全国通用版2018_2019高中物理第四章牛顿运动定律微型专题实验：验证牛顿第二定律学案新人教版必修

实验四： 验证牛顿运动定律, 注意事项1．平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，且要让小车拖着纸带匀速运动。

2．实验条件：小车的质量M 远大于小盘和砝码的总质量m 。

3．操作要领：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达定滑轮前按住小车。

误差分析1．因实验原理不完善引起误差。

以小车、小盘和砝码整体为研究对象得mg ＝(M ＋m )a ；以小车为研究对象得F ＝Ma ；求得F ＝M M ＋m ·mg ＝11＋m M·mg ＜mg ，本实验用小盘和砝码的总重力mg 代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。

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起误差。

考点一 教材原型实验考向1 实验原理与实验操作(2019·广东实验中学月考改编)某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系。

(1)实验中除了需要小车、砝码、托盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、两根导线、复写纸、纸带之外，还需要________、________。

(2)下列做法正确的是________。

A ．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行B ．在调节木板倾斜角度平衡小车受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的托盘通过定滑轮拴在小车上C ．实验时，先放开小车再接通打点计时器的电源D ．通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度E ．用托盘和盘内砝码的重力作为小车和车上砝码受到的合外力，为减小误差，实验中一定要保证托盘和砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量(3)某同学以小车和车上砝码的总质量的倒数1M为横坐标，小车的加速度a 为纵坐标，在坐标纸上作出的a -1M关系图线如图甲所示。

实验：验证牛顿运动定律1・下图为“验证牛顿笫二定律”的实验装置简图，实验仪器名称已标在图中.(1)实验中还需要的仪器有：___________ 、 __________ 、 _________ 、__________ 、_________ 等.(2)请你指出该装置中的错误或不妥Z处：①__________________________ ;②__________________________ :③__________________________ .2.(2012-深圳模拟)在探究物体的加速度。

与物体所受外力F、物体质量M间的关系时, 采用如下图所示的实验装置.小车及车中的祛码质量用M表示，盘及盘中的祛码质量用加表示.打点计时器(1)当M与m的大小关系满足________ 时，才叮以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和舷码的重力.(2)某一组同学先保持盘及盘中的耘码质量m一定来做实验，其具体操作步骤如下，下列做法正确的是_______ ・A.平衡摩擦力时，应将盘及盘中的祛码用细绳通过定滑轮系在小车上B.每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力C.实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源D.用天平测出加以及小车质量M,小车运动的加速度可直接用公式°=影求出(3)另两组同学保持小车及车中的舷码质量M—定，探究加速度a与所受外力F的关系, 由于他们操作不当，这两组同学得到的a~F关系图象如下图所示，其原因是3. （201b 重庆理综）某同学设计了如图所示的装置，利用米尺、秒表、轻绳、轻滑轮、轨道、滑块、托盘和舷码等器材來测定滑块和轨道间的动摩擦因数从滑块和托盘上分别放有 若干祛码,滑块质量为M,滑块上祛码总质量为m f,托盘和盘中祛码的总质量为”实验的运动学公式是 ________ （2） 根据牛顿运动定律得到。

与加的关系为：as,；］"驚）他想通过多次改变跆 测出相应的a 值，并利用上式来计算“.若要求a 是加的一次函数，必须使上式中的 _________ 保持不变，实验屮应将从托盘屮取出的祛码置于 ________ .（3） ________________________________________________ 实验得到67与加的关系如图所示，由此可知” = _______________________________________ （取两位有效数字）.计算a屮，滑块在水平轨道上从/到B 做初速为零的匀加速直线运动，重力加速度g 取10m/s 2. 与 _______4.（2013-佛山模拟）实验小组利用拉力传感器來验证牛顿第二定律，实验装置如下图所示.他们将拉力传感器固定在小车上，用不可仲长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到的拉力F的大小；小车后面固定一打点计吋器，通过拴在小车上的纸带，可测量小车匀加速运动的速度与加速度.（1）若交流电的频率为50 Hz,则根据下图所打纸带的打点记录，小车此次运动经B 点时的速度如= ___________ m/s,小车的加速度Q =（单位:cm ） C • •3.278.00（2） 要验证牛顿第二定律，除了前面提及的器材及已测出的物理量外，实验中还要使 用 _______ 来测量出 _______ ■（3） （双选）由于小车所受阻力/的大小难以测量，为了尽量减小实验的误差，需尽可能 降低小车所受阻力/的影响，下列采取的措施屮必要的是 _________ ・A. 适当垫高长木板无滑轮的一端，使未挂钩码的小车被轻推后恰能拖着纸带匀速下滑B. 应使钩码总质量m 远小于小车（加上传感器）的总质量MC. 定滑轮的轮轴要尽量光滑D. 适当增大钩码的总质量加5. （2012-揭阳模拟）如图甲所示为“用DIS （位移传感器、数据釆集器、计算机）研究加 速度和力的关系”的实验装置.位移传廉器（发射器） 位移传感器（接收器）—n 鏡道 甲 乙（1） _______________________________________ 在该实验中必须采用控制变量法，应保持 __________________________________________ 不变，用钩码所受的重力作为小车 所受外力，用DIS 测小车的加速度.m/s 2.（2）改变所挂钩码的数量，多次重复测量.在某次实验中根据测得的多组数据可画出Q—F关系图象（如图乙所示）.分析此图象的OA段可得出的实验结论是_____________ ・（3）此图象的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是（）A.小车与轨道之间存在摩擦B.导轨保持了水平状态C.所挂钩码的总质量太人D・所用小车的质量太大6.某同学利用图甲装置來探究小车所受的空气阻力与小车速度的定性关系.薄片甲(1)安装薄片前，为了消除长木板对小车的摩擦力的影响，应使木板____________________ 的一端适当垫高，使具有一定速度的小车在没有连接________________________ 的情况下保持匀速直线运动状态.(2)平衡摩擦力后，在小车上安装一薄片，让磁码盘与砥码带动小车加速运动，打下如图乙所示的一条纸带，每两个计数点之间的吋间间隔为0.1 s,由此可计算出第5个计数点的速度为^5= _______ m/s.(保留2位有效数字)"1 2~~3 4 5 6 7 P• ••••••* ♦[丿| 单位:cm I<——48.5——-----------------96.0-----------------J乙该同学还对其他点的速度进行了计算，得到其他6个点的速度，然后通过描点做出如图丙所示的e —1图象，则市该图象可得出的结论为__________________________________参考答案1.(1)天平(带一套硅码)沙耘码毫米刻度尺作图纸(2)①电源电压应为4〜6 V ②应平衡摩擦力③小车应靠近打点计时器2.解析：(1)实验中的实际加速度为八龙蔦，实验时把加g当成对M的拉力，即忽略加对加速度的影响，使加速度约为a =器，显然需777《M・⑵平衡摩擦力的实质是，让重力的下滑分力与摩擦力平衡，即：Mgshx e = yMgcos e①，只需将纸带挂上，不需施加其他外力，A 错误；由①式可知B正确；每次实验时应先接通打点计时器的电源，再放开小车，C错误; 小车的加速度应由小车后面拖动的纸带上打出的点计算出来，D错误.(3)从题图可以看到，有了一定的拉力而加速度为零，显然没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够.答案：(1)〃《M (2)B (3)没有平衡摩擦力或木板的倾角过小3・解析：(1 )在初速度为零的匀加速直线运动中共有s、t、a.e四个常用量.欲测加速度°则必须测出s、7、e中的任意两个，但是速度e不容易直接测量，故须测出位移s和时间t、再根据a =亨求a.(1 +⑵把f+防+於一刚与一次函数厂也+ b相对应’当与k相对应的(1 +“二:亠、为定值，即加'+加保持不变时，Q是加的一次函数.实验时只需将袪码从托M + (m + m)盘中取出并置于滑块上即可达到目的答案:(1)位移s时间t a=Y (2) m f +m滑块上(3)0.23(0.21-0.25 均可)4.解析：(1)5点为AC中间时刻，由匀变速运动的规律可得v B= u AC =零、其中T=0.02X5 = 0.1 (s),代入可求得 % = 0.40 m/s;加速度a = Sbc^AB = 1.46 m/s2.(2)牛顿第二运动定律需要验证F=ma,可见除测出牵引力和加速度外，还需要天平测出小车的质量.(3)为减小小车所受的摩擦，可以适当垫高长木板无滑轮的一端，使未挂钩码的小车被轻推后恰能拖着纸带匀速下滑；本实验拉力传感器已经测出小车所受的拉力，故没有必要保证使钩码总质量m远小于小车(加上传感器)的总质量M以及保证滑轮轮轴尽量光滑；但是为保证打点计时器打点清晰，便于测量与计算，需要适当增大钩码的总质量昭故A、D选项正确.答案：(1) 0.40 1.46 (2)天平小车总质量(或小车质量)(3) AD5.解析：(1)由牛顿第二定律可知，加速度与力、质量有关，要想研究加速度与力的关系，就必须保持质量不变；(2)乙图中图线04段反映了加速度随力变化的关系；(3)因为本实验用钩码所受的重力作为小车所受的外力，是在“钩码质量远小于小车质量”的情况下，因此力3段明显偏离直线，表明上述条件不再成立.所以C正确.答案：⑴小车的总质量(或：小车的质量)⑵在质量不变的条件下，加速度与合外力成正比(3)C6.解析：⑵血‘％。

验证牛顿运动定律教材实验及实验创新牛顿运动定律是关于运动物体的研究中最为基础和重要的定律之一。

它对于揭示物体运动规律和解释各种自然现象有着重要的意义。

在物理实验中，验证牛顿运动定律是一项必不可少的内容。

本文将介绍一些常见的验证牛顿运动定律的实验及实验创新。

1. 牛顿第一定律实验：惯性球实验牛顿第一定律也称为惯性定律，它的核心思想是当物体处于静止状态或匀速直线运动状态时，物体会保持这种状态，直到受到外力的作用而改变它的运动状态。

惯性球实验就是一种经典的验证牛顿第一定律的实验。

该实验的操作流程如下：1) 准备一根光滑的坡道，把其中一端用胶带固定在桌面上。

2) 在坡道的另一端放置一个圆球。

3) 将圆球从坡上推下，观察球的运动状态。

如果将圆球推动到起点后，球沿着坡道直线滑下，球运动速度不变，且因为没有外力作用，球将一直向前滑行，直到碰到桌面止住，这便是牛顿第一定律的实验验证。

实验结果表明，初速度为零的物体可以保持静止状态，也可以保持匀速运动状态。

实验创新：改变坡道的倾角、加入风的影响等条件，让学生观察物体的改变，探究牛顿第一定律的实验现象更加全面。

牛顿第二定律与加速度有关，它是描述物体如何受到一个力作用而产生加速度的定律，它的公式为F=ma，即施加的力F等于物体质量m与物体加速度a的乘积。

加速运动实验是验证牛顿第二定律的常见实验。

1) 准备一个平滑的水平桌面，放置一个光滑的滑轮。

2) 用一个绳子把重物绑在滑轮上方，另一端把绳子绕在光滑的水平细杆上。

3) 在光滑细杆的前端放置一个光滑斜面，将重物从斜面上释放，观察物体在滑轮上的运动情况。

实验结果表明，当物体从斜面上滑落时，因重力作用而产生向下的加速度，经过滑轮转动后，重力方向已经改变，这时需要施加另一个向上的力才能保证物体不会继续下降，从而验证了牛顿第二定律。

牛顿第三定律是关于物体相互作用的定律，它表明任何两个物体相互作用时，第一个物体对第二个物体施加的力与第二个物体作用于第一个物体的力大小相等，方向相反。

实验4　验证牛顿运动定律　一、实验目的1.学会用控制变量法研究物理规律。

2.探究加速度与力、质量的关系。

3.掌握利用图像处理数据的方法。

二、实验原理1.保持质量不变,探究加速度跟合外力的关系。

2.保持合外力不变,探究加速度与质量的关系。

3.作出a-F图像和a- 图像,确定其关系。

三、实验器材打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码、薄木块。

四、实验步骤1.称量质量——用天平测量小盘的质量m1和小车的质量m2。

2.安装器材——按照如图所示装置把实验器材安装好,只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)。

3.平衡摩擦力——在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,反复移动薄木块的位置,直至小车能拉着纸带匀速下滑。

4.测量加速度(1)保持小车的质量不变,把小车靠近打点计时器,挂上小盘和砝码,先接通电源,再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑,打出一条纸带。

计算小盘和砝码的重力,即为小车所受的合力,由纸带计算出小车的加速度,并把力和对应的加速度填入表(一)中。

改变小盘内砝码的个数,并多做几次。

(2)保持小盘内的砝码个数不变,在小车上放上砝码改变小车的质量,让小车在木板上滑动打出纸带。

计算砝码和小车的总质量,并由纸带计算出小车对应的加速度,并将所对应的质量和加速m度填入表(二)中。

改变小车上砝码的个数,并多做几次。

五、数据处理1.计算加速度——先在纸带上标明计数点,测量各计数点间的距离,根据逐差法计算各条纸带对应的加速度。

2.作图像找关系——根据记录的各组对应的加速度a与小车所受牵引力F,建立直角坐标系,描点画a-F图像,如果图像是一条过原点的倾斜直线,便证明加速度与作用力成正比;根据记录的各组对应的加速度a与小车和砝码总质量m,建立直角坐标系,描点画a-图像,如果图像是一条过原点的倾斜直线,就证明了加速度与质量成反比。

六、误差分析1.测量误差(1)质量的测量。

验证牛顿运动定律教材实验及实验创新牛顿运动定律是物理学中的基本定律之一，描述了物体运动的基本规律。

牛顿运动定律可以通过实验来验证，并且可以通过实验创新来进一步深化对该定律的理解。

本文将介绍牛顿运动定律的教材实验及实验创新。

一、教材实验1. 牛顿第一定律实验牛顿第一定律也称惯性定律，它指出如果物体没有受到外力作用，它将保持静止或匀速直线运动的状态。

为了验证这一定律，可以进行以下实验：实验材料：- 平滑水平桌面- 小球- 弹簧测力计实验步骤：1）将平滑水平桌面放在水平台上，用水平仪调整确保水平。

2）在桌面上放置小球，并在其上方悬挂弹簧测力计。

3）用手指使小球处于静止状态，记录此时弹簧测力计的读数。

4）发力使小球做匀速运动，同样记录此时弹簧测力计的读数。

实验结果：根据实验结果可以发现，当小球静止时，弹簧测力计的读数为零；当小球做匀速运动时，弹簧测力计的读数也为零。

这就验证了牛顿第一定律的内容：物体在没有受到外力作用时，会保持其运动状态。

实验步骤：1）在平滑水平轨道上放置小车，并在其上方悬挂弹簧测力计。

2）在小车上安装计时器，用于测量小车的加速度。

3）对小车施加不同大小的力，记录相应的加速度和作用力。

实验结果：通过实验可以得到一组数据，其中包括小车的质量、受到的作用力、以及加速度。

通过对这些数据的分析和计算，可以验证牛顿第二定律。

实验结果应当符合公式 F=ma，即作用力与加速度成正比，与物体质量成反比。

3. 牛顿第三定律实验牛顿第三定律描述了任何一种作用力都有一个相等且反向的反作用力。

为了验证这一定律，可以进行以下实验：二、实验创新除了以上教材实验外，还可以通过实验创新来深化对牛顿运动定律的理解，以下是一些实验创新的想法：1. 利用传感器进行实时数据采集在进行牛顿第二定律实验时，可以利用加速度传感器和力传感器来实时采集小车的加速度和受到的作用力数据，通过计算机软件对数据进行分析和处理，进一步验证牛顿第二定律。