高考物理复习三章牛顿运动定律实验探究作用力和反作用力的关系创新学案

实验5 探究作用力和反作用力的关系(必考)

[考纲解读] (1)会通过实验探究作用力和反作用力之间的关系。(2)体验用力传感器研究作用力与反作用力关系的方法。

1.用弹簧测力计探究作用力与反作用力的关系

如图甲所示，任取A、B两个弹簧测力计，使两挂钩钩住，B固定，A用手拉着。弹簧测力计A受到B的拉力F BA，弹簧测力计B受到A的拉力F AB。读出此时两个弹簧测力计的示数F A和F B，比较F A和F B的大小和方向。

如图乙所示，将两个弹簧测力计挂钩钩住，B连接一块木块，A用手拉着。探究在水平方向运动时，F A和F B的大小和方向。将拉动方向改为竖直方向，如图丙所示，重复上述探究。

2.用力传感器探究作用力与反作用力的关系

如图丁所示，用两只力传感器钩住对拉。从计算机屏幕上所显示的力和时间关系图线中读出不同时刻两只力传感器间的相互作用力F A和F B，比较F A和F B的大小和方向。

弹簧测力计3个、包装用泡沫塑料若干、小刀1把、木块1块、力传感器2只、数据采集器1台及计算机

1台。

1.用弹簧测力计探究作用力与反作用力的关系

(1)探究静止状态时物体间的作用力与反作用力。

①取其中两个弹簧测力计A、B连接在一起，B固定，A用手拉着。在表中记下此时两弹簧测力计的示数

F A和F B。加大对A的拉力，重复实验多次。实验中注意观察作用力与反作用力的方向及两弹簧测力计示数变化是否有先后。

②若F A和F B大小不等，可尝试以下步骤：将弹簧测力计A与弹簧测力计C互拉，根据各次实验中F A的大小记下对应的弹簧测力计C示数F A′；将弹簧测力计B与弹簧测力计C互拉，根据各次实验中F B的大小记下对应的弹簧测力计C示数F B′。比较F A′与F B′的大小关系。

(2)增加弹簧测力计的“记忆功能”，即在弹簧测力计的指针下面放上一点泡沫塑料。

(3)探究沿水平方向运动时物体间作用力与反作用力。

①将具有“记忆功能”的弹簧测力计A和B挂钩连接在一起，弹簧测力计B连接一块小木块，用手拉A使木块运动一段时间后停下来。根据泡沫塑料的位置读出两弹簧测力计的最大示数F A和F B，记录在表中。实验中要注意观察作用力与反作用力的方向。

②若F A和F B大小不等，则可保持泡沫塑料的位置不变，将弹簧测力计A和B分别与弹簧测力计C互拉，直至A、B两弹簧测力计的示数分别为F A和F B，记下弹簧测力计C的示数F A′和F B′。比较F A′与F B′的大小关系。

③以不同运动状态(匀速直线运动和加速运动)重复实验多次，记下相应数据。

(4)探究沿竖直方向运动时物体间作用力与反作用力。重复(3)中步骤。

2.用力传感器探究作用力与反作用力的关系

(1)探究静止状态时物体间的作用力与反作用力。

①取A、B两只力传感器，使两挂钩钩住，B固定，A用手拉着。以不同力拉A一段时间，通过数字化实验系统记录两传感器间的相互作用力F A和F B随时间变化的图线。

②仔细观察F A和F B所对应的两条曲线，比较不同时刻F A和F B大小是否相等。实验中观察体会作用力与反作用力的方向。

③任取8个时刻，结合图线读出这些时刻两只传感器的相互作用力F A和F B，并将所取时刻和对应的F A和

F B的值填入表中。

(2)探究沿水平方向运动时物体间的作用力与反作用力。重复(1)中步骤。

(3)探究沿竖直方向运动时物体间的作用力与反作用力。重复(1)中步骤。

考点一实验原理和操作

1.使用弹簧测力计前，应先调节指针指零刻。

2.弹簧测力计对拉时作用力要在同一直线上。

3.实际的弹簧测力计往往存在一定的示值误差。发现两弹簧测力计示数不等既不能“视而不见”也不能“武断定论”。

4.将弹簧测力计A和B分别与弹簧测力计C互拉，通过与C的示数比较确定两弹簧测力计拉力是否相等，是一种“等效替代”的方法。

5.同一实验步骤中，泡沫塑料位置必须保持不变。

6.用传感器进行实验时，也需要调零。

7.用传感器对拉时要使作用力在同一直线上。

1.如图所示，利用弹簧测力计探究作用力与反作用力关系的实验中：

(1)(多选)关于实验以下说法正确的是________。

A.若滑块静止不动，则弹簧测力计A对B的拉力与B对A的拉力大小相等

B.若滑块做匀速直线运动，则弹簧测力计A对B的拉力与B对A的拉力大小相等

C.若滑块做匀加速直线运动，则弹簧测力计A对B的拉力与B对A的拉力大小不相等

D.若滑块做变加速直线运动，则弹簧测力计A对B的拉力与B对A的拉力大小不相等

(2)如图所示，在弹簧测力计的指针下面放上一点泡沫塑料的作用是________。

A.为了增大指针受到的阻力

B.可以帮助我们记录下指针示数的最大值

C.防止指针与弹簧测力计外壳间的摩擦

D.防止测的力超过弹簧测力计的测量范围

解析(1)弹簧测力计A对B的拉力与B对A的拉力大小关系与运动状态无关，作用力与反作用力总是大小相等。故选项A、B正确。(2)在弹簧测力计的指针下面放上一点泡沫塑料，可以做成带“记忆功能”的弹簧测力计，在实验中泡沫塑料停在拉力最大的位置上，方便我们记录指针示数。故选项B正确。

答案(1)AB (2)B

2.如图所示，小孙同学用力传感器A和B做“探究作用力与反作用力的关系”实验，当用A匀速拉动固定在滑块上的B时( )

A.A对应示数比B大

B.B对应示数比A大

C.A和B对应示数有时不相等

D.A和B对应示数任何时刻都相等

解析根据牛顿第三定律，A对B的作用力和B对A的作用力是作用力和反作用力，总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，故A和B对应示数任何时刻都相等，故D正确，A、B、C错误。

答案 D

考点二实验数据处理及误差分析

1.数据处理

设计表格，记录实验中的数据，对比两个力的大小和方向。

2.误差分析

(1)除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差。

(2)用两个弹簧测力计或者传感器对拉时作用力不在同一直线上，导致读数不同。

1.关于用弹簧测力计“探究作用力与反作用力关系”的实验，与减小实验误差无关的操作是( )

A.实验时，两个弹簧测力计的拉力方向应与弹簧轴线方向一致

B.在探究运动过程中的规律时，要保证弹簧测力计做匀速直线运动

C.检查指针是否对齐零刻度线

D.使用之前，最好轻轻拉几次弹簧测力计的挂钩，避免弹簧被壳子卡住

解析实验时，两个弹簧测力计的拉力方向应与弹簧轴线方向一致，否则容易造成弹簧与外壳之间阻力增大，影响实验测量，选项A正确，D正确；作用力与反作用力的大小关系与运动状态无关，所以B错误；如果指针在零刻度线以上或者以下，这时候没有把指针调节至0，就会产生误差，在零刻度线以上，测出来的力比实际的力小，反之在零刻度线以下，测出来的力比实际的力大，所以选项C正确。故与减小误差无关的是选项B。

答案 B

2.在探究作用力与反作用力关系的实验中，其中A、B是两个力传感器。

(1)如图甲所示是对拉的两个传感器，传感器显示两钩子受力随时间变化的图象如图乙所示。

根据图象得出的结论是：

①____________________________________________________________________

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