验证牛顿运动定律的实验 (详细)

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。

物理实验技术中牛顿运动定律的验证方法引言：牛顿运动定律是经典力学的基础理论，广泛应用于物理学的各个领域。

正确验证牛顿运动定律在实验中的适用性，对于提高实验技术水平和深化对物理规律的理解具有重要意义。

本文将介绍几种常见的物理实验技术中验证牛顿运动定律的方法，以及这些方法的原理和实验步骤。

一、万有引力实验验证牛顿第二定律万有引力是牛顿力学中的一项重要定律，描述了物体间通过引力相互作用的规律。

通过测量地球上自由下落物体的加速度，并由此得到物体自身质量，可以验证牛顿第二定律。

实验过程如下：1. 在垂直方向上设置一个垂直刻度尺，用来测量自由下落物体的高度。

2. 用一个轻质且可自由下落的物体，如一个小球，通过滑轨从不同高度自由下落，并记录下落时间。

3. 根据自由下落的时间和高度，计算出物体的竖直方向的加速度。

4. 根据牛顿第二定律的公式 F=ma，将物体的质量和加速度代入，得到物体所受的合力。

5. 考虑到该实验中只有重力作用在物体上，根据牛顿万有引力定律F=G(m1*m2)/r^2，结合物体质量和合力，可以求解出万有引力常数 G。

通过这个实验，我们验证了牛顿第二定律在物体自由下落过程中的适用性，并进一步验证了万有引力定律。

二、线性运动实验验证牛顿第一定律牛顿第一定律描述了物体在无外力作用下的运动状态。

通过线性运动实验，我们可以验证牛顿第一定律的适用性。

实验过程如下：1. 在一个光滑的水平面上，放置一个受力小车，保证其能够无阻力地滑动。

2. 在小车上放置一个小物体，如一个金属块。

3. 施加一个力作用在小车上，让其以恒定速度运动。

4. 记录小车的速度和施加的力的大小。

5. 根据牛顿第一定律的公式 F=ma，将所施加的力和物体质量代入，求解得到加速度。

6. 如果所施加的力和测得的加速度相等，说明物体运动状态是恒定的，即验证了牛顿第一定律。

通过这个实验，我们验证了牛顿第一定律在物体恒定速度运动中的适用性。

三、平面运动实验验证牛顿第三定律牛顿第三定律描述了物体间相互作用力的平衡关系。

验证牛顿运动实验报告1. 实验目的本实验的目的是验证牛顿第一、第二和第三定律。

通过对物体的运动进行观察、测量和分析，以达到理解和验证这些定律的目的。

2. 实验器材- 弹簧测力计- 砝码组- 平衡杆- 支架- 纸张- 笔3. 实验原理3.1 牛顿第一定律牛顿第一定律，也称为惯性定律，指出当物体受到合外力的作用时，将产生加速度。

即F = m ×a，其中F 表示合外力，m 表示物体的质量，a 表示物体所获得的加速度。

3.2 牛顿第二定律牛顿第二定律与物体的加速度和施力之间的关系密切相关。

其表达式为F = ma，其中F 表示合外力，m 表示物体的质量，a 表示物体所获得的加速度。

3.3 牛顿第三定律牛顿第三定律即作用力与反作用力相等，方向相反。

当物体受到外力作用时，物体对外界也会产生等大反向的力。

4. 实验步骤1. 将支架搭建好，并将平衡杆固定在支架上。

2. 使用弹簧测力计将砝码组悬挂在平衡杆的一端。

3. 在纸张上绘制一个坐标系，并记录时间与位置的关系。

4. 初始时，将平衡杆放在平衡位置上，记录物体的初始位置。

5. 将平衡杆从平衡位置释放，并记录物体的运动过程中的位置变化和时间变化。

6. 根据记录的数据，绘制出物体的运动曲线，并分析曲线的特点。

5. 数据分析根据实验记录的数据，我们计算出物体在不同时间点的加速度，并与施加在物体上的合外力进行对比。

经过计算和分析，我们得到如下结论：1. 物体在受力作用下的加速度与所施加的合外力成正比。

2. 物体的质量与加速度呈反比关系。

3. 物体所受外力与物体施加在外界的反作用力相等，且方向相反。

这些结论验证了牛顿的运动定律，特别是牛顿第二定律与第三定律。

6. 实验结论通过对牛顿运动实验的观察和分析，我们得出以下结论：1. 牛顿第一定律是物体在无外力作用下保持静止或匀速直线运动的定律。

2. 牛顿第二定律描述了物体受到外力作用时的加速度与施力之间的关系。

3. 牛顿第三定律指出任何作用力都伴随着等大反作用力，方向相反。

实验四：验证牛顿运动定律[实验目的]验证牛顿第二定律[实验原理]1．如图所示装置，保持小车质量不变，改变小桶内砂的质量，从而改变细线对小车的牵引力，测出小车的对应加速度，作出加速度和力的关系图线，验证加速度是否与外力成正比。

2．保持小桶和砂的质量不变，在小车上加减砝码，改变小车的质量，测出小车的对应加速度，作出加速度和质量倒数的关系图线，验证加速度是否与质量成反比。

[实验器材]小车，砝码，小桶，砂，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，托盘天平及砝码，米尺等。

[实验步骤]1．用天平测出小车和小桶的质量M 和M'，把数据记录下来。

2．按如图装置把实验器材安装好，只是不把挂小桶用的细线系在小车上，即不给小车加牵引力。

3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木的位置，直至小车在斜面上可以保持匀速直线运动状态（也可以从纸带上打的点是否均匀来判断）。

4．在小车上加放砝码，小桶里放入适量的砂，把砝码和砂的质量m 和m'记录下来。

把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，取下纸带，在纸带上写上编号。

5．保持小车的质量不变，改变砂的质量（要用天平称量），按步骤4再做5次实验。

6．算出每条纸带对应的加速度的值。

7．用纵坐标表示加速度a ，横坐标表示作用力，即砂和桶的总重力(M'+m')g ，根据实验结果在坐标平面上描出相应的点，作图线。

若图线为一条过原点的直线，就证明了研究对象质量不变时其加速度与它所受作用力成正比。

8．保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，并做好记录，求出相应的加速度，用纵坐标表示加速度a ，横坐标表示小车和车内砝码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果描出相应的点，并作图线，若图线为一条过原点的直线，就证明了研究对象所受作用力不变时其加速度与它的质量成反比。

验证牛顿运动定律教材实验及实验创新牛顿运动定律是经典力学的基石，通过实验验证可以更好地理解和应用这些定律。

本文将介绍一些常见的牛顿运动定律的实验及实验创新方法。

一、牛顿第一定律实验牛顿第一定律也被称为惯性定律，即物体在不受力作用时将保持匀速直线运动，或保持静止状态。

我们可以通过一些简单的实验来验证这一定律。

1. 空气减阻实验将一个小球放在水平桌面上，用手指快速推动小球，观察小球受到的阻力和滑动距离之间的关系。

实验结果表明，小球在没有外力作用下将保持匀速直线运动。

二、牛顿第二定律实验牛顿第二定律描述了力和物体加速度之间的关系，可以通过以下实验进行验证。

1. 物体质量与加速度的关系在水平面上放置一块木板，将一定质量的物体放在木板上，然后用手迅速推动木板，观察物体受到的加速度和施加的力之间的关系。

实验结果表明，物体的加速度与施加的力成正比，并与物体的质量成反比。

2. 用弹簧测力计测力将弹簧测力计固定在水平面上，然后悬挂一定质量的物体在测力计的弹簧上，记录下测力计示数。

然后增加物体的质量，再次记录示数。

根据牛顿第二定律的公式F=ma，可以得到测力计示数与物体质量成正比。

1. 棒球与篮球的碰撞实验将一个篮球和一个棒球放在桌面上，用手迅速推动篮球，使其撞击到静止的棒球，观察两个球的运动情况。

实验结果表明，篮球和棒球之间产生的力与反作用力大小相等，方向相反。

2. 摆球实验将一根线固定在天花板上，线底部悬挂一个小球，然后用手使小球偏离平衡位置，并将其释放。

观察小球的运动情况。

实验结果表明，小球在释放后来回摆动，并继续保持平衡位置，这是由于小球与线之间产生的力和反作用力。

实验创新方法：除了上述经典的实验，我们还可以创新一些实验方法来验证牛顿运动定律。

1. 创新测力仪器可以使用压敏电阻、弯曲传感器等新型传感器来制作测力仪器，用于测量物体所受的力。

2. 利用摄像机和图像处理技术可以使用高速摄像机和图像处理技术来记录和分析物体的运动轨迹，从而研究物体的加速度和作用力之间的关系。

牛顿运动定律的实验验证牛顿运动定律，作为经典力学的基石，影响了现代科学的发展。

这三个定律描述了物体运动的规律，从而使人们能够预测和解释物体在空间中的运动。

本文将围绕牛顿运动定律展开，探讨实验验证的重要性和方法。

牛顿第一定律，也称为惯性定律，表明物体在没有外力作用下将保持匀速直线运动或保持静止状态。

为了验证这一定律，我们可以进行简单的实验。

首先，准备一个水平光滑的桌面，并在上面放置一个小球。

当我们用手指轻轻推动球一段距离后，球将开始匀速滑行，直到摩擦力使其停下。

这个实验结果符合牛顿第一定律的预测，即物体在没有外力作用下将保持匀速直线运动。

接下来，我们来探讨牛顿第二定律的实验验证。

牛顿第二定律表明，物体的加速度与作用在物体上的力成正比，与物体的质量成反比。

为了验证这一定律，我们可以设计一个简单的实验。

首先，准备一个小的推车，上面放置一个重物。

然后，用一根弹簧吊住推车，并将其与墙面相连。

当我们施加不同大小的力推动推车时，记录下推车的加速度和所受力的大小。

通过对实验数据的分析，我们可以发现加速度与力成正比，与推车的质量成反比，验证了牛顿第二定律的预测。

最后，我们来讨论牛顿第三定律的实验验证。

牛顿第三定律表明，对于每一个作用力，都有一个相等大小、方向相反的反作用力。

为了验证这一定律，我们可以进行如下实验：将两个相同质量的弹簧挂在一个支架上，同时将两个弹簧上方分别连接两个质量相同的小球。

然后，用手拉动其中一个小球，观察另一个小球的运动情况。

实验结果显示，当一个小球向左运动时，另一个小球向右运动，两者的加速度和反向力大小相等，这符合牛顿第三定律的预测。

通过对牛顿运动定律的实验验证，我们可以更深入地理解物体运动的规律。

这些实验不仅使我们对牛顿运动定律的科学原理有了更直观的认识，也为我们解释和预测现实世界中各种物体的运动提供了依据。

然而，需要注意的是，实验验证并非一劳永逸的事情。

随着科学技术的进步，我们可以设计更复杂、更精确的实验来验证牛顿运动定律，并对其中的细节进行更加深入的研究。

实验：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．掌握利用图象处理数据的方法．二、实验原理采取控制变量法，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，即力不变，探究加速度a与小车质量M的关系．三、实验器材小车，砝码，小盘，细绳，附有定滑轮的长木板，垫木，打点计时器，低压交流电源，导线，纸带，复写纸，托盘天平，米尺．四、实验步骤1．称量质量用天平测小盘的质量m0和小车的质量M0.2．安装器材按照实验原理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(即无小车牵引力)．3．平衡摩擦力在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动薄木块的位置，直至小车在不挂小盘和砝码的情况下能沿木板做匀速直线运动为止．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，让小车在木板上运动打出纸带．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(二)中．改变小车上砝码的个数，并多做几次．表(一)表(二)1．计算加速度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．图象法处理实验数据作图象找关系：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a­F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a­1M图象，如果图象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．因实验原理不完善引起的系统误差以小车、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＝11＋mM·mg<mg.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．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，就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差．2．摩擦力平衡不准确造成的误差．在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的均与实验规范操作一致(比如要挂好纸带、接通打点计时器等)，小车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、打点计时器打点时间间隔不等、纸带上各点距离的测量、细绳或纸带不与木板平行等都会引起误差．七、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，并要让小车拖着纸带匀速运动．平衡了摩擦力后，不论实验中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．2．实验条件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．3．一先一后一按住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，且在小车到达定滑轮前按住小车．4．作图作图时，两坐标轴的比例要适当，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称地分布在所作直线两侧．【基础自测】1．用如图甲所示的实验装置验证牛顿第二定律：(1)某同学通过实验得到如图乙所示的a­F图象，造成这一结果的原因是：在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的倾角偏大(选填“偏大”或“偏小”)．(2)该同学在平衡摩擦力后进行实验，实际小车在运动过程中所受的拉力小于(选填“大于”“小于”或“等于”)砝码和盘的总重力，为了便于探究、减小误差，应使小车质量M与砝码和盘的总质量m满足M≫m的条件．(3)某同学得到如图所示的纸带．已知打点计时器所接电源频率为50 Hz.A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点．Δx ＝x DG－x AD＝1.80 cm.由此可算出小车的加速度a＝5.0(保留两位有效数字)m/s2.解析：(1)根据所给的a­F图象可知，当F＝0时，小车已经有了加速度a0，所以肯定是在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的倾角偏大造成的．(2)根据牛顿第二定律，对小车，有F＝Ma，对砝码和盘，有mg－F＝ma，解得F＝MmgM＋m<mg，只有当M≫m时，小车受到的拉力才近似等于mg，从而减小误差．(3)由题图读出x AD＝2.10 cm，x DG＝3.90 cm，所以Δx＝x DG－x AD＝1.80 cm，根据Δx＝aΔt2，解得a＝5.0 m/s2.2．某同学利用如图所示的装置探究物体加速度与力、质量的关系．小车上固定一个盒子，盒子内盛有沙子，沙桶的总质量(包括桶以及桶内沙子质量)记为m，小车的总质量(包括车、盒子及盒内沙子质量)记为M.(1)验证在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比：从小车的盒子中取出一些沙子，装入沙桶中，测量并记录沙桶的总重力mg(g为重力加速度)，将该力视为合外力F，对应的加速度a从打下的纸带中计算得出．多次改变合外力F的大小，每次都会得到一个相应的加速度．以合外力F为横轴，以加速度a为纵轴，画出a­F图线，图线从理论上讲应该是一条过原点的倾斜直线；图线斜率表示的物理意义为1M＋m (选填“1M＋m”或“1M”)；本次实验中不需要(选填“需要”或“不需要”)满足M≫m；理由是mg是系统的合外力．(2)验证在合外力不变的情况下，加速度与质量成反比：保持桶和桶内沙子的总质量不变，在盒子内添加或去掉一些沙子，验证加速度与质量的关系．本次实验中，用图象法处理数据时，以加速度a为纵轴，应该以1M＋m (选填“1M＋m”或“1M”)为横轴．解析：(1)实验过程中小车的总质量与沙桶的总质量均是变量，但二者组成的系统总质量不变，所以将系统作为研究对象进行分析才能研究质量不变时加速度与合外力的关系．a­F图象从理论上讲应该是一条过原点的倾斜直线，图线的斜率表示研究对象质量的倒数，即1M＋m；mg作为系统的合外力不需要满足M≫m.(2)验证合外力不变时加速度与质量的关系，即保证桶及桶内的沙子总质量不变，研究对象仍然是小车和沙桶组成的系统．用作图法进行数据处理时应作出a­1M＋m图象，图线为一条过原点的倾斜直线．3．某实验小组利用如图(a)所示的装置探究加速度与力、质量的关系．(1)下列做法正确的是AD(填选项前的字母)．A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上C．实验时，先放开木块，再接通打点计时器的电源D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度(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远小于(选填“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(b)中两条直线．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甲小于m乙，μ甲大于μ乙．(均选填“大于”“小于”或“等于”)解析：(1)在利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系时，调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，选项A正确．木块下滑时受到重力、支持力、细线拉力和摩擦力，要使细线拉力等于木块所受的合力，需要使木板倾斜，木块重力沿斜面方向的分力等于摩擦力，在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，应该去掉装有砝码的砝码桶，选项B错误．实验时，先接通打点计时器的电源，再放开木块，选项C错误．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度，选项D正确．(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远小于木块和木块上砝码的总质量．(3)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，由牛顿第二定律得F－μmg＝ma，则a＝Fm－μg.对比图象可得，m甲小于m乙，μ甲大于μ乙．突破点一实验原理与操作例1为了“探究加速度与力、质量的关系”，现提供如图甲所示的实验装置：(1)以下实验操作正确的是()A．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在砝码及砝码盘的牵引下恰好做匀速运动B．调节滑轮的高度，使细线与木板平行C．先接通电源，后释放小车D．实验中小车的加速度越大越好(2)在实验中得到一条如图乙所示的纸带，已知相邻计数点间的时间间隔为T＝0.1 s，且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出分别为3.09 cm、3.43 cm、3.77 cm、4.10 cm、4.44 cm、4.77 cm，则小车的加速度a＝________m/s2.(结果保留2位有效数字)(3)有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度a与所受外力F的关系，他们在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条a­F图线，如图丙所示．图线________(填“①”或“②”)是在轨道倾斜情况下得到的；小车及车中砝码的总质量m＝________kg.【尝试解题】(1)将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动，以使小车的重力沿斜面的分力和摩擦力抵消，那么小车的合力就是细线的拉力，故选项A错误；细线的拉力为小车的合力，所以应调节定滑轮的高度使细线与木板平行，故选项B正确；实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放，先接通电源，后释放小车，故选项C正确；实验时，为了减小实验的误差，小车的加速度应适当大一些，但不是越大越好，故选项D错误．(2)根据逐差法得a＝x6＋x5＋x4－x3－x2－x19T2≈0.34 m/s2.(3)由图线①可知，当F＝0时，a≠0，也就是说当细线上没有拉力时小车就有加速度，所以图线①是轨道倾斜情况下得到的，根据F＝ma得a­F图象的斜率k＝1m，由a­F图象得图象斜率k＝2，所以m＝0.5 kg.【答案】(1)BC(2)0.34(3)①0.51．利用如图所示装置可以做力学中的许多实验．(1)下列说法正确的是(CD)A．用此装置做“研究匀变速直线运动”实验时，必须设法消除小车和长木板间的摩擦阻力的影响B．用此装置做“研究匀变速直线运动”实验时，应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量C．用此装置做“探究加速度a与力F的关系”实验时，必须设法消除小车和长木板间的摩擦阻力的影响D．用此装置做“探究加速度a与力F的关系”实验时，应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量(2)本装置中要用到打点计时器，如图所示为实验室常用的两种计时器，其中甲装置用的电源应是(A)A．交流220 V B．直流220 VC．交流4～6 V D．直流4～6 V(3)在利用此装置做“探究加速度a与力F的关系”实验时，实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如图所示．已知打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上，则此次实验中打点计时器打下A点时小车的瞬时速度为0.53 m/s.(结果保留2位有效数字)解析：(1)用题图装置做“研究匀变速直线运动”实验时，没必要消除小车和木板间的摩擦阻力的影响，也没有必要使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量，A 、B 错误；在用题图装置做“探究加速度a 与力F 的关系”实验时，必须设法消除小车和长木板间的摩擦阻力的影响，还应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量，这样才可认为细绳对小车的拉力等于盘和盘内砝码的重力，C 、D 正确．(2)题图甲是电火花计时器，需接220 V 交流电源，A 正确．(3)由题图可知，相邻各点间距均匀增大，则小车做匀变速运动，可得打点计时器打下A 点时小车的瞬时速度为v A ＝0.0210.04m/s ≈0.53 m/s.突破点二 数据处理与误差分析例2 (2016·全国Ⅲ卷)某物理课外小组利用图甲中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系．图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码．本实验中可用的钩码共有N ＝5个，每个质量均为0.010 kg.实验步骤如下：(1)将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑． (2)将n (依次取n ＝1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余N －n 个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行．释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t 相对于其起始位置的位移s ，绘制s ­t 图象，经数据处理后可得到相应的加速度a .(3)对应于不同的n 的a 值见下表．n ＝2时的s ­t 图象如图乙所示；由图乙求出此时小车的加速度(保留2位有效数字)，将结果填入下表.(4)受的合外力成正比．(5)利用a ­n 图象求得小车(空载)的质量为________kg(保留2位有效数字，重力加速度取g ＝9.8 m·s －2)．(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是________(填入正确选项前的标号)．A．a­n图线不再是直线B．a­n图线仍是直线，但该直线不过原点C．a­n图线仍是直线，但该直线的斜率变大【尝试解题】(3)根据题图乙可知，当t＝2.00 s时，位移s＝0.78 m，由s＝12at2，得加速度a＝2st2＝0.39 m/s2.(4)描点及图象如图所示．(5)由(4)图象求得斜率k＝0.20 m/s2.由牛顿第二定律得nm0g＝(m＋Nm0)a，整理得a＝m0gm＋Nm0n，即k＝m0gm＋Nm0，代入数据得m＝0.44 kg.(6)若保持木板水平，则所挂钩码总重力与小车所受摩擦力的合力提供加速度，即nm0g－μ[m＋(N－n)m0]g＝(m＋Nm0)a，整理得a＝(1＋μ)m0gm＋Nm0n－μg，可见a­n图线仍是直线，但不过原点，且斜率变大，选项B、C正确．【答案】(3)0.39(4)见解析图(5)0.44(6)BC2．用如图甲所示装置做“探究物体的加速度与力的关系”的实验．实验时保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车受到的合外力，用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度．(1)实验时先不挂钩码，反复调整垫块的左右位置，直到小车做匀速直线运动，这样做的目的是平衡小车运动中所受的摩擦阻力．(2)图乙为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出各计数点到A点之间的距离，如图所示．已知打点计时器接在频率为50 Hz 的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值a＝1.0 m/s2.(结果保留两位有效数字)(3)实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度．根据测得的多组数据画出a­F关系图象，如图丙所示．此图象的AB段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是C.(选填下列选项的序号)A．小车与平面轨道之间存在摩擦B．平面轨道倾斜角度过大C．所挂钩码的总质量过大D．所用小车的质量过大解析：(1)使平面轨道的右端垫起，让小车重力沿斜面方向的分力与它受到的摩擦阻力平衡，才能认为在实验中小车受的合外力就是钩码的重力，所以目的是平衡小车运动中所受的摩擦阻力．(2)由逐差法可知a＝x CE－x AC4T2＝(21.60－8.79－8.79)×10－24×0.12m/s2≈1.0 m/s2.(3)在实验中认为小车所受的合外力F就是钩码的重力mg，实际上，小车所受的合外力F′＝Ma，mg－F′＝ma，即F′＝MM＋m·mg，a＝1M＋m·mg＝1M＋mF，所以当小车所受的合外力F变大时，m必定变大，1M＋m必定减小．当M≫m时，a­F图象为直线，当不满足M≫m时，则a­F图象的斜率逐渐变小，选项C正确．突破点三实验改进与创新例3某同学做“探究加速度与力、质量关系”的实验．如图甲所示是该同学探究小车加速度与力的关系的实验装置，他将光电门固定在水平轨道上的B点，用不同重物通过细线拉同一小车，每次小车都从同一位置A由静止释放．(1)实验中可近似认为细线对小车的拉力与重物重力大小相等，则重物的质量m与小车的质量M间应满足的关系为________．(2)若用游标卡尺测出光电门遮光条的宽度d如图乙所示，则d＝________cm；实验时将小车从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt，则小车经过光电门时的速度为________(用字母表示)．(3)测出多组重物的质量m和对应遮光条通过光电门的时间Δt，并算出相应小车经过光电门时的速度v，通过描点作出v2­m 线性图象(如图所示)，从图线得到的结论是：在小车质量一定时，________.(4)某同学作出的v2­m线性图象不通过坐标原点，挂某一质量钩码时加速度仍为零，那么开始实验前他应采取的做法是________．A．将不带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动B．将不带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀加速运动C．将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动D．将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀加速运动【尝试解题】(1)该实验的研究对象是小车，采用控制变量法研究．当质量一定时，研究小车的加速度和小车所受合力的关系．为消除摩擦力对实验的影响，可以把木板的右端适当垫高，以使小车的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小车的合力就是细线的拉力．根据牛顿第二定律得：对m：mg－F拉＝ma对M：F拉＝Ma解得：F拉＝mMg m＋M当m≪M时，即重物重力要远小于小车的重力，细线的拉力近似等于重物的重力．(2)游标卡尺的主尺读数为10 mm，游标读数为0.05×7 mm＝0.35 mm，所以最终读数为：10 mm＋0.35 mm＝10.35 mm＝1.035 cm；数字计时器记录小车上遮光条通过光电门的时间，由位移公式计算出小车通过光电门的平均速度，用该平均速度代替小车的瞬时速度，故在遮光条经过光电门时小车的瞬时速度为v＝dΔt.(3)由题意可知，该实验中保持小车质量M不变，若是匀加速运动，有：v2＝2ax＝2mgM x，由题意可知，M、x不变，因v2­m图象为过原点的直线，则说明加速度与合外力成正比．(4)v2­m线性图象不通过坐标原点，挂某一质量的钩码时，加速度仍为零，说明操作过程中没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足，采取的方法是将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动．故C正确．【答案】(1)m≪M(2)1.035d Δt(3)加速度与合外力成正比(4)C3．如图为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图．实验步骤如下：①用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m，用游标卡尺测量遮光片的宽度d，用米尺测量两光电门之间的距离x；②调整轻滑轮高度，使细线水平；③让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间Δt A和Δt B，求出加速度a；④多次重复步骤③，求出a 的平均值a ；⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ.回答下列问题：(1)测量d 时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的示数如图所示，其读数为0.950 cm.(2)物块的加速度a 可用d 、x 、Δt A 和Δt B 表示为a ＝12x ⎣⎡⎦⎤()d Δt B 2－()dΔt A 2. (3)动摩擦因数μ可用M 、m 、a 和重力加速度g 表示为μ＝mg －(M ＋m )a Mg. (4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于系统误差(选填“偶然误差”或“系统误差”)． 解析：(1)由图读出d ＝0.9 cm ＋10×0.05 mm ＝0.950 cm.(2)因为v A ＝d Δt A ，v B ＝d Δt B，由2ax ＝v 2B －v 2A ， 可得a ＝12x ⎣⎡⎦⎤()d Δt B 2－()dΔt A 2. (3)设细线上的拉力为T ，则mg －T ＝m a T －μMg ＝M a两式联立得μ＝mg －(M ＋m )a Mg. (4)细线没有调整到水平，属于实验方法上的问题，这样会引起系统误差．。

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，它描述了物体运动时所受到的力和物体运动状态之间的关系。

为了证明牛顿运动定律的正确性，学生需要进行一些实验以检验定律的适用性。

本文将介绍几个常见的牛顿运动定律实验及实验创新。

一、牛顿第一定律实验牛顿第一定律也称为惯性定律，它表明一个物体如果没有外力作用，将继续保持静止或匀速直线运动的状态。

为了验证这一定律，可以进行如下实验：准备材料：一根粗细均匀的细木条，一张桌子，一本书或任何重物，一块平滑的纸片。

实验步骤：1. 将细木条平放在桌子上，并将书放在细木条上方。

2. 用手指将细木条迅速划出，让书保持静止状态。

3. 缓慢将细木条向外推动，使书缓慢滑动到桌子边缘并落地。

4. 重复进行以上操作，将纸片放在书和细木条之间。

实验结果及分析：在未放置纸片时，书会继续滑动并落地，这是因为物体会继续保持之前的运动状态，直到有外力作用改变它的运动状态。

当在书和细木条之间放置纸片时，书的运动状态受到了外力的影响，因而停止了滑动。

这个外力来自于摩擦力，阻止了书的运动，这说明物体处于静止状态需要外力作用。

准备材料：一张桌子，一些选定重量的物品，一条弹簧。

1. 将弹簧固定在桌子上，并在弹簧下端悬挂一个质量为m的物品。

2. 测量和记录弹簧的伸长程度和物品的质量。

3. 更换不同的物品质量，重复上述步骤。

4. 将得到的数据绘制成伸长程度与物品质量的图表，计算出每个物品的加速度。

通过实验数据的统计分析，可以发现加速度与施力的大小成正比，与物品的质量成反比。

即a∝F/m。

牛顿第三定律也称为作用-反作用定律，它表明每一个物体在受到作用力时都会产生一个大小相等、方向相反的反作用力。

为了验证这一定律，可进行如下实验：准备材料：两个手掌，一架弹弓，弹珠。

1. 将弹珠放在弹弓上，拉开弹簧，用手指扣动弹珠，使其飞出。

2. 在飞行中的弹珠前方伸出一只手掌，使弹珠撞在手掌上并停止运动。