实验四：验证牛顿运动定律

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。

考纲要求。

考情分析考纲原文1.中学物理中涉及的国际单位制的基本单位和其他有关物理量的单位（I）2.实验一：研究匀变速直线运动3.实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系4.实验三：验证力的平行四边形定则5.实验四：验证牛顿运动定律6.实验五：探究动能定理7.实验六：验证机械能守恒定律8.实验七：研究影响通电导体所受磁场力大小的因素9.实验八：传感器的简单使用考情分析考生在备考中必须掌握“中学物理中涉及的国际单位制的基本单位和其他有关物理量的单位”“实验一：研究匀变速直线运动” . “实验五：探究动能定理”与“实验六：验证机械能守恒定律”所用的实验器材相同，实验原理也存在相似之处，考生应重点掌握“实验六：验证机械能守恒定律”.基础梳理@真题过关考点1中学物理中涉及的国际单位制的基本单位和其他有关物理量的单位（I）也一知识梳理心1.国际单位制（SI）就是由七个基本单位和用这些基本单位导出的单位组成的单位制.2.国际单位制（SI）中的基本单位：长度的单位米，国际符号m；质量的单位千克，国际符号kg;时间的单位秒，国际符号s;电流强度的单位安培，国际符号A;物质的量的单位摩尔，国际符号mol;热力学温度的单位开尔文，国际符号K;发光强度的单位坎德拉，符号cd.3.力学中有三个基本单位：长度的单位米，国际符号m;质量的单位千克，国际符号kg;时间的单位秒，国际符号s.加一考题导练Q1. （2018年1月广东学业水平考试）下列物理量单位，属于国际单位制中基本单位的是（）A.牛B.米C.焦D.瓦2. （2018年1月广东学业水平考试）已知电荷量单位是库，符号为C:电流单位是安，符号为A;单位制实验与探究时间单位是秒，符号为s由电流的定义式1 =3可知，这三个单位之间的关系是（）“，如一，八，如一1A . 1C=1 A • sB . 1C=1 A• sC. 1 C = 1 A 1 - s D . 1 C = 1 A 1 •s 13.（2017年6月广东学业水平考试）国际单位制中的单位m/s、N、A对应的物理量分别是（）A .速度、力、电流强度B.加速度、功、电荷量C.速度、质量、电荷量D .角速度、力、电场强度4.（2017年1月广东学业水平考试）国际单位制由基本单位、辅助单位和导出单位组成. 下列物理量单位属于基本单位的是（）2A . NB . m C. m/s D. m/s5.（2016年6月广东学业水平考试）下列单位能表示力的单位的是（）A . kg • m/sB . m/sC. kg - m/s2 D . m/s26.（2015年6月广东学业水平考试）下列物理单位中属于能量单位的是（）A .欧姆 B.焦耳C.瓦特D.安培考点2实验一：研究匀变速直线运动也知识梳理的一、实验器材打点计时器、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源.二、电火花计时器（或电磁打点计时器）的使用电磁打点计时器使用交流电源，工作电压在10 V以下.电火花计时器使用交流电源，工作电压220 V .当电源的频率是50 Hz时，它们都是每隔0.02 s打一个点.三、用电火花计时器（或电磁打点计时器）研究匀变速直线运动1.实验步骤（1）把附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，将打点计时器固定在平板上，并接好电路.（2）把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着重量适当的钩码.（3）将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔.（4）拉住纸带，将小车移动至靠近打点计时器处，先接通电源，后放开纸带.（5）断开电源，取下纸带. （6）换上新的纸带，再重复做三次. 2 .常见计算vc-v B CD-BC（2） a= T = T 2 .考题导练/1. （2018年1月广东学业水平考试）在“研究匀变速直线运动”的实验中， 包含下列四个步骤：①把长木板放在实验台上，用木块垫高；②把纸带穿过打点计时器，并固定在小车后 面；③把打点计时器固定在长木板垫高的一端，连接好电路；④把小车停在靠近打点计时器 处，接通电源后，放开小车.正确的操作顺序是（ ）A.①②③④B.①②④③C.②①③④D.①③②④2. （2017年6月广东学业水平考试）如图是在“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条 S 1、包和S 3,时间间隔均为 T,则打点计时器打下点 1时(1)V BAB+ BC — 2T BC+CD 2T纸带，相邻计数点间的距离分别为 物体速度大小的表达式为（A.S 2 — S1 T S 1 S2 C. 2TS 1 S 2 S 3 D.3T3. （2017年1月广东学业水平考试）如图是在“研究匀变速直线运动”的实验中用打点计时器打出的纸带，纸带上的点记录了物体运动的信息.在纸带上选择 3个计数点0、1、2, 相邻两点间的时间间隔均为 0.1 S,距离如图所示，则打下计数点 1时，物体的瞬时速度大小为()A. 0.156 m/SC. 0.612 m/SB. 0.456 m/S4. （2016年6月广东学业水平考试）如图是利用打点计时器记录物体做匀加速直线运动所得到的纸带，纸带上依次打下了0、1、2、3、4、5六个点，相邻两点间的距离如图所示，时间间隔均为T,则两计数点1、4之间物体的平均速度大小是 （）B. S 3 — S12T5. （2015年6月广东学业水平考试）在“研究匀变速直线运动”的实验中，使用工作频率为50 Hz 的打点计时器，打点时间间隔为 （） A . 0.02 s B. 0.04 s C. 0.05 sD. 0.1 s考点3实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系加知识梳理Q一、实验器材轻质弹簧一根、钩码一盒、刻度尺、铁架台、重垂线、坐标纸、三角板. 二、实验原理1 .弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等，弹簧的伸长越长，弹力也就越大.2 .装置如图所示，用刻度尺测出弹簧在不同的钩码拉力下的伸长量x,建立坐标系，以纵坐标表示弹力的大小F,以横坐标表示弹簧的伸长量 x,在坐标系中描出实验所测得的各组（x, F ）对应的点，用平滑的曲线连结起来.根据实验所得的图线，就可以探知弹力大小和 弹簧伸长量之间的关系.三、数据处理方法直接利用记录表中的数据确定弹力F 与伸长量x 的关系.实验结论：弹力与弹簧的伸长量成正比.<>考题导练J OS 1 + S 2 A 3TB.S 2+ S 3+ S 4 3T S 1 + S 2+ S 3 + S 4 C. 4TD.S 1 + S 2+ S 3+ S 4+ S 5 4T2. 作F —x 图象，研究图象中的图线确定二者关系.3. 实验中,（2019年6月广东学业水平考试）一个实验小组在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的使用了两根不同的轻质弹簧M和N,他们得到弹簧长度的关系图象如图所示，则由图可知（）A . M的原长比N的长B . M的劲度系数比N的小C . M的劲度系数比N的大D.弹力与弹簧长度成正比2.（2017年6月广东学业水平考试）在“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中，下列图示能正确表达弹簧弹力F与伸长量x之间关系的是3.（2014年6月广东学业水平考试）在“探究弹力和弹簧伸长关系”的实验中，测得弹力F和弹簧长度x的关系如图所不，图中X0表小（）A.劲度系数B.弹簧伸长量C.祛码质量D.弹簧原长考点4实验三：验证力的平行四边形定则81知识梳理用一、实验器材方木板、白纸、弹簧测力计（两只）、橡皮条、细绳套（两个）、三角板、刻度尺、图钉.二、实验原理一个力F '的作用效果和两个力F i、F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到某点，所以一个力F'就是这两个力F i和F2的合力，作出力F'的图示.再根据平行四边形定则作出F1和F2的合力F的图示，比较F和F的大小和方向是否相同.三、数据处理1.用铅笔和刻度尺在白纸上从O点沿着两条细绳的方向画直线，按照一定的标度作出两个力F1和F2的图示，用平行四边形定则求出合力 F.2.只用一个弹簧测力计，通过细绳把橡皮条的结点拉到同样的位置。

实验四验证牛顿运动定律ZHI SHISHU LI ZI CE GONG GU知识梳理·自测巩固一、实验目的1．学会用控制变量法研究物理规律.2．学会灵活运用图象法处理物理问题。

3．探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律.二、实验原理如图所示，在探究加速度a与合力F及质量M的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制小车的质量M不变，讨论加速度a与力F的关系;再控制小盘和盘中砝码的质量m不变，即力F 不变,改变小车的质量M，讨论加速度a与质量M的关系。

三、实验步骤(1）称量质量：用天平测量小盘的质量和小车的质量M。

(2)安装器材:按图把实验器材安装好，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，使小车匀速下滑.这时，小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力沿斜面向下的分力平衡。

（4）小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码。

（5)保持小车的质量M不变，改变小盘和盘中砝码的质量m，重复步骤（4).（6)保持小盘和盘中砝码的质量m不变，改变小车质量M，重复步骤(4）。

四、数据处理(1)在“探究加速度与力的关系”实验中，以加速度a为纵坐标、力F为横坐标建立坐标系，根据各组数据在坐标系中描点。

如果这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比；（2）在“探究加速度与质量的关系”实验中，“a与M成反比”实际上就是“a与错误!成正比”，以a为纵坐标、以错误!为横坐标建立坐标系，如果a－错误!图线是一条过原点的直线，就能判断a与M 成反比——“化曲为直”法。

注意：两个图象斜率的物理意义：a－F图线的斜率表示小车和车中砝码质量的倒数,即错误!;a－错误!图线的斜率表示小车受到的合力,即小盘和盘中砝码的重力mg.五、注意事项(1）平衡摩擦力中的“不重复”：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。

实验四验证牛顿运动定律1．实验目的(1)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）会运用图象处理实验数据。

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。

3．实验器材带定滑轮的长木板、低压交流电源、复写纸片和纸带、小车、小盘、电磁打点计时器、天平、砝码、刻度尺、导线.4．实验步骤(1)测质量:用天平测出小车的质量M，小盘和砝码的总质量m。

（2)放长木板:按图把实验器材安装好,先不要把悬挂小盘的细绳系在车上。

(3)平衡摩擦力:在木板的一端下面垫一簿木块,移动簿木块的位置，直至小车拖着纸带在斜面上做匀速运动。

（4)打点：小盘绕过滑轮系于小车上,先接通电源后放开小车，打完点后切断电源，取下纸带。

（5）重复:保持小车的质量M不变，改变砝码和小盘的质量m，重复步骤(4)五次。

（6)求a：在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a。

(7）作a.F的图象：若图象为一过原点的直线,证明加速度与力成正比。

(8）验证a∝错误!：保持砝码和小盘的质量m不变，改变小车质量M,重复步骤（4)和（6），作a.1M图象，若图象为一过原点的直线，证明加速度与质量成反比。

5．注意事项(1)安装器材时，要调整滑轮的高度，使拴小车的细绳与木板平行。

(2）平衡摩擦力时，小车连着穿过打点计时器的纸带，但不要把悬挂小盘的细线系在小车上.改变砝码的质量后,不需要重新平衡摩擦力.(3）只有小车的质量远大于小盘和砝码的总质量，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。

(4）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，在小车到达滑轮前按住小车.6．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.教材原型实验1．在“验证牛顿运动定律”实验中，采用如图所示的装置图进行实验.（1）对小车进行“平衡摩擦力"操作时，下列必须进行的是________（填字母序号).A．取下砂和砂桶B．在空砂桶的牵引下，轻推一下小车,小车能做匀速直线运动C．小车拖着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时,打点计时器的电源应断开D．把长木板没有定滑轮的一端垫起适当高度（2）实验中，已经测出小车的质量为M，砂和砂桶的总质量为m，若要将砂和砂桶的总重力大小作为小车所受拉力F的大小，这样做的前提条件是_________________________________________。

[高考导航]基础课1牛顿第一定律牛顿第三定律知识点一、牛顿第一定律1．内容一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。

2．意义(1)指出力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因，即力是产生加速度的原因。

(2)指出了一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又称惯性定律。

3．惯性(1)定义：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质。

(2)性质：惯性是一切物体都具有的性质，是物体的固有属性，与物体的运动情况和受力情况无关。

(3)量度：质量是物体惯性大小的唯一量度，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小。

知识点二牛顿第三定律1．内容两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。

2．意义建立了相互作用物体之间的联系及作用力与反作用力的相互依赖关系。

[思考判断](1)牛顿第一定律是实验定律。

()(2)牛顿第一定律指出，当物体受到的合外力为零时，物体将处于静止状态。

()(3)物体运动必须有力的作用，没有力的作用，物体将静止。

()(4)运动的物体惯性大，静止的物体惯性小。

()(5)惯性是物体抵抗运动状态变化的性质。

()(6)作用力与反作用力的效果可以相互抵消。

()(7)人走在松软土地上下陷时，人对地面的压力大于地面对人的支持力。

()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√(6)×(7)×对牛顿第一定律的理解与应用1．牛顿第一定律：牛顿第一定律不是实验定律，它是在可靠的实验事实(如伽利略斜面实验)基础上采用科学的逻辑推理得出的结论；物体不受外力是牛顿第一定律的理想条件，其实际意义是物体受到的合外力为零。

2．惯性：惯性是物体保持原来运动状态的性质，与物体是否受力、是否运动及所处的位置无关，物体的惯性只与其质量有关，物体的质量越大其惯性越大。

3．惯性的两种表现形式(1)物体的惯性总是以保持“原状”或反抗“改变”两种形式表现出来。

[高考导航]基础课1牛顿第一定律牛顿第三定律知识点一、牛顿第一定律1．内容一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。

2．意义(1)指出力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因，即力是产生加速度的原因。

(2)指出了一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又称惯性定律。

3．惯性(1)定义：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质。

(2)性质：惯性是一切物体都具有的性质，是物体的固有属性，与物体的运动情况和受力情况无关。

(3)量度：质量是物体惯性大小的唯一量度，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小。

知识点二牛顿第三定律1．内容两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。

2．意义建立了相互作用物体之间的联系及作用力与反作用力的相互依赖关系。

[思考判断](1)牛顿第一定律是实验定律。

()(2)牛顿第一定律指出，当物体受到的合外力为零时，物体将处于静止状态。

()(3)物体运动必须有力的作用，没有力的作用，物体将静止。

()(4)运动的物体惯性大，静止的物体惯性小。

()(5)惯性是物体抵抗运动状态变化的性质。

()(6)作用力与反作用力的效果可以相互抵消。

()(7)人走在松软土地上下陷时，人对地面的压力大于地面对人的支持力。

()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√(6)×(7)×对牛顿第一定律的理解与应用1．牛顿第一定律：牛顿第一定律不是实验定律，它是在可靠的实验事实(如伽利略斜面实验)基础上采用科学的逻辑推理得出的结论；物体不受外力是牛顿第一定律的理想条件，其实际意义是物体受到的合外力为零。

2．惯性：惯性是物体保持原来运动状态的性质，与物体是否受力、是否运动及所处的位置无关，物体的惯性只与其质量有关，物体的质量越大其惯性越大。

3．惯性的两种表现形式(1)物体的惯性总是以保持“原状”或反抗“改变”两种形式表现出来。