實(shí)驗(yàn)四驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)會(huì)運(yùn)用控制變量法研究物理規(guī)律.(2)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系.(3)會(huì)運(yùn)用圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).2.實(shí)驗(yàn)原理

用控制變量法探究加速度a與力F、質(zhì)量M的關(guān)系.可以先保持F不變，研究a和M的關(guān)系；再保持M不變，研究a和F的關(guān)系.3.實(shí)驗(yàn)器材

帶定滑輪的長(zhǎng)木板、低壓交流電源、復(fù)寫紙片和紙帶、小車、小盤、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、天平、砝碼、刻度尺、導(dǎo)線等.4.實(shí)驗(yàn)步驟(1)測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出小車的質(zhì)量M，小盤和砝碼的總質(zhì)量m.(2)放長(zhǎng)木板：按圖把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，先不要把懸掛小盤的細(xì)繩系在車上.(3)平衡摩擦力：在木板的一端下面墊一薄木塊，移動(dòng)薄木塊的位置，直至小車拖著紙帶在斜面上做勻速運(yùn)動(dòng).(4)打點(diǎn)：小盤繞過滑輪系于小車上，先接通電源后放開小車.打完點(diǎn)后，先切斷電源，再取下紙帶.(5)重復(fù)：保持小車的質(zhì)量M不變，改變砝碼和小盤的總質(zhì)量m，重復(fù)步驟(4)五次.(6)求a：在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，計(jì)算加速度a.(7)作a-F的圖像：若圖像為一過原點(diǎn)的直線，證明加速度與力成正比.5.注意事項(xiàng)

(1)平衡摩擦力中的“不重復(fù)”：平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力.

(2)操作中的“一先一后一按”：每次開始時(shí)小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并先接通電源，后放開小車，且應(yīng)在小車碰到滑輪前按住小車.

(3)作圖中的“擬合與舍棄”：要使盡可能多的點(diǎn)在一條直線上，不在直線上的點(diǎn)也要盡可能均勻地分布在直線的兩側(cè)，遇到個(gè)別偏差較大的點(diǎn)應(yīng)舍去.求得F＝m·mg<mg.

6.誤差分析

(1)因?qū)嶒?yàn)原理不完善引起誤差.以小車、小盤和砝碼組成的整體為研究對(duì)象，得mg＝(M＋m)a；以小車為研究對(duì)象，得F＝Ma；

MM＋m

1·mg＝ 1＋

M

本實(shí)驗(yàn)用小盤和盤中砝碼的重力mg代替小車所受的拉力，而實(shí)際上小車所受的拉力要小于小盤和盤中砝碼的重力.小盤和砝碼的總質(zhì)量越小，由此引起的誤差就越小.(2)摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)產(chǎn)生誤差.考點(diǎn)實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)步驟【典題1】(2023

年廣東廣州月考)某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系.

(1)把木板的一側(cè)墊高，調(diào)節(jié)木板的傾斜度，使木塊在不受牽引力時(shí)能拖動(dòng)紙帶沿木板勻速運(yùn)動(dòng).此處采用的科學(xué)方法是_____.A.理想化模型法B.阻力補(bǔ)償法C.等效替代法D.控制變量法

B.為使砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于木塊運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的拉力，應(yīng)滿足的條件是砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于木塊和木塊上砝碼的總質(zhì)量C.調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳緣K的細(xì)繩與長(zhǎng)木板保持平行D.通過增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時(shí)，需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度(2)下列做法正確的是______.A.實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開木塊再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源

(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)改變砝碼桶內(nèi)砝碼的質(zhì)量，分別測(cè)量木塊在不同外力作用下的加速度.根據(jù)測(cè)得的多組數(shù)據(jù)畫出a-F關(guān)系圖像，如圖所示.此圖像的AB段明顯偏離直線，造成此現(xiàn)象的主要原因可能是______.A.木塊與平面軌道之間存在摩擦B.平面軌道傾斜角度過大C.所用木塊的質(zhì)量過大D.所掛的砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量過大

(4)某同學(xué)結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)知識(shí)用自制的“滴水計(jì)時(shí)器”來研究小車在水平桌面上運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力大小.如圖甲所示，將該計(jì)時(shí)器固定在小車旁，用手輕推一下小車，在小車的運(yùn)動(dòng)過程中滴水計(jì)時(shí)器間隔相等時(shí)間滴下小水滴.圖乙記錄了桌面上連續(xù)5個(gè)水滴的位置.已知滴水計(jì)時(shí)器每10s滴下25個(gè)小水滴，小車的總質(zhì)量為2.4kg.甲乙

經(jīng)分析可得小車的加速度大小為_____m/s2，若忽略滴水對(duì)小車質(zhì)量的影響，則小車受到的阻力大小為______N.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)

解析：(1)把木板的一側(cè)墊高，調(diào)節(jié)木板的傾斜度，使木塊重力沿木板向下的分力大小等于摩擦力，即木板在不受牽引力時(shí)能拖動(dòng)紙帶沿木板勻速運(yùn)動(dòng)，此處采用的科學(xué)方法是阻力補(bǔ)償法，B正確.

(2)調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳緣K的細(xì)繩與長(zhǎng)木板保持平行，使木塊能沿砝碼桶拉力作用下做勻加速運(yùn)動(dòng)，以減小實(shí)驗(yàn)誤差，C正確.

(3)由以上分析可知，當(dāng)木塊與平面軌道之間存在摩擦，平面軌道傾斜角度過大，所用木塊的質(zhì)量過大，都不會(huì)影響a-F關(guān)系圖，AB段明顯偏離直線，ABC錯(cuò)誤.當(dāng)所掛的砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量太大時(shí)，則有木塊所受的合外力F合＝T＝Ma＝

MM＋mmg＝

11＋

mM總質(zhì)量接近木塊及木塊上砝碼的總質(zhì)量時(shí)，木塊受到的合外力小于砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力，木塊的加速度就不成線性增大，實(shí)驗(yàn)誤差增大，則有a-F圖像的AB段明顯偏離直線，D正確.mg，造成此現(xiàn)象的主要原因可能是當(dāng)砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的

答案：(1)B

(2)C

(3)D

(4)0.14

0.34易錯(cuò)提醒(1)探究加速度與力的關(guān)系：根據(jù)多組(a，F(xiàn))數(shù)據(jù)作出a-F圖像. ①理想圖像.

圖像是一條過原點(diǎn)的直線，可判斷a∝F. ②實(shí)際情況分析.

當(dāng)m不再遠(yuǎn)小于M時(shí)，圖像向下彎曲.(2)探究加速度與質(zhì)量關(guān)系：根據(jù)多組(a，M)數(shù)據(jù)作出a-M和①理想圖像.②實(shí)際情況分析.創(chuàng)新角度實(shí)驗(yàn)裝置圖拓展創(chuàng)新解讀實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新1.通過傳感器測(cè)量拉力的大小，減小系統(tǒng)誤差.2.使用氣墊導(dǎo)軌減小摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，用光電門測(cè)量滑塊的加速度創(chuàng)新角度實(shí)驗(yàn)裝置圖拓展創(chuàng)新解讀實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新通過實(shí)驗(yàn)測(cè)動(dòng)摩擦因數(shù)或滑動(dòng)摩擦力的大小，與探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系不同，本實(shí)驗(yàn)是應(yīng)用牛頓第二定律，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析或計(jì)算動(dòng)摩擦因數(shù)或滑動(dòng)摩擦力(續(xù)表)考向1利用力傳感器或彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量拉力的大小

【典題2】(2022

年山東卷)在天宮課堂中，我國(guó)航天員演示了利用牛頓第二定律測(cè)量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn).受此啟發(fā)，某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌、力傳感器、無線加速度傳感器、輕彈簧和待測(cè)物體等器材設(shè)計(jì)了測(cè)量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)，如圖所示.主要步驟如下： ①將力傳感器固定在氣墊導(dǎo)軌左端支架上，加速度傳感器固定在滑塊上.②接通氣源，放上滑塊，調(diào)平氣墊導(dǎo)軌.

③將彈簧左端連接力傳感器，右端連接滑塊.彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)滑塊左端位于O點(diǎn).A點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為5.00cm，拉動(dòng)滑塊使其左端處于A點(diǎn)，由靜止釋放并開始計(jì)時(shí).④計(jì)算機(jī)采集獲取數(shù)據(jù)，得到滑塊所受彈力F、加速度a隨時(shí)間t變化的圖像，部分圖像如圖1所示.圖1圖

2回答以下問題：(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)(1)彈簧的勁度系數(shù)為________N/m.

(2)該同學(xué)從圖1中提取某些時(shí)刻F與a的數(shù)據(jù)，畫出a-F圖像如圖2中圖線Ⅰ所示，由此可得滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量為________kg.

(3)該同學(xué)在滑塊上增加待測(cè)物體，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，在圖中畫出新的a-F圖像如圖中圖線Ⅱ所示，則待測(cè)物體的質(zhì)量為________kg.

解析：(1)由題知，彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)滑塊左端位于O點(diǎn)，A點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為5.00cm.拉動(dòng)滑塊使其左端處于A點(diǎn)，由靜止釋放并開始計(jì)時(shí).結(jié)合F-t圖有Δx＝5.00cm，F(xiàn)＝0.610N，

(2)根據(jù)牛頓第二定律有F＝ma，則a-F圖像的斜率為滑塊與＝5kg-1，則滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量為m＝0.20kg.m′＝0.33kg，待測(cè)物體的質(zhì)量Δm＝m′－m＝0.13kg.

答案：(1)12

(2)0.20

(3)0.13考向2利用光電門測(cè)量速度的大小

【典題3】(2023

年廣東深圳開學(xué)考)為探究物體加速度a與外力F和物體質(zhì)量M的關(guān)系，研究小組的同學(xué)們?cè)诮滩奶峁┌咐幕A(chǔ)上又設(shè)計(jì)了不同的方案，如圖所示，方案甲中在小車前端固定了力傳感器與細(xì)線相連，可以從傳感器直接讀出細(xì)線拉力.方案乙中拉動(dòng)小車的細(xì)線通過滑輪與彈簧測(cè)力計(jì)相連，從測(cè)力計(jì)示數(shù)可讀出細(xì)線拉力.方案丙中用帶有光電門的氣墊導(dǎo)軌和滑塊代替木板和小車，三種方案均以質(zhì)量為m的槽碼的重力作為動(dòng)力.甲乙

丙(1)關(guān)于上述不同實(shí)驗(yàn)方案的操作，下列說法正確的是______.A.各方案都需要使拉動(dòng)小車(滑塊)的細(xì)線與軌道平行B.在研究加速度與質(zhì)量關(guān)系的時(shí)候，需要保證槽碼的質(zhì)量不變C.甲、乙兩方案在計(jì)算加速度時(shí)必須將紙帶上打的第一個(gè)點(diǎn)作為計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量D.各方案通過作出a-M圖像即可得出加速度與質(zhì)量的關(guān)系(2)這些方案中，需要滿足M

m的是______；必須傾斜軌道以平衡摩擦力的是______.

(3)如圖所示為一次記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E、F、G為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出，小車運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)瞬時(shí)速度為________m/s，小車運(yùn)動(dòng)的加速度為________m/s2.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)

解析：(1)甲、乙兩方案在計(jì)算加速度時(shí)不一定要將紙帶上打的第一個(gè)點(diǎn)作為計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，C錯(cuò)誤.各方案通過作出

(2)這些方案中，甲中有力傳感器測(cè)量拉力，乙中有彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量拉力，則甲、乙不需要滿足M

m，但是圖丙需要滿足Mm的條件，圖丙有氣墊導(dǎo)軌，則不需要平衡摩擦力，但是甲、乙中必須傾斜軌道以平衡摩擦力.答案：(1)AB(2)丙甲、乙(3)0.250.50考向3選擇整體作為研究對(duì)象

【典題4】(2023

年廣東廣州三模)某物理興趣小組用如圖所示的裝置研究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系.帶擋光片的物體A內(nèi)有若干質(zhì)量均為m0

的小鐵片，初態(tài)時(shí)A、B系統(tǒng)剛好靜止，物體A、B的質(zhì)量相等.(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光片的寬度d，如圖所示，則擋光片的寬度d＝_______cm.(2)測(cè)量擋光片到光電門中心的距離h，將A中的1個(gè)小鐵片移到B中，由靜止釋放A，記錄擋光片的擋光時(shí)間t1.(3)將A中的2個(gè)小鐵片移到B中，在相同的初始位置由靜止釋放A，記錄擋光片的擋光時(shí)間t2.(4)多次重復(fù)，得到移動(dòng)的小鐵片的數(shù)量n和對(duì)應(yīng)的擋光時(shí)間tn.

(5)以n為橫坐標(biāo)，以____________為縱坐標(biāo)，將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)描點(diǎn)連線，若