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试验探究：,验证牛顿运动定律,1.,基础知识,2.,典例剖析,3.,创新试验,4.,备选训练,5.,真题演练,第三章 牛顿运动定律,1/44,一、基础知识,1.,基础知识,2/44,试验,四验证牛顿运动定律,3/44,4/44,二、典例剖析,2.,典例剖析,5/44,M,打点计时器,可重复点击播放！,纸带,m,“验证牛顿第二定律”试验装置示意图,考点一试验原理与基本操作,6/44,【,例,1】,在,“,探究加速度和力、质量关系,”,实,验中，采取如图所表示装置图进行试验：,(1),试验中，需要在木板右端垫上一个小木块，,其目标是,_.,(2),试验中,已经测出小车质量为,M,，砝码,(,包含砝码盘,),总质量为,m,，若要将砝码,(,包含砝码盘,),总重力大小作为小车所受拉力,F,大小,这么做前提条件是,_,。,(3),在试验操作中，以下说法正确是,_(,填序号,),。,平衡摩擦力,m,M,BD,转 解析,7/44,转 原题,8/44,试验中几个注意点,1,试验方法：,控制变量法,2,平衡摩擦力：,不悬挂小盘，小车连纸带且接通电源，能在纸带上打出间隔均匀点不重复平衡摩擦力,.,3,试验条件,：,小车重力,M,小盘和砝码总重力,m,4,一先一后一按住：,每次开始时小车尽可能靠近打点计时器,先接通电源,后放开小车,在抵达滑轮前按住小车,.,5,作图：,两轴标度百分比要适当各量须采取国际单位,.,规律方法,9/44,注意事项,1.,试验方法：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,假如在纸带上打出点间隔是均匀,表明小车受到阻力跟它重力沿斜面向下分力平衡。,3.,不重复平衡摩擦力：平衡了摩擦力后,不论以后是改变小盘和砝码总质量还是改变小车和砝码总质量,都不需要重新平衡摩擦力。,4.,试验条件：,M,m,只有如此,小盘和砝码总重力才可视为小车受到拉力。,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可能靠近打点计时器,并应先接通电源,后放开小车,且应在小车抵达滑轮前按住小车。,6.,作图：作图时两轴标度百分比要适当,各量须采取国际单位,这么作图线时,坐标点间距不至于过密,误差会小些。,反思总结,10/44,【,变式训练,1】,在,“,探究加速度与力、质量关系,”,时采取如图所表示试验装置,小车及车中砝码质量为,M,砂桶及砂质量为,m,。,(1),若已平衡摩擦力,在小车做匀加速直线运动过程,中,绳张力大小,F,T,_,当,M,与,m,大,小满足,_,时,才可认为绳子对小车拉力大小等于砂和砂桶重力,.,(2),某同学在保持砂和砂桶质量,m,一定条件下，探究小车加速度,a,与质量,M,关系，其详细操作步骤以下，则做法合理有,(,),A,平衡摩擦力时，砂桶应用细线经过定滑轮系在,小车上且小车后面纸带也必须连好,B,每次改变小车质量,M,时，都需要重新平衡摩擦力,C,试验时，先接通计时器电源，再放开小车,C,试验时，先接通计时器电源，再放开小车,D,用天平测出,m,及,M,，直接用公式,a,mg,/,M,求出小车运动加速度,(3),某同学在保持小车及车中砝码质量,M,一定条件下,探究小车加速度,a,与所受外力,F,关系时,因为操作不妥得到,a,F,图线如图示,试分析图线不过原点原因是,_,图线上部弯曲原因是,_,。,转 解析,mg,/(1+,m,/,M,),m,M,C,木板倾角太大,未满足,M,m,11/44,转 原题,12/44,【,备选,】,(,安徽高考,),图为“验证牛顿第二定律”试验装置示意图砂和砂桶总质量为,m,，小车和砝码总质量为,M,.,试验中用砂和砂桶总重力大小作为细线对小车拉力大小,.,(1),试验中,为了使细线对小车拉力等于小车所受合外力,先调整长木板一端滑轮高度,使细线与长木板平行,.,接下来还需要进行一项操作是,(,).,A,将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器纸带，给打点计时器通电，调整,m,大小，使小车在砂和砂桶牵引下运动，从打出纸带判断小车是否做匀速运动,B,将长木板一端垫起适当高度，让小车连着已经穿过打点计时器纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出纸带判断小车是否做匀速运动,C,将长木板一端垫起适当高度，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,小车与木板间摩擦力需要消除,(2),试验中要进行质量,m,和,M,选取,以下最合理一组是,(,).,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,砂和砂桶总重力大小作为细线对小车拉力,条件是：,m,M,(3),下列图是试验中得到一条纸带，,A,、,B,、,C,、,D,、,E,、,F,、,G,为,7,个相邻计数点，,相邻两个计数点之间还有四个点未画出,量出相邻计数点之间距离分别为：,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.,已知打点计时器工作频率为,50 Hz,，则小车加速度,a,_m/s,2,.(,结果保留二位有效数字,),用逐差法,求加速度,0.42,转 解析,13/44,转 原题,14/44,【,例,2】,某,一小组同学用如图示装置做,“,探究物体质量一定时，加速度与力关系,”,试验。,(1),以下说法正确有,_,。,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，能够近似认为小车受到拉力等于砝码及砝码盘重力,D,考点二试验数据处理与误差分析,15/44,此处表明，拉力为零时，小车已经含有一定加速度，平衡摩擦力过分,.,(2),图为试验中按规范操作打出一条纸带一部分。从比较清楚点迹起，在纸带上标出了连续,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,距离如图,5,所表示，已知打点计时器接在频率为,50,Hz,交流电源上，则此次试验中小车运动加速度测量值,a,_,m,/,s,2,。,(,结果保留两位有效数字,),(3),某同学平衡摩擦力后，改变砝码盘中砝码质量，分别测量出小车加速度,a,。以砝码盘及砝码重力,F,为横坐标，以小车加速度,a,为纵坐标，得到如图所表示,a,F,图线，则图线不经过坐标原点主要原因是,_,。,转 解析,1.2,平衡摩擦力过分,16/44,转 原题,17/44,误差分析,1,因试验原理不完善引发误差,本试验实际上小车所受拉力小于小盘和砝码总重力，所以为了减小因试验原理不完善而引发误差，应满足小盘和砝码总质量远小于小车质量,规律方法,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发误差,18/44,【,变式训练,2】,如图示为某同学探究加速度与力和质量关系试验装置,两个相同质量小车放在光滑水平板上,前端各系一条细绳,绳一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘中可放砝码,.,两小车后端各系一条细绳,一起被夹子夹着使小车静止,.,打开夹子,两小车同时开始运动,;,关上夹子,两小车同时停下来,用刻度尺测出两小车,位移,下表是该,同学在几次试验,中统计数据,.,试验,次数,车号,小车,质量,(g),小盘,质量,(g),车中砝码,质量,(g),盘中砝码质量,(g),小车位移,(cm),1,甲,50,10,0,0,15,乙,50,10,0,10,30,2,甲,50,10,0,10,27.5,乙,50,10,50,10,14,3,甲,50,10,0,0,18,乙,50,10,10,10,19/44,小车甲,小车乙,请回答下述问题,:,(1),在每一次试验中,甲、乙两车位移之比,等于,_,之比,请简明说明试验原理,:,_;,(2),第一次试验控制了,_,不变,在试验误差允许范围内可得出结论是,:_;,(3),第二次试验控制了,_,不变,在试验误差允许范围内可得出结论是,:_;,(4),第三次试验时,该同学先测量了甲车位移,再依据前两次试验结论,计算出乙车应该发生位移,然后再测量了乙车位移,结果他高兴地发觉,理论预言与实际符合得相当好,.,请问,他计算出乙车位移应该是,_.,转 解析,加速度,因为两车运动时间相同,由,s,at,2,/2,得,s,甲,s,乙,a,甲,a,乙,小车质量,小车加速度与拉力成正比,小车所受拉力,小车加速度与质量成反比,30cm,小车甲,小车乙,点击按钮，模拟演示本试验中小车运动情况,!,20/44,转原题,21/44,【,备选,】,某试验小组在试验室探究加速度和力、质量关系,.,(1),甲同学在小车所受合外力不变时,改变小车质量,得到数据以下表所表示,:,试验,次数,小车质,量,m,/kg,小车加速度,a,/(m/s,2,),小车质量,倒数1/m/kg1,1,0.20,0.78,5.00,2,0.40,0.38,2.50,3,0.60,0.25,1.67,4,0.80,0.20,1.25,5,1.00,0.16,1.00,a,.,依据表中数据,在图甲坐标系中描出对应试验数据点,并作出,a,1/,m,图象,.,b.,由,a,1/,m,图象，可得出结论为,:_,c.,小车受到协力大约为,_,(,结果保留两位有效数字,),外力不变时,物体加速度与质量成反比,1.60N,22/44,(2),乙同学在保持小车质量不变情况下，经过屡次改变对小车拉力，由试验数据作出,a,F,图象如图乙所表示，图线不过原点原因可能是,_,小车质量为,_kg.(,保留两位有效数字,),木板倾角过大,2.0,转 解析,此处表明，拉力为零时，小车已经含有一定加速度，平衡摩擦力过分,.,F,a,m,=,F,/,a,23/44,转 原题,24/44,四、创新试验,3.,创新试验,25/44,以本试验为背景，经过改变试验条件、试验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，表达开放性、探究性、设计性等特点。,考点三 试验改进与创新,视角,1,试验器材改进,26/44,视角,2,数据测量改进,视角,3,试验拓展延伸进,以,“,验证牛顿运动定律,”,为背景测量物块与木板间动摩擦因数。,27/44,【,例,3】,（,新课标全国卷,22,）某同学利用图,(a),所表示试验装置及数字化信息系统取得了小车加速度,a,与钩码质量,m,对应关系图,如图,(b),所表示。试验中小车,(,含发射器,),质量为,200 g,试验时选择了不可伸长轻质细绳和轻定滑轮,小车加速度由位移传感器及与之相连计算机得到。回答以下问题：,（,1,）依据该同学结果,小车加速度与钩码质量成,(,填“线性”或“非线性”,),关系。,（,2,）由图,(b),可知,a-m,图线不经过原点,可能原因是,。,（,3,）若利用本试验装置来验证“在小车质量不变情况下,小车加,速度与作用力成正比”结论,并直接以,钩码所受重力,mg,作为小车受到合外力,则试验中应采取改进办法是,:,_,钩码质量应满足条件是,:,_,。,非线性,存在摩擦力,调整轨道倾斜度以平衡摩擦力,远小于小车质量,转,解析,28/44,转原题,29/44,【,变式训练,3】,(,新课标全国卷,22),下列图为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数试验装置示意图试验步骤以下：,用天平测量物块和遮光片总质量,M,、重物质量,m,用游标卡尺测量遮光片宽度,d,;,用米尺测量两光电门之间距离,s,;,调整轻滑轮，使细线水平；,让物块从光电门,A,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,所用时间,t,A,和,t,B,求出加速度,a,；,屡次重复步骤，求,a,平均值；,依据上述试验数据求,出动摩擦因数,.,回答以下问题：,统计时间,t,A,由,d/,t,A,得到此刻瞬时速度,v,A,统计时间,t,B,由,d/,t,B,得到此刻瞬时速度,v,B,30/44,(1),测量,d,时，某次游标卡尺,(,主尺最小分度为,1 mm),示数如右图所表示，其读数为,_ cm.,(2),物块加速度,a,可用,d,、,s,、,t,A,和,t,B,表示为,a,_.,(3),动摩擦因数,可用,M,、,m,、和,重力加速度,g,表示为,_.,(4),假如细线没有调整到水平,由此引发误差属于,_(,选填“偶然误差”或“系统误差”,),转解析,0.960,系统误差,31/44,转原题,32/44,解析,（,2,）不加传感器时将砂和砂桶重力作为细线拉力,而接了传感器后细线拉力能够直接读出。,答案,（,1,）未平衡摩擦力；细线与木板不平行；开始试验时,小车离打点计时器太远（,2,）不需要,解析显隐,【,备选,】,如图所表示,为某同学安装“验证牛顿第二定律”试验装置,在小车前端固定一个传感器,和砂桶连接细线接在传感器上,经过传感器可显示出细线拉力。在图示状态下开始做试验。,（,1,）从图上能够看出,该同学在装置和操作中主要错误是：,_,_,。,（,2,）若砂和砂桶质量为,m,小车和传感器总重量为,M,做好此试验,（填“需要”,或“不需要”）,M,m,条件。,不需要,未平衡摩擦力；细线与木板不平行；开始试验时,小车离打点计时器太远,不再需要用将砂和砂桶重力作为细线拉力,33/44,三、备选训练,4.,备选训练,34/44,【,备选训练,】,某同学设计了一个探究小车加速度,a,与小车所受拉力,F,及质量,m,关系试验，图,(a),为试验装置简图,(,所用交流电频率为,50 Hz),(1),为了研究加速度和质量关系，在试验中必须采取控制变量法，应保持,_,不变,用砂桶及砂所受重力作为,_,，图,(b),为某次试验得到纸带，试验数据如图，图中相邻计数点之间还有,4,个点未画出，依据纸带可求出小车加速度大小为,_ m/s,2,.(,保留三位有效数字,),(2),在此次试验中，试验小组经过改变小车质量共做了,8,组试验，得到下表所表示试验数据，经过分析,表中数据，你得出结论是：,_.,拉力,F,小车所受拉力,0.64,在小车所受外力不变条件下,加速度与质量成反百分比关系,35/44,现需经过图象深入验证你结论，可利用表格数据作图，应在,坐标纸中画出,_,图线,(3),在某次试验中为研究加速度和力关系，依据测得多组数据可画出,a-F,关系图线，如图所表示此图,线,AB,段显著偏离直线，造成,此误差主要原因是,(,),A,小车与木板之间存在摩擦,B,木板保持了水平状态,C,所挂砂桶及砂总质量太大,D,所用小车质量太大,试验序号,1,2,3,4,5,6,7,8,小车加速度,a,/m,s,2,0.633,0.572,0.497,0.418,0.332,0.250,0.167,0.101,小车质量,m,/kg,0.25,0.29,0.33,0.40,0.50,0.71,1.00,1.67,转解析,a,-1/,m,C,36/44,转原题,37/44,【,备选训练,】,在探究小车加速度,a,与小车质量,M,和小车受到外力,F,关系时,：,（,1,）探究加速度和力关系试验数据描绘出,a-F,图象如图所表示,以下说法正确是,（填正确答案标号）。,A.,三条倾斜直线所对应小车质量相等,B.,三条倾斜直线所对应小车质量不一样,C.,直线,1,所对应小车质量最大,D.,直线,3,所对应小车质量最大,（,2,）因为没有一直满足小车质量,M,远大,于钩码质量,m,关系,结果得到图象应,是下列图中,（填正确答案标号）。,转解析,BD,D,38/44,转原题,39/44,【,备选训练,】,某试验小组利用如图甲所表示气垫导轨试验装置来探究协力一定时，物体加速度与质量之间关系,(1),做试验时，将滑块从图甲所表示位置由静止释放，由数字计时器,(,图中未画出,),可读出遮光条经过光电门,1,、,2,时间分别为,t,1,、,t,2,；用刻度尺测得两个光电门中心之间距离,x,，用游标卡尺测得遮光条宽度,d,，则滑块经过光电门,1,时速度表示式,v,1,_,；经过光电门,2,时速度表示式,v,2,_.,滑块加速度表示式,a,_.(,以上表示式均用已知字母表示,),如图乙所表示，若用,20,分度游标卡尺测量遮光条宽度，其读数为,_mm.,40/44,(2),为了保持滑块所受协力不变，可改变滑块质量,M,和气垫导轨右端高度,h,(,见图甲,),关于“改变滑块质量,M,和气垫导轨右端高度,h,”,正确操作方法是,_,A,M,增大时，,h,增大，以保持二者乘积增大,B,M,增大时，,h,减小，以保持二者乘积不变,C,M,减小时，,h,增大，以保持二者乘积不变,D,M,减小时，,h,减小，以保持二者乘积减小,解析显隐,41/44,五、真题演练,5.,真题演练,42/44,【,真题,1】,某同学用图所表示装置来验证加速度和质量成反比。在自制双层架子上固定平板玻璃,架子放在水平桌面上。连接小车细绳跨过定滑轮与小桶相连。试验步骤以下：,在两个小桶中装入适量细沙,并使两桶质量含沙子相同。,两车紧靠架子左边挡板,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,经过装置上刻度尺,测出甲、乙两车运动距离,x,1,、,x,2,；,在乙车上逐步增加砝码个数,重复步骤。,(1),本试验原理是经过验证小车发生位,移与小车质量成,来验证合外力,一定时加速度与质量成反比。,(2),试验前,该同学将装置左端适当垫高,了一些,目标是,_,。试验过程,中,_(,填“甲”或“乙”,),车受到拉力更靠近沙桶,(,含沙子,),重力。,(3),若该同学以,x,1,/x,2,为横坐标,以乙车,(,含砝码,(,质量,m,为纵坐标,作出图线是直线,该直线斜率是,_,填“甲车”“乙车”,(,含砝码,),或“沙桶,(,含沙子,),”,质量。,转解析,反比,平衡摩擦力,乙,甲车,43/44,转原题,44/44,
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