高考物理必考17个实验精讲精练专题05验证牛顿运动定律（含解析）

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1、验证牛顿运动定律基础知识一、实验原理、目的、器材与步骤：探究加速度与力、质量的关系（牛顿第二定律）实验目的：探究加速度与力的关系探究加速度与物体质量的关系归纳牛顿第二定律实验器材：实验步骤：1.如图搭建实验装置2.平衡摩擦力：把长木板右端稍微垫起，使小车能在长木板上匀速运动。3.探究加速度与力的关系：小车和其中的砝码不变，改变砝码盘中的砝码，使小车加速运动，用打点计时器打出纸带，并计算每次的加速度。要求：砝码盘和其中砝码的总质量远小于小车及其中砝码的总质量量。4.探究加速度与物体质量的关系：砝码盘中的砝码不变（力不变），改变小车中的砝码数量，

2、使小车加速运动，用打点计时器打出纸带，并计算每次的加速度。5.归纳牛顿第二定律。定律导出：（1）由上述实验结果，，可得出物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，即牛顿第二定律的基本关系，写成数学表达式为17(2)上式可写为等式F=kma，式中k为比例常数．如果公式中的物理量选择合适的单位，就可以使k=1，则公式更为简单．在国际单位制中，力的单位是牛顿．牛顿这个单位就是根据牛顿第二定律来定义的：使质量是1kg的物体产生1m/s2的加速度的力为1N，即1N=1kg·m/s2．可见，如果都用国际单位制中的单位，就可以使k=1，那么公式则简化

3、为F=ma，这就是牛顿第二定律的公式．(3)当物体受到几个力的作用时，牛顿第二定律也是正确的，不过这时F代表的是物体所受外力的合力．牛顿第二定律更一般的表述是：物体的加速度跟所受的外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同．公式是：F合=ma．著名的也是最重要的“牛顿第二定律实验”，以课程标准为指导而编写的教科书与以前的教科书比较，把教师演示实验变为学生探索性实验。多年以来，都是教师演示实验，由老师做、老师讲，教科书不把实验的设计展示给学生，而课程标准教科书则详细写出了实验程序和设计过程。在实验修订本中，关于牛顿第二

4、定律的实验的叙述只用了半页400多字，而在课标教科书中，用了单独的一节即第四章第2节：实验：探究加速度与力、质量的关系，洋洋洒洒3页半，约2000多字,是原来的5倍多。实验修订本中，有下列内容（2项）：l实验装置l实验方法课标教科书中，有下列内容（7项）：l加速度与力的关系l加速度与质量的关系l制定实验方案时的两个问题l怎样测量或比较物体的加速度l怎样提供和测量物体所受的恒力l参考案例l怎样由实验结果得出结论17通过比较可以知道：实验修订本中的内容只是课标教科书中“怎样测量或比较物体的加速度”和“参考案例”两项内容，也就是说：课标教科书比实验

5、修订本增加了实验设计方法的内容：加速度与力的关系和加速度与质量的关系，即控制变量法。以前是老师补充的，现在写在教科书中，使学生不仅知道怎样做实验，还明白为什么这样做实验，即知其然知其所以然。除文字不同外，插图也不同。实验修订本中，只有一幅图即图3-5研究牛顿第二定律的实验装置图（第50页），而在课标教科书中除实验装置图（第78页图4.2-4及图4.2-5）外还有图4.2-2加速度与质量的关系图（a-m图）和图4.2-4加速度与质量的倒数的关系图（a-图）（第76页），为学生作图做了示范。二、系统误差分析1．用数字计算法分析误差在实验中，小车（

6、质量为）受的拉力实际上不等于钩码的重力（），设为，则有，解得从结果可以看出，小车受的拉力实际上小于钩码的重力（），而钩码的重力（）是产生小车和钩码二者的加速度的力，而不是产生小车的加速度的力。2．用公式法分析误差根据公式，得相对误差为，也就是说，小车质量比钩码质量大得越多，相对误差越小，即实验条件是：只有当>>时，才能认为小车受力等于钩码的重力。这样做实验的主要问题还不在误差上，主要问题在：实验给同学造成一个错觉，一个严重的错觉，那就是学生觉得，小车受的拉力等于钩码的重力，这个错觉的来源还在于：初中他们学静止和匀速运动时，小车受的拉力确实等于

7、钩码的重力。这个错觉很难纠正，以至于在很多题中体现出来。17例题和习题1．为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置（如图所示）。实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力。（1）往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车▲（选填“之前”或“之后”）接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点。（2）从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表：请根据实验数据作出小车的v-t图像。（3）通过对实验结果的分析，该同学

8、认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大，你是否同意他的观点？请根据v-t图象简要阐述理由。【答案】（1）之前（2）（见下图）17（3）同意在v-t图象中