实验四 验证牛顿运动定律
实验4 验证牛顿运动定律
图(a)
第三章
命题点一 命题点二
实验4 验证牛顿运动定律
必备知识 关键能力 对应演练
-16-
(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 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 时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s,绘制s-t图 象,经数据处理后可得到相应的加速度a。
第三章
实验4 验证牛顿运动定律
必备知识 关键能力 对应演练
-6-
七、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:m0≫m'。 4.一先一后一按:开始时小车应尽量靠近打点计时器,先接通电源, 后释放小车,在小车到达滑轮前按住小车。
;E 点的瞬时速度等于 DF 段的平均速度,故 =1.39 m/s;
1 1 1
=
③设小车质量为 M,小车受到拉力为 F,由牛顿第二定律有
F=(m+M)a;所以,������ =
������
+ ������ ,则������ -m 图象的斜率为������,故 F=������ ,纵轴截距
为 b= ������ =kM,所以,M=������ 。
第三章
命题点一 命题点二
实验4 验证牛顿运动定律
必备知识 关键能力 对应演练
-7-
教材原型实验 典例1(2019· 湖南醴陵二中月考)如图1为验证牛顿第二定律的实 验装置示意图。图中打点计时器的电源为50 Hz 的交流电源,在小 车质量未知的情况下,某同学设计了一种方法用来探究“在外力一 定的条件下,物体的加速命题点二
实验四： 验证牛顿运动定律
实验四： 验证牛顿运动定律, 注意事项1．平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，且要让小车拖着纸带匀速运动。
2．实验条件：小车的质量M 远大于小盘和砝码的总质量m 。
3．操作要领：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，再放开小车，且应在小车到达定滑轮前按住小车。
误差分析1．因实验原理不完善引起误差。
以小车、小盘和砝码整体为研究对象得mg ＝(M ＋m )a ；以小车为研究对象得F ＝Ma ；求得F ＝M M ＋m ·mg ＝11＋m M·mg ＜mg ，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。
考点一 教材原型实验考向1 实验原理与实验操作(2019·广东实验中学月考改编)某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系。
(1)实验中除了需要小车、砝码、托盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、两根导线、复写纸、纸带之外，还需要________、________。
(2)下列做法正确的是________。
A ．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行B ．在调节木板倾斜角度平衡小车受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的托盘通过定滑轮拴在小车上C ．实验时，先放开小车再接通打点计时器的电源D ．通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度E ．用托盘和盘内砝码的重力作为小车和车上砝码受到的合外力，为减小误差，实验中一定要保证托盘和砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量(3)某同学以小车和车上砝码的总质量的倒数1M为横坐标，小车的加速度a 为纵坐标，在坐标纸上作出的a -1M关系图线如图甲所示。
高中物理课件10-4 实验：验证牛顿运动定律
第4节 实验：验证牛顿运动定律
一、基本实验方法
5.数据处理 (1)利用Δx＝aT2及逐差法求加速度 a.
笔记
(2)以 a 为纵坐标，F 为横坐标，描点、画线，若该线为过原点的直线，说明 a 与 F 成正比．
(3)以 a 为纵坐标， 1 为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，则就能判定 a 与 M
10
第4节 实验：验证牛顿运动定律
第4节 实验：验证牛顿运动定律
一、基本实验方法 1.实验原理
笔记
(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－ 1 图像，确定其关系． M
2.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、
适当的位置垫上一块薄木块，反复移动木块的位置，
直至小车能沿长木板做匀速直线运动，打出点迹分
布分布均匀的纸带；
第4节 实验：验证牛顿运动定律
一、基本实验方法 (4)操作：
笔记
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，断开电源后，再取下纸
带，并对纸带进行编号；
②保持小车的质量 M 不变，改变小盘和砝码的总质量 m，重复步骤①；
第4节 实验：验证牛顿运动定律
二、实验考法总结
笔记
考法三：考法二的实验中，若不平衡摩擦力，可利用该实验装置测量滑块与木板间的动摩 擦因数.
实验原理：小车质量 M 保持不变，改变钩码的质量，测得多组数据，作出 F－a 图像，如 图所示.
对小车受力分析，由牛顿第二定律得 F－Ff＝Ma，解得 F＝Ma＋μMg， 由图像截距得 b＝μMg，解得μ＝ b .
实验4 验证牛顿运动定律
(3)图2是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为 7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：xAB＝4.22 cm、xBC＝ 4.65 cm、xCD＝5.08 cm、xDE＝5.49 cm，xEF＝5.91 cm，xFG＝
6.34 cm。已知打点计时器的工作频探究高考命题视角 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
替代 气垫导轨― ― → 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 视角3 实验方案的改进
m乙 x1 1 2 Ft2 (3)由 x＝ at 及 F＝ma，可得 m＝ ，故有 ＝ ，即 m 乙＝ 2 2x m甲 x2 x1 x1 m 甲· ，所以若以乙车的质量 m 为纵坐标、 为横坐标，该直 x2 x2 线的斜率为 m 甲，即甲车的质量。
答案
(1)反比
(2)平衡摩擦力
乙
(3)甲车
【变式训练】 3．如图7甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。
2
1 C. t
1 D. 2 t
解析
(1)游标卡尺读数等于固定刻度读数加上可动刻度读数，
由图知第5条刻度线与主尺对齐，d＝2 mm＋5×0.05 mm＝2.25 mm；(2)应使A位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误 差，选项A正确；应将气垫导轨调节水平，且保持拉线方向与 木板平面平行，此时拉力等于合力，选项B、C正确；拉力是直
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。
实验四 验证牛顿运动定律
4．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． 5．作图时两轴标度比例要选择适当，各量需采用国际单位．
栏目 导引
第三章
牛顿运动定律
三、误差分析 1．系统误差：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．
理由是
因为实验的研究对象是整个系统,系统受到的合力就等于mg ． ____________________________________________________
(2)验证在合力不变的情况下，加速度与质量成反比．保持桶内 砂子质量 m 不变， 在盒子内添加或去掉一些砂子， 验证加速度 与质量的关系．本次实验中，桶内的砂子总质量不变，故系统 所受的合力不变．用图象法处理数据时，以加速度 a 为纵轴，
A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行 B．在调节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．实验时，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改变质量时，不需要重新调节木 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
栏目 导引
第三章
牛顿运动定律
(2016· 大连二模)
如图所示的实验装置可以验证牛顿运动定律，小车上固定一 个盒子，盒子内盛有砂子． 砂桶的总质量(包括桶以及桶内砂子质量)记为 m，小车的总 质量(包括车、盒子及盒内砂子质量)记为 M.
栏目 导引
第三章
牛顿运动定律
(1)验证在质量不变的情况下，加速度与合力成正比．从盒子 中取出一些砂子，装入砂桶中，称量并记录砂桶的总重力 mg，将该力视为合力 F，对应的加速度 a 则从打下的纸带中 计算得出．多次改变合力 F 的大小，每次都会得到一个相应 的加速度．本次实验中，桶内的砂子取自小车中，故系统的 总质量不变．以合力 F 为横轴，以加速度 a 为纵轴，画出 a －F 图象，图象是一条过原点的直线． 1
3-5-实验探究：验证牛顿运动定律
01
实验基础梳理
目录
CONTENTS
02
实验热点突破 热点一 教材原型实验
03
实验热点突破 热点二 实验拓展创新
04
@《创新设计》
备选训练
1
目录
实验基础梳理
“验证牛顿第二定律”实验装置示意图
打点计时器
M
纸
m
带
可重复点击播 放！
2
@《创新设计》
目录
实验基础梳理
一、基本原理与操作 原理装置图
的倒数，可知图线的斜率变大。
答案 (1)见解析图 (2)轨道倾角过大(或平衡摩擦力过度) (3)变大
24
@《创新设计》
目录
备选训练
3．为了探究加速度与力、质量的关系，甲、乙、丙三位同学分别设计了如图所示的实 验装置，小车总质量用M表示(乙图中M包括小车与传感器，丙图中M包括小车和与小车 固连的滑轮)，钩码总质量用m表示。
19
@《创新设计》
目录
备选训练
(3)下列哪些措施能够减小本实验的误差________。 A．实验中必须保证m2≪m1 B．实验前要平衡摩擦力 C．细线在桌面上的部分应与长木板平行 D．图中A、B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 v2 ＝2ax。
探究方法——控制变量法
操作要领
(1)平衡：必须平衡摩擦力(改变小车或重物质量，无需重 新平衡摩擦力) (2)质量：重物的总质量远小于小车质量(若使用力传感 器，或以小车与重物的系统为研究对象无需满足此要求) (3)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(约等于小盘与砝码的重力) ③小车的加速度 (4)其他：细绳与长木板平行；小车靠近打点计时器的位 置释放；实验时先接通电源，后释放小车
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。
广东省新高考高三物理复习课件-实验四验证牛顿运动定律
(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.
光电门A、B之间的距离x
设小车所受拉力的真实值为F真，为了使系统误差
<5%，小车和砝码的总质量是M，则M与m应当满足的条件是 <______.
(2)安装好光电门，从图甲中读出两光电门之间的距离s＝________ cm：
解析 平衡摩擦力时，应不挂沙桶，只让小车拖着纸带在木板上做匀速运动， 选项A错误； 平衡摩擦力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器，选项B正确； 小车释放前应靠近打点计时器，且先接通打点计时器的电源后释放小车，选 项C错误；
(2)将沙和沙桶的总重力mg近似地当成小车所受的拉力F会给实验带来系统误 差的.总设质小量车是所M受，拉则力M的与真m实应值当为满F足真的，条为了件使是系Mm统<_误_0_.差0_5_m_g.F－真F真 <5%，小车和砝码
命题点一 教材原型实验
基础考点 自主悟透
例1 (2019·湖北武汉市四月调研)某同学用如图2所示装置来探究“在外力一 定时，物体的加速度与其质量之间的关系”.
图2 (1)下列实验中相关操作正确的是__B___. A.平衡摩擦力时，应先将沙桶用细线绕过定滑轮系在小车上 B.平衡摩擦力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器 C.小车释放前应靠近打点计时器，且先释放小车后接通打点计时器的电源
式求出加速度.
例2 (2019·安徽合肥市第二次质检)某课外小组利用图4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)如图乙，用游标卡尺测量遮光条的宽度d＝__0_.5_5_0___ cm；
图4 解析 由题图乙可知，该游标卡尺为20分度，精度为0.05 mm，读数为5 mm＋ 10×0.05 mm＝5.50 mm＝0.550 cm；
2022物理第3章牛顿运动定律实验4验证牛顿运动定律教案
实验四验证牛顿运动定律1．实验目的(1)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）会运用图象处理实验数据。
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)测质量:用天平测出小车的质量M，小盘和砝码的总质量m。
（2)放长木板: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)平衡摩擦力:在木板的一端下面垫一簿木块,移动簿木块的位置，直至小车拖着纸带在斜面上做匀速运动。
（4)打点：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）重复: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)求a：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）验证a∝错误!：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.6．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.教材原型实验1．在“验证牛顿运动定律”实验中，采用如图所示的装置图进行实验.（1）对小车进行“平衡摩擦力"操作时，下列必须进行的是________（填字母序号).A．取下砂和砂桶B．在空砂桶的牵引下，轻推一下小车,小车能做匀速直线运动C．小车拖着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时,打点计时器的电源应断开D．把长木板没有定滑轮的一端垫起适当高度（2）实验中，已经测出小车的质量为M，砂和砂桶的总质量为m，若要将砂和砂桶的总重力大小作为小车所受拉力F的大小，这样做的前提条件是_________________________________________。
实验四：验证牛顿运动定律
2d 【答案】 (1) 2 保持 F1 不变， 重复实验， t 多次测量求平均值 (2)c (3)bc
【规律总结】 创新实验一般是实验装置的改
进，实验数据处理方法和步骤的简化，理解好 实验原理是完成实验的前提．
【答案】
(1)m≪M
(2)ACD
(3)F
DCGABE
【规律总结】
对探究实验重点要掌握其原理，
引导学生动手完成实验，体验探究的过程是理解
原理和掌握步骤的关键．
实验数据处理的考查
例2 (2011年福建押题卷)某学习小组的同学在
用打点计时器验证牛顿运动定律的实验中，不改 变拉力，只改变物体的质量，得到了如下表所示 的几组数据，其中第3组数据还未算出加速度， 但对应该组的纸带打出了，如图3－4－3所示(长 度单位：cm)，图中各点为每打5个点选出的计数 点(两计数点间还有4个点未标出).
例3
原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤 的示数F1，然后释放木板，并用秒表记下木板 运动到PQ处的时间t.
图 3－ 4－ 6
(1)木板的加速度可以用d、t表示为a＝________； 为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法 是(一种即可)________． (2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹 簧秤示数F1的关系．下列图象能表示该同学实验 结果的是________．
2．实验中需要测量的物理量和测量方法：小车 及砝码的总质量M；用天平测出．小车受到的拉
力F认为等于托盘和砝码的总重力mg.小车的加
速度a利用纸带根据Δs＝aT2计算．
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、重物、夹子、细绳、低压 交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度 尺．
高考物理总复习课件第章牛顿运动定律实验四验证牛顿运动定律(1)
误差分析
讨论实验误差的来源，如系统误差 、随机误差等，并评估其对结果的 影响。
假设检验
通过统计方法检验实验数据是否符 合某种假设或理论模型。
实验结论
结论陈述
根据数据分析和讨论的结果，得 出验证牛顿运动定律的实验结论
。
结论解释
解释实验结论与理论预测或先前 研究结果的一致性或差异，并探
讨可能的原因。
02
实验器材与步骤ຫໍສະໝຸດ 实验器材• 气垫导轨 • 光电计时器 • 滑块 • 砝码 • 天平 • 坐标纸 • 铅笔
实验步骤
01
02
03
1. 准备实验器材 2. 测量滑块质量 3. 安装砝码
04 4. 进行实验
05 5. 改变实验条件
将气垫导轨放置在水平桌 面上，并接通电源，使导 轨处于工作状态。将光电 计时器安装在导轨的一端 ，并调整其位置，使其能 够准确地测量滑块通过的 时间。
通过改变作用在物体上的力或物体的 质量，测量物体的加速度，从而验证 牛顿第二定律。
牛顿运动定律概述
01
02
03
牛顿第一定律
物体在不受外力作用时， 将保持静止状态或匀速直 线运动状态。
牛顿第二定律
物体的加速度与作用力成 正比，与物体质量成反比 。
牛顿第三定律
两个物体之间的作用力和 反作用力总是大小相等、 方向相反，作用在同一条 直线上。
培养实验能力
提高实验操作、数据记录、结果分析等实验能力 ，为后续的物理学习和研究打下基础。
知识点回顾与梳理
牛顿运动定律
深入理解牛顿第一、第二、第三定律的内容和意义，掌握其在实 际问题中的应用。
运动学公式
回顾匀变速直线运动的运动学公式，理解加速度、速度、位移等物 理量之间的关系。
验证牛顿运动实验报告
验证牛顿运动实验报告1. 实验目的本实验的目的是验证牛顿第一、第二和第三定律。
通过对物体的运动进行观察、测量和分析，以达到理解和验证这些定律的目的。
2. 实验器材- 弹簧测力计- 砝码组- 平衡杆- 支架- 纸张- 笔3. 实验原理3.1 牛顿第一定律牛顿第一定律，也称为惯性定律，指出当物体受到合外力的作用时，将产生加速度。
即F = m ×a，其中F 表示合外力，m 表示物体的质量，a 表示物体所获得的加速度。
3.2 牛顿第二定律牛顿第二定律与物体的加速度和施力之间的关系密切相关。
其表达式为F = ma，其中F 表示合外力，m 表示物体的质量，a 表示物体所获得的加速度。
3.3 牛顿第三定律牛顿第三定律即作用力与反作用力相等，方向相反。
当物体受到外力作用时，物体对外界也会产生等大反向的力。
4. 实验步骤1. 将支架搭建好，并将平衡杆固定在支架上。
2. 使用弹簧测力计将砝码组悬挂在平衡杆的一端。
3. 在纸张上绘制一个坐标系，并记录时间与位置的关系。
4. 初始时，将平衡杆放在平衡位置上，记录物体的初始位置。
5. 将平衡杆从平衡位置释放，并记录物体的运动过程中的位置变化和时间变化。
6. 根据记录的数据，绘制出物体的运动曲线，并分析曲线的特点。
5. 数据分析根据实验记录的数据，我们计算出物体在不同时间点的加速度，并与施加在物体上的合外力进行对比。
经过计算和分析，我们得到如下结论：1. 物体在受力作用下的加速度与所施加的合外力成正比。
2. 物体的质量与加速度呈反比关系。
3. 物体所受外力与物体施加在外界的反作用力相等，且方向相反。
这些结论验证了牛顿的运动定律，特别是牛顿第二定律与第三定律。
6. 实验结论通过对牛顿运动实验的观察和分析，我们得出以下结论：1. 牛顿第一定律是物体在无外力作用下保持静止或匀速直线运动的定律。
2. 牛顿第二定律描述了物体受到外力作用时的加速度与施力之间的关系。
3. 牛顿第三定律指出任何作用力都伴随着等大反作用力，方向相反。
实验4：验证牛顿运动定律
实验四：验证牛顿运动定律[实验目的]验证牛顿第二定律[实验原理]1．如图所示装置，保持小车质量不变，改变小桶内砂的质量，从而改变细线对小车的牵引力，测出小车的对应加速度，作出加速度和力的关系图线，验证加速度是否与外力成正比。
2．保持小桶和砂的质量不变，在小车上加减砝码，改变小车的质量，测出小车的对应加速度，作出加速度和质量倒数的关系图线，验证加速度是否与质量成反比。
[实验器材]小车，砝码，小桶，砂，细线，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，托盘天平及砝码，米尺等。
[实验步骤]1．用天平测出小车和小桶的质量M 和M'，把数据记录下来。
2．按如图装置把实验器材安装好，只是不把挂小桶用的细线系在小车上，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垫木，反复移动垫木的位置，直至小车在斜面上可以保持匀速直线运动状态（也可以从纸带上打的点是否均匀来判断）。
4．在小车上加放砝码，小桶里放入适量的砂，把砝码和砂的质量m 和m'记录下来。
把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，取下纸带，在纸带上写上编号。
5．保持小车的质量不变，改变砂的质量（要用天平称量），按步骤4再做5次实验。
6．算出每条纸带对应的加速度的值。
7．用纵坐标表示加速度a ，横坐标表示作用力，即砂和桶的总重力(M'+m')g ，根据实验结果在坐标平面上描出相应的点，作图线。
若图线为一条过原点的直线，就证明了研究对象质量不变时其加速度与它所受作用力成正比。
8．保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，并做好记录，求出相应的加速度，用纵坐标表示加速度a ，横坐标表示小车和车内砝码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果描出相应的点，并作图线，若图线为一条过原点的直线，就证明了研究对象所受作用力不变时其加速度与它的质量成反比。
2015届高三物理大一轮复习：实验四 验证牛顿运动定律
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
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
(2) 实验中要进行质量 m 和 M 的选取，以下最合理的一组 是 ( )．
和砝码的总质量越小于小车的质量，由此引起的误差就
越小．因此，满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质 量的目的就是减小因实验原理不完善而引起的误差． 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．
热点一
实验原理与操作
【典例 1】 (2012 · 安徽高考 21· Ⅰ ) 图 1 为“验证牛顿第二定
g
(3)图2是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、 G为7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： xAB＝
4.22 cm、xBC＝4.65 cm、xCD＝5.08 cm、xDE＝5.49 cm， xEF＝5.91 cm，xFG＝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/s2.(结果保留二 位有效数字)．
实验四 验证牛顿运动定律
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： 平衡了摩擦力后，不管以后是改变
答案
1 (1)a.a－m图象如图所示
2013版物理一轮精品复习学案：实验4 验证牛顿运动定律(必修1)
实验四验证牛顿运动定律【考纲全景透析】一、实验目的1.学会用控制变量法研究物理规律.2.验证牛顿第二定律.3.掌握利用图象处理数据的方法.二、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；再控制小盘和砝码的质量不变，即力F不变，探究加速度a 与小车质量m的关系.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.【热点难点全析】一、实验步骤1.用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0.2.把一端附有定滑轮的长木板放在实验台上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好电路.3.平衡摩擦力：小车的尾部挂上纸带，纸带穿过打点计时器的限位孔，将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，使小车在不挂小盘和砝码的情况下，能沿木板做匀速直线运动.这样小车所受重力沿木板的分力与小车所受摩擦力平衡.在保证小盘和砝码的质量远小于小车质量的条件下，可以近似认为小盘和砝码的总重力大小等于小车所受的合外力的大小.4.把小车停在打点计时器处，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.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.7.改变小车上砝码的个数，重复步骤6，并将所对应的质量和加速度填入表(二)中.8.因实验原理不完善引起的误差（1）以小车、小盘和砝码整体为研究对象得mg=(M+m)a;以小车为研究对象得F=Ma;求得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.小盘和砝码的总质量越接近于小车的质量，误差越大；反之，小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，由此引起的误差就越小.因此，满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量的目的就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差.（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.【例1】在利用打点计时器和小车来做“验证牛顿运动定律”的实验时，下列说法中不正确的是( )．平衡摩擦力时，应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上B．连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行C．平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动D．小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车【答案】【详解】本题考查实验过程中应注意的事项，选项中平衡摩擦力时，不能将砝码盘及盘内砝码(或小桶)通过细绳拴在小车上，错；选项B、C、D符合正确的操作方法，B、C、D对，错．二、注意事项1.一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力.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，并要让小车拖着纸带运动.2.整个实验平衡了摩擦力后，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.3.每条纸带都必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出.只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力.4.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，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.7.为提高测量精度(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，即从开始点起，每五个点标出一个计数点，则相邻计数点间的时间间隔为T=0.1 s.【例2】在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时,采用如图所示的实验装置，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，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计数器打上的点计算出：(1)当M与m的大小关系满足时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力。
届高考物理一轮复习实验课4探究加速度与物体受力物体质量的关系验证牛顿运动定律课件新人教版
乙
(3)对于木块,根据牛顿第二定律,得 a=
图
当 F=0 时,a=-μg,即 a-F 图在 a 轴上的截距为-μg,所以-μ 甲 g<-μ 乙 g,
即 μ 甲>μ 乙。
答案 (1)AD
(2)远小于
(3)小于
大于
-12考向1
考向2
考向3
实验数据处理与误差分析
例2(2018·天津耀华中学月考)用如图甲所示的实验装置,探究加
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,挂上钩码,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。钩码的重力即为小车所
受的合外力,由纸带计算出小车的加速度,并记录力和对应的加速
度。
5.改变钩码的个数,重复步骤4,并多做几次。
6.保持钩码的个数不变,在小车上放上砝码改变小车的质量,让小
时受到的拉力,应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量______
(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)木块和木块上砝码的总质
量。
-10考向1
考向2
考向3
(3)甲、乙两同学在同一实验室,各取一套图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情况下,研究加速度a
与拉力F的关系,分别得到图中甲、乙两条直线。设甲、乙用的木
实验课4 探究加速度与物体受力、
物体质量的关系(验证牛顿运动定律)
-2-
一、实验目的
验证牛顿第二定律;学会用控制变量法研究物理规律;学会利用
图像处理数据。
二、实验原理
保持作用力不变,确定加速度与质量的大小关系;保持质量不变,
【实验解密】2015届高考物理复习课堂优选典题考点课件：实验四 验证牛顿运动定律
实验改进 本实验中可以用气垫导轨来代替长木板， 这样就省去了平衡 小车摩擦力的麻烦，小车的加速度也可以利用传感器，借助于计 算机来处理.
考点一 实验原理的推广应用 例 1 某探究小组设计了“用一把尺子测定动摩擦因数”的 实验方案．如图所示，将一个小球和一个滑块用细绳连接，跨在 斜面上端．开始时小球和滑块均静止，剪断细绳后，小球自由下 落，滑块沿斜面下滑，可先后听到小球落地和滑块撞击挡板的声 音．保持小球和滑块释放的位置不变，调整挡板位置，重复以上 操作，直到能同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音．用刻度 尺测出小球下落的高度 H、 滑块释放点与挡板处的高度差 h 和沿 斜面运动的位移 x.(空气阻力对本实验的影响可以忽略)
(1) 滑 块 沿 斜 面 运 动 的 加 速 度 与 重 力 加 速 度 的 比 值 为 ________． (2)滑块与斜面间的动摩擦因数为________． (3)以下能引起实验误差的是________． a．滑块的质量 b．当地重力加速度的大小 c．长度测量时的读数误差 d．小球落地和滑块撞击挡板不同时
实验过程 一、实验步骤(如图所示)
1．用天平测量小盘的质量 m0 和小车的质量 M0. 2．把一端附有定滑轮的长木板放在实验台上，并使滑轮伸 出桌面，把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好 电路． 3．平衡摩擦力：小车的尾部挂上纸带，纸带穿过打点计时 器的限位孔，将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，使小车在不挂 小盘和砝码的情况下，能沿木板做匀速直线运动．这样小车所受 重力沿木板的分力与小车所受摩擦力平衡． 在保证小盘和砝码的 质量远小于小车质量的条件下， 可以近似认为小盘和砝码的总重 力大小等于小车所受的合外力的大小．
7．改变小车砝码的个数，重复步骤 6，并将所对应的质量 和加速度填入表(二)中． 表(一) － 实验次数 加速度 a/(m· s 2) 小车受力 F/N 1 2 3 4
高三-物理牛顿实验
实验四验证牛顿运动定律一、基本原理与操作原理装置图操作要领探究方法——控制变量法(1)平衡：必须平衡摩擦力(改变小车或重物质量，无需重新平衡摩擦力)(2)质量：重物的总质量远小于小车质量(若使用力传感器，或以小车与重物的系统为研究对象无需满足此要求)(3)要测量的物理量①小车与其上砝码的总质量(天平)②小车受到的拉力(约等于重物的重力)③小车的加速度(根据纸带用逐差法或根据光电门数据计算加速度)(4)其他：细绳与长木板平行；小车从靠近打点计时器的位置释放，在到达定滑轮前按住小车，实验时先接通电源，后释放小车(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，如图甲所示，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，如图乙所示，就能判定a与M成反比。
注意事项(1)平衡摩擦力的方法：在长木板无滑轮的一端垫上小木块，使其适当倾斜，利用小车重力沿斜面方向的分力与摩擦力平衡。
(2)判断小车是否做匀速直线运动，一般可目测，必要时可通过打点纸带，看上面各点间的距离是否均匀。
(3)平衡摩擦力时要注意以下几点①平衡摩擦力时不能在轻绳的另一端挂托盘②平衡摩擦力必须让小车连上纸带，且让打点计时器处于工作状态③平衡摩擦力时可借助纸带上点迹是否均匀来判断误差分析(1)质量的测量、纸带上计数点间距离的测量、拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差。
(2)实验原理不完善引起误差。
通过适当的调节，使小车所受的阻力被平衡，当小车做加速运动时，可以得到a＝mM ＋m g，F T＝MM＋mmg＝mg1＋mM，只有当M≫m时，才可近似认为小车所受的拉力F T等于mg，所以本实验存在系统误差。
(3)平衡摩擦力不准确会造成误差。
教材原型实验命题角度实验原理与实验操作【例1】(1)我们已经知道，物体的加速度a同时跟合外力F和质量M两个因素有关。
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验证 牛顿运动定律
一、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．
二、实验要求
1.需要平衡摩擦力:目的是绳子的拉力表示小车所受合外力.
平衡摩擦力时①小车不系细线和小盘，
②让小车拉着纸带在开启打点计时器的情况下匀速运动.
③平衡摩擦力后，在实验过程中不再重复平衡摩擦力.
2.是否需要满足m<<M.(m 为小盘和砝码的质量，M 为小车的质量）
①若让绳子的拉力T=mg ，需满足m<<M.
②若不强调T=mg 或有测力计能直接测出绳子拉力T ，则不需要满足m<<M.
对小盘和砝码：mg-T=ma,对小车：T=Ma ，解得.m 1,M mg T M m mg
a +=+=当m<<M 时T=mg. 例.为了“探究加速度与力、质量的关系”，现提供如图甲所示实验装置．请思考探究思路并回答下列问题：
(1)为了消除小车与木板之间摩擦力的影响应采取的做法是( )
A ．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
B ．将木板带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
C ．使木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动
D ．使木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车能够静止在木板上
(2)在实验中，得到一条打点的纸带，如图乙所示，已知相邻计数点的时间间隔为T ，且间距s 1、s 2、s 3、s 4、s 5、s 6已量出，则小车加速度的表达式为a ＝________.
(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，他们在木板水平和倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条a -F 图线，如图丙所示．图线________是在木板倾斜情况下得到的(选填“①”或“②”)；小车及车中的砝码总质量m ＝________kg.
解析：（1）C 正确 （2）逐差法：.9921234562123456T s s s s s s a aT s s s s s s ---++=
⇒=---++ (3) 对小车F+（Mgsin θ-f ）=Ma,解得.1f sin g a F M
M M +-=θ 若木板水平（没平衡摩擦力）即θ=0，纵轴有负截距，横轴有正截距，如②图.
若木板倾斜且倾斜过度，平衡摩擦力过度，则Mgsin θ>f,纵轴有正截距，如①图.
若木板倾斜过小（平衡摩擦力不够），有Mgsin θ<f,纵轴有负截距，横轴有正截距，如②图.
在倾斜情况下，如②图，.kg 5.0121=⇒=⇒=
M M
M k 斜率
2. (实验方案的创新)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1所示的实验装置．其中M 为带滑轮的小车的质量，m 为沙和沙桶的质量，m 0为滑轮的质量．力传感器可测出轻绳中的拉力大小
(1)(多选)实验时，一定要进行的操作是________．
A ．用天平测出沙和沙桶的质量
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，实验中一定要保证沙和沙桶的质量m 远小于小车的质量M
(2)甲同学以力传感器的示数F 为横坐标，加速度a 为纵坐标，画出如图3的a -F 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________．
A ．1tan θ
B ．1tan θ
－m 0 C ．2k －m 0 D ．2k
解析：（1）由于有测力计可以测出绳子拉力，不需测沙和桶的质量，也不必满足m<<M,故选BC.
（2）由（1）可知已经平衡摩擦力，由图1得.2)(200F M m a a M m F +=
⇒+= 由图3得,斜率.k
2200m M M m k -=⇒+=
故C 对.tan θ表示斜线的倾斜程度，但与斜率不相等. cm 单位：1图。