試驗(yàn)探究：驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律1.基礎(chǔ)知識2.典例剖析3.創(chuàng)新試驗(yàn)4.備選訓(xùn)練5.真題演練第三章牛頓運(yùn)動定律1/44一、基礎(chǔ)知識1.基礎(chǔ)知識2/44試驗(yàn)四驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律3/444/44二、典例剖析2.典例剖析5/44M打點(diǎn)計時器可重復(fù)點(diǎn)擊播放！紙帶m

“驗(yàn)證牛頓第二定律”試驗(yàn)裝置示意圖考點(diǎn)一試驗(yàn)原理與基本操作6/44【例1】在“探究加速度和力、質(zhì)量關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，采取如圖所表示裝置圖進(jìn)行試驗(yàn)：(1)試驗(yàn)中，需要在木板右端墊上一個小木塊，其目標(biāo)是__________________.(2)試驗(yàn)中,已經(jīng)測出小車質(zhì)量為M，砝碼(包含砝碼盤)總質(zhì)量為m，若要將砝碼(包含砝碼盤)總重力大小作為小車所受拉力F大小,這么做前提條件是________________。(3)在試驗(yàn)操作中，以下說法正確是_________(填序號)。平衡摩擦力m?MBD轉(zhuǎn)解析7/44轉(zhuǎn)原題8/44試驗(yàn)中幾個注意點(diǎn)1．試驗(yàn)方法：控制變量法．2．平衡摩擦力：不懸掛小盤，小車連紙帶且接通電源，能在紙帶上打出間隔均勻點(diǎn)．不重復(fù)平衡摩擦力.3．試驗(yàn)條件：小車重力M?小盤和砝碼總重力m．4．一先一后一按住：每次開始時小車盡可能靠近打點(diǎn)計時器,先接通電源,后放開小車,在抵達(dá)滑輪前按住小車.5．作圖：兩軸標(biāo)度百分比要適當(dāng)．各量須采取國際單位.規(guī)律方法9/44注意事項(xiàng)1.試驗(yàn)方法：控制變量法。2.平衡摩擦力：在平衡摩擦力時,不要懸掛小盤,但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源。用手給小車一個初速度,假如在紙帶上打出點(diǎn)間隔是均勻,表明小車受到阻力跟它重力沿斜面向下分力平衡。3.不重復(fù)平衡摩擦力：平衡了摩擦力后,不論以后是改變小盤和砝碼總質(zhì)量還是改變小車和砝碼總質(zhì)量,都不需要重新平衡摩擦力。4.試驗(yàn)條件：M?m只有如此,小盤和砝碼總重力才可視為小車受到拉力。5.一先一后一按?。焊淖兝托≤囐|(zhì)量后,每次開始時小車應(yīng)盡可能靠近打點(diǎn)計時器,并應(yīng)先接通電源,后放開小車,且應(yīng)在小車抵達(dá)滑輪前按住小車。6.作圖：作圖時兩軸標(biāo)度百分比要適當(dāng),各量須采取國際單位,這么作圖線時,坐標(biāo)點(diǎn)間距不至于過密,誤差會小些。反思總結(jié)10/44【變式訓(xùn)練1】在“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”時采取如圖所表示試驗(yàn)裝置,小車及車中砝碼質(zhì)量為M,砂桶及砂質(zhì)量為m。(1)若已平衡摩擦力,在小車做勻加速直線運(yùn)動過程中,繩張力大小FT＝____________,當(dāng)M與m大小滿足________時,才可認(rèn)為繩子對小車?yán)Υ笮〉扔谏昂蜕巴爸亓?(2)某同學(xué)在保持砂和砂桶質(zhì)量m一定條件下，探究小車加速度a與質(zhì)量M關(guān)系，其詳細(xì)操作步驟以下，則做法合理有(

)A．平衡摩擦力時，砂桶應(yīng)用細(xì)線經(jīng)過定滑輪系在小車上且小車后面紙帶也必須連好B．每次改變小車質(zhì)量M時，都需要重新平衡摩擦力C．試驗(yàn)時，先接通計時器電源，再放開小車C．試驗(yàn)時，先接通計時器電源，再放開小車D．用天平測出m及M，直接用公式a＝mg/M求出小車運(yùn)動加速度(3)某同學(xué)在保持小車及車中砝碼質(zhì)量M一定條件下,探究小車加速度a與所受外力F關(guān)系時,因?yàn)椴僮鞑煌椎玫絘－F圖線如圖示,試分析圖線不過原點(diǎn)原因是________________,圖線上部彎曲原因是______________。轉(zhuǎn)解析mg/(1+m/M)m?MC木板傾角太大未滿足M?m11/44轉(zhuǎn)原題12/44【備選】(·安徽高考)圖為“驗(yàn)證牛頓第二定律”試驗(yàn)裝置示意圖．砂和砂桶總質(zhì)量為m，小車和砝碼總質(zhì)量為M.試驗(yàn)中用砂和砂桶總重力大小作為細(xì)線對小車?yán)Υ笮?(1)試驗(yàn)中,為了使細(xì)線對小車?yán)Φ扔谛≤囁芎贤饬?先調(diào)整長木板一端滑輪高度,使細(xì)線與長木板平行.接下來還需要進(jìn)行一項(xiàng)操作是(

).A．將長木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計時器紙帶，給打點(diǎn)計時器通電，調(diào)整m大小，使小車在砂和砂桶牽引下運(yùn)動，從打出紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動B．將長木板一端墊起適當(dāng)高度，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計時器紙帶，撤去砂和砂桶，給打點(diǎn)計時器通電，輕推小車，從打出紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動C．將長木板一端墊起適當(dāng)高度，撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運(yùn)動小車與木板間摩擦力需要消除(2)試驗(yàn)中要進(jìn)行質(zhì)量m和M選取,以下最合理一組是(

).A．M＝200g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40gB．M＝200g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120gC．M＝400g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40gD．M＝400g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120g砂和砂桶總重力大小作為細(xì)線對小車?yán)l件是：m<<M(3)下列圖是試驗(yàn)中得到一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個相鄰計數(shù)點(diǎn)，相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)之間還有四個點(diǎn)未畫出．量出相鄰計數(shù)點(diǎn)之間距離分別為：xAB＝4.22cm、xBC＝4.65cm、xCD＝5.08cm、xDE＝5.49cm，xEF＝5.91cm，xFG＝6.34cm.已知打點(diǎn)計時器工作頻率為50Hz，則小車加速度a＝________m/s2.(結(jié)果保留二位有效數(shù)字)．用逐差法求加速度0.42轉(zhuǎn)解析13/44轉(zhuǎn)原題14/44【例2】

某一小組同學(xué)用如圖示裝置做“探究物體質(zhì)量一定時，加速度與力關(guān)系”試驗(yàn)。(1)以下說法正確有________。A．平衡摩擦力時，用細(xì)線一端掛空砝碼盤，另一端與小車相連，將木板適當(dāng)傾斜，使小車在木板上近似做勻速直線運(yùn)動B．每次改變砝碼及砝碼盤總質(zhì)量之后，應(yīng)重新平衡摩擦力C．應(yīng)讓砝碼及砝碼盤總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小車及里面鉤碼總質(zhì)量D．砝碼及砝碼盤總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車及里面鉤碼總質(zhì)量時，能夠近似認(rèn)為小車受到拉力等于砝碼及砝碼盤重力D考點(diǎn)二試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與誤差分析

15/44此處表明，拉力為零時，小車已經(jīng)含有一定加速度，平衡摩擦力過分.(2)圖為試驗(yàn)中按規(guī)范操作打出一條紙帶一部分。從比較清楚點(diǎn)跡起，在紙帶上標(biāo)出了連續(xù)5個計數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E，相鄰兩計數(shù)點(diǎn)之間都有4個計時點(diǎn)沒有標(biāo)出，用刻度尺分別測量出A點(diǎn)到B、C、D、E距離如圖5所表示，已知打點(diǎn)計時器接在頻率為50Hz交流電源上，則此次試驗(yàn)中小車運(yùn)動加速度測量值a＝______m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)某同學(xué)平衡摩擦力后，改變砝碼盤中砝碼質(zhì)量，分別測量出小車加速度a。以砝碼盤及砝碼重力F為橫坐標(biāo)，以小車加速度a為縱坐標(biāo)，得到如圖所表示a－F圖線，則圖線不經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)主要原因是___________________。轉(zhuǎn)解析1.2平衡摩擦力過分16/44轉(zhuǎn)原題17/44誤差分析1．因試驗(yàn)原理不完善引發(fā)誤差．本試驗(yàn)實(shí)際上小車所受拉力小于小盤和砝碼總重力，所以為了減小因試驗(yàn)原理不完善而引發(fā)誤差，應(yīng)滿足小盤和砝碼總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量．規(guī)律方法2．摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、計數(shù)點(diǎn)間距測量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會引發(fā)誤差．18/44【變式訓(xùn)練2】如圖示為某同學(xué)探究加速度與力和質(zhì)量關(guān)系試驗(yàn)裝置,兩個相同質(zhì)量小車放在光滑水平板上,前端各系一條細(xì)繩,

繩一端跨過定滑輪各掛一個小盤,盤中可放砝碼.

兩小車后端各系一條細(xì)繩,一起被夾子夾著使小車靜止.打開夾子,兩小車同時開始運(yùn)動;關(guān)上夾子,兩小車同時停下來,用刻度尺測出兩小車位移,下表是該同學(xué)在幾次試驗(yàn)中統(tǒng)計數(shù)據(jù).試驗(yàn)次數(shù)車號小車質(zhì)量(g)小盤質(zhì)量(g)車中砝碼質(zhì)量(g)盤中砝碼質(zhì)量(g)小車位移(cm)1甲50100015乙5010010302甲501001027.5乙50105010143甲50100018乙5010101019/44小車甲小車乙請回答下述問題:(1)在每一次試驗(yàn)中,甲、乙兩車位移之比等于__________之比,請簡明說明試驗(yàn)原理:________________________________________________;(2)第一次試驗(yàn)控制了________不變,在試驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)可得出結(jié)論是:_______________________;(3)第二次試驗(yàn)控制了_____________不變,在試驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)可得出結(jié)論是:__________________________;(4)第三次試驗(yàn)時,該同學(xué)先測量了甲車位移,再依據(jù)前兩次試驗(yàn)結(jié)論,計算出乙車應(yīng)該發(fā)生位移,然后再測量了乙車位移,結(jié)果他高興地發(fā)覺,理論預(yù)言與實(shí)際符合得相當(dāng)好.請問,他計算出乙車位移應(yīng)該是________.轉(zhuǎn)解析加速度因?yàn)閮绍囘\(yùn)動時間相同,由s＝at2/2得s甲∶s乙＝a甲∶a乙

小車質(zhì)量小車加速度與拉力成正比小車所受拉力小車加速度與質(zhì)量成反比30cm小車甲小車乙

點(diǎn)擊按鈕，模擬演示本試驗(yàn)中小車運(yùn)動情況!20/44轉(zhuǎn)原題21/44【備選】

某試驗(yàn)小組在試驗(yàn)室探究加速度和力、質(zhì)量關(guān)系.(1)甲同學(xué)在小車所受合外力不變時,改變小車質(zhì)量,得到數(shù)據(jù)以下表所表示:試驗(yàn)次數(shù)小車質(zhì)量m/kg小車加速度a/(m/s2)小車質(zhì)量倒數(shù)1/m/kg－110.200.785.0020.400.382.5030.600.251.6740.800.201.2551.000.161.00a.依據(jù)表中數(shù)據(jù),在圖甲坐標(biāo)系中描出對應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn),并作出a－1/m圖象.b.由a－1/m圖象，可得出結(jié)論為:__________________________________．c.小車受到協(xié)力大約為________．(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)外力不變時,物體加速度與質(zhì)量成反比1.60N22/44(2)乙同學(xué)在保持小車質(zhì)量不變情況下，經(jīng)過屢次改變對小車?yán)?，由試?yàn)數(shù)據(jù)作出a—F圖象如圖乙所表示，圖線不過原點(diǎn)原因可能是________________,小車質(zhì)量為________kg.(保留兩位有效數(shù)字)木板傾角過大2.0轉(zhuǎn)解析此處表明，拉力為零時，小車已經(jīng)含有一定加速度，平衡摩擦力過分.△F△am=△F/△a23/44轉(zhuǎn)原題24/44四、創(chuàng)新試驗(yàn)3.創(chuàng)新試驗(yàn)25/44以本試驗(yàn)為背景，經(jīng)過改變試驗(yàn)條件、試驗(yàn)儀器設(shè)置題目，不脫離教材而又不拘泥教材，表達(dá)開放性、探究性、設(shè)計性等特點(diǎn)?？键c(diǎn)三試驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新視角1試驗(yàn)器材改進(jìn)26/44視角2數(shù)據(jù)測量改進(jìn)視角3試驗(yàn)拓展延伸進(jìn)以“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律”為背景測量物塊與木板間動摩擦因數(shù)。27/44【例3】（·新課標(biāo)全國卷Ⅰ,22）某同學(xué)利用圖(a)所表示試驗(yàn)裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)取得了小車加速度a與鉤碼質(zhì)量m對應(yīng)關(guān)系圖,如圖(b)所表示。試驗(yàn)中小車(含發(fā)射器)質(zhì)量為200g,試驗(yàn)時選擇了不可伸長輕質(zhì)細(xì)繩和輕定滑輪,小車加速度由位移傳感器及與之相連計算機(jī)得到?；卮鹨韵聠栴}：（1）依據(jù)該同學(xué)結(jié)果,小車加速度與鉤碼質(zhì)量成

(填“線性”或“非線性”)關(guān)系。（2）由圖(b)可知,a-m圖線不經(jīng)過原點(diǎn),可能原因是

。（3）若利用本試驗(yàn)裝置來驗(yàn)證“在小車質(zhì)量不變情況下,小車加速度與作用力成正比”結(jié)論,并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到合外力,則試驗(yàn)中應(yīng)采取改進(jìn)辦法是:_____________________________,鉤碼質(zhì)量應(yīng)滿足條件是:___________________。

非線性存在摩擦力調(diào)整軌道傾斜度以平衡摩擦力遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量轉(zhuǎn)解析28/44轉(zhuǎn)原題29/44【變式訓(xùn)練3】(·新課標(biāo)全國卷Ⅰ,22)下列圖為測量物塊與水平桌面之間動摩擦因數(shù)試驗(yàn)裝置示意圖．試驗(yàn)步驟以下：①用天平測量物塊和遮光片總質(zhì)量M、重物質(zhì)量m,用游標(biāo)卡尺測量遮光片寬度d;用米尺測量兩光電門之間距離s;②調(diào)整輕滑輪，使細(xì)線水平；③讓物塊從光電門A左側(cè)由靜止釋放,用數(shù)字毫秒計分別測出遮光片經(jīng)過光電門A和光電門B所用時間ΔtA和ΔtB,求出加速度a；④屢次重復(fù)步驟③，求a平均值；⑤依據(jù)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)求出動摩擦因數(shù)μ.回答以下問題：統(tǒng)計時間ΔtA,由d/ΔtA得到此刻瞬時速度vA統(tǒng)計時間ΔtB,由d/ΔtB得到此刻瞬時速度vB30/44(1)測量d時，某次游標(biāo)卡尺(主尺最小分度為1mm)示數(shù)如右圖所表示，其讀數(shù)為________cm.(2)物塊加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB表示為a＝_______________.(3)動摩擦因數(shù)μ可用M、m、和重力加速度g表示為μ＝___________________.(4)假如細(xì)線沒有調(diào)整到水平,由此引發(fā)誤差屬于_________(選填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)．

轉(zhuǎn)解析0.960系統(tǒng)誤差31/44轉(zhuǎn)原題32/44解析（2）不加傳感器時將砂和砂桶重力作為細(xì)線拉力,而接了傳感器后細(xì)線拉力能夠直接讀出。答案（1）未平衡摩擦力；細(xì)線與木板不平行；開始試驗(yàn)時,小車離打點(diǎn)計時器太遠(yuǎn)（2）不需要解析顯隱【備選】如圖所表示,為某同學(xué)安裝“驗(yàn)證牛頓第二定律”試驗(yàn)裝置,在小車前端固定一個傳感器,和砂桶連接細(xì)線接在傳感器上,經(jīng)過傳感器可顯示出細(xì)線拉力。在圖示狀態(tài)下開始做試驗(yàn)。（1）從圖上能夠看出,該同學(xué)在裝置和操作中主要錯誤是：___________________________________________________________________。（2）若砂和砂桶質(zhì)量為m,小車和傳感器總重量為M,做好此試驗(yàn)

（填“需要”或“不需要”）M?m條件。不需要未平衡摩擦力；細(xì)線與木板不平行；開始試驗(yàn)時,小車離打點(diǎn)計時器太遠(yuǎn)不再需要用將砂和砂桶重力作為細(xì)線拉力33/44三、備選訓(xùn)練4.備選訓(xùn)練34/44【備選訓(xùn)練】

某同學(xué)設(shè)計了一個探究小車加速度a與小車所受拉力F及質(zhì)量m關(guān)系試驗(yàn)，圖(a)為試驗(yàn)裝置簡圖．(所用交流電頻率為50Hz)(1)為了研究加速度和質(zhì)量關(guān)系，在試驗(yàn)中必須采取控制變量法，應(yīng)保持________不變,用砂桶及砂所受重力作為______________，圖(b)為某次試驗(yàn)得到紙帶，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖，圖中相鄰計數(shù)點(diǎn)之間還有4個點(diǎn)未畫出，依據(jù)紙帶可求出小車加速度大小為________m/s2.(保留三位有效數(shù)字)(2)在此次試驗(yàn)中，試驗(yàn)小組經(jīng)過改變小車質(zhì)量共做了8組試驗(yàn)，得到下表所表示試驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析表中數(shù)據(jù)，你得出結(jié)論是：__________________________________________________________.

拉力F小車所受拉力0.64在小車所受外力不變條件下,加速度與質(zhì)量成反百分比關(guān)系35/44現(xiàn)需經(jīng)過圖象深入驗(yàn)證你結(jié)論，可利用表格數(shù)據(jù)作圖，應(yīng)在坐標(biāo)紙中畫出________圖線．(3)在某次試驗(yàn)中為研究加速度和力關(guān)系，依據(jù)測得多組數(shù)據(jù)可畫出a-F關(guān)系圖線，如圖所表示．此圖線AB段顯著偏離直線，造成此誤差主要原因是(

)．A．小車與木板之間存在摩擦B．木板保持了水平狀態(tài)C．所掛砂桶及砂總質(zhì)量太大D．所用小車質(zhì)量太大試驗(yàn)序號12345678小車加速度a/m·s－20.6330.5720.4970.4180.3320.2500.1670.101小車質(zhì)量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67轉(zhuǎn)解析a-1/mC36/44轉(zhuǎn)原題37/44【備選訓(xùn)練】在探究小車加速度a與小車質(zhì)量M和小車受到外力F關(guān)系時：（1）探究加速度和力關(guān)系試驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪出a-F圖象如圖所表示,以下說法正確是

（填正確答案標(biāo)號）。A.三條傾斜直線所對應(yīng)小車質(zhì)量相等B.三條傾斜直線所對應(yīng)小車質(zhì)量不一樣C.直線1所對應(yīng)小車質(zhì)量最大D.直線3所對應(yīng)小車質(zhì)量最大（2）因?yàn)闆]有一直滿足小車質(zhì)量M遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量m關(guān)系,結(jié)果得到圖象應(yīng)是下列圖中

（填正確答案標(biāo)號）。轉(zhuǎn)解析BDD38/44轉(zhuǎn)原題39/44【備選訓(xùn)練】

某試驗(yàn)小組利用如圖甲所表示氣墊導(dǎo)軌試驗(yàn)裝置來探究協(xié)力一定時，物體加速度與質(zhì)量之間關(guān)系．(1)做試驗(yàn)時，將滑塊從圖甲所表示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器(圖中未畫出)可讀出遮光條經(jīng)過光電門1、2時間分別為Δt1、Δt2；用刻度尺測得兩個光電門中心之間距離x，用游標(biāo)卡尺測得遮光條寬度d，則滑塊經(jīng)過光電門1時速度表示式v1＝__