1、第三章 牛顿牛顿运动定律运动定律 实验四 验证牛顿运动定律 1 实验知识自主回顾 2 核心考点重点突破 3 2年高考1年模拟 1 实验知识自主回顾 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 一一、实验目的实验目的 1学会用控制变量法研究物理规律学会用控制变量法研究物理规律。 2学会灵活运用图像法处理物理问题学会灵活运用图像法处理物理问题。 3探究加速度与力探究加速度与力、质量的关系质量的关系，并验证牛顿第二定律并验证牛顿第二定律。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 二二、实验原理实验原理 如图所示如图所示，在探究加速度在探究加速度a与合力与合力F及质量及质量M的
2、关系时的关系时，应用的基本应用的基本 方法是方法是_，即先控制小车的质量即先控制小车的质量M不变不变，讨论加速度讨论加速度a与与 _的关系；再控制小盘和盘中砝码的质量的关系；再控制小盘和盘中砝码的质量m不变不变，即力即力F不变不变，改改 变小车的质量变小车的质量M，讨论加速度讨论加速度a与与_的关系的关系。 控制变量法控制变量法 力力F 质量质量M 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 三三、实验步骤实验步骤 (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安装器材：按图把实验器材安装好，只是不
3、把悬挂小盘的细绳系只是不把悬挂小盘的细绳系 在小车上在小车上(即不给小车牵引力即不给小车牵引力)。 (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， 使小车匀速下滑使小车匀速下滑。这时这时，小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小 车所受的车所受的_平衡平衡。 重力沿斜面向下的分力重力沿斜面向下的分力 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 (4)小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上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先接通电源后放开小车，取取 下纸带编号码下纸带
4、编号码。 (5)保持小车的质量保持小车的质量M不变不变，改变小盘和盘中砝码的质量改变小盘和盘中砝码的质量m，重复步重复步 骤骤(4)。 (6)保持小盘和盘中砝码的质量保持小盘和盘中砝码的质量m不变不变，改变小车质量改变小车质量M，重复步骤重复步骤 (4)。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 四、数据处理四、数据处理 (1)在在“探究加速度与力的关系探究加速度与力的关系”实验中，以加速度实验中，以加速度 a 为纵坐标、力为纵坐标、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
5、，说明一条过原点的直线上，说明 a 与与 F 成正比；成正比； (2)在在“探究加速度与质量的关系探究加速度与质量的关系”实验中，实验中，“a 与与 M 成反比成反比”实际实际 上就是上就是“a 与与 1 M成正比 成正比”，以，以 a 为纵坐标、以为纵坐标、以 1 M为横坐标建立坐标系，如 为横坐标建立坐标系，如 果果 a 1 M图线是一条过原点的直线，就 图线是一条过原点的直线，就能判断能判断 a 与与 M 成反比成反比“化曲化曲 为直为直”法。法。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 注意：两个图像斜率的物理意义：注意：两个图像斜率的物理意义：aF 图线的斜率表示图线的
6、斜率表示 _ ， 即， 即 _ ； a 1 M 图 线 的 斜 率 表 示图 线 的 斜 率 表 示 _，即，即_。 小车和车中砝码质量的倒数小车和车中砝码质量的倒数 小车受到的合力小车受到的合力 小盘和盘中砝码的重力小盘和盘中砝码的重力mg 1 M 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 五五、注意事项注意事项 (1)平衡摩擦力中的平衡摩擦力中的“不重复不重复”：平衡了摩擦力后：平衡了摩擦力后，不管以后是改变不管以后是改变 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，都不需要重新平衡都不需要重新平衡 摩擦力摩擦力。 (2)操作中的操
7、作中的“一先一后一按一先一后一按”：每次开始时小车应靠近打点计时：每次开始时小车应靠近打点计时 器器，并先接通电源并先接通电源，后放开小车后放开小车，且应在小车碰到滑轮前按住小车且应在小车碰到滑轮前按住小车。 (3)作图中的作图中的“拟合与舍弃拟合与舍弃”：要使尽可能多的点在一条直线上：要使尽可能多的点在一条直线上，不不 在直线上的点也要尽可能均匀地分布在直线的两侧在直线上的点也要尽可能均匀地分布在直线的两侧，遇到个别偏差较大遇到个别偏差较大 的点应舍去的点应舍去。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 六、误差分析六、误差分析 (1)因实验原理不完善引起误差。以小车、小盘和砝
8、码整体为研究对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 象得象得 mg(Mm)a；以小车为研究对象得；以小车为研究对象得 FMa；求得；求得 F M Mm mg 1 1 m M mgmg。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 本本实验用小盘和盘中砝码的重力实验用小盘和盘中砝码的重力mg代替小车所受的拉力代替小车所受的拉力，而实际上而实际上 小车所受的拉力要小于小盘和盘中砝码的重力小车所受的拉力要小于小盘和盘中砝码的重力。小盘和砝码的总质量越小盘和砝码的总质量越 小小，由此引起的误差就越小由此引起的误差就越小。 (2)摩擦力平衡不准确摩擦力平衡不准确、质量测量不
9、准确质量测量不准确、计数点间距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产生误差纸带和细绳不严格与木板平行都会产生误差。 2 核心考点重点突破 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 (2020 重庆涪陵实验中重庆涪陵实验中 学月考学月考)如图如图1所示所示，为为“探究加速探究加速 度与力度与力、质量的关系质量的关系”实验装置及实验装置及 数字化信息系统获得了小车和砝码数字化信息系统获得了小车和砝码 的加速度的加速度a与钩码的总质量及小车与钩码的总质量及小车 和砝码的总质量对应关系图和砝码的总质量对应关系图。钩码钩码 的总质量为的总质量为m1，小车和砝码的质
10、量小车和砝码的质量 为为m2，重力加速度为重力加速度为g。 考点一考点一 教材原型实验教材原型实验 例例1 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 (1)下列说法正确的是下列说法正确的是_。 A每次在小车上加减砝码时，应重新平衡摩擦力每次在小车上加减砝码时，应重新平衡摩擦力 B实验时若使用打点计时器应实验时若使用打点计时器应先释放小车后接通电源先释放小车后接通电源 C本实验本实验 m2应远小于应远小于 m1 D在用图像探究加速度与质量关系时，应作在用图像探究加速度与质量关系时，应作 a 1 m2图像 图像 D 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 (2)实验时实验
11、时，某同学由于疏忽某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤遗漏了平衡摩擦力这一步骤，测得测得F m1g，作出作出aF图像图像，他可能作出图他可能作出图2中中_(填填“甲甲”“”“乙乙”或或 “丙丙”)图线图线。此图线的此图线的AB段明显偏离直线段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是造成此误差的主要原因是 _。 A小车与轨道之间存在摩擦小车与轨道之间存在摩擦 B轨道保持了水平状态轨道保持了水平状态 C钩码的质量太大钩码的质量太大 D所用小车和砝码的总质量太大所用小车和砝码的总质量太大 丙丙 C 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 (3)实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤，若
12、轨道水平，他测实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤，若轨道水平，他测 量得到的量得到的 1 m2 a 图像如图图像如图 3 所示。 已知图中直线的斜率为所示。 已知图中直线的斜率为 k， 在纵轴上的， 在纵轴上的 截距为截距为 b，则小车与轨道间的动摩擦因数，则小车与轨道间的动摩擦因数 _，钩码的总质量，钩码的总质量 m1 _。 (4)实验中打出的纸带如图实验中打出的纸带如图 4 所示。 相邻两计数点间的时间间隔是所示。 相邻两计数点间的时间间隔是 0.1 s，图中长度单位是，图中长度单位是 cm，由此可以算出小车和砝码运动的加速度大小是，由此可以算出小车和砝码运动的加速度大小是 _m/s2
13、。 0.46 b gk 1 gk 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 解析解析 (1)假设轨道倾角为假设轨道倾角为 ，则有，则有 fm2gsin m2gcos ，得，得 tan ，故每次在小车上加减砝码时，不需要重新平衡摩擦力，故每次在小车上加减砝码时，不需要重新平衡摩擦力，A 错误；错误； 实验时若使用打点计时器应先接通电源后释放实验时若使用打点计时器应先接通电源后释放小车，故小车，故 B 错误；对小车错误；对小车 和砝码应用牛顿第二定律有和砝码应用牛顿第二定律有 Fm2a，对钩码、小车和砝码整体有，对钩码、小车和砝码整体有 m1g (m1m2)a， 两式联立得， 两式联立
14、得 Fm2 m1g m1m2 1 m1 m2 1 m1gm1g， 只有当， 只有当 m1m2 时，钩码的重力才能充当小车和砝码受到的合力，故应该使时，钩码的重力才能充当小车和砝码受到的合力，故应该使 m1m2，选，选 项项 C 错误；由错误；由 Fm2a，得，得 a F m2，所以在用图像探究小车和砝码的加速 ，所以在用图像探究小车和砝码的加速 度与其质量的关系时，应作度与其质量的关系时，应作 a 1 m2图像，故 图像，故 D 正确。正确。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 (2)若没有平衡摩擦力或者平衡的不够，就会出若没有平衡摩擦力或者平衡的不够，就会出现有拉力，小车不
15、动现有拉力，小车不动 的情况，故图线为丙；当不满足的情况，故图线为丙；当不满足 m1m2时，随时，随 m1的增大小车的加速度的增大小车的加速度 a 逐渐减小，故图线弯曲的原因是：钩码的总质量太大，不满足钩码的逐渐减小，故图线弯曲的原因是：钩码的总质量太大，不满足钩码的 总质量远小于小车和砝码的总质量，故总质量远小于小车和砝码的总质量，故 C 正确。正确。 (3)根据牛顿第二定律可知根据牛顿第二定律可知 m1gm2gm2a，结合，结合 1 m2 a 图像，可得图像，可得 1 m2 m1 1 m1ga，已知题图 ，已知题图 3 中直线的斜率为中直线的斜率为 k，在纵轴上的截距为，在纵轴上的截距为
16、b， 因此钩码的质量因此钩码的质量 m1 1 gk，小车与轨道间的动摩擦因数 ，小车与轨道间的动摩擦因数 b gk。 。 (4)根据根据 xaT2得得 ax 4 x1 3T2 2.62 1.24 30.12 10 2m/s2 0.46 m/s2。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 (1)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够，在在aF图像横轴上有截距；图像横轴上有截距； (2)平衡摩擦力过度平衡摩擦力过度，在在aF图像纵轴上有截距；图像纵轴上有截距； (3)钩码的质量没有远小于小车及车上砝码的总质量钩码的质量没有远小于小车及车上砝码的总质量，则图像不是
17、直则图像不是直 线线，而会发生弯曲而会发生弯曲。 验证牛顿运动定律实验误差分析验证牛顿运动定律实验误差分析 方法总结方法总结 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 变式训练变式训练1如图甲所示为某同学设计的如图甲所示为某同学设计的“探究加速度与物体所探究加速度与物体所 受合力受合力F及质量及质量m的关系的关系”实验装置简图实验装置简图，在实验中认为细线对小车拉在实验中认为细线对小车拉 力力F的大小等于砝码和砝码盘的总重力的大小等于砝码和砝码盘的总重力，小车运动的加速度小车运动的加速度a的大小可由的大小可由 纸带上的点求得纸带上的点求得。 (1)实验过程中实验过程中，打点计时器应
18、接在打点计时器应接在_(填填“直流直流”或或“交流交流”) 电源上电源上，连接小车与砝码盘的细线跨过定滑轮连接小车与砝码盘的细线跨过定滑轮，调整定滑轮调整定滑轮，使细线与使细线与 木板平行木板平行。 甲甲 交流交流 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 (2)图乙是实验中获取的一条纸带的一部分图乙是实验中获取的一条纸带的一部分，其中其中0、1、2、3、4是是 计数点计数点，每相邻两计数点间还有每相邻两计数点间还有4个点未标出个点未标出，计数点间的距离如图乙计数点间的距离如图乙 所示所示，打打“3”计数点时小车的速度大小为计数点时小车的速度大小为v_m/s；由纸带求出小；由纸带求
19、出小 车的加速度的大小车的加速度的大小a_m/s2。(计算结果均保留两位有效数字计算结果均保留两位有效数字) 0.26 0.50 乙乙 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 (3)在在“探究加速度与力的关系探究加速度与力的关系”时时，保持小车的质量不变保持小车的质量不变，改变砝改变砝 码盘中砝码的质量码盘中砝码的质量，该同学根据实验数据作出了加速度该同学根据实验数据作出了加速度a与合力与合力F的关系的关系 图 线 如 图 丙 所 示图 线 如 图 丙 所 示 ， 该 图 线 不 通 过 坐 标 原 点该 图 线 不 通 过 坐 标 原 点 ， 原 因 可 能 是原 因 可 能
20、是 _。 平衡摩擦力过度平衡摩擦力过度 丙丙 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 解析解析 (1)打点计时器应接在交流电源上。打点计时器应接在交流电源上。 (2)每相邻两计数点间有每相邻两计数点间有 4 个点未标出，则每相邻两计数点间的时间个点未标出，则每相邻两计数点间的时间 间隔间隔 t50.02 s0.1 s，由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这，由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这 段时间内的平均速度可知，打段时间内的平均速度可知，打“3”计数点时小车的速度大小计数点时小车的速度大小 v 0.0240 m0.0288 m 20.1 s 0.26 m/s 。 小
21、车 的 加 速 度 的 大 小 为。 小 车 的 加 速 度 的 大 小 为a 0.0240 m0.0288 m 0.0140 m0.0189 m 20.1 s 2 0.50 m/s2。 (3)由题图丙知，当合力为零时，小车的加速度不为零，原因可能是由题图丙知，当合力为零时，小车的加速度不为零，原因可能是 平衡摩擦力过度。平衡摩擦力过度。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 考点二考点二 实验拓展创新实验拓展创新 实验装置图实验装置图 创新创新/改进点改进点 1实验方案的改进：系统总质量不变化，改实验方案的改进：系统总质量不变化，改 变拉力得到若干组数据。变拉力得到若干组数据
22、。 2用传感器记录小车的时间用传感器记录小车的时间 t 与位移与位移 x，直，直 接绘制接绘制 xt 图像。图像。 3利用牛顿第二定律求解实验中的某些参利用牛顿第二定律求解实验中的某些参 量，确定某些规律。量，确定某些规律。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 实验装置图实验装置图 创新创新/改进点改进点 1用传感器与计算机相连，直接得用传感器与计算机相连，直接得 出小车的加速度。出小车的加速度。 2用图像法处理数据时，用钩码的用图像法处理数据时，用钩码的 质量质量 m 代替合力代替合力 F， 即用， 即用 am 图像图像 代替代替 aF 图像。图像。 高考一轮总复习 物理
23、第三章 牛顿运动定律 返回导航 实验装置图实验装置图 创新创新/改进点改进点 1用光电门代替打点计时器，遮光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。末速度，由运动学公式求出加速度。 2结合牛顿第二定律，该装置可以结合牛顿第二定律，该装置可以 测出动摩擦因数。测出动摩擦因数。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 实验装置图实验装置图 创新创新/改进点改进点 弹簧测力计测量小车所受的拉力， 钩弹簧测力计测量小车所受的拉力， 钩 码的质量不需要远小于小车质量， 更码的质量不需要远小于小车质量， 更
24、无需测钩码的质量。无需测钩码的质量。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 实验装置图实验装置图 创新创新/改进点改进点 1气垫导轨代替长木板，无需平衡气垫导轨代替长木板，无需平衡 摩擦力。摩擦力。 2力传感器测量滑块所受的拉力，力传感器测量滑块所受的拉力， 钩码的质量不需要远小于滑块质量，钩码的质量不需要远小于滑块质量， 更无需测钩码的质量。更无需测钩码的质量。 3用光电门代替打点计时器，遮光用光电门代替打点计时器，遮光 条结合光电门测得滑块的末速度， 由条结合光电门测得滑块的末速度， 由 刻度尺读出遮光条中心初始位置与刻度尺读出遮光条中心初始位置与 光电门之间的距离， 由运
25、动学公式求光电门之间的距离， 由运动学公式求 出加速度。出加速度。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 (2020 山东烟台一模山东烟台一模)实验小组用图甲所示的装置既可以实验小组用图甲所示的装置既可以 探究加速度与合力的关系探究加速度与合力的关系，又可以测量当地的重力加速度又可以测量当地的重力加速度。装置中的物装置中的物 块下端连接纸带块下端连接纸带，沙桶中可放置细沙以便改变物块所受到力的大小沙桶中可放置细沙以便改变物块所受到力的大小，物物 块向上运动的加速度块向上运动的加速度a可由打点计时器和纸带测出可由打点计时器和纸带测出，现保持物块质量不现保持物块质量不 变变，逐渐增
26、大沙桶和沙的总质量进行多次实验逐渐增大沙桶和沙的总质量进行多次实验，得到多组得到多组a、F值值(F为力为力 传感器的示数传感器的示数，大小等于悬挂滑轮绳子的拉力大小等于悬挂滑轮绳子的拉力)，不计滑轮的重力不计滑轮的重力。 例例2 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 (1)某同学根据实验数据画出了某同学根据实验数据画出了aF关系图线如图乙所示关系图线如图乙所示，则由该图则由该图 像可求得物块的质量像可求得物块的质量m_ kg，当地重力加速度当地重力加速度g_ m/s2(结结 果均保留两位有效数字果均保留两位有效数字)。 (2
27、)改变沙桶和沙的总质量改变沙桶和沙的总质量M使物块获得不同大小的加速度使物块获得不同大小的加速度a，则实则实 验得到的加速度验得到的加速度a的值可能是的值可能是_(填选项前的字母填选项前的字母)。 A12.0 m/s2 B10.0 m/s2 C6.5 m/s2 D8.2 m/s2 0.20 10 CD 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 解析解析 本题考查利用力传感器探究加速度与合力、质量的关系。本题考查利用力传感器探究加速度与合力、质量的关系。 (1)对物块分析可得对物块分析可得 FTmgma，对滑轮应有，对滑轮应有 F2FT，联立以上方，联立以上方 程可得程可得 a 1
28、2mF g，可得，可得 aF 图线的斜率图线的斜率 k 1 2m，代入图像数据解得 ，代入图像数据解得 m0.20 kg，纵轴的截距，纵轴的截距g10 m/s2，解得，解得 g10 m/s2。 (2)对整体分析， 据牛顿第二定律对整体分析， 据牛顿第二定律 a M m g Mm g， 符合条件的只有， 符合条件的只有 C、 D。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 变式训练变式训练2现要验证现要验证“当质量一定时当质量一定时，物体运动的加速度与它物体运动的加速度与它 所受的合外力成正比所受的合外力成正比”这一规律这一规律。所用实验装置及操作如下：一光滑长所用实验装置及操作如下
29、：一光滑长 木板木板AB一端搭在固定在水平面上的竖直挡板上一端搭在固定在水平面上的竖直挡板上。让小车自木板上一固定让小车自木板上一固定 点点O从静止开始下滑到从静止开始下滑到B点点，用计时器记下该过程所用的时间用计时器记下该过程所用的时间t，用米尺用米尺 测出测出O、B两点之间的距离两点之间的距离L以及以及O点到水平面的高度点到水平面的高度h。改变高度改变高度h，重重 复上述测量复上述测量。 (1)小车的加速度小车的加速度a_； 2L t2 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 (2)若第若第 5 次的高度次的高度 h 是第是第 1 次的次的 2 倍，则第倍，则第 5 次小车所
30、受的合外力次小车所受的合外力 大小大小_，(填填“大于大于”“”“小于小于”或或“等于等于”)第第 1 次的次的 2 倍；倍； (3)以以 h 为纵坐标，为纵坐标，_(填填“t2”或或“ 1 t2” ”)为横坐标，若根据实验数据为横坐标，若根据实验数据 作出的图像为一条过原点的倾斜直线，则规律得到验证。作出的图像为一条过原点的倾斜直线，则规律得到验证。 等于等于 1 t2 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 解析解析 (1)由位移由位移时间关系式时间关系式 L1 2at 2 可得可得 a2L t2 。 (2)小车在木板上受到竖直向下的重力、垂直于木板面的支持力，这小车在木板上
31、受到竖直向下的重力、垂直于木板面的支持力，这 两个力在垂直木板面方向的合力大小为零， 沿木板面方向的合力为两个力在垂直木板面方向的合力大小为零， 沿木板面方向的合力为 mgsin ( 为木板与水平面间的夹角为木板与水平面间的夹角)，而，而 O 点到水平面的高度为点到水平面的高度为 h，根据几何，根据几何 关系有关系有 sin h L，所以小车受到的合外力 ，所以小车受到的合外力 Fmgh L 。若第。若第 5 次的高度次的高度 h 是第是第 1 次的次的 2 倍，则第倍，则第 5 次所受的合外力大小等于第次所受的合外力大小等于第 1 次的次的 2 倍。倍。 (3)根据根据 a F m， ，a2
32、L t2 且且 Fmgh L ，得，得 h2L 2 gt2 ，即以，即以 h 为纵坐标，为纵坐标， 1 t2为 为 横坐标，若根据实验数据作出的图像为一条过原点的倾斜直线，则规律横坐标，若根据实验数据作出的图像为一条过原点的倾斜直线，则规律 得到验证。得到验证。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 (2021 河南三门峡期中河南三门峡期中)如图所示为测量物块与水平桌面之如图所示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间动摩擦因数的实验装置示意图，实验步骤如下：实验步骤如下： 用天平测量物块和遮光片的总质量用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量重物的质量m，用
33、游标卡用游标卡 尺测量遮光片的宽度尺测量遮光片的宽度d0.950 cm；用刻度尺测量两光电门中心线之间的；用刻度尺测量两光电门中心线之间的 距离距离s； 调整轻滑轮调整轻滑轮，使细线水平；使细线水平； 考点三考点三 教材实验拓展教材实验拓展测定动摩擦因数测定动摩擦因数 例例3 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 让物块从光电门让物块从光电门 A 的左侧由静止释放，分别测出遮光片经过光电的左侧由静止释放，分别测出遮光片经过光电 门门 A 和光电门和光电门 B 所用的时间所用的时间 tA和和 tB，求出加速度，求出加速度 a； 多次重复步骤多次重复步骤，求，求 a 的平均值的平均
34、值a； 根据上述实验数据求出物块与水平桌面间动摩擦因数根据上述实验数据求出物块与水平桌面间动摩擦因数 。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 回答下列问题：回答下列问题： (1)物块的加速度物块的加速度 a 可用可用 d、s、tA和和 tB表示为表示为 a_。 (2)动摩擦因数动摩擦因数 可用可用 M、 m、 a和重力加速度和重力加速度 g 表示为表示为 _。 (3)如果滑轮略向下倾斜，使细线没有完全调节水平，由此测得的如果滑轮略向下倾斜，使细线没有完全调节水平，由此测得的 _(填填“偏大偏大”或或“偏小偏小”)； 这一误差属于； 这一误差属于_(填填“偶然偶然 误差误差”或
35、或“系统误差系统误差”)。 偏大偏大 系统误差系统误差 1 2s d tB 2 d tA 2 mg Mm a Mg 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 解析解析 (1)物块经过物块经过 A、B 两点时的速度分别为两点时的速度分别为 vA d tA， ，vB d tB， ， 由匀变速直线运动速度与位移关系得由匀变速直线运动速度与位移关系得 v2 B v2 A 2as， 解得解得 a 1 2s d tB 2 d tA 2 。 (2)以重物和物块组成的系统为研究对象，由牛顿第二定律得以重物和物块组成的系统为研究对象，由牛顿第二定律得 mg Mg(Mm)a，解得，解得 mg Mm a
36、 Mg 。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 (3)如果滑轮略向下倾斜如果滑轮略向下倾斜，使细线没有完全调节水平使细线没有完全调节水平，则物块对桌面则物块对桌面 的正压力偏大的正压力偏大，测得的加速度偏小测得的加速度偏小，根据动摩擦因数的表达式知根据动摩擦因数的表达式知，动摩动摩 擦因数测量值偏大擦因数测量值偏大，该误差是由于实验装置存在问题引起的该误差是由于实验装置存在问题引起的，属于系统属于系统 误差误差。 3 2年高考1年模拟 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 1(2020 课标课标)一细绳跨过悬挂的定滑轮一细绳跨过悬挂的定滑轮，两端分别系两端分别
37、系 有小球有小球A和和B，如图所示如图所示，一实验小组用此装置测量小球一实验小组用此装置测量小球B运动运动 的加速度的加速度。 令两小球静止令两小球静止，细绳拉紧细绳拉紧，然后释放小球然后释放小球，测得小球测得小球B释释 放时的高度放时的高度h00.590 m，下降一段距离后的高度下降一段距离后的高度h0.100 m； 由由h0下降至下降至h所用的时间所用的时间t0.730 s。由此求得小球由此求得小球B加速度的加速度的 大小为大小为a_ m/s2(保留保留3位有效数字位有效数字)。 1.84 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 从实验室提供的数据得知从实验室提供的数据得知，
38、小球小球A、B的质量分别为的质量分别为100.0 g和和150.0 g，当地重力加速度大小为当地重力加速度大小为g9.80 m/s2。根据牛顿第二定律计算可得小根据牛顿第二定律计算可得小 球球B加速度的大小为加速度的大小为a_ m/s2(保留保留3位有效数字位有效数字)。 可以看出可以看出，a与与a有明显差异有明显差异，除实验中的偶然误差外除实验中的偶然误差外，写出一条可写出一条可 能产生这一结果的原因：能产生这一结果的原因：_。 1.96 滑轮的轴不光滑或滑轮有质量滑轮的轴不光滑或滑轮有质量 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 解析解析 本题通过连接体的运动考查测量加速度实
39、验的数据处理、 误本题通过连接体的运动考查测量加速度实验的数据处理、 误 差分析。由题意可知，小球差分析。由题意可知，小球 B 的质量大于小球的质量大于小球 A 的质量，所以小球的质量，所以小球 B 下下 落，小球落，小球 A 上升，上升，A、B 小球做匀变速直线运动，两小球的加速度大小小球做匀变速直线运动，两小球的加速度大小 相同，由匀变速直线运动规律可知相同，由匀变速直线运动规律可知 h0h1 2at 2，解得 ，解得 a1.84 m/s2；由；由 实验室提供的数据获得小球实验室提供的数据获得小球 A、B 的质量，结合牛顿第二定律有的质量，结合牛顿第二定律有 mBg mAg(mAmB)a，
40、可得，可得 am Bg mAg mAmB 1.96 m/s2，此实验所测得的，此实验所测得的 实际加速度大，除实际加速度大，除实验中的偶然误差外，还会存在阻力的作用，可能是实验中的偶然误差外，还会存在阻力的作用，可能是 滑轮有质量或滑轮的轴不光滑滑轮有质量或滑轮的轴不光滑(合理即可合理即可)。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 2(2020 山东山东，13)2020年年5月月，我国进行了珠穆朗玛峰的高度测我国进行了珠穆朗玛峰的高度测 量量，其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度，进而间接测量海进而间接测量海 拔高度拔高度。某同学
41、受此启发就地取材设计了如下实验某同学受此启发就地取材设计了如下实验，测量当地重力加速测量当地重力加速 度的大小度的大小。实验步骤如下：实验步骤如下： ()如图甲所示如图甲所示，选择合适高度的选择合适高度的垫垫 块块，使木板的倾角为使木板的倾角为53，在其上表面在其上表面固固 定定一与小物块下滑路径平行的刻度尺一与小物块下滑路径平行的刻度尺(图图 中中未画出未画出)。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 ()调整手机使其摄像头正对木板表面， 开启视频录像功能。 将小物调整手机使其摄像头正对木板表面， 开启视频录像功能。 将小物 块从木板顶端释放，用手机记录下小物块沿木板向下做加
42、速直线运动的块从木板顶端释放，用手机记录下小物块沿木板向下做加速直线运动的 情况。然后通过录像的回放，选择小物块运动路径上合适的一点作为测情况。然后通过录像的回放，选择小物块运动路径上合适的一点作为测 量参考点，得到小物块相对于该点的运动距离量参考点，得到小物块相对于该点的运动距离 L 与运动时间与运动时间 t 的数据。的数据。 ()该同学选取部分实验数据，画出了该同学选取部分实验数据，画出了2L t t 图像，利用图像数据得图像，利用图像数据得 到小物块下滑的加速度大小为到小物块下滑的加速度大小为 5.6 m/s2。 ()再次调节垫块，改变木板的倾角，重复实验。再次调节垫块，改变木板的倾角，
43、重复实验。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 回答以下问题：回答以下问题： (1)当木板的倾角为当木板的倾角为37时时，所绘图像如图乙所示所绘图像如图乙所示。由图像可得到由图像可得到， 物块过测量参考点时速度的大小为物块过测量参考点时速度的大小为_ m/s；选取图线上位于；选取图线上位于 坐标纸网格交叉点上的坐标纸网格交叉点上的A、B两点两点，利用利用A、B两点数据得到小物块下滑两点数据得到小物块下滑 加速度的大小为加速度的大小为_m/s2。(结果均保留结果均保留2位有效数字位有效数字) 0.32或或0.33 3.1 (2)根据上述数据根据上述数据，进一步分析得到进一步分析
44、得到 当地的重力加速度大小为当地的重力加速度大小为_ m/s2。 (结果保留结果保留2位有效数字位有效数字，sin 370.6， cos 370.80) 9.4 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 解析解析 (1)根据根据 Lv0t1 2at 2 可得可得 2L t 2v0at 则由则由2L t t 图像可知图像可知 2v06510 2 m/s 则则 v00.33 m/s ak 190 65 10 2 4010 2 m/s23.1 m/s2 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 (2)由牛顿第二定律可知由牛顿第二定律可知 mg sin mgcos ma 即即a
45、gsin gcos 当当53时时a5.6 m/s2，即即 gsin53gcos535.6 当当37时时a3.1 m/s2，即即 gsin37gcos373.1 联立解得联立解得 g9.4 m/s2。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 3(2020 浙江浙江7月选考月选考)做做“探究加速度与力探究加速度与力、质量的关系质量的关系”实验实验 时时，图甲是教材中的实验方案；图乙是拓展方案图甲是教材中的实验方案；图乙是拓展方案，其实验操作步骤如其实验操作步骤如 下：下： 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 ()挂上托盘和砝码挂上托盘和砝码，改变木板的倾角改变木板的
46、倾角，使质量为使质量为M的小车拖着纸的小车拖着纸 带沿木板匀速下滑；带沿木板匀速下滑； ()取下托盘和砝码取下托盘和砝码，测出其总质量为测出其总质量为m，让小车沿木板下滑让小车沿木板下滑，测测 出加速度出加速度a； ()改变砝码质量和木板倾角改变砝码质量和木板倾角，多次测量多次测量，通过作图可得到通过作图可得到aF 的的 关系关系。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 实验获得如图丙所示的纸带实验获得如图丙所示的纸带，计数点计数点a、b、c、d、e、f间均有四间均有四 个点未画出个点未画出，则在打则在打d点时小车的速度大小点时小车的速度大小vd_ m/s(保留保留 两位有效数
47、字两位有效数字)； 需要满足条件需要满足条件Mm的方案是的方案是_(选填选填“甲甲”、“乙乙”或或“甲和甲和 乙乙”)；在作；在作aF图像时图像时，把把mg作为作为F值的是值的是_(选填选填“甲甲”、 “乙乙”或或“甲和乙甲和乙”)。 0.180.19 丙丙 甲甲 甲和乙甲和乙 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 解析解析 d 点为点为 c、e 两点中间时刻点，故两点中间时刻点，故 vdLce 2T 其中其中 Lce36.10 cm32.40 cm3.70 cm，T0.1 s 故故 vd3.70 10 2 0.2 m/s0.19 m/s 采用甲方案时，要平衡摩擦力，用托盘和砝
48、码的总重力代替绳子采用甲方案时，要平衡摩擦力，用托盘和砝码的总重力代替绳子 拉力拉力 F，FMa，而，而 mgFma 两式联立得两式联立得 mgMama，则，则 a mg Mm 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 当当 Mm 时，时，amg M 故方案甲需要满足条件故方案甲需要满足条件 Mm 采用方案乙时采用方案乙时 挂上托盘和砝码应有挂上托盘和砝码应有 Mgsin fmg 取下托盘和砝码应有取下托盘和砝码应有 Mgsin fMa，即，即 mgMa amg M ，故不需要满足，故不需要满足 Mm 因此在作因此在作 aF 图像时把图像时把 mg 作为作为 F 值的是甲和乙。值的是甲和乙。 高考一轮总复习 物理 第三章 牛顿运动定律 返回导航 4(2020 陕西榆林模拟陕西榆林模拟)在探究物体的加速度与物体所受外力的关在探究物体的加速度与物体所受外力的关 系实验中系实验中，如图甲所示如图甲所示，在水平放置的气垫导轨上有一质量为在水平放置的气垫导轨上有一质量为M的带有的带有 方盒的滑块方盒的滑块，气垫导轨右端固定一定滑轮气垫导轨右端固定一定滑轮，细线绕过定滑轮细线绕过定滑轮，一端与滑一端与滑 块相连块相连，另一端挂有另一端挂有6个钩码个钩码，设每个钩码的质量均为设每个钩码的质量均为m，且且M4m。 甲甲 高考一轮总复习 物理 第三
