第一部分必考内容必修1 第三章 牛顿运动定律实验四 验证牛顿运动定律
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2025-01-03
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实验四 验证牛顿运动定律
一、基本原理与操作
原理装置图 操作要领
探究方法——控制变量法
(1)平衡：必须平衡摩擦力(改变小车或重物
质量，无需重新平衡摩擦力)
(2)质量：重物的总质量远小于小车质量(若
使用力传感器，或以小车与重物的系统为研
究对象无需满足此要求)
(3)要测量的物理量
① 小车与其上砝码的总质量(天平)
② 小车受到的拉力(约等于重物的重力)
③ 小车的加速度(根据纸带用逐差法或根据
光电门数据计算加速度)
(4)其他：细绳与长木板平行；小车从靠近打
点计时器的位置释放，在到达定滑轮前按住
小车，实验时先接通电源，后释放小车
二、数据处理和实验结论
(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，如图 1甲所示，说明 a与F成正比。
图1
(3)以a为纵坐标，为横坐标，描点、连线，如果该线为过原点的直线，如图乙
所示，就能判定 a与M成反比。
注意事项
(1)平衡摩擦力的方法：在长木板无滑轮的一端垫上小木块，使其适当倾斜，利
用小车重力沿斜面方向的分力与摩擦力平衡。
(2)判断小车是否做匀速直线运动，一般可目测，必要时可通过打点纸带，看上
面各点间的距离是否均匀。
(3)平衡摩擦力时要注意以下几点
① 平衡摩擦力时不能在轻绳的另一端挂托盘
② 平衡摩擦力必须让小车连上纸带，且让打点计时器处于工作状态
③ 平衡摩擦力时可借助纸带上点迹是否均匀来判断
误差分析
(1)质量的测量、纸带上计数点间距离的测量、拉线或纸带不与木板平行等都会造
成误差。
(2)实验原理不完善引起误差。
通过适当的调节，使小车所受的阻力被平衡，当小车做加速运动时，可以得到
a＝g，FT＝mg＝，只有当 M≫m时，才可近似认为小车所受的拉力 FT等于
mg，所以本实验存在系统误差。
(3)平衡摩擦力不准确会造成误差。
教材原型实验
命题角度 实验原理与实验操作
【例 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。探究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是____________。
(2)某同学的实验方案如图 2所示，他想用沙和沙桶的总重力表示小车受到的合
外力 F，为了减小这种做法带来的实验误差，他先做了两方面的调整措施：
图2
① 用小木块将长木板不带定滑轮的一端垫高，目的是____________。
② 使沙和沙桶的总质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于____
______________。
(3)该同学利用实验中打出的纸带求加速度时，处理方案有两种：
A.利用公式 a＝计算；
B.根据 a＝，利用逐差法计算。
两种方案中，你认为选择方案________比较合理。
解析 (1)探究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是控制变量法。
(2)想用沙和沙桶的总重力表示小车受到的合外力 F，为了减小这种做法带来的
实验误差，应使沙和沙桶的总质量远小于小车的质量；还要用小木块将长木板
不带定滑轮的一端垫高，目的是平衡摩擦力。
(3)利用实验中打出的纸带求加速度时，需要根据 a＝，利用逐差法计算，选项
B正确。
答案 (1)控制变量法 (2)① 平衡摩擦力 ②沙和沙桶的总重力 (3)B
拓展训练 1 如图 3所示，某学生实验小组定量探究加速度与力、质量的关系。实
验时使小车在砝码和托盘的牵引下运动。
图3
(1)实验室准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸及如图所示的器材。若
要完成该实验，必需的实验器材还有________________。
(2)为达到平衡摩擦力的目的，取下细绳和托盘，通过调节垫片的位置，改变长
木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做________运动。
(3)实验开始时，先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行。
这样做的目的是________(填选项前的字母)。
A.避免小车在运动过程中发生抖动
B.可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰
C.可以保证小车最终能够实现匀速直线运动
D.可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力
答案 (1)天平、刻度尺 (2)匀速直线 (3)D
拓展训练 2 为了探究加速度与力、质量的关系，甲、乙、丙三位同学分别设计了
如图 4所示的实验装置，小车质量用 M表示(乙图中M包括小车与传感器，丙
图中M包括小车和与小车固连的滑轮)，钩码总质量用 m表示。
摘要：
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实验四 验证牛顿运动定律一、基本原理与操作原理装置图操作要领探究方法——控制变量法(1)平衡：必须平衡摩擦力(改变小车或重物质量，无需重新平衡摩擦力)(2)质量：重物的总质量远小于小车质量(若使用力传感器，或以小车与重物的系统为研究对象无需满足此要求)(3)要测量的物理量①小车与其上砝码的总质量(天平)②小车受到的拉力(约等于重物的重力)③小车的加速度(根据纸带用逐差法或根据光电门数据计算加速度)(4)其他：细绳与长木板平行；小车从靠近打点计时器的位置释放，在到达定滑轮前按住小车，实验时先接通电源，后释放小车二、数据处理和实验结论(1)利用Δx＝aT2及逐差法求a。(2)以a为纵坐标，F为横坐...
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