2025秋高考物理复习专题三牛顿运动定律实验四验证牛顿运动定律课件（40页PPT）

(共40张PPT)
实验四　验证牛顿运动定律
1.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、托盘、夹子、细绳、　　　　　　　、导线、天平、刻度尺、砝码.
低压交流电源
2.实验过程
（1）称量质量：用天平测量托盘的质量m0和小车的质量M0.
（2）仪器安装：按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂托盘的细线系在小车上（即不给小车牵引力）.
（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块，使小车在斜
面上做　　　　 运动.
匀速直线
（4）操作过程：
①把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂托盘，托盘里放砝码，先_________　　　　再　　　　，取纸带，编号码.
②保持小车的质量M0不变，改变托盘中砝码的质量，重复步骤①.由纸带计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度填入设计的表格中.
③保持托盘和砝码质量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设计的表格中.
接通电源　
释放小车
3.注意事项
（1）平衡摩擦力：平衡摩擦力时小车不要挂托盘，平衡后挂托盘无须再平衡.
（2）实验条件：M m.用弹簧测力计或传感器直接测拉力时无须满足此条件.
（3）一先一后：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，后放开小车，且应在小车到达定滑轮前按住小车.
命题一　课标教材原型实验　［基础考查］
例1　（2024年甘肃卷）用图甲所示实验装置探究外力一定时加速度与质量的关系.
（1）以下操作正确的是　　　　.
A.使小车质量远小于槽码质量
B.调整垫块位置以补偿阻力
C.补偿阻力时移去打点计时器和纸带
D.释放小车后立即打开打点计时器
B　
【解析】（1）为了使小车所受的合外力大小近似等于槽码的总重力，故应使小车质量远大于槽码质量，A错误；为了保证小车所受细线拉力等于小车所受合力，则需要调整垫块位置以补偿阻力，也要保持细线和长木板平行，B正确；补偿阻力时不能移去打点计时器和纸带，需要通过纸带上点迹是否均匀来判断小车是否做匀速运动，C错误；根据操作要求，应先打开打点计时器再释放小车，D错误.
（2）保持槽码质量不变，改变小车上砝码的质量，得到一系列打点纸带.其中一条纸带的计数点如图乙所示，相邻两点之间的距离分别为s1，s2，…，s8，时间间隔均为T.下列加速度算式中，最优的是　　　　.
D
反比
槽码
变式1　某实验小组利用图1所示的装置探究加速度与力、质量的关系.
（1）（多选）下列做法正确的是　　　　（填字母代号）.
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
AD
（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.
远小于
（3）甲、乙两同学在同一实验室，各取一套如图1所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2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2可知，m甲 　　　　m乙，μ甲 　　　　μ乙.（两空均填“大于”“小于”或“等于”）
小于
大于
命题二　拓展创新实验　［能力考查］
实验创新方向
过程
创新
器材
创新
利用位移传感器与计算机相连，直接得出小车的加速度
（1）用光电门代替打点计时器，结合遮光条的宽度可测滑块的速度；
（2）利用气垫导轨代替长木板，无须平衡摩擦力；
（3）由力传感器测滑块受到的拉力，无须满足m M
原
理
创
新 此装置不要求钩码的质量远小于小车的质量
例2　（2023年上海卷）如图所示，是某小组同学“用DIS研究加速度与力的关系”的实验装置，实验过程中可近似认为钩码受到的总重力等于小车所受的拉力.先测出钩码所受的重力为G，之后改变绳端的钩码个数，小车每次从同一位置释放，测出挡光片通过光电门的时间Δt.
（1）实验中　　　　测出小车质量m车.
A.必须　　　　　　B.不必
B
【解析】（1）实验是研究加速度与力的关系，研究加速度与合力成正比关系，只需控制小车质量不变即可，不必测出小车的质量，故选B.
（2）为完成实验还需要测量①　　　　　 　　；②　　　　　 　　.
（3）实际小车受到的拉力小于钩码的总重力，原因是 _______________
__________________________.
（4）若轨道保持水平，滑轮偏低导致细线与轨道不平行，则细线平行时加速度a1，与不平行时加速度a2相比，a1　　　　a2.（填“大于”“小于”或“等于”）
小车释放点到光电门的距离x　
遮光条的宽度D
钩码有向下的
加速度，拉力小于重力
大于
变式2　为了探究加速度与力、质量的关系，某物理兴趣小组设计了如图甲所示的实验装置.将表面粗糙、一端装有定滑轮的长木板固定在水平实验台上，木板左端固定有打点计时器，滑块右侧固定一个轻质小滑轮.钩码和拉力传感器通过绕在滑轮上的轻细绳相连，细绳与长木板平行.先接通电源，计时器开始打点，再静止释放滑块，滑块在钩码的作用下开始在长木板上运动（忽略滑轮与细绳间的摩擦，重力加速度g取10 m/s2）.
（1）某次实验时，小组成员将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，实验中，拉力传感器显示的示数为5.7 N，得到一条纸带，打出的部分计数点如图乙所示（每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出），其中s1=3.59cm，s2=4.41cm，s3=5.19cm，s4=5.97cm，s5=6.78cm，s6=7.64cm，则滑块的加速度a=　　　m/s，此次实验中悬挂钩码的质量m=　　　kg.（结果均保留2位有效数字）
0.80
0.68
（2）小组成员在实验中保持滑块质量M不变，通过增减悬挂钩码的数目进行多次实验，通过分析纸带求出相应实验时滑块的加速度，得到多组拉力传感器示数F和滑块加速度a的数据，作出如图丙所示的a-F图像.由图像可求得滑块的质量M=　　　kg，滑块与长木板间的动摩擦因数μ=　　　.（结果均保留2位有效数字）
0.29
0.14
知识巩固练
1.某学习小组利用如图甲实验装置“探究小车的加速度与力的关系”.
（1）要用钩码所受的重力作为小车受到的合力，则应先平衡摩擦力，同时使钩码的质量　　　 　（填“远小于”“等于”或“远大于”）小车的质量.
（2）保持小车质量不变，改变钩码（质量均为m）的个数n，测出小车对应的加速度a.
（本栏目对应学生用书P358~359）
远小于
（3）作出a-n图像如图乙所示，则说明在小车质量一定时，加速度与合力成　　　.
（4）若该图线斜率为k，当地重力加速度为g，则小车的质量M=　　　，测量值　　　　（填“大于”“等于”或“小于”）真实值.
正比

大于
2.某同学设计了如图所示的装置来“探究加速度与力的关系”，弹簧测力计固定在一合适的木块上，桌面的右边缘固定一个光滑的定滑轮，细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接.在桌面上画出两条平行线P、Q，并测出间距D.开始时将木块置于P处，现缓慢向瓶中加水，直到木块刚刚开始运动为止，记下弹簧测力计的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小.再将木块放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧测力计的示数F，然后释放木块，并用秒表记下木块从P运动到Q处所用的时间t.
（1）木块的加速度可以用D和t表示为a=　　　　.

（2）改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧测力计示数F的关系.下图中能表示该同学实验结果的是　　　　.
C　
（3）（多选）用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是　　　　.
A.可以改变滑动摩擦力的大小
B.可以更方便地获取更多组实验数据
C.可以更精确地测出摩擦力的大小
D.可以获得更大的加速度以提高实验精度
BC
综合提升练
3.某实验小组应用如图所示装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量为M，砝码及砝码盘的总质量为m，所使用的打点计时器所接的交变电流的频率为50 Hz.实验步骤如下：
A.按图所示安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；
B.调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动；
C.挂上砝码盘，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；
D.改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤C，求得小车在不同合力作用下的加速度.
根据以上实验过程，回答以下问题：
（1）对于上述实验，下列说法正确的是_________.
A.小车的加速度与砝码盘的加速度大小相等
B.实验过程中砝码盘处于超重状态
C.与小车相连的轻绳与长木板一定要平行
D.弹簧测力计的示数应为砝码和砝码盘总重力的一半
E.砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量
C
（2）实验中打出的一条纸带如图所示，由该纸带可求得小车的加速度约为　　　　m/s2.（结果保留2位有效数字）
0.16　
（3）由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图像，与本实验相符合的是　　　　.
A
4.某同学利用如图甲所示的实验装置测量物块与长木板间的动摩擦因数μ.长木板固定在水平桌面上，左端安装遮光片的物块通过细绳跨过定滑轮与重物连接，光电门固定在靠近定滑轮处，物块（含遮光片）的质量为M，重物的质量为m.静止释放物块，记录物块刚释放时与光电门的距离s及遮光片通过光电门的遮光时间t，改变物块的释放位置，重复多次实验.
（1）下列操作对实验是必要的有　　　　.
A.调节定滑轮的高度，使细绳与长木板平行
B.用天平测出物块（含遮光片）和重物的质量
C.为减小实验误差，物块刚释放时与光电门的距离s尽可能近一点
（2）利用游标卡尺测量遮光片的宽度D，如图乙所示，应利用游标卡尺
　　　部分进行测量（填图乙中字母代号），读数为D=　　　　　mm.
AB
B
11.70
【解析】（1）为了减小误差，绳子拉力应沿着水平方向，需要调节定滑轮的高度，使细绳与长木板平行，A正确；本实验利用牛顿第二定律测动摩擦因数，需要用天平测出物块（含遮光片）和重物的质量，B正确；为减小实验误差，物块刚释放时与光电门的距离s适当远一些，C错误.
（2）由图可知，应利用游标卡尺B部分进行测量，读数为D=11 mm+14×0.05 mm=11.70 mm.