第節(jié)第四章2026屆高考物理沖刺復習實驗四驗證牛頓運動定律實驗四驗證牛頓運動定律課標定位1.學會控制變量法研究加速度、力和質(zhì)量。2.掌握物體運動的a-F、a-1/m圖像。3.通過圖像處理實驗數(shù)據(jù)，體驗減少系統(tǒng)誤差的操作方法。素養(yǎng)闡釋1、物理觀念：加速度、力、質(zhì)量2、科學思維：如何提出實驗方案，使用控制變量法讓實驗方案合理可行，學會“化曲為直”法研究變量間的關系。引入思考：物體的加速度a和什么有關？1、質(zhì)量2、受力例如：空載汽車從靜止加速到100km/h，只需十幾秒的時間，而滿載的貨車加速就慢的多。例如：競賽用的小汽車，質(zhì)量不很大，卻安裝著強大的發(fā)動機，可以獲得很大的加速度?？刂谱兞糠‵=ma1、加速度與力的關系：

保持小車質(zhì)量不變，通過改變槽碼的個數(shù)改變小車所受的拉力。2、加速度與質(zhì)量的關系：保持小車所受的拉力不變，增加重物改變小車的質(zhì)量。實驗方法：一、實驗原理【二、實驗器材】

打點計時器，紙帶及復寫紙，小車，一端附有滑輪的長木板，小盤和砝碼，細繩，低壓交流電源，導線，天平，刻度尺．M打點計時器可重復點擊播放！紙帶m

“驗證牛頓第二定律”實驗裝置示意圖考點一實驗原理與基本操作物理量的測量質(zhì)量的測量：可以用天平測量質(zhì)量。為了改變小車的質(zhì)量，可以在小車中增減砝碼的數(shù)量加速度的測量：將打點計時器的紙帶連在小車上，根據(jù)紙帶上打出的點來測量加速度（參考第一章的逐差法）力的測量：可以由鉤碼的重力近似作為繩子對物體拉力方案一利用小車木板以小車、打點計時器、紙帶、一端帶滑輪的長木板、細線、砝碼、鉤碼、刻度尺、天平為器材，研究小車運動。三：實驗方案從打點計時器打出的紙帶計算出小車的加速度a砝碼的總重力G當作小車受到的拉力F小車合力？

不易求出遇到困難

FNmgFf小車：研究對象，可用天平稱其質(zhì)量M.打點計時器：測量小車運動過程中的加速度a.砝碼盤和砝碼：重力mg提供拉力思考：如何測量小車受力平衡摩擦力：平衡摩擦力使繩子的拉力成為小車受到的合力F合=T當m<<M時，則槽碼的重力近似等于繩子拉力T=mgF合

=mg摩檫力一直與重力沿斜面的分力平衡，之后的實驗不用重新調(diào)整。在木板無滑輪的一端下面墊一薄木板，反復移動其位置，直到打點計時器正常工作后不掛重物的小車在斜面上做勻速直線運動為止(紙帶上相鄰點間距相等)。FNmgfmgT1.用天平測出小車的質(zhì)量。2.擺放好實驗裝置，平衡摩擦力。3.把細線系在小車上并繞過滑輪懸掛鉤碼，將車拉到打點計時器附近。4.先打開計時器電源，再釋放小車，得到紙帶，并記下鉤碼重量。5.改變鉤碼的重量，重復以上的步驟幾次。6.控制鉤碼質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量，再測幾組數(shù)據(jù)。7.設計表格，記錄實驗數(shù)據(jù)。四、實驗步驟演示實驗：探究加速度a與力F的關系演示實驗：探究加速度a與質(zhì)量m的關系F/Na/m·s-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.5五、數(shù)據(jù)處理當小車質(zhì)量不變時次數(shù)F/Na/m·s-2123450.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.751如何更直觀地處理數(shù)據(jù)？注意：使盡量多的點在直線上，不在直線上的點應對稱分布在直線的兩側，誤差較大的舍去.在質(zhì)量一定時，物體加速度的大小跟它受到的拉力成正比。m/kga/ms-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2次數(shù)m/kga/m.s-212345/kg-12.502.001.331.000.83a/m·s-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5/kg-1m10.4000.8610.5000.6920.7500.4701.0000.3521.2000.290當拉力不變時m1“化曲為直”的方法:a與m不成正比關系，怎么研究？以a為縱坐標，以為橫坐標，作出

圖像，若圖像是一條直線，說明a與成正比，即a與m成反比.在拉力一定時，物體的加速度大小跟它的質(zhì)量成反比。FaOaOmm1實驗結論在質(zhì)量一定時，物體加速度的大小跟它受到的拉力成正比，即a∝F

六、誤差分析產(chǎn)生原因減小方法偶然誤差

質(zhì)量測量不準、計數(shù)點間距測量不準多次測量求平均值小車所受拉力測量不準①準確平衡摩擦力②使細繩和紙帶平行于木板系統(tǒng)誤差作圖不準使盡可能多的點落在直線上或均勻分布在兩側，誤差較大的點舍去托盤及重物的總重力代替小車所受的拉力使托盤和重物的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量誤差分析?實驗原理不完善造成誤差：小盤及盤中砝碼的總質(zhì)量越小，誤差越小。圖說明拉力F很大時，AB段明顯偏離直線，即所掛小盤及盤中砝碼的總質(zhì)量不滿足遠小于小車和車中砝碼的總質(zhì)量的條件。?平衡摩擦力不準造成誤差：實驗原理中設定為光滑水平面情形，所以實驗中應平衡摩擦力，若未平衡摩擦力或平衡不當就會帶來系統(tǒng)誤差。如出現(xiàn)圖中的直線①，說明平衡摩擦力過度了。若出現(xiàn)圖中的直線②，說明平衡摩擦力不夠。七、注意事項?平衡摩擦力時不要掛小盤，平衡摩擦力后，不管以后是改變小盤中重物的質(zhì)量，還是改變小車上所加砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力。?實驗時要先接通電源后放開小車。?實驗中必須滿足小車和小車上所加砝碼的總質(zhì)量遠大于重物和小盤的總質(zhì)量。只有如此，重物和小盤的總重力才可視為與小車受到的拉力相等。?每次開始時小車應盡量靠近打點計時器(或盡量遠離帶滑輪的一端)，且在小車到達滑輪前應按住小車。?作圖線時，要使盡可能多的點落在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側，離直線較遠的點應該舍去不予考慮。以本實驗為背景，通過改變實驗條件、實驗儀器設置題目，不脫離教材而又不拘泥教材，體現(xiàn)開放性、探究性、設計性等特點。實驗的改進與創(chuàng)新視角1實驗器材的改進光電門數(shù)字計時器氣墊導軌視角2數(shù)據(jù)測量的改進視角3實驗的拓展延伸進以“驗證牛頓運動定律”為背景測量物塊與木板間的動摩擦因數(shù)。其他方案2：位移比較法由于兩小車同時啟動、同時停止，故運動時間相同，兩小車移動的距離為：轉(zhuǎn)化為測位移【例1】在“探究加速度和力、質(zhì)量的關系”實驗中，采用如圖所示的裝置圖進行實驗：(1)實驗中，需要在木板的右端墊上一個小木塊，其目的是__________________.(2)實驗中,已經(jīng)測出小車的質(zhì)量為M，砝碼(包括砝碼盤)的總質(zhì)量為m，若要將砝碼(包括砝碼盤)的總重力大小作為小車所受拉力F的大小,這樣做的前提條件是________________。(3)在實驗操作中，下列說法正確的是_________(填序號)。平衡摩擦力m?MBD轉(zhuǎn)解析轉(zhuǎn)原題【變式訓練1】在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”時采用如圖所示的實驗裝置,小車及車中砝碼質(zhì)量為M,砂桶及砂的質(zhì)量為m。(1)若已平衡摩擦力,在小車做勻加速直線運動過程中,繩的張力大小FT＝____________,當M與m的大小滿足________時,才可認為繩子對小車的拉力大小等于砂和砂桶的重力.(2)某同學在保持砂和砂桶質(zhì)量m一定的條件下，探究小車加速度a與質(zhì)量M的關系，其具體操作步驟如下，則做法合理的有(

)A．平衡摩擦力時，砂桶應用細線通過定滑輪系在小車上且小車后面的紙帶也必須連好B．每次改變小車質(zhì)量M時，都需要重新平衡摩擦力C．實驗時，先接通計時器的電源，再放開小車C．實驗時，先接通計時器的電源，再放開小車D．用天平測出m及M，直接用公式a＝mg/M求出小車運動的加速度(3)某同學在保持小車及車中砝碼質(zhì)量M一定的條件下,探究小車加速度a與所受外力F的關系時,由于操作不當?shù)玫絘－F圖線如圖示,試分析圖線不過原點的原因是________________,圖線上部彎曲的原因是______________。轉(zhuǎn)解析mg/(1+m/M)m?MC木板的傾角太大未滿足M?m轉(zhuǎn)原題【例2】

某一小組的同學用如圖示裝置做“探究物體質(zhì)量一定時，加速度與力的關系”的實驗。(1)下列說法正確的有________。A．平衡摩擦力時，用細線一端掛空砝碼盤，另一端與小車相連，將木板適當傾斜，使小車在木板上近似做勻速直線運動B．每次改變砝碼及砝碼盤總質(zhì)量之后，應重新平衡摩擦力C．應讓砝碼及砝碼盤總質(zhì)量遠大于小車及里面鉤碼的總質(zhì)量D．砝碼及砝碼盤總質(zhì)量遠小于小車及里面鉤碼總質(zhì)量時，可以近似認為小車受到的拉力等于砝碼及砝碼盤的重力D考點二實驗數(shù)據(jù)處理與誤差分析

此處表明，拉力為零時，小車已經(jīng)具有一定的加速度，平衡摩擦力過度.(2)圖為實驗中按規(guī)范操作打出的一條紙帶的一部分。從比較清晰的點跡起，在紙帶上標出了連續(xù)的5個計數(shù)點A、B、C、D、E，相鄰兩計數(shù)點之間都有4個計時點沒有標出，用刻度尺分別測量出A點到B、C、D、E的距離如圖5所示，已知打點計時器接在頻率為50Hz的交流電源上，則此次實驗中小車運動加速度的測量值a＝______m/s2。(結果保留兩位有效數(shù)字)(3)某同學平衡摩擦力后，改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，分別測量出小車的加速度a。以砝碼盤及砝碼的重力F為橫坐標，以小車的加速度a為縱坐標，得到如圖所示的a－F圖線，則圖線不通過坐標原點的主要原因是___________________。轉(zhuǎn)解析1.2平衡摩擦力過度轉(zhuǎn)原題【例3】（2014·新課標全國卷Ⅰ,22）某同學利用圖(a)所示實驗裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對應關系圖,如圖(b)所示。實驗中小車(含發(fā)射器)的質(zhì)量為200g,實驗時選擇了不可伸長的輕質(zhì)細繩和輕定滑輪,小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計算機得到。回答下列問題：（1）根據(jù)該同學的結果,小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成

(填“線性”或“非線性”)關系。（2）由圖(b)可知,a-m圖線不經(jīng)過原點,可能的原因是

。（3）若利用本實驗裝置來驗證“在小車質(zhì)量不變的情況下,小車的加速度與作用力成正比”的結論,并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力,則實驗中應采取的改進措施是:_____________________________,鉤碼的質(zhì)量應滿足的條件是:___________________。

非線性存在摩擦力調(diào)整軌道傾斜度以平衡摩擦力遠小于小車質(zhì)量轉(zhuǎn)解析轉(zhuǎn)原題實驗中的幾個注意點1．實驗方法：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的點．不重復平衡摩擦力.3．實驗條件：小車重力M?小盤和砝碼的總重力m．4．一先一后一按?。好看伍_始時小車盡量靠近打點計時器,先接通電源,后放開小車,在到達滑輪前按住小車.5．作圖：兩軸標度比例要適當．各量須采用國際單位.規(guī)律方法課堂小結探究小車的加速度a與合力F、小車質(zhì)量m之間的關系：控制變量法，逐差法求加速度Δx=aT2方便求合力的處理方法：平衡摩擦力，m<<M化曲為直的數(shù)據(jù)處理方法結論：M一定時

F一定時【課堂檢測1】某同學用如圖1所示的實驗裝置驗證牛頓第二定律．（1）本實驗應用的實驗方法是__________A．控制變量法B．假設法C．理想實驗法D．等效替代法（2）為了驗證加速度與合外力成正比，實驗中必須做到__________（多選）A．實驗前要平衡摩擦力B．每次都必須從相同位置釋放小車C．拉小車的細繩必須保持與軌道平行D．拉力改變后必須重新平衡摩擦力AAC【課堂檢測2】圖為“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”實驗中用打點計時器打出的一條較理想的紙帶，紙帶上A、B、C、D、E、F、G為七個相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為0.1s，各計數(shù)點間距離如圖中所示，單位是cm．小車的加速度是多少？【課堂反饋3】如圖所示,某同學做探究“加速度與力、質(zhì)量的關系”實驗時，電磁已接通電源正要釋放紙帶。請你指出該同學的五個差錯：答案①要使用交流電源②打點計時器應放到木板的右端③應使小車左端的線與木板平行④小車應靠近打點計時器⑤應墊高右端平衡摩擦力【課堂檢測4】

如圖是某些同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的圖象，下列說法中正確的是()A．形成圖甲的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大B．形成圖乙的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過小C．形成圖丙的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大D．形成圖丁的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過小AD【課堂反饋5】在驗證“質(zhì)量一定，加速度a與合外力F的關系”時，某學生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了如圖3所示的a-F圖像，其中圖線不過原點并在末端發(fā)生了彎曲，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能有（）BDA.在平衡摩擦力時，木板一端墊起的高度偏大B.在平衡摩擦力時，木板一端墊起的高度偏小C.重物的總質(zhì)量m遠小于車和砝碼的總質(zhì)量MD.重物的總質(zhì)量m不遠小于車和砝碼的總質(zhì)量M1.如圖所示是“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”實驗裝置。（1）下圖是實驗時平衡阻力的情形，其中正確的是

（選填