实验4--验证牛顿第二定律
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热点一 实验原理与基本操作 【例1】 图为“验证牛顿第二定
律”的实验装置示意图。砂和 砂桶的总质量为m，小车和砝 码的总质量为M。实验中用砂 和砂桶总重力的大小作为细线 对小车拉力的大小。 (3)图是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为 7个相邻计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。 量出相邻计数点之间的距离分别为：sAB＝4.22 cm、sBC＝ 4.65 cm、sCD＝5.08 cm、sDE＝5.49 cm，sEF＝5.91 cm，sFG＝ 6.34 cm。已知打点计时器的工作频率为50 Hz，则小车的加
实验四 验证牛顿运动定律
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注意事项
1．实验方法：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，如果在纸 带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它 的重力沿斜面向下的分力平衡。 3．不重复平衡摩擦力：平衡摩擦力后，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。
是下图中的___D__(填正确答
案标号)。
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热点三 拓展创新实验
探究高考命题视角
以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，
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。 视角 1 实验器材的改进
气垫导轨替 ――代→长木板
视角 2 数据处理方法的改进
小车的加速度可以利用传感器，借助于计算机来处理
与小桶相连。实验步骤如下：
①在两个小桶中装入适量细沙，并使两桶质量(含沙子)相同；
②两车紧靠架子左边的挡板，在乙车上放一个砝码，同时释放
两车，当车运动一段时间后，用手机对整个装置进行拍照。在
照片上，通过装置上的刻度尺，测出甲、乙两车运动距离s1、s2； ③在乙车上逐渐增加砝码个数，重复步骤②。
(1) 本 实 验 的 原 理 是 通 过 验 证 小 车 发 生 的 位 移 与 小 车 的 质 量 成 __反__比____，来验证合外力一定时加速度与质量成反比。
(2) 实 验 前 ， 该 同 学 将 装 置 的 左 端 适 当 垫 高 了 一 些 ， 目 的 是 ____平__衡__摩__擦__力____。实验过程中___乙_____(填“甲”或“乙”)车
受到的拉力更接近沙桶(含沙子)的重力。 (3)若该同学以ss21为横坐标，以乙车(含砝码)的质量 m 为纵坐标， 作出的图线是直线，该直线的斜率是__甲__车____[填“甲车”“乙车
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2．探究小车加速度a与小车质量M和小车所受外力F的关系时， (1)探究加速度和力的关系的实验数据描绘出的a－F图象如图
所示，下列说法正确的是___B__D___(填正确答案标号)。
A．三条倾斜的直线所对应的小车的质量相等 B．三条倾斜的直线所对应的小车的质量不同 C．直线1所对应的小车的质量最大 D．直线3所对应的小车的质量最大 (2)由于没有始终满足小车的 质量M远大于钩码的质量m 的关系，结果得到的图象应
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，调节m的大小，使小车在砂和砂 桶的牵引下运动，从打出的纸带判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，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
4．实验条件：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：改变拉力和小车质量后，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，各量须采用国际单位， 这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些。
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，观察判断小车是否做匀速运动
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热点一 实验原理与基本操作 【例1】 图为“验证牛顿第二定
律”的实验装置示意图。砂和 砂桶的总质量为m，小车和砝 码的总质量为M。实验中用砂 和砂桶总重力的大小作为细线 对小车拉力的大小。 (2)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是
【例1】 图为“验证牛顿第二定 律”的实验装置示意图。砂和 砂桶的总质量为m，小车和砝 码的总质量为M。实验中用砂 和砂桶总重力的大小作为细线 对小车拉力的大小。 (1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力， 先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下
来还需要进行的一项操作是___B____(填正确答案标号)。
在气垫导轨上安装了一个光电门B，在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
感器可测得细线上
的拉力大小)，力传
感器下方悬挂钩码，
每次滑块都从A处
由静止释放.
(3)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮
光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要
____C____(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
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热点二 实验数据处理与误差分析 【例2】 (2014·新课标全国卷Ⅰ，22)某同学利用图(a)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(b)所示。实验中小车(含发射器)的质量为 200 g，实验时选择了不可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)根据该同学的结果，小车加速 度与钩码质量成 ____非__线__性_____ (填“线性”或“非线性”)关系。 (2)由图(b)可知，a－m图线不 经过原点，可能的原因是_____ __存__在__摩__擦__力__ 。
(3)若利用本实验装置来验证 “在小车质量不变的情况下，
小车加速度与作用力成正比” 的结论，并直接以钩码所受 重力mg作为小车受到的合外 力，则实验中应采取的改进 措施是__调__整__轨__道__倾__斜__度____ _________以__平__衡__摩__擦__力____， 钩码的质量应满足的条件是 _____远__小__于__小__车__质__量______。
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热点二 实验数据处理与误差分析 【例2】 (2014·新课标全国卷Ⅰ，22)某同学利用图(a)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(b)所示。实验中小车(含发射器)的质量为 200 g，实验时选择了不可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：
速度a＝___0_._4_2__m/s2。(结果保留二位有效数字)。
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1．如图所示，为某同学安装的“验证牛顿第二定律”的实验装 置，在小车的前端固定 一个传感器，和砂桶连 接的细线接在传感器上， 通过传感器可显示出细 线的拉力。在图示状态 下开始做实验。 (1)从图上可以看出，该同学在装置和操作中的主要错误是 _______________。 (2)若砂和砂桶的质量为m，小车和传感器的总重量为M，做 好此实验__________(填“需要”或“不需要”)M≫m的条件。 解析 (2)不加传感器时将砂和砂桶的重力作为细线的拉力， 而接了传感器后细线的拉力可以直接读出。 答案 (1)未平衡摩擦力；细线与木板不平行；开始实验时， 小车离打点计时器太远 (2)不需要
___D_____(填正确答案标号)。
A．t
B．t2
C.1t
1 D.t2
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视角3 实验方案的改进 (1)用气垫导轨和两个光电门来完成此实验 (2)实验方法的改进
视角4 以本实验为背景，结合牛顿第二定律， 测量两接触面间的动摩擦因数
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【例3】某同学用图所示的装置来验证
加速度和质量成反比。在自制的双层
架子上固定平板玻璃，架子放在水平
桌面上。连接小车的细绳跨过定滑轮
(含砝码)”或“沙桶(含沙子)”]的质量。
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3．如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他 在气垫导轨上安装了一个光电门B，在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 感器可测得细线上 的拉力大小)，力传 感器下方悬挂钩码， 每次滑块都从A处 由静止释放. (1)该同学用游标卡尺 测量遮光条的宽度d， 如图乙所示，则
d＝___2_.2__5__mm。
(2)下列不必要的一项实验要求是___D___(填正确答案标号)。
A．应使A位置与光电门间的距离适当大些 B．应将气垫导轨调节水平 C．应使细线与气垫导轨平行 D．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量
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3．如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他
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测量的物理量是__滑__块__在__A_位__置__时__遮__光__条__到__光__电__门__的__距__离__L__。
(4)为探究滑块的加速度与力的关系，改变钩码质量，测出对应
的力传感器的示数 F 和遮光条通过光电门的时间 t，通过描点
要作出它们的线性关系图象，处理数据时纵轴为 F，横轴应为
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误差分析
1．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。
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热点一 实验原理与基本操作
热点一 实验原理与基本操作 【例1】 图为“验证牛顿第二定
律”的实验装置示意图。砂和 砂桶的总质量为m，小车和砝 码的总质量为M。实验中用砂 和砂桶总重力的大小作为细线 对小车拉力的大小。 (3)图是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为 7个相邻计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。 量出相邻计数点之间的距离分别为：sAB＝4.22 cm、sBC＝ 4.65 cm、sCD＝5.08 cm、sDE＝5.49 cm，sEF＝5.91 cm，sFG＝ 6.34 cm。已知打点计时器的工作频率为50 Hz，则小车的加
实验四 验证牛顿运动定律
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注意事项
1．实验方法：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，如果在纸 带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它 的重力沿斜面向下的分力平衡。 3．不重复平衡摩擦力：平衡摩擦力后，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。
是下图中的___D__(填正确答
案标号)。
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热点三 拓展创新实验
探究高考命题视角
以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，
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。 视角 1 实验器材的改进
气垫导轨替 ――代→长木板
视角 2 数据处理方法的改进
小车的加速度可以利用传感器，借助于计算机来处理
与小桶相连。实验步骤如下：
①在两个小桶中装入适量细沙，并使两桶质量(含沙子)相同；
②两车紧靠架子左边的挡板，在乙车上放一个砝码，同时释放
两车，当车运动一段时间后，用手机对整个装置进行拍照。在
照片上，通过装置上的刻度尺，测出甲、乙两车运动距离s1、s2； ③在乙车上逐渐增加砝码个数，重复步骤②。
(1) 本 实 验 的 原 理 是 通 过 验 证 小 车 发 生 的 位 移 与 小 车 的 质 量 成 __反__比____，来验证合外力一定时加速度与质量成反比。
(2) 实 验 前 ， 该 同 学 将 装 置 的 左 端 适 当 垫 高 了 一 些 ， 目 的 是 ____平__衡__摩__擦__力____。实验过程中___乙_____(填“甲”或“乙”)车
受到的拉力更接近沙桶(含沙子)的重力。 (3)若该同学以ss21为横坐标，以乙车(含砝码)的质量 m 为纵坐标， 作出的图线是直线，该直线的斜率是__甲__车____[填“甲车”“乙车
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2．探究小车加速度a与小车质量M和小车所受外力F的关系时， (1)探究加速度和力的关系的实验数据描绘出的a－F图象如图
所示，下列说法正确的是___B__D___(填正确答案标号)。
A．三条倾斜的直线所对应的小车的质量相等 B．三条倾斜的直线所对应的小车的质量不同 C．直线1所对应的小车的质量最大 D．直线3所对应的小车的质量最大 (2)由于没有始终满足小车的 质量M远大于钩码的质量m 的关系，结果得到的图象应
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，调节m的大小，使小车在砂和砂 桶的牵引下运动，从打出的纸带判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，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
4．实验条件：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：改变拉力和小车质量后，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，各量须采用国际单位， 这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些。
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，观察判断小车是否做匀速运动
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热点一 实验原理与基本操作 【例1】 图为“验证牛顿第二定
律”的实验装置示意图。砂和 砂桶的总质量为m，小车和砝 码的总质量为M。实验中用砂 和砂桶总重力的大小作为细线 对小车拉力的大小。 (2)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是
【例1】 图为“验证牛顿第二定 律”的实验装置示意图。砂和 砂桶的总质量为m，小车和砝 码的总质量为M。实验中用砂 和砂桶总重力的大小作为细线 对小车拉力的大小。 (1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力， 先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下
来还需要进行的一项操作是___B____(填正确答案标号)。
在气垫导轨上安装了一个光电门B，在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
感器可测得细线上
的拉力大小)，力传
感器下方悬挂钩码，
每次滑块都从A处
由静止释放.
(3)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮
光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要
____C____(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
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热点二 实验数据处理与误差分析 【例2】 (2014·新课标全国卷Ⅰ，22)某同学利用图(a)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(b)所示。实验中小车(含发射器)的质量为 200 g，实验时选择了不可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)根据该同学的结果，小车加速 度与钩码质量成 ____非__线__性_____ (填“线性”或“非线性”)关系。 (2)由图(b)可知，a－m图线不 经过原点，可能的原因是_____ __存__在__摩__擦__力__ 。
(3)若利用本实验装置来验证 “在小车质量不变的情况下，
小车加速度与作用力成正比” 的结论，并直接以钩码所受 重力mg作为小车受到的合外 力，则实验中应采取的改进 措施是__调__整__轨__道__倾__斜__度____ _________以__平__衡__摩__擦__力____， 钩码的质量应满足的条件是 _____远__小__于__小__车__质__量______。
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热点二 实验数据处理与误差分析 【例2】 (2014·新课标全国卷Ⅰ，22)某同学利用图(a)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(b)所示。实验中小车(含发射器)的质量为 200 g，实验时选择了不可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：
速度a＝___0_._4_2__m/s2。(结果保留二位有效数字)。
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1．如图所示，为某同学安装的“验证牛顿第二定律”的实验装 置，在小车的前端固定 一个传感器，和砂桶连 接的细线接在传感器上， 通过传感器可显示出细 线的拉力。在图示状态 下开始做实验。 (1)从图上可以看出，该同学在装置和操作中的主要错误是 _______________。 (2)若砂和砂桶的质量为m，小车和传感器的总重量为M，做 好此实验__________(填“需要”或“不需要”)M≫m的条件。 解析 (2)不加传感器时将砂和砂桶的重力作为细线的拉力， 而接了传感器后细线的拉力可以直接读出。 答案 (1)未平衡摩擦力；细线与木板不平行；开始实验时， 小车离打点计时器太远 (2)不需要
___D_____(填正确答案标号)。
A．t
B．t2
C.1t
1 D.t2
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视角3 实验方案的改进 (1)用气垫导轨和两个光电门来完成此实验 (2)实验方法的改进
视角4 以本实验为背景，结合牛顿第二定律， 测量两接触面间的动摩擦因数
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【例3】某同学用图所示的装置来验证
加速度和质量成反比。在自制的双层
架子上固定平板玻璃，架子放在水平
桌面上。连接小车的细绳跨过定滑轮
(含砝码)”或“沙桶(含沙子)”]的质量。
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3．如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他 在气垫导轨上安装了一个光电门B，在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 感器可测得细线上 的拉力大小)，力传 感器下方悬挂钩码， 每次滑块都从A处 由静止释放. (1)该同学用游标卡尺 测量遮光条的宽度d， 如图乙所示，则
d＝___2_.2__5__mm。
(2)下列不必要的一项实验要求是___D___(填正确答案标号)。
A．应使A位置与光电门间的距离适当大些 B．应将气垫导轨调节水平 C．应使细线与气垫导轨平行 D．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量
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3．如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他
Biblioteka Baidu
测量的物理量是__滑__块__在__A_位__置__时__遮__光__条__到__光__电__门__的__距__离__L__。
(4)为探究滑块的加速度与力的关系，改变钩码质量，测出对应
的力传感器的示数 F 和遮光条通过光电门的时间 t，通过描点
要作出它们的线性关系图象，处理数据时纵轴为 F，横轴应为
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误差分析
1．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。
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