文档内容
第三章 牛顿运动定律
近5年考情分析
考题统计
等级
考点要求 2022 2021 2020 2019 2018
要求
浙江6月卷·T2
对牛顿运动定律的 全国甲卷·T14 山东卷·T1
Ⅰ 全国乙卷·T15
理解 浙江6月卷·T4 浙江1月
湖南卷·T9
浙江1月卷
·T19 江苏卷·T5
牛顿运动定律的综 全国乙卷·T21 Ⅱ卷·T19
Ⅱ 浙江6月卷 浙江1月 卷Ⅰ·T15
合应用 浙江6月卷·T19 Ⅲ卷·T20
·T19
全国甲卷·T19
实验四：验证牛顿 全国甲卷·T22 Ⅱ卷·T22 Ⅱ卷·T23
Ⅱ 山东卷·T13
运动定律 湖南卷·T11 浙江7月
物理观念:对惯性，超、失重和牛顿运动定律的理解。
科学思维:1.“轻绳”模型与“轻杆模型”.2.传送带、板块模型以及整体法隔离法解
核心素养 连接体问题。
科学态度与责任:用牛顿运动定律研究生产、科技、体育中的问题。
科学探究:探究加速度与力的关系。
高考命题中对本章内容的考查有惯性、力与运动的关系、加速度与力的关系、超重与
失重，题型有选择题、计算题.方法有整体法、隔离法、数图转换、函数论证、临界极
值法，控制变量法.能力有理解能力、推理能力、分析综合能力、应用数学处理物理问
命题规律
题的能力、实验能力。试题难度中等偏易。高考试题会综合牛顿运动定律和运动学规
律，注重与电场、磁场的渗透，注重与生产、生活、当今热点、现代科技的联系，注
意社会责任、科学态度等要素的渗透。
1.牢记基础知识，熟练掌握基本方法，积累消化基础模型，努力拓展新情景下的应用.
2.准确把握物理考向:牛顿运动定律的理解、动力学的两类基本问题、超重与失
重、连接体问题、动力学中的图象问题、板块模型与多过程问题、传送带问题、实验
备考策略
的理解创新与改进.
3.每一个考向都要针对训练.
4.多关注当今与物理学有关的热点与现代科技。
【网络构建】专题 3.3 实验：探究加速度与力、质量的关系
【网络构建】
考点一 基本要求
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．掌握灵活运用图象处理问题的方法．
二、实验原理(见实验原理图)
1．保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系．
2．保持合外力不变，探究加速度与质量的关系．
3．作出a－F图象和a－图象，确定其关系．
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、导线两根、纸带、天平、米尺．
四、实验步骤
1．测量：
用天平测量小盘和砝码的质量m′和小车的质量m.
2．安装：
按照如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，使小车能匀速下滑．
4．操作：
(1)小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码．
(2)保持小车的质量m不变，改变砝码和小盘的质量m′，重复步骤(1)．
(3)在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.
(4)描点作图，作a－F的图象．
(5)保持砝码和小盘的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤(1)和(3)，作a－图象．
考点 二 方法规律
一、数据处理
1．保持小车质量不变时，计算各次小盘和砝码的重力(作为小车的合力)及对应纸带的加速度，填
入表(一)中．
表(一)
实验次数 加速度a/(m·s－2) 小车受力F/N
1
2
3
4
2.保持小盘内的砝码个数不变时，计算各次小车和砝码的总质量及对应纸带的加速度，填入表(二)
中．
表(二)
小车和砝码
实验次数 加速度a/(m·s－2)
的总质量m/kg
1
2
3
43.利用Δx＝aT2及逐差法求a.
4．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，说明 a
与F成正比．
5．以a为纵坐标，为横坐标，描点、连线，如果该线过原点，就能判定a与m成反比．
二、注意事项
1．平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受
到的阻力．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着打点的纸带匀速运动．
2．不重复平衡摩擦力．
3．实验条件：m≫m′.
4．一先一后一按：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，后释放小车，且应在小车到达定滑轮前按住小车．
5．作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上．不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线
两侧．
6．作图时两轴标度比例要选择适当．各量需采用国际单位．
三、误差分析
1．系统误差：本实验用小盘和砝码的总重力m′g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．偶然误差：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．
高频考点一 基本要求
例1、在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：
（1）为了探究加速度与力的关系，应保持____________不变，为了直观地判断加速度a与力F的数量关系，
应作出____________图像（选填“a-F”或“ ” ）；
（2）为了探究加速度与质量的关系，应保持___________不变，为了直观地判断加速度a与小车质量M的
数量关系，应作____________图像（选填“a-M”或“ ”）；
（3）某同学采用了如图所示的实验装置，为了使实验中能将砝码和砝码盘的总重力当作小车受到的合外
力，以下步骤必须采用的有____________A．保证小车下面的长木板水平放置
B．将小车下面的长木板右端适当垫高以平衡摩擦力
C．使小车质量远远大于砝码和砝码盘的总质量
D．使小车质量远远小于砝码和砝码盘的总质量
（4）如图为某次实验得到的纸带，实验数据如图，图中相邻计数点之间还有4个点未画出，根据纸带可求
出小车的加速度大小为___________m/s2（所用交变电流的频率为50Hz）（保留三位有效数字）
【答案】 质量M a-F 力F BC##CB 0.510
【解析】
（1）[1][2]为了探究加速度与力的关系，应保持质量M一定；为了直观地判断加速度a与力F的数量关系，
应作出直线图形，即a-F图像；
（2）[3][4]为了探究加速度与质量的关系，应保持力F不变；为了直观地判断加速度a与小车质量M的数
量关系，应作出直线图形，即 图像；
（3）[5] AB．实验中要平衡摩擦力，长木板的一端要垫高，所以不能水平放置，故A错误，B正确；
CD．以砝码和砝码盘（设砝码和砝码盘质量m）作为研究对象有
以小车（设小车质量M）作为研究对象有
联立以上两式可得
要使绳子拉力等于砝码和砝码盘的重力，即故有
即小车质量远远大于砝码和砝码盘的总质量，故C正确，D错误。
故选BC。
（4）[6]相邻计数点间的时间间隔
根据逐差法，小车的加速度大小为
【变式训练】某实验小组用如图甲所示实验装置“探究加速度与物体受力和质量的关系”，图中小车的质
量为 ，小钩码的质量为 。
（1）下列说法正确的是___________；（填序号）
A．先放开小车，再通电
B．在用图像探究小车加速度与受力的关系时，应作 图像
C．每次改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力
D．小钩码的质量 应远小于小车的质量
（2）将打点计时器接入频率为50Hz的交流电源上，某一次记录小车运动情况的纸带如图乙所示。图中
A、B、C为相邻的计数点，两相邻计数点间有4个计时点未标出，则小车通过B点的瞬时速度大小为
___________m/s，小车的加速度大小为___________ ；（结果均保留3位有效数字）（3）多次测量得出小车加速度a与小钩码重力F的图像如图丙所示，则小车的质量为___________kg（结
果保留3位有效数字）。作出的a-F图像与纵坐标轴上有截距，出现这一情况的原因是：___________。
【答案】 D 0.490 1.00 0.204 平衡摩擦力过度（或木板倾角过大）
【解析】
（1）[1]A．由于小车速度较快，且运动距离有限，打出的纸带长度也有限，为了能在长度有限的纸带上尽
可能多地获取间距适当的数据点，实验时应先接通电源，再释放小车，故A错误；
B．在用图像探究小车加速度与受力的关系时，用小钩码的重力mg来表示小车所受合外力F，而g为常数，
2
所以既可以计算出F的具体数值作 图像，也可以直接作a-m 图像，不能作 图像，故B错误；
2
C．设平衡摩擦力时木板抬高的倾角为θ，在沿木板方向根据平衡条件有
解得
所以木板抬高的倾角θ与小车质量m 无关，每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力，故C错误；
1
D．本实验用小钩码的重力mg来作为小车所受合外力F，对小车根据牛顿第二定律有
2
对小钩码同理有
联立解得
由上式可知只有当 时 才可认为等于 ，故D正确。
故选D。
（2）[2]由题意可知相邻计数点间的时间间隔为
小车通过B点的瞬时速度大小等于在A、C两点间平均速度大小，即
[3]小车的加速度大小为（3）[4]根据牛顿第二定律可知
即图像斜率的倒数等于m，所以
1
[5]作出的a-F图像与纵坐标轴上有截距，说明小车所受拉力为零时就存在加速度，出现这一情况的原因是
平衡摩擦力过度（或木板倾角过大）。
高频考点二 方法规律
例2、如图甲所示为某实验小组“探究物体加速度与所受合外力关系”的实验装置，他们调整长木板和滑
轮，使长木板水平放置且细线平行于长木板；在托盘中放入适当的砝码，接通电源，释放物块，多次改变
托盘中砝码的质量，记录传感器的读数F，求出加速度a、
请回答下列问题：
（1）实验中得到如图乙所示的一条纸带，已知交流电频率为50Hz的交流电，两计数点间还有四个点没有
画出，根据纸带可求出物块的加速度为___________m/s。（结果保留三位有效数字）
（2）以力传感器的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的 图像是一条直线如图丙所示，求得
图线的斜率为k，横轴截距为 ，若传感器的质量为 ，则物块的质量为___________。若已知重力加速
度为g，物块与长木板动摩擦因数为___________。（3）该实验需不需要满足钩码质量远远小于物块和传感器的总质量？___________。（填“需要”或“不
需要”）
【答案】 2.00 不需要
【解析】
（1）[1]两计数点间还有四个点没有画出，则T=0.1s，根据
可求出物块的加速度为
（2）[2][3]由牛顿第二定律
则
由图像可知
解得
物块的质量为
（3）[4]该实验由于有力传感器测量物块的拉力，则不需要满足钩码质量远远小于物块和传感器的总质量。
【变式训练】小明用图甲所示的装量探究加速度与力、质量的关系。实验中，保持小车质量不变，来探究小车加速度a与合力F的关系。
（1）为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合力，以下操作正确的是_________。
A．调整长木板上滑轮的高度使细线与长木板平行
B．在平衡摩擦力时，应当将砝码和砝码盘通过细线挂在小车上
C．在平衡摩擦力时，应当将穿过打点计时器的纸带连在小车上
（2）小明在实验中得到如图乙所示的一条纸带。已知打点计时器采用的是频率为 的交流电，相邻两
计数点之间还有四个计时点未画出，根据纸带可求出小车的速度大小为_________ （结果保留三位有
效数字）。
（3）作本实验中认为细线的拉力F等于砝码和砝码盘受到的总重力mg，由此造成的误差是_________（选
填“系统”或“偶然”）误差。设拉力的真实值为 ，小车的质量为M，为了使 ，应当满
足的条件是 _________（结果保留两位有效数字）。若不满足此条件，在描绘 下图像时可能出现
图线_________。（选填“A”、“B”或“C”）
A． B． C．
【答案】 AC##CA 2.00 系统 ##0.053 B【解析】
（1）[1]A．为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合力，需要调整长木板上滑轮的高度使细线与长木板
平行，以保证细线的拉力与小车运动的方向相同，故A正确；
BC．在调整长木板的倾斜度以平衡摩擦力时，应当将穿过打点计时器的纸带连在小车上，不能将砝码和砝
码盘通过细线挂在小车上，故B错误C正确。
故选AC。
（2）[2]根据题意可知，两个计数点间的时间间隔为
根据逐差法 ，代入图乙纸带上数据解得
（3）[3]小车和砝码、砝码盘一起运动，根据牛顿第二定律有
可得小车受到的拉力
即实际拉力小于mg，本实验用砝码和砝码盘受到的重力代表小车受到的拉力，只有 ，才有
此误差为系统误差。
[4]根据题意，如果满足
则有
解得
[5]若不满足此条件，图像会出现弯折，若砝码质量非常大，小车加速度会趋于自由落体加速度g，故AC
错误B正确。故选B。
例3、某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与质量的关系．
（1）下列操作中必要的是________．
A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细线与长木板保持平行
B．为减小系统误差，应使砝码与砝码桶的质量远小于小车质量
C．调节木板的倾斜度以平衡摩擦力
D．实验时，先放开小车再接通打点计时器的电源
（2）在纸带上选取0，1，2，3四个计数点，测得的部分数据如图甲所示．已知打点计时器使用的交流电
频率为50Hz，则计数点2对应的小车速度为______m/s，小车运动的加速度大小为______m/s2.（结果均保
留2位有效数字）
【答案】 ABC 0.78 1.5
【解析】
（1）[1]A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细线与长木板保持平行，选项A正确；
B．为减小系统误差，应使砝码与砝码桶的质量远小于小车质量，这样才能认为砝码及砝码桶的重力近似
等于小车的牵引力，选项B正确；
C．调节木板的倾斜度以平衡摩擦力，这样才能认为细线的拉力等于小车受的合外力，选项C正确；
D．实验时，先接通打点计时器的电源再放开小车，选项D错误。
故选ABC。
（2）[2][3]计数点2对应的小车速度为
因为
小车运动的加速度大小为【变式训练】用如图所示的装置探究加速度、力和质量的关系，带滑轮的长木板水平放置，弹簧测力计固
定在墙上。小车上固定一个定滑轮，细绳通过滑轮连接弹簧测力计和沙桶。
（1）实验中打点计时器使用的电源是_________电源（填“交流”或“直流”），若电源频率为50Hz，这
两种打点计时器都是每隔_________s打一次点；
（2）利用打点频率为50Hz的打点计时器，得到的一条纸带如图所示：（图中每两个计数点间还有四个点
未画出）则在该次实验中，纸带中C点的速度为________m/s，小车运动的加速度大小为___________
（结果均保留小数点后两位）；
（3）某同学做实验时，未把木板的一侧垫高，就继续进行其他实验步骤，则该同学作出的小车的加速度
与弹簧测力计示数F的图像如图所示，则实验中小车受到的摩擦力大小为__________（用图中字母表示）。
【答案】 交流 0.02 0.44 1.19
【解析】
（1）[1]实验中打点计时器使用的电源是交流电源。
[2]若电源频率为50Hz，这两种打点计时器的打点时间间隔都是（2）[3]纸带中C点的速度为
[4]根据逐差法可得车运动的加速度大小为
（3）[5]设实验中小车受到的摩擦力大小为F，根据动滑轮力学特征可知小车所受拉力大小为2F，对小车
f
根据牛顿第二定律有
由图像可知当a=0时，有F=F，解得
0
