2,v 22-v 12=2ax可得:a =(D Δt 2)2－(D Δt 1)22x.答案:(1)取下牵引砝码,M 放在任意位置都不动;或取下牵引砝码,轻推滑行器M ,数字计时器记录每一个光电门的光束被挡的时刻Δt 都相等 (2)D(3)a =(D Δt 2)2－(D Δt 1)22x4.(2018·广州联考)某同学在做加速度和力､质量的关系的实验中,测得小车的加速度a 和拉力F 的数据如下表所示:F /N 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 a /(m·s -2)0.110.190.290.400.51(1)依照表中的数据在图实-4-9所示的坐标中作出a -F 图象;图实-4-9(2)图象的斜率的物理意义是_______________________________________________;(3)图象(或延长线)与F轴的截距的物理意义是________________________;(4)小车和砝码的总质量为________ kg.解析:(1)选取适当的标度,作出a-F图象如图所示.(2)由F=Ma得a=FM,可见图象的斜率为小车和砝码的总质量的倒数.(3)图象与F轴的截距表示加速度恰好为零时的拉力,也即是小车受到的阻力,大小为0.1 N.(4)由图可知图线斜率k=1(kg-1),由k=1M可得:M=1 kg.答案:(1)见解析图(2)小车和砝码的总质量的倒数(3)小车受到的阻力为0.1 N (4)15.(2018·济南实验中学模拟)(1)现要验证“当质量一定时,物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一物理规律.给定的器材如下:一倾角能够调剂的长斜面(如图实-4-10所示)､小车､计时器一个､米尺. 图实-4-10(1)填入适当的公式或文字,完善以下实验步骤(不考虑摩擦力的阻碍):①让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑至斜面底端A2,记下所用的时刻t.②用米尺测量A1与A2之间的距离x,则小车的加速度a=________.③用米尺测量A1相关于A2的高度h.设小车所受重力为mg,则小车所受合外力F=_______.④改变________________________,重复上述测量.⑤以h为横坐标,1/t2为纵坐标,依照实验数据作图.如能得到一条过原点的直线,则能够验证“当质量一定时,物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律.(2)在“验证牛顿运动定律”的实验中,实验装置如图实-4-11甲所示,有一位同学通过实验测量作出了图乙中的A 图线.试分析:图实-4-11①A 图线不通过坐标原点的缘故是__________________________________________; ②A 图线上部弯曲的缘故是________________________________________________. 解析:(1)②由x =12at 2可得:a =2x t2.③sin θ=h x ,不计摩擦力时,小车的合外力F =mg sin θ=mg hx.④小车的质量不变,要改变小车所受的合外力F 重做上述实验时,只要改变斜面的倾角(或A 1､A 2两点间的高度h 的数值)即可.(2)①图线在F 轴上有截距,说明没有平稳摩擦力或平稳摩擦力不够. ②a -F 图线上部弯曲的缘故是未满足钩码质量远小于小车质量. 答案:(1)②2x t 2 ③mg hx ④斜面倾角(或h 的数值)(2)①没有平稳摩擦力或平稳摩擦力不够 ②未满足钩码质量远小于小车质量6.(2018·济宁模拟)若测得某一物体质量m 一定时,a 与F 的有关数据资料如下表所示:a /(m·s -2) 1.98 4.06 5.95 8.12 F /N1.002.003.00[4.00(1)依照表中数据,画出a -F 图象.(2)依照图象判定:当m 一定时,a 与F 的关系为______________________.(3)若甲､乙两同学在实验过程中,由于没有按照正确步骤进行实验,处理数据后得出如图实-4-12所示的a -F 图象.图实-4-12试分析甲､乙两同学可能存在的问题:甲:_______________________________________________________________;乙:_____________________________________________________________________.解析:(1)若a与F成正比,则图象是一条过原点的直线.同时,因实验中不可幸免地显现误差,研究误差产生的缘故,从而减小误差,增大实验的准确性,则在误差承诺范畴内图象是一条过原点的直线即可.连线时应使直线过尽可能多的点,不在直线上的点应大致对称地分布在直线两侧,离直线较远的点应视为错误数据,不予以考虑.描点画图如图所示.(2)由图可知a与F的关系是正比例关系.(3)图中甲在纵轴上有较大截距,说明绳对小车拉力为零时小车就有加速度a0,可能是平稳摩擦力过度所致.乙在横轴上有截距,可能是实验前没有平稳摩擦力或平稳摩擦力不够.答案:(1)见解析(2)正比例关系(3)平稳摩擦力时木板抬的过高没有平稳摩擦力或平稳摩擦力不够7.(2018·南京检测)某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验,图实-4-13(a)所示为实验装置简图.(交流电的频率为50 Hz)图实-4-13(1)图实-4-13(b)所示为某次实验得到的纸带,依照纸带可求出小车的加速度大小为________m/s2.(保留两位有效数字)(2)保持砂和砂桶质量不变,改变小车质量m,分别得到小车加速度a与质量m及对应的1m数据如下表:实验次数12345678小车加速度1.90 1.72 1.49 1.25 1.000.750.500.30a/m·s-2小车质量0.250.290.330.400.500.71 1.00 1.67m/kg14.00 3.45 3.03 2.50 2.00[ 1.41 1.000.60m/kg-1请在图实-4-14所示的坐标纸中画出a -1m 图线,并由图线求出小车加速度a 与质量倒数1m之间的关系式是____________________.图实-4-14解析:(1)由逐差法得 a =a =(x 3＋x 4)－(x 1＋x 2)(4T )2=[(7.72＋7.21)－(6.70＋6.19)]×10－216×0.022m/s 2≈3.2 m/s 2(2)如图所示,a =12mN答案:见解析8.(2018·佛山联考)某研究性学习小组欲探究光滑斜面上物体下滑的加速度与物体质量及斜面倾角是否有关系.实验室提供如下器材:A.表面光滑的长木板(长度为L );B.小车;C.质量为m 的钩码若干个;D.方木块(备用于垫木板);E.米尺;F.秒表. (1)实验过程:第一步,在保持斜面倾角不变时,探究加速度与质量的关系.实验中,通过向小车放入钩码来改变物体的质量,只要测出小车由斜面顶端滑至底端所用的时刻t ,就能够由公式a =________求出a ,某同学记录了数据如下表所示:质量时刻t次数M M+m M+2m1 1.42 1.41 1.422 1.40 1.42 1.393 1.41 1.38 1.42依照以上信息,我们发觉,在实验误差范畴内质量改变之后平均下滑时刻________(填“改变”或“不改变”),通过分析得出加速度和质量的关系为________.第二步,在物体质量不变时,探究加速度与倾角的关系.实验中通过改变方木块垫放位置来调整长木板倾角,由于没有量角器,因此通过测量出木板顶端到水平面高度h,求出倾角α的正弦值sinα=hL.某同学记录了高度h和加速度a的对应值如下表:L(m) 1.00h(m)0.100.200.300.400.50sinα=hL0.100.200.300.400.50a(m/s2)0.97 1.950 2.925 3.910 4.900请先在如图实-4-15所示的坐标纸上建立适当的坐标轴后描点作图,然后依照所作的图线求出当地的重力加速度g=________.进一步分析可知,光滑斜面上物体下滑的加速度与倾角的关系为______________________________________.图实-4-15(2)该探究小组所采纳的探究方法是________________________________________.解析:(1)由L=12at2得:a=2Lt2.由表中可看出:在实验误差承诺的范畴内,小车下滑的时刻是不变的,说明小车的加速度与小车的质量无关.以a为纵轴,以sinα为横轴,选取适当的标度作出图象如图所示.由mg sin α=ma 可得:a =g sin α,故图线a -sin α的斜率即为当地的重力加速度. 由图可知,g =k =9.80 m/s 2.(2)该探究小组采纳的探究方法是操纵变量法. 答案:(1)2Lt2 不改变 无关 图象见解析 9.80 m/s 2a =g sin α (2)操纵变量法。
2021年高考物理复习学与练：3.4 实验四 验证牛顿运动定律(精练)(教师版)
『高考复习|学与练』『汇总归纳·备战高考』【基础测试】1．(2020·山东省临沂市模拟）如图所示为探究牛顿第二定律的实验装置．该装置由气垫导轨、两个光电门、滑块和沙桶等组成．光电门可以测出滑块通过光电门的时间，导轨标尺可以测出两个光电门间的距离，另用天平测出滑块(含遮光片）和沙桶（含沙子）的质量分别为M和m．(1)在探究牛顿第二定律的实验中，使用气垫导轨的主要目的是____________A．减小噪声B．减小滑块速度C．减小摩擦力D．增加摩擦力(2)如果滑块上的遮光板宽度为d，通过1、2两个光电门时的挡光时问分别为t1和t2，测量出两个光电门之间的距离s，那么滑块运动的加速度a的计算式是a=__________．【解析】(1) 在探究牛顿第二定律的传统实验装置中，我们需要抬高木板的一端，使得小车重力沿斜面得分力等于小车受到的摩擦力，即平衡小车受到的摩擦力。
使用气垫导轨后，可以大大减小滑块与导轨之间的摩擦力。
所以使用气垫导轨的主要目的是减小摩擦力，故C正确；(2) 因为较短时间内的平均速度可以表示瞬时速度，滑块经过光电门1时的速度表达式11d v t =同理得：22d v t =根据运动学的公式：22212as v v =-解得：。
2222122211122v v d a s s t t ⎛⎫-==- ⎪⎝⎭【答案】C22221112d s t t ⎛⎫- ⎪⎝⎭2．(2020·重庆市调研测试）在“探究加速度与力的关系”实验中，某小组设计了如图所示的实验装置。
图中上下两层前端固定有光滑滑轮，两相同小车前端各系一条细线，细线跨过定滑轮并挂上一个砝码盘，盘中可放砝码，小车Ⅱ所挂砝码和砝码盘的总质量是小车Ⅰ所挂砝码和砝码盘总质量的两倍。
将砝码和砝码盘的总重作为小车所受合外力，两小车尾部各系一条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，按下装置两小车同时立即停止。
2021高三物理学案：第三章 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ZHI SHISHU LI ZI CE GONG GU知识梳理·自测巩固一、实验目的1．学会用控制变量法研究物理规律.2．学会灵活运用图象法处理物理问题。
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与错误!成正比”，以a为纵坐标、以错误!为横坐标建立坐标系，如果a－错误!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：两个图象斜率的物理意义：a－F图线的斜率表示小车和车中砝码质量的倒数,即错误!;a－错误!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。
备战2021高考物理(全国通用)-力学模块考点必练-牛顿运动定律(四)(含答案)
备战2021高考物理（全国通用）-力学模块考点必练-牛顿运动定律（四）共：15题共：60分钟一、单选题1.如图所示，光滑斜面体固定在水平面上，倾角为30°，轻弹簧下端固定A物体，A物体质量为m，上表面水平且粗糙，弹簧劲度系数为k，重力加速度为g，初始时A保持静止状态，在A的上表面轻轻放一个与A质量相等的B物体，随后两物体一起运动，则（）A.当B放在A上的瞬间，A的加速度仍为零B.当B放在A上的瞬间，A对B的摩擦力为零C.当B放在A上的瞬间，A对B的支持力大于mgD.A和B一起下滑距离时，A和B的速度达到最大2.如图所示，光滑水平面上放置质量分别m、2m、3m的三个木块，其中质量为和的木块间用一不可伸长的轻绳相连，轻绳能承受的最大拉力为。
现用水平拉力拉其中一个质量为的木块，使三个木块以同一加速度运动，则以下说法正确的是（）A.质量为的木块受到四个力的作用B.当逐渐增大到T时，轻绳刚好被拉断C.当逐渐增大到1．5T时，轻绳还不会被拉断D.轻绳刚要被拉断时，质量为m和2m的木块间的摩擦力为2T/33.水平地面上固定一倾角为的足够长的光滑斜面，如图所示，斜面上放一质量为、长的薄板。
质量为的滑块（可视为质点）位于薄板的最下端，与之间的动摩擦因数。
开始时用外力使、静止在斜面上，某时刻给滑块一个沿斜面向上的初速度，同时撤去外力，已知重力加速度，，。
下列说法正确的是（）A.在滑块向上滑行的过程中，、的加速度大小之比为B.从、开始运动到、相对静止的过程所经历的时间为C.从、开始运动到、相对静止的过程中滑块克服摩擦力所做的功为D.从、开始运动到、相对静止的过程中因摩擦产生的热量为4.如图甲所示，一轻质弹簧的下端固定在水平面上，上端叠放两个质量均为M的物体A、B(B 物体与弹簧连接)，弹簧的劲度系数为k，初始时物体处于静止状态。
现用竖直向上的拉力F 作用在物体A上，使物体A开始向上做加速度为a的匀加速运动，测得两个物体的vt图象如图乙所示(重力加速度为g)，以下说法正确的是()A.拉力F施加的瞬间，A，B间的弹力大小为MgB.A，B分离的瞬间，A上升的位移为C.由图像可知，A，B在t1时刻分离，此时弹簧弹力恰好为零D.弹簧恢复到原长时，物体B的速度达到最大值5.如图，一劲度系数为k轻弹簧的一端固定在倾角为θ=30°的光滑固定斜面的底部，另一端和质量为2m的小物块A相连，质量为m的物块B紧靠A一起静止.现用手缓慢斜向下压物体B使弹簧再压缩x0并静止。
专题17实验四 验证牛顿运动定律---2021年高考物理复习专题训练含真题及解析
2021年高考物理一轮复习考点全攻关专题（17）实验四验证牛顿运动定律（原卷版）基本实验要求1．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图象和a－1m图象，确定其关系．2.要测量的物理量(1)小车与其上砝码的总质量；(2)小车受到的拉力；(3)小车的加速度.3．实验器材小车、砝码、小盘、细绳、一端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．4．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：按照如图1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)．图1(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小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带，编号码．②保持小车的质量m不变，改变小盘和砝码的质量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保持小盘和砝码的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－1m图象．基本实验方法1．注意事项(1)平衡摩擦力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动．(2)不用重复平衡摩擦力．(3)实验条件：m≫m′.(4)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量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．2．误差分析(1)实验原理不完善：本实验用小盘和砝码的总重力m′g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力．(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起误差．3．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，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明a与F成正比．(3)以a为纵坐标，1m为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比.命题热点一：教材原型实验【例1】小张和小杨同学在实验室中进行探究“加速度与力的关系”实验.为提高实验的准确度，他们设计了如图2所示的实验方案.将力传感器固定在小车上，通过力传感器可以直接显示细线拉力的大小.图2(1)采用力传感器测量细线拉力与用重物重力代替拉力的方法相比，下列说法正确的是______.A.可以不用平衡摩擦力B.利用此实验装置还需要测量重物的质量C.重物的质量要远远小于小车和力传感器的总质量D.直接测量出小车(包括力传感器)所受的拉力，可以减小误差(2)图3是某同学在此实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，已知打点计时器用的交流电源的频率为50 Hz，则小车运动的加速度a＝________ m/s2.图3(3)保持小车和力传感器的总质量一定，改变重物的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据.请根据测量数据在图4中作出a－F图象.图4(4)根据作出的a－F图线，分析实验可能存在的问题是________.A.平衡摩擦力时长木板的倾角过大B.平衡摩擦力不足【变式1】在“探究加速度和力、质量的关系”的实验中，采用如图5甲所示的装置进行实验：图5(1)已知打点计时器电源为频率为50 Hz的正弦交变电流，若实验中打出的某一条纸带如图乙所示，相邻两个计数点间还有四个点没有画出，x1＝3.13 cm，x4＝7.48 cm，由此可以算出小车运动的加速度大小是________ m/s2.(2)利用测得的数据，可得到小车质量M一定时．运动的加速度a和所受拉力F(F＝mg，m为砂和砂桶质量，g为重力加速度)的关系图象如图丙所示．由此可知，直线段的斜率k＝________.在拉力F较大时，a－F图线明显弯曲，产生误差．若不断增加砂桶中砂的质量，a－F图象中各点连成的曲线将不断延伸，那么加速度a的趋向值为________(用题中出现的物理量表示)．命题热点二：教材实验创新实验装置图创新/改进点1.实验方案的改进：系统总质量不变化，改变拉力得到若干组数据.2.用传感器记录小车运动的时间t与位移x，直接绘制x－t图象．3.利用牛顿第二定律求解实验中的某些参量，确定某些规律.1.用传感器与计算机相连，直接得出小车的加速度.2.用图象法处理数据时，用钩码的质量m代替合力F，即用a－m图象代替a－F图象.1.用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电门测得物块的初速度和末速度，由运动学公式求出加速度.2.结合牛顿第二定律，该装置可以测出动摩擦因数.弹簧测力计测量小车所受的拉力，钩码的质量不需要远小于小车质量，更无需测钩码的质量.1.气垫导轨代替长木板，无需平衡摩擦力.2.力传感器测量滑块所受的拉力，钩码的质量不需要远小于滑块质量，更无需测钩码的质量.3.用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电门测得滑块的末速度，由刻度尺读出遮光条中心初始位置与光电门之间的距离，由运动学公式求出加速度.【例图6(1)如图乙，用游标卡尺测量遮光条的宽度d＝________ cm；(2)安装好光电门，从图甲中读出两光电门之间的距离s＝________ cm：(3)接通气源，调节气垫导轨，根据滑块通过两光电门的时间________(选填“相等”或“不相等”)可判断出导轨已调成水平；(4)安装好其他器材，并调整定滑轮，使细线水平；(5)让滑块从光电门1的左侧由静止释放，用数字毫秒计测出遮光条经过光电门1和2的时间分别为Δt1和Δt2，计算出滑块的加速度a1＝________(用d、s、Δt1和Δt2表示)，并记录对应的拉力传感器的读数F1；(6)改变重物质量，多次重复步骤(5)，分别计算出加速度a2、a3、a4…并记录对应的F2、F3、F4…；(7)在a－F坐标系中描点，得到一条通过坐标原点的倾斜直线，由此得出__________________________________________________________________________________________.【变式2】探究“加速度与力、质量关系”的实验装置如图7甲所示．小车后面固定一条纸带，穿过电火花计时器，细线一端连着小车，另一端通过光滑的定滑轮和动滑轮与挂在竖直面内的拉力传感器相连，拉力传感器用于测小车受到拉力的大小．图7(1)关于平衡摩擦力，下列说法正确的是________．A．平衡摩擦力时，需要在动滑轮上挂上钩码B．改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力C．改变小车拉力时，不需要重新平衡摩擦力(2)实验中________(选填“需要”或“不需要”)满足所挂钩码质量远小于小车质量．(3)某同学根据实验数据作出了加速度a与力F的关系图象如图乙所示，图线不过原点的原因是________．A．钩码质量没有远小于小车质量B．平衡摩擦力时木板倾角过大C．平衡摩擦力时木板倾角过小或未平衡摩擦力【变式3】如图8甲所示，质量为m的滑块A放在气垫导轨上，B为位移传感器，它能将滑块A到传感器B 的距离数据实时传送到计算机上，经计算机处理后在屏幕上显示滑块A的速率－时间(v－t)图象．整个装置置于高度h可调节的斜面上，斜面长度为l.图8(1)现给滑块A沿气垫导轨向上的初速度，其v－t图线如图乙所示．从图线可得滑块A上滑时的加速度大小a＝________ m/s2(结果保留一位有效数字)．(2)若用此装置来验证牛顿第二定律，通过改变________________，可验证力一定时，加速度与质量成反比的关系；通过改变________，可验证质量一定时，加速度与力成正比的关系(重力加速度g的值不变)．。
2021高考物理一轮复习实验四验证牛顿运动定律高效演练含解析
高考物理一轮复习实验:实验四验证牛顿运动定律1.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。
按照如下步骤操作:①安装好打点计时器和纸带,调整木板的倾斜程度,平衡小车摩擦力;②细线通过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加速度a;⑥改变钩码的质量,更换纸带,重复步骤②③④⑤;⑦作出a-F图象,得到实验结论。
(1)本实验在操作中是否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=B.a=C.a=D.a=(2)如图是某次实验测得的纸带的一段,可以判断纸带的________(选填“左”或“右”)端与小车连接,在打点计时器打下计时点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,根据牛顿第二定律得:a=,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,瞬时速度为点5到7的平均速度, 故v= m/s=0.75 m/s。
答案:(1)不需要B(2)左0.75【加固训练】两实验小组分别做“探究加速度和力、质量的关系”实验。
(1)A组用如图甲所示装置做实验,图中带滑轮的长木板放置于水平桌面上,拉力传感器可直接显示所受拉力的大小。
做实验时,下列操作必要且正确的是__________。
A.将长木板右端适当垫高,使小车能自由匀速下滑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,实验中一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组用如图乙所示的实验装置来做实验。
2021高考人教版物理一轮复习讲义：第3章实验四验证牛顿运动定律(含解析)
实验四验证牛顿运动定律主干梳理对点激活对应学生用书P065 I 实验原理与操作/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。
丿实验原理探究加速度a 与力F 及质量M 的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即 先控制一个参量 ——小车的质量M 不变，探究加速度a 与力F 的关系，再控制砝 码和小盘的质量不变，即力F 不变，改变小车质量M ，探究加速度a 与M 的关系＜实验器材打点计时器、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、垫木、低压交流电源、导线、天平 （带有一套砝码）、刻度尺。
实验步骤1 .称量质量 用天平测量小盘的质量 m o 和小车的质量M o 。
2 •安装器材一一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，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态。
4. 让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 的合外TT 1 产小乍打点i 十时酩厶力，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1中。
5. 改变小盘内砝码的个数，重复步骤4,并多做几次。
6 •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M，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度填入表2中。
7.改变小车上砝码的个数，重复步骤6,并多做几次。
数据处理与分析表11计算加速度一一先在各条纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，再根据逐差法计算纸带对应的加速度。
2作图象找关系一一根据表1中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，便证明加速度与合外力成正比。
2021版高考物理一轮复习实验四验证牛顿运动定律学案
2021版高考物理一轮复习实验四验证牛顿运动定律学案1．某实验小组利用长木板、实验小车、打点计时器及砂桶等实验装置来探究质量一定时，物体的加速度与细绳拉力之间的关系．(1)实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平稳摩擦力这一步骤，他测量得到的a F 图象，可能是图KS41中的图线________(填“甲”“乙”或“丙”)．图KS41(2)图KS42为某次实验得到的纸带，纸带中相邻计数点间的距离已标出，相邻计数点间还有四个点没有画出．由此可求得小车通过计数点3时的速度大小为__________m/s ，小车的加速度大小为____________m/s 2.(运算结果保留2位有效数字)图KS422．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中：我们差不多明白，物体的加速度a 同时跟合外力F 和质量m 两个因素有关．要研究这三个物理量之间的定量关系的差不多思路是先保持m 不变，研究a 与F 的关系；再保持F 不变，研究a 与m 的关系.(1)某同学的实验方案如图KS43所示，她想用砂和砂桶的总重力大小替代小车受到的合外力大小，为了减小这种做法而带来的实验误差，你认为在实验中应该采取的两项措施是： a ．________________________________________________________________________； b ．________________________________________________________________________.图KS43(2)该同学利用实验中打出的纸带求加速度时，处理方案有两种：A ．利用公式a ＝2s t 2运算B ．依照a ＝Δs T 2利用逐差法运算 两种方案中，你认为选择方案________比较合理．3．(2021年安徽合肥一模)某实验小组在做“验证牛顿第二定律”实验，(1)在闭合开关之前，甲同学将实验器材组装成如图KS44(a)所示．请指出该装置中的错误或不妥之处(只要答出其中的两点即可)：__________________；___________________.(2)乙同学将上述装置调整正确后进行实验，在实验中得到如图(b)所示的一条纸带，图中相邻两计数点之间还有四个点没有画出，由图中的数据可运算得小车的加速度为________m/s 2.(运算结果保留2位有效数字)(a)(b)(c)图KS44(3)丙同学在利用上述调整好的装置进行实验时，保持砂和砂桶的总质量不变，小车自身的质量为M且保持不变，改变小车中砝码的质量m，并测出小车中放不同砝码时所对应的加速度a，以m为横坐标，1a为纵坐标，在坐标纸上作出如图(c)所示的1am关系图线，图中纵轴上的截距为b，则小车受到的拉力大小为________．4．(2021年江西九江第一中学高三月考)某同学利用DIS做“探究小车加速度与外力关系”的实验时，实验装置如图KS45甲所示．重物通过滑轮用细线与小车相连，在小车和重物之间连接一个不计质量的微型力传感器．位移传感器A(发射器)随小车一起沿水平轨道运动，位移传感器B(接收器)固定在轨道一端．其中位移传感器B与运算机相连，同时能直截了当得到小车运动的加速度数值．实验中力传感器的拉力为F，保持小车及位移传感器A(发射器)的总质量不变，改变所挂重物质量，重复实验若干次，得到加速度与外力关系的图线如图乙所示．已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力．甲乙图KS45(1)小车与轨道之间的滑动摩擦力大小F f＝______N.(2)由图象可知，小车及位移传感器A(发射器)的总质量为__________kg.(3)该同学为得到a与F成正比的关系，应将轨道的倾角θ调整到tan θ＝__________.5．(2021年福建四地六校高三大联考)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KS46所示的实验装置．其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量，m0为滑轮的质量．力传感器可测出轻绳中的拉力大小．图KS46(1)实验时，一定要进行的操作是________．A．用天平测出砂和砂桶的质量B．将带滑轮的长木板右端垫高，以平稳摩擦力C．小车靠近打点计时器，先接通电源，再开释小车，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质量m远小于小车的质量M(2)甲同学在实验中得到如图KS47所示的一条纸带(两计数点间还有四个点没有画出)，已知打点计时器采纳的是频率为50 Hz的交流电，依照纸带可求出小车的加速度为________m/s2(运算结果保留3位有效数字)．图KS47(3)如图KS48所示，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aF图象是一条直线，图线与横坐标的夹角为θ，求得图线的斜率为k，则小车的质量为____________．图KS48A.1tan θB.1tan θ－m0 C.2k－m0 D.2k(4)乙同学依照测量数据作出如图KS49所示的aF图线，该同学做实验时存在的问题是________________________________________________________________________．图KS496．(2021年福建漳州高三模拟)为了探究“加速度与力的关系”，使用如图KS410所示的气垫导轨装置进行实验．其中G1、G2为两个光电门，当滑块通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时刻t1、t2都能够被测量并记录，滑块连同上面固定的条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为d，光电门间的距离为x，牵引砝码的质量为m.实验开始应先调剂气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平．请回答下列问题：图KS410(1)若取细绳牵引滑块的拉力F T＝mg，测得滑块质量M＝0.2 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 gC ．m 3＝20 gD ．m 4＝200 g(2)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为a ＝____________________(用t 1、t 2、d 、x 表示)．(3)以滑块和牵引砝码为研究对象，滑块质量M 一定，改变牵引砝码的质量m ，依照实验数据描画的滑块加速度a 与牵引砝码的质量m 之间的实验关系图象，能正确反映1a 1m 关系的图是________．A B C D7．(2021年湖南长沙雅礼中学高三月考)现要验证“当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量成反比”这一物理规律．给定的器材如下：一倾角能够调剂的长斜面(如图KS411所示)、小车、计时器一个、米尺、天平、砝码、钩码若干．实验步骤如下(不考虑摩擦力的阻碍)：图KS411(1)用天平测出小车的质量m .(2)让小车自斜面上方一固定点A 1从静止下滑到斜面底端A 2，记下所用的时刻t .(3)用米尺测量A 1与A 2之间的距离s .则小车的加速度a ＝________.(4)用米尺测量A 1相关于A 2的高度h .则小车所受的合外力F ＝________.(5)在小车中加钩码，用天平测出现在小车与钩码的总质量m ，同时改变h ，使m 与h 的乘积不变．测出小车从A 1静止开始下滑到斜面底端A 2所需的时刻t .请说出总质量与高度的乘积不变的缘故：__________________________________________________________________________________________________________________________________________.(6)多次测量m 和t ，以m 为横坐标，t 2为纵坐标，依照实验数据作图．如能得到一条________________线，则可验证“当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量成反比”这一规律．。
2021版高考物理一轮复习实验四验证牛顿运动定律典型例题(含解析)
验证牛顿运动定律典型例题热点一实验原理与操作【典例1】(2019·烟台模拟)探究加速度与物体质量、物体受力的关系的实验中,某同学用如图甲所示装置进行实验,打点计时器所用电源的频率为50 Hz,重物通过跨过滑轮的细线与小车相连。
(1)该同学在实验中打出了一条纸带,纸带上A、B、C、D、E这些点的间距如图乙所示,其中每相邻两点间还有4个计时点未画出。
根据测量结果计算:①打C点时纸带的速度大小为__________m/s;②纸带运动的加速度大小为__________m/s2(结果保留3位有效数字)。
(2)若该同学平衡好摩擦力后,将5个相同的砝码都放在小车上,然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中,测量小车的加速度,根据小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据作出的a-F图线来探究加速度与合外力的关系,此实验操作__________(选填“能”或“不能”)探究加速度与质量的关系。
【解析】(1)每相邻两点间还有4个点(图中未画),所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1 s,根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度,得:v C==m/s=0.479 m/s根据匀变速直线运动的推论公式Δx=aT2可以求出加速度的大小,为了更加准确地求解加速度, a==m/s2=0.810 m/s2(2)要探究加速度与质量的关系,必须保证合外力一定,即盘中砝码的重力不变,所以此操作不能探究加速度与质量的关系。
答案:(1)①0.479②0.810(2)不能热点二数据处理与误差分析【典例2】某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验。
图甲为实验装置简图,A为小车,B为电火花计时器,C为装有细砂的小桶,D为一端带有定滑轮的长方形木板,实验中认为细绳对小车的拉力F等于细砂和小桶的总重力,小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得。
(1)图乙为某次实验得到的纸带,已知实验所用电源的频率为50 Hz。
高考物理复习 金版教程 实验四 验证牛顿运动定律练习
高考物理复习金版教程实验四验证牛顿运动定律练习(时间：45分钟分值：100分)1. 在“验证牛顿运动定律”的实验中，按实验要求安装好器材后，应按一定步骤进行实验，下述操作步骤的安排顺序不尽合理，请将合理的顺序填写在下面的横线上：__________(填字母代号)．A．保持重物的质量不变，在小车里加砝码，测出加速度，重复几次B．保持小车质量不变，改变重物的质量，测出加速度，重复几次C．用天平测出小车和重物的质量D．平衡摩擦力，使小车近似做匀速直线运动E．挂上重物，放进砝码，接通打点计时器的电源，放开小车，在纸带上打下一系列的点F．根据测量的数据，分别画出a－F和a－1m图线解析：利用控制变量法和逐差法分析纸带求加速度，最后处理实验数据，合理的操作顺序应为DCEABF或DCEBAF.答案：见解析2. (1)如图所示为某同学所安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置，若在图示状态下开始做实验，请从该同学的装置和操作中指出存在的问题或错误__________(回答两条即可)．(2)如图是(1)中更正后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，求出小车运动加速度的大小为__________ m/s2(计算结果保留两位有效数字)．解析：(1)“验证牛顿第二定律”的实验中，通过打点计时器测量加速度，而打点计时器需要使用交流电源；小车运动中受到摩擦力，故需要使木板形成斜面平衡摩擦力，小车应放在打点计时器左端附近．(2)小车运动的加速度a ＝s 6＋s 5＋s 4－s 3＋s 2＋s 16T2＝4.0 m/s 2. 答案：(1)用交流电源；木板右侧垫起以平衡摩擦力；小车应放在打点计时器左端附近(任写两条即可) (2)4.0命题分析：“验证牛顿第二定律”的实验中，还要注意只有当满足砂和砂桶的质量远小于小车的质量时，才能使误差减小．3. 某学生用打点计时器研究小车的匀变速直线运动．电源频率为50 Hz ，实验时得到一条纸带如图所示．他在纸带上便于测量的地方选取第一个计时点，在这点下标明A ，之后每隔4个点取一个计数点，分别标明B 、C 、D 、E .测量时发现B 点已模糊不清，于是他测得AC 长为14.56 cm ，CD 长为11.15 cm ，DE 长为13.73 cm.则打C 点时小车的瞬时速度大小为__________m/s ；小车运动的加速度大小为__________m/s 2；AB 的距离应为__________ cm.(保留三位有效数字)解析：打C 点时小车的瞬时速度大小等于从打A 点到打E 点时间内小车的平均速度，即v C ＝x AE t AE ＝x AC ＋x CD ＋x DE 4Δt ＝0.986 m/s ，根据Δx ＝aT 2得a ＝x CE －x AC 2Δt2＝2.58m/s 2；根据x DE －x AB ＝3aΔt 2得x AB ＝x DE －3aΔt 2＝5.99 cm.答案：0.986 2.58 5.994. 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 m 和小车质量M ，直接用公式a ＝ mgM求出加速度解析：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．平衡摩擦力后，小车和板间的动摩擦因数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，加速度与质量成反比，不能直接用公式a ＝ mgM求加速度，D 错误．答案：B5. [2012·阳江模拟]为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验．其中G 1、G 2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G 1、G 2光电门时，光束被遮挡的时间Δt 1、Δt 2都可以被测量并记录，滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M ，挡光片宽度为D ，光电门间距离为x ，牵引砝码的质量为 m ．回答下列问题：(1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在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. m ＝5 gB. m ＝15 gC. m ＝40 gD. m ＝400 g(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，求得的加速度的表达式为__________．(用Δt 1、Δt 2、D 、x 表示)解析：(1)如果气垫导轨水平，则不挂砝码时， M 应能在任意位置静止不动，或推动M 后能使M 匀速运动．(2)应满足M ≫ m ，故 m ＝400 g 不合适． (3)由v 1＝D Δt 1，v 2＝D Δt 2，v 22－v 21＝2ax 可得：a ＝D Δt 22－D Δt 122x.答案：(1)取下牵引砝码， M 放在任意位置都不动；或取下牵引砝码，轻推滑行器M ，数字计时器记录每一个光电门的光束被挡的时间Δt 都相等(2)D (3)a ＝D Δt 22－D Δt 122x6. [2012·南京模拟]某同学设计了一个探究加速度a 与物体所受合力F 及质量m 关系的实验，图(a)所示为实验装置简图．(交流电的频率为50 Hz)(1)图(b)所示为某次实验得到的纸带，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)(2)保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的1m数据如下表：实验次数12345678 小车加速度a/m·s－21.90 1.72 1.49 1.25 1.000.750.500.30小车质量m/kg0.250.290.330.400.500.71 1.00 1.671m/kg－1 4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.000.60 请在图所示的坐标纸中画出a－1m图线，并由图线求出小车加速度a与质量倒数1m之间的关系式是__________．解析：(1)由逐差法得a＝a＝x3＋x4－x1＋x24T2＝7.72＋7.21－ 6.70＋6.194×0.042×10－2 m/s2≈3.2 m/s2(2)如图所示由图知斜率k ＝0.5，即保持拉力F ＝0.5 N ， 所以a ＝0.5 m ＝12m .答案：见解析。
2021届高考物理必考实验四：验证牛顿第二定律【含答案】
2021届高考物理必考实验四：验证牛顿第二定律1.实验原理(1)保持质量不变,探究加速度与合力的关系。
(2)保持合力不变,探究加速度与质量的关系。
(3)作出a-F图象和a-图象,确定其关系。
2.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、砝码、夹子、细绳、交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。
3.实验步骤(1)测量:用天平测量小盘和砝码的质量m',小车的质量m。
(2)安装:按照如图所示的装置把实验器材安装好,但是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(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,使小车能匀速下滑。
(4)操作:①小盘通过细绳绕过定滑轮系在小车上,先接通电源,后放开小车,打点结束后先断开电源,再取下纸带。
②保持小车的质量m不变,改变小盘和砝码的质量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,以m'g作为拉力F,作出a-F图象。
⑤保持小盘和砝码的质量m'不变,改变小车质量m,重复步骤①和③,作出a-图象。
4.数据分析(1)利用Δx=aT2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,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。
5.注意事项(1)平衡摩擦力:适当垫高木板的右端,使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力。
在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细绳系在小车上,让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。
(2)不重复平衡摩擦力。
(3)实验条件:m≫m'。
(4)“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量靠近打点计时器,并应先接通电源,后释放小车,且应在小车到达滑轮前按住小车。
【最新高考真题解析】1.（2020年北京卷）在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究：（1）为猜想加速度与质量的关系，可利用图1所示装置进行对比实验。
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专题（17）实验四 验证牛顿运动定律（原卷版） 基本实验要求 1．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．
1 (3)作出 a－F 图象和 a－ 图象，确定其关系．
m 2.要测量的物理量 (1)小车与其上砝码的总质量； (2)小车受到的拉力； (3)小车的加速度. 3．实验器材 小车、砝码、小盘、细绳、一端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． 4．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：按照如图 1 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)．
1 (3)以 a 为纵坐标， 为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定 a 与 m 成反比.
m 命题热点一：教材原型实验 【例 1】小张和小杨同学在实验室中进行探究“加速度与力的关系”实验. 为提高实验的准确度，他们设计了如图 2 所示的实验方案.将力传感器固定在小车上，通过力传感器可以直 接显示细线拉力的大小.
创新/改进点
1.实验方案的改进：系统总质量不变化，改变
拉力得到若干组数据.
2.用传感器记录小车运动的时间 t 与位移 x，直 接绘制 x－t 图象．
3.利用牛顿第二定律求解实验中的某些参量， 确定某些规律. 1.用传感器与计算机相连，直接得出小车的加 速度. 2.用图象法处理数据时，用钩码的质量 m 代替 合力 F，即用 a－m 图象代替 a－F 图象. 1.用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电 门测得物块的初速度和末速度，由运动学公式 求出加速度. 2.结合牛顿第二定律，该装置可以测出动摩擦 因数.
图6 (1)如图乙，用游标卡尺测量遮光条的宽度 d＝________ cm； (2)安装好光电门，从图甲中读出两光电门之间的距离 s＝________ cm： (3)接通气源，调节气垫导轨，根据滑块通过两光电门的时间________(选填“相等”或“不相等”)可判断出导轨 已调成水平； (4)安装好其他器材，并调整定滑轮，使细线水平；
图2 (比，下列说法正确的是______. A.可以不用平衡摩擦力 B.利用此实验装置还需要测量重物的质量 C.重物的质量要远远小于小车和力传感器的总质量 D.直接测量出小车(包括力传感器)所受的拉力，可以减小误差 (2)图 3 是某同学在此实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，已知打点计时器用的
图5
(1)已知打点计时器电源为频率为 50 Hz 的正弦交变电流，若实验中打出的某一条纸带如图乙所示，相邻两
个计数点间还有四个点没有画出，x1＝3.13 cm，x4＝7.48 cm，由此可以算出小车运动的加速度大小是 ________ m/s2. (2)利用测得的数据，可得到小车质量 M 一定时．运动的加速度 a 和所受拉力 F(F＝mg，m 为砂和砂桶质量，
交流电源的频率为 50 Hz，则小车运动的加速度 a＝________ m/s2.
图3 (3)保持小车和力传感器的总质量一定，改变重物的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据.请根 据测量数据在图 4 中作出 a－F 图象.
图4 (4)根据作出的 a－F 图线，分析实验可能存在的问题是________. A.平衡摩擦力时长木板的倾角过大 B.平衡摩擦力不足 【变式 1】在“探究加速度和力、质量的关系”的实验中，采用如图 5 甲所示的装置进行实验：
弹簧测力计测量小车所受的拉力，钩码的质量 不需要远小于小车质量，更无需测钩码的质量.
1.气垫导轨代替长木板，无需平衡摩擦力. 2.力传感器测量滑块所受的拉力，钩码的质量 不需要远小于滑块质量，更无需测钩码的质量. 3.用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电 门测得滑块的末速度，由刻度尺读出遮光条中 心初始位置与光电门之间的距离，由运动学公 式求出加速度. 【例 2】某课外小组利用图 6 甲装置探究物体的加速度与所受合力之间的关系，请完善如下主要实验步骤．
1 ⑤保持小盘和砝码的质量 m′不变，改变小车质量 m，重复步骤①和③，作 a－ 图象．
m
基本实验方法 1．注意事项 (1)平衡摩擦力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受 到的阻力．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速 运动． (2)不用重复平衡摩擦力． (3)实验条件：m≫m′. (4)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量靠近打点计时器，并应先接通电源，后 释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车． 2．误差分析 (1)实验原理不完善：本实验用小盘和砝码的总重力 m′g 代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于 小盘和砝码的总重力． (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起 误差． 3．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，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明 a 与 F 成正比．
图1 (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小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带，编号 码． ②保持小车的质量 m 不变，改变小盘和砝码的质量 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．
g 为重力加速度)的关系图象如图丙所示．由此可知，直线段的斜率 k＝________.在拉力 F 较大时，a－F 图
线明显弯曲，产生误差．若不断增加砂桶中砂的质量，a－F 图象中各点连成的曲线将不断延伸，那么加速
度 a 的趋向值为________(用题中出现的物理量表示)．
命题热点二：教材实验创新
实验装置图