第4章 专题强化练9 牛顿第二定律在动力学实验中的应用（PPT同步课件）-【学而思】2026-2027学年高一物理必修第一册分层练习（人教版 江苏北京专版）

该高中物理单元复习课件聚焦运动和力的关系，系统梳理牛顿第二定律在动力学实验中的应用，通过专题题组整合探究加速度与力、质量关系及测量动摩擦因数等核心实验，串联实验原理、操作要点、数据处理（逐差法、图像法）和误差分析，构建完整实验知识网络。 其亮点在于以科学探究和科学思维为导向，设计“实验条件分析-数据处理方法-误差归因”的复习活动，如通过1/a-M图像斜率推理重力加速度，结合遮光片速度公式与牛顿定律推导动摩擦因数表达式。分层题组满足不同学生需求，助力学生深化运动和相互作用观念，提升科学探究能力，教师可精准把握实验教学重点。

第四章 运动和力的关系 第1讲　描述运动的基本概念 专题专项练 专题强化练9　牛顿第二定律在动力学实验中的应用 第1讲　描述运动的基本概念 题组一　探究加速度与力、质量的关系 1.[2026山西朔州模拟]如图甲所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。 第1讲　描述运动的基本概念 (1)为了满足实验中的两个近似条件,使槽码的总重力mg可近似等于细线对小车的拉力,对应的操作是 ___________;使细线的拉力可近似作为小车所受的合力,对应的操作是____________。(填对应标号) A.调整长木板上滑轮的高度,使细线与长木板平行 B.补偿小车受到的阻力 C.槽码的总质量m应远小于小车和车上砝码的总质量M (2)图乙是某同学在实验中得到的一条纸带,相邻两个计数点间还有四个点未画出,实验中交流电源的 频率是50 Hz,则小车的加速度大小为______________m/s2。(结果保留3位有效数字) (3)若某次实验中,没有使槽码的总质量m远小于小车和车上砝码的总质量M,其他实验操作均正确。改 变小车和车上砝码的总质量M,重复操作得到多组数据,以小车和车上砝码的总质量M为横坐标、小车 加速度的倒数 为纵坐标,A、B两组同学得到的 -M图像如图丙所示(b为已知量)。由图丙可知,小车和 车上砝码的总质量M越大,小车的加速度a越________(选填“大”或“小”);若该实验验证了牛顿第 　　小　     　    1.36　     　    AB　     　    C　     第1讲　描述运动的基本概念 二定律,则当地的重力加速度大小为___________(用b表示),B组所用槽码的总质量m比A组的更_______ ____(选填“大”或“小”)。 　　小     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)为了使细线的拉力可近似作为小车所受的合力,需要先补偿小车受到的阻力,且调整长木板 上滑轮的高度,使细线与长木板平行,以保持细线的拉力方向与小车运动方向相同,故第二空选A、B。 平衡摩擦力后,根据牛顿第二定律,对小车有T=Ma,对槽码有mg-T=ma,联立可得T= = ·mg,可知 为了使槽码的总重力mg近似等于细线对小车的拉力,需要满足槽码的总质量m远小于小车和车上砝码 的总质量M,故第一空选C。 (2)相邻两个计数点间还有四个点未画出,则相邻计数点间的时间间隔T=5× =0.1 s,根据逐差法,可得小 车的加速度大小为a= =  m/s2=1.36 m/s2。 (3)由题图丙可知,小车和车上砝码的总质量M越大, 越大,则小车的加速度a越小。根据牛顿第二定律 可得T=Ma,mg-T=ma,整理可得 = ·M+ ,可知题图丙中 -M图线的斜率k= ,纵轴截距b= ,则当地 第1讲　描述运动的基本概念 的重力加速度大小为g= ;由题图丙可知B图线斜率大于A图线斜率,则B组所用槽码的总质量m比A组的 更小。 第1讲　描述运动的基本概念 2.[2026江苏南通海安高级中学月考]为了探究物体质量一定时加速度与力的关系,小张同学设计了如 图甲所示的实验装置。其中M为小车的质量,m0为沙和沙桶的总质量。一轻绳跨过轻质定滑轮和动滑 轮,一端连接沙桶,另一端连接力传感器,力传感器可测出轻绳中的拉力大小。   (1)实验过程中,下列操作正确的是____________。 A.调整长木板左端的定滑轮,使得轻绳与长木板平行 B.在不挂沙桶的前提下,将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡摩擦力 C.小车靠近打点计时器,先释放小车,再接通电源 　    AB　     第1讲　描述运动的基本概念 D.为减小误差,实验中要保证沙和沙桶的总质量m0远小于小车的质量M (2)小张同学在实验中打出的纸带如图乙所示,图中相邻两计数点间还有4个点未画出,打点计时器使用 的交流电源的频率为50 Hz,则小车的加速度大小为_____________m/s2。(结果保留2位有效数字)        (3)小张同学控制小车质量一定,以力传感器的示数F为横坐标、加速度a为纵坐标,画出的a-F图线是一 条直线,如图丙所示,图线与横轴的夹角为θ,求得图线的斜率为k,则小车的质量为___________。 A. 　　    B. tan θ　　    C. 　　    D.  (4)小张同学不断增加沙子质量重复实验,发现小车的加速度最后会趋近于某一数值,从理论上分析可 　    C　     　    2.0　     知,该数值应为___________m/s2(g取10 m/s2)。 　    5　     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)调整长木板左端的定滑轮,使得轻绳与长木板平行,保证绳的拉力方向沿着小车运动方向,减 小误差,故A正确;在不挂沙桶的前提下,将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡摩擦力,减小由摩擦力产生 的误差,故B正确;为了充分利用纸带,应使小车靠近打点计时器,先接通电源,待打点稳定后再释放小车, 故C错误;只有实验中无法直接测量绳的拉力大小时,才需要使沙和沙桶的总质量m0远小于小车的质量 M,本实验采用力传感器直接测量绳的拉力,不需要满足沙和沙桶的总质量m0远小于小车的质量M,故D 错误。 (2)题图乙中相邻两计数点间还有4个点未画出,故相邻两个计数点间的时间间隔为T=5× =0.1 s,利用 逐差法可得小车的加速度大小为a= =  m/s2≈2.0 m/s2。 (3)对小车,由牛顿第二定律可得2F=Ma,整理得a= ·F,可知a-F图线的斜率为k= ,结合题图丙可得小 车的质量为M= ,故选C。 第1讲　描述运动的基本概念 (4)根据实验原理可知小车的加速度大小是沙和沙桶加速度大小的 ,对沙和沙桶,由牛顿第二定律得m0 g-F=m0a',对小车,有2F=Ma,且a'=2a,整理得小车的加速度a= ;不断增加沙子质量,则使 趋近于 0,可知小车的加速度将趋近于 =5 m/s2。 第1讲　描述运动的基本概念 题组二　测量动摩擦因数 3.[2026辽宁名校联盟联考]某实验小组用如图所示的装置测量木块(包括上面的遮光片)的质量M和木 块与木板之间的动摩擦因数μ。将木板放置在水平桌面上,并固定好光电门和光滑轻质定滑轮。在木 块上固定一个遮光片,遮光片宽度为d。将木块放在远离定滑轮的一侧,系上轻质细线,细线跨过定滑轮, 另一端连接力传感器,传感器下方系上砝码盘,调节滑轮高度使细线与木板平行。测量出遮光片到光电 门的初始距离为L,将砝码放入砝码盘中,木块在木板上从静止开始做匀加速直线运动,遮光片通过光电 门的遮光时间记作t。保持遮光片到光电门的初始距离L不变,改变砝码盘中砝码的个数,记录相应的力 传感器示数F和遮光时间t,再利用图像法进行数据处理。(空气阻力忽略不计,重力加速度为g) 第1讲　描述运动的基本概念   (1)下列有利于减小实验误差的有____________。 A.选用较宽的遮光片进行实验 B.选用较窄的遮光片进行实验 C.增大遮光片到光电门的初始距离 D.减小遮光片到光电门的初始距离 　    BC　     第1讲　描述运动的基本概念 (2)作出以___________(选填“t”“t2”“ ”或“ ”)为纵坐标、以力传感器示数F为横坐标的图像, 发现是一次函数图像。若图线的斜率为k,纵轴截距的绝对值为b,则可计算出木块(包括上面的遮光片) 的质量M=___________,木块与木板之间的动摩擦因数μ=___________。(均用题中给的字母表示) 第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)计算木块经过光电门的瞬时速度时,用遮光片通过光电门这段时间内的平均速度来代替,即 等于遮光片的宽度与挡光时间的比值,遮光片宽度越小,实验误差越小,A错误,B正确;遮光片到光电门 的距离越大,到达光电门时的速度越大,通过光电门的时间越短,测得的速度越接近瞬时速度,相对误差 越小,C正确,D错误。 (2)木块通过光电门的速度v= ,木块做初速度为0的匀加速直线运动,运动到光电门有v2=2aL,再根据牛 顿第二定律有F-μMg=Ma,联立解得 = ·F- ,所以 -F图像是一次函数关系图像,图线的斜率k=  ,纵轴截距的绝对值b= ,可得M= ,μ= 。 第1讲　描述运动的基本概念 4.[2025江苏盐城八校联考]某同学在实验室取两个完全相同的木盒,来测量木盒与木板之间的动摩擦 因数。由于实验室中的天平损坏,无法称量质量,他采用“对调法”完成测量。如图甲所示,一端装有 定滑轮的长木板固定在水平桌面上,木盒1放置在长木板上,左端与穿过打点计时器的纸带相连,右端用 细线跨过定滑轮与木盒2相连。   甲 第1讲　描述运动的基本概念 (1)实验前,_________调整定滑轮的高度使细线与长木板平行,__________将长木板左侧垫高 来平衡摩擦力。(均填“需要”或“不需要”) (2)实验时,木盒1不放细沙,在木盒2中装入适量的细沙,接通电源,释放两木盒,打点计时器打出一条纸 带,加速度记为a1;随后将木盒1与木盒2(含细沙)位置互换,换一条纸带再次实验,打出第二条纸带,加速 度记为a2;两纸带编号为第一组,改变木盒2中细沙的多少,重复上述过程,得到多组纸带。如图乙为某组 实验中获得的两条纸带中的一条,其中相邻两计数点间还有4个计时点未画出,已知交流电源的频率为5 0 Hz,则该纸带运动的加速度a=______________m/s2(保留3位有效数字)。   (3)将实验测得的加速度绘制在丙图中,得到a2-a1关系图像,已知当地重力加速度为9.80 m/s2,由图像可得 　    1.20　     　　不需要　     　　需要　     第1讲　描述运动的基本概念 木盒与长木板间的动摩擦因数为______________(保留2位有效数字)。   丙 (4)实验过程中,有时“对调法”两次实验不能全部完成,导致实验数据无效,下列能解决此问题的实验 方案是____________(填字母)。 A.逐步减少木盒2的细沙开展后续实验 B.逐步增多木盒2的细沙开展后续实验 C.开始时直接将细沙放入木盒1中开展实验 D.用密度更大的铁砂代替细沙开展实验 　    AC　     　    0.54　     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)需要调整定滑轮的高度,使细线与长木板平行,保证细线的拉力沿水平方向;不需要将长木板 左侧垫高来平衡摩擦力,因为本实验的目的是测量动摩擦因数。 (2)相邻两计数点间还有4个计时点未画出,则相邻两计数点间的时间间隔为T=0.1 s;根据逐差法得加速 度a= ≈1.20 m/s2。 (3)设木盒1的质量为m1,木盒2(含细沙)的质量为m2,对整体分析,由牛顿第二定律有m2g-μm1g=(m1+m2)a1; 位置互换后,有m1g-μm2g=(m1+m2)a2,联立解得a2=-a1+(1-μ)g,对比丙图的纵截距,可得(1-μ)g=4.5 m/s2,解得 μ≈0.54。 (4)当对调后,细线对木盒2的拉力不大于桌面对木盒2的最大静摩擦力时,不能完成实验。逐步减少木 盒2的细沙开展后续实验或开始时直接将细沙放入木盒1中开展实验,均可使对调后细线对木盒2的拉 力大于桌面对木盒2的摩擦力,可以确保对调后能完成实验,故选A、C。 第1讲　描述运动的基本概念 $