2021版高考物理一轮复习实验四验证牛顿运动定律ppt课件

题的能力．
实验四：验证牛顿第二 定律
2．本章复习关注两点： (1)对力和运动关系的认识历程、牛顿运动 定律、惯性、作用力、反作用力的概念， 规律的理解和辨析．
(2)以生产、生活和科学实验中有关的命题
背景，考查应用牛顿运动定律分析实际问
题的能力．
高三物理一轮复习
第三章 牛顿运动定律 第1节 牛顿第一定律 牛顿第三定律
考点阐释
1．作用力与反作用力的“三同、三异、三无关”
2．应用牛顿第三定律时应注意的问题
(1)定律中的“总是”二字说明对于任何物体，在任何 条件下牛顿第三定律都是成立的．
考点二 对牛顿第三定律的理解
考点阐释
不同点
(2)牛顿第三定律说明了作用力和反作用力中，若一个产生或消失， 则另一个必然同时产生或消失．
D．摩托车转弯时，车手一方面要控制适当的速度，另一方面要 制适当的速度，另一方面要将身体稍微向
将身体稍微向里倾斜，通过调控人和车的惯性达到转弯的目的 里倾斜，调控人和车的重心位置，但整体
答案 解析
的惯性不变，选项D错误．
考点一 对牛顿第一定律的理解
题组设计
3.(2014·高考北京卷)伽利略创造的
把实验、假设和逻辑推理相结合的
用细绳把小球悬挂起来，当小球静止时，下列
说法中正确的是
()
A．小球受到的重力和细绳对小球的拉力是一 对作用力和反作用力
B．小球受到的重力和小球对细绳的拉力是一 对作用力和反作用力
C．小球受到的重力和细绳对小球的拉力是一 对平衡力
D．小球受到的重力和小球对细绳的拉力是一 对平衡力
答案 解析 图片显/隐
考
考点一 对牛顿第一定律的理解
点 考点二 对牛顿第三定律的理解

1 M
为横坐标，小车的加速度a为纵坐标，在坐标纸
上作出的a-M1 关系图线，如图所示。由图可分析得
出：加速度与质量成________关系(选填“正比”或“反比”)；图
线不过原点说明实验有误差，引起这一误差的主要原因是平衡摩擦
ห้องสมุดไป่ตู้
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2．(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。
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(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
20
(3)在合力不变的条件下，加速度与质量成反比，所以a-M1 图象 是过原点的倾斜的直线，故A正确，B、C、D错误。
21
(4)因在操作①中满足 Mgsin θ＝f＋mg， 则在操作②中，小车所受的合力大小 F合＝Mgsin θ－f＝mg， 即小车所受的合力大小等于mg， 由于小车所受的合力等于悬挂的沙和沙桶的重力，则不需要满 足沙和沙桶的质量远小于小车的总质量。 [答案] (1)C (2)需要 (3)A (4)等于 不需要
第三章 牛顿运动定律 实验四 验证牛顿运动定律
2
1 实验储备 自主回顾
3
1．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)掌握运用图象处理问题的方法。 2．实验原理 用控制变量法探究加速度a与力F、质量M的关系，可以先保持 F不变，研究a和M的关系，再保持M不变，研究a和F的关系。

2.作图象找关系：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图象,如
果图象是一条过原点的倾斜直线,便证明加速度与作用
力成正比。再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- 1 图象,如果
M
图象是一条过原点的倾斜直线,就证明了加速度与质量
下滑力仍能和总的摩擦力抵消,不需要重新调节木板倾 斜度,故D正确;通过纸带求木块加速度,要求打点计时 器在纸带上打出足够多的点,这就要求将木块放在靠近 打点计时器的位置,并且先接通打点计时器,待打点稳 定后再释放木块,故选项C错误。
(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况 下,小车的加速度与作用力成正比”的结论,并直接以 钩码所受重力mg作为小车受到的合外力,则实验中应采 取的改进措施是____________________,钩码的质量应 满足的条件是__________________________________ ______________________________________________。
(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于 木块运动时受到的拉力,应满足的条件是砝码桶及桶内 砝码的总质量__________木块和木块上砝码的总质量。 (选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)
(3)甲、乙两同学在同一实验室,各取一套 图示的装置放在水平桌面上,木块上均不 放砝码,在没有平衡摩擦力的情况下,研究 加速度a与拉力F的关系,分别得到图中甲、乙两条直线, 设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙,甲、乙用的木 块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙,由图可知, m甲____m乙,μ甲______μ乙。(选填“大于”“小于” 或“等于”)

M
斜直线，就证明了加速度与质量成反比。
【误差分析】 1.偶然误差： (1)摩擦力平衡不准确，故在平衡摩擦力时，不给小车牵引力，使打点计时器 打出的纸带点迹间隔均匀。 (2)质量测量以及计数点间距测量不准确，故要采取多次测量取平均值。 (3)作图不准确，故在描点作图时，要用坐标纸，使尽量多的点落在直线上， 不在直线上的点均匀分布两侧，舍去偶然误差较大的点。
实验四 验证牛顿运 动定律
【实验目的】 1.学会利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.学会利用图象法处理实验数据的方法。
【实验原理】
1.保持质量不变，探究加速度a与合外力F的关系。
2.保持合外力不变，探究加速度a与质量M的关系。 3.作出a-F图象和a- 1 图象，确定a与F、M的关系。
2.系统误差：因实验原理不完善引起的误差。本实验用小盘和砝码的总重力 mg代替对小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力， 故要满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量。
【注意事项】 (1)平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好 平衡小车受到的阻力。在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上， 让小车拉着打点的纸带匀速运动，不需要重复平衡摩擦力。平衡摩擦力的目 的是使绳的拉力为小车所受合力。 (2)M≫m的目的是使绳的拉力近似等于小盘和小盘内砝码的重力。 (3)小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再释放小车。
(3)保持小盘和砝码质量m不变，改变小车和砝码的总质量M，重复以上步骤， 并将所对应的质量和加速度填入表(二)中。
实验次数 1 2 3 4
表(一) 加速度a/m·s-2
小车受力F/N
实验次数
1 2 3

第四页，共40页。
误差(wùchā)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＝MM＋m·mg＝1＋1Mm·mg<mg
第五页，共40页。
本 实 验 用 小 盘 和 砝 码 的 总 重 力 mg 代 替 小 车 (xiǎochē) 的 拉 力，而实际上小车(xiǎochē)所受的拉力要小于小盘和砝码 的总重力．小盘和砝码的总质量越小于小车(xiǎochē)的质 量，由此引起的误差就越小．因此，满足小盘和砝码的总 质量远小于小车(xiǎochē)的质量的目的就是减小因实验原 理不完善而引起的误差． 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．
斜率等于小车所受的合外力，大小为 F＝04..7868 N＝0.16 N.
(2)由图象可知拉力等于零时，小车加速度不等于零，故木
板倾角过大；由牛顿第二定律 F＝ma 得 a＝F·m1 ，即图线
的斜率等于小车质量的倒数，小车质量大小为 m＝
4 2.25－0.25
kg＝2.0
kg.
第二十页，共40页。
答案 (1)a.a－m1 图象如图所示 b．在物体受外力不变时， 物体的加速度与质量成反比 C．0.16 N
实验(shíyàn)四 验证牛顿运动定律
第一页，共40页。
第二页，共40页。
注意事项 1．实验方法：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(jiē tōnɡ)电源．用手给小车一个初速度， 如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的 阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡． 3．不重复平衡摩擦力：平衡了摩擦力后，不管以后是改变小 盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需 要重新平衡摩擦力．

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解析 相邻两个计数点的时间间隔是 T＝5×1f ＝5×0.02 s＝0.10 s，采用逐差法 可得 a＝x43－T2x1＝1.45 m/s2.
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图2 (1)下列实验中相关操作正确的是__B___. A.平衡摩擦力时，应先将沙桶用细线绕过定滑轮系在小车上 B.平衡摩擦力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器 C.小车释放前应靠近打点计时器，且先释放小车后接通打点计时器的电源
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二、规律方法总结 1．数据处理 (1)利用 Δx＝aT2 及逐差法求 a. (2)以 a 为纵坐标，F 为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直 线上，说明 a 与 F 成正比． (3)以 a 为纵坐标，m1 为横坐标，描点、连线，如果该线为过原点的直线，就能判定 a 与 m 成反比．
(3)不平衡摩擦力，则 F－μmg＝ma，a＝mF－μg，图象的斜率大的木块的质量小， 纵轴截距绝对值大的动摩擦因数大，因此 m 甲<m 乙，μ 甲>μ 乙．
答案：(1)AD (2)远小于 (3)小于 大于
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【题后反思】 (1)本实验存在系统误差．细绳的拉力小于砝码及砝码桶的重力，当 砝码及砝码桶的质量远小于木块及其上的砝码总质量时，误差才可以忽略．
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(3)(多选)在实验操作中，下列说法正确的是________(填序号)． A．求小车运动的加速度时，可用天平测出小盘和砝码的质量 M′和 m′，以及小车 质量 M，直接用公式 a＝M′＋ M m′g 求出 B．实验时，应先接通打点计时器的电源，再放开小车 C．每改变一次小车的质量，都需要改变垫入的小木块的厚度 D．先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加 速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系
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3．误差分析 (1)实验原理不完善：本实验用小盘和砝码的总重力 m′g 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．
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C 实验 基础 考法
考法一 实验原理与操作 某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系．
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2021/3/2
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1.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，并要让小车拖着纸带匀速运动. 2.整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总 质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力. 3.每条纸带都必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质 量的条件下打出.只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车 受到的拉力.
实验四 验证牛顿运动定律
1.学会用控制变量法研究物理规律 2.验证牛顿第二定律 3.掌握利用图象处理数据的方法
2021/3/2
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探究加速度a与力F及质量M的关系时，应用的基本方法是控制变 量法，即先控制一个参量——小车的质量M不变，探究加速度a 与力F的关系；再控制小盘和砝码的质量不变，即力F不变，探 究加速度a与小车质量M的关系.
2021/3/2
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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.小盘和砝码的总质量 越小于小车的质量，由此引起的误差就越小.因此，满足小盘和 砝码的总质量远小于小车的质量的目的就是减小因实验原理不 完善而引起的误差.
2021/3/2
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2.摩擦力平衡不准确造成误差，在平衡摩擦力时，除了不挂小 盘外，其他的均与正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计 时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各相邻两点 间的距离相等. 3.质量的测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误 差、细绳或纸带不与木板平行等都会引起误差.
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实验原理和实验器材的分析 【例证1】(2011·浙江高考)在“探究加速度与力、质量的关 系”实验时，已提供了小车、一端附有定滑轮的长木板、纸 带、带小盘的细线、刻度尺、天平、导线.为了完成实验，还 须从图中选取实验器材，其名称是 ① ；并分别写出所选器 材的作用 ② .

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变式1 (2019·河北中原名校联盟下学期联考)在“探究加速度和力、质量的关 系”的实验中，采用如图3甲所示的装置进行实验：
(6)改变重物质量，多次重复步骤(5)，分别计算出加速度a2、a3、a4…并记录对 应的F2、F3、F4…； (7) 在 a － F 坐 标 系 中 描 点 ， 得 到 一 条 通 过 坐 标 原 点 的 倾 斜 直 线 ， 由 此 得 出 _物__体__质__量__一__定__时__，__其__加__速__度__与__所__受__合__力__成__正__比___.
1.用光电门代替打点计时器，遮光条结 合光电门测得物块的初速度和末速度， 由运动学公式求出加速度. 2.结合牛顿第二定律，该装置可以测出 动摩擦因数.
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图4 解析 由题图乙可知，该游标卡尺为20分度，精度为0.05 mm，读数为5 mm＋ 10×0.05 mm＝5.50 mm＝0.550 cm；
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第1轮 物理
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第三章 牛顿运动定律
(4)实验发现(3)中算出的小车实际加速度与(2)中计算的理论值不相等，其原因 可能是____A____
A．斜面实际不够光滑，小钢球与斜面间摩擦力产生的影响 B．车与木板间摩擦力产生的影响 C．车与木板的质量没有远大于小桶与砂子的质量 D．纸带与打点计时器限位孔间存在摩擦产生的影响
第三章 牛顿运动定律
02
核心考法突破
考法一 教材原型实验
角度1 对实验原理、注意事项的考查 1．(1)我们已经知道，物体的加速度a同时跟合
外力F和质量M两个因素有关．要研究这三个物理 量之间的定量关系，需采用的思想方法是 __控__制__变__量__法___．
(2)某同学的实验方案如图所示，她想用砂桶的 重力表示小车受到的合外力F，为了减少这种做法 带来的实验误差，她先做了两方面的调整措施：
第1轮 物理
图2
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第三章 牛顿运动定律
解析 (1)实验中需要用托盘和砝码的总重力表示小车受到的拉力，需测量托盘 的质量，所以还需要天平．实验中需要用刻度尺测量纸带上点迹间的距离，从而得 出加速度，所以还需要刻度尺．
(2)平衡摩擦力时应系上纸带，不能挂托盘；调节滑轮的高度，使牵引小车的细 绳与长木板保持平行，A 项正确，B 项错误；平衡摩擦力后细绳与木板平行，且托盘 和砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量时，托盘和砝码的总重力近似等于 小车和车上砝码受到的合外力，E 项正确；实验时应该先接通电源，后释放小车，使 得纸带上点迹多一些，以便于测量加速度，还要多测几组数据减小偶然误差，C 项错 误；通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板的倾斜角度，D 项正确．
第1轮 物理

服/务/教/师 免/费/馈/赠
高三一轮总复习·物理
●实验器材 小车，砝码，小盘，细线，附有定滑轮的长木板，垫木， 打点计时器，低压交流电源，导线两根，纸带，复写纸，托盘 天平，米尺．
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高三一轮总复习·物理
●实验过程 一、实验步骤 1．称量质量——用天平测量小盘的质量 m0 和小车的质量 M0.
4．让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，即为小车所受的合外力，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 1 中．
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高三一轮总复习·物理
5．改变小盘内砝码的个数，重复步骤 4，并多做几次． 6．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 M，并由纸带计算出小车对应的加速度，并将所对应的 质量和加速度填入表 2 中．
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高三一轮总复习·物理
●误差来源 1．测量误差 (1)质量的测量． (2)打点间隔距离的测量．
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高三一轮总复习·物理
2．操作误差 (1)拉线或纸带与木板不平行． (2)倾斜角度不当，平衡摩擦力不准． 3．原理误差 本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实 际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力)，存在系统误 差．
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高三一轮总复习·物理
7．改变小车上砝码的个数Байду номын сангаас重复步骤 6，并多做几次． 表1
实验次数 加速度 a/(m·s－2) 小车受力 F/N 1 2 3 4

(4)将沙桶通过细绳系在小车上，先接通电源后放开小车， 使小车运动，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带，并在纸 带上标上号码.
(5)保持__小__车__的__质__量__不变，改变沙桶中的细沙量，重复步 骤(4)，每次记录必须在相应的纸带上做上标记，列表格将记录 的数据填写在表内.
(6)建立坐标系，用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，在 坐标系上描点，画出相应的图线以验证 a 与 F 的关系.
(5)为提高测量精度，可以采取下列措施： ①应舍掉纸带上开头比较密集的点，在后边便于测量的地 方找一个起点. ②可以把每打五次点的时间作为单位时间，即从开始点起， 每隔四个点标出一个计数点，而相邻计数点间的时间间隔为 T ＝0.1 s.
图象分析 (1)未平衡阻力对图象的影响：对小车在倾斜的木板上的受 力情况进行分析，如图 S4-2 所示，f 为 M 受到的摩擦力，f′为 纸带等的阻力.由牛顿第二定律可得 a＝F＋MgsinMθ－f－f′＝ M1 F＋a0，其中 a0＝g(sin θ－μcos θ)－fM′(f′一般忽略不计).因此 调节 θ 可平衡摩擦力，并且只要平衡一次即可.
(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木 块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总 质量________(填“远大于”“远小于”或“近似等于”)木块 和木块上砝码的总质量.
(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在 水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下， 研究加速度 a 与拉力 F 的关系，分别得到图 S4-9 中甲、乙两条 直线.设甲、乙用的木块质量分别为 m甲、m乙，甲、乙用的木块 与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图可知，m甲_____m乙，
⊙典例剖析 例 1：某实验小组利用如图 S4-8 所示的装置探究加速度与 力、质量的关系.