新教材2021-2022學年人教版物理必修第一冊學案：第4章 含答案

運動和力的美系

第1節(jié)X牛頓第一定律

(1)通過閱讀課本，知道在研究“運動和力的關系”

物理上的代表人物及其各自的觀點。

觀念⑵通過具體實例，知道質量是慣性大小的量度，體

會生活中慣性的應用與防止。

科學通過實驗操作，理解伽利略的理想實驗及其推理過

探究程，感受理想實驗是科學研究的重要方法。

科學通過閱讀課本，理解并掌握牛頓第一定律的內容和

思維意義。

預習基礎知識，培養(yǎng)自學能力

知識點一理想實驗的魅力

［情境導學］

伽利略理想斜面實驗如圖所示，小球沿斜面由靜止?jié)L下，再滾上另一斜面。

(1)在實際生活中，小球滾上另一斜面的最大高度等于人嗎？

(2)設想斜面是光滑的，小球滾上另一斜面的最大高度等于h嗎？

(3)設想斜面是光滑的，若減小第二個斜面的傾角，小球還能滾到另一斜面高A處嗎？

與沒減小斜面傾角之前相比，小球滾到另一斜面高h處通過的路程如何變化？

(4)設想第二個斜面變成水平面，這時小球試圖滾上另一斜面的相同高度，但永遠達不

到。這時小球的運動能停下來嗎？

提示：(1)不等。滾上另一斜面的最大高度小于人

(2逐于鼠

(3)能，通過的路程變大。

(4)不能，永遠運動下去。

［知識梳理］

1.亞里士多德的觀點：必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體

就要靜止在某個地方。

2.伽利略的理想實驗

(1)斜面實驗

①讓靜止的小球從第一個斜面滾下，沖上第二個斜面，如果沒有摩擦，小球將上升到

原來釋放時的高度；

②減小第二個斜面的傾角，小球滾動的距離增大，但所達到的高度相同；

③當第二個斜面放平，小球將永遠運動下去。

(2)伽利略的觀點：力不是(選利“是”或“不是”)維持物體運動的原因。

3.笛卡兒的觀點：如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一

直線運動,既不會停下來，也不會偏離原來的方向。

［初試小題］

1.判斷正誤。

(1)亞里士多德認為力是維持物體運動的原因。(J)

(2)笛卡兒認為物體的運動狀態(tài)不需力來維持。(J)

(3)伽利略的理想實驗說明了力是維持物體運動的原因。(X)

2.思考題。

“理想實驗”能否通過科技的不斷發(fā)展而變成真實的科學實驗？

提示：不能，理想實驗是人們在實驗事實的基礎上經過抽象思維設想出來而實際上無

法做到的實驗。

知識點二牛頓第一定律

［情境導學1

歷史上有人提出過這種環(huán)游世界的方式：游客乘坐熱氣球懸浮在一

定高度，由于地球的自轉，一晝夜就可以環(huán)游世界。這個設想可行嗎？

提示：不行，熱氣球相對地面上的物體仍然保持若止。

I知識梳理］

1.牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài),

除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。

2.慣性：物體這種保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質,叫作慣性。牛頓第

一定律也被叫作慣性定律。

3.意義

(1)揭示了運動和力的關系：力不是維持物體運動狀態(tài)的原因，而是改變物體運動狀態(tài)

的原因。

(2)揭示了一切物體都具有的一種固有屬性——慣性。

［初試小題］

1.判斷正誤。

(1)牛頓第一定律是可以通過實驗驗證的。(X)

(2)牛頓認為力的真正效應總是改變物體的速度，而不僅僅是使之運動。(X)

(3)牛頓第一定律說明一切物體都具有慣性。(J)

2.思考題。

如圖所示，用力踢球，球才會運動起來，難道不能證明有力才有運動，運動需要力來

維持嗎？

提示：不能，正是由于腳對球的力，改變了球原來的運動狀態(tài)(幫止)，故力是改變物體

運動狀態(tài)的原因。腳離開球后，腳不再給球作用力，球仍然運動，故不是有力才有運動，

力不是維持物體運動的原因0

知識點三慣性與質量

［知識梳理］

1.描述物體慣性的物理量是它的質量。質量大的物體慣性大。

2.質量：只有大小,沒有方向,是標量。在國際單位制中，質量的單位是千克,符號

為kg。

［初試小題］

1.判斷正誤。

(1)物體的慣性大小決定于物體的質量大小。(J)

(2)物體只有處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)時才有慣性。(X)

2.思考題。

有人說“只有做勻速直線運動或靜止的物體才具有慣性”，也有人說“速度越大慣性

越大”“受力越大慣性越小”，這些說法對嗎？

提示：不對，慣性是物體的固有屬性，只與物體的質量有關，與物體的運動狀態(tài)和受

力情況無關。

■課堂精研精練，突破核心要點

要點-伽利略理想實驗的理解

［要點歸納］

1.伽利略的理想實驗的推論：一切運動著的物體在沒有受到外力的時候，它的速度將

保持不變，并且一直運動下去。

2.理想實驗的意義

(1)伽利略理想實驗是以可靠的實驗事實為基礎，經過抽象思維，抓住主要因素，忽略

次要因素，從而更深刻地揭示了自然規(guī)律。

(2)伽利略的理想實驗是把實驗和邏輯推理相結合的一種科學研究方法。

［例題1］理想實驗有時能更深刻地反映自然規(guī)律。伽利略設想了弋

一個理想實驗，如圖所示。下面是關于該實驗被打亂的步驟：、曠,

①減小第二個斜面的傾角，小球在這個斜面上仍然要達到原來的高度。

②圖為兩個對接的斜面，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球將滾上另一個斜面。

③如果沒有摩擦，小球將上升到原來釋放時的高度。

④繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，最后使它成為水平面，小球將沿水平面做持續(xù)的勻速

運動。

(1)請將上述理想實驗的設想步驟按照正確的順序排列(填寫序號即可)。

(2)在上述的設想實驗步驟中，有的屬于可靠的實驗事實，有的則是理想化的推論，請

問步驟②屬于O

［解析］(1)理想實臉的思想方法，即在實驗事實的基礎上，經過合理的想象，獲取結論。

針對題目所述的實驗步驟，正確的排列順序是②③①④。

(2)步驟②屬于可靠的實驗事實。

［答案］(1)②③①④(2)可靠的實驗事實

［針對訓練］

1.伽利略的斜面實驗證明了()

A.要使物體運動必須有力作用，沒有力作用的物體將靜止

B.要使物體靜止必須有力作用，沒有力作用的物體就運動

C.物體不受外力作用時，一定處于靜止狀態(tài)

D.力不是維持物體運動的原因

解析：選D伽利略的斜面實驗證明了：如果物體不受外力作用，運動的物體將繼續(xù)

以同一速度沿著一條直線運動下去，所以只有D正確。

2.理想實驗是科學研究中的一種重要方法，它把可靠的事實和合理的推論結合起來，

可以深刻地揭示自然規(guī)律。關于伽利略的理想實驗，下列說法正確的是()

A.只要接觸面“相當光滑”，物體在水平面上就能勻速運動下去

B.這個實驗實際上是永遠無法做到的

C.利用氣墊導軌，就能使實驗成功

D.要使物體運動就必須有力的作用，沒有力的作用物體就靜止

解析：選B理想實驗在實際情況下是永遠不能實現的，其條件永遠是理想化的，選

項B正確；即使接觸面“相當光滑”，也不會達到沒有摩擦力的程度，選項A錯誤；利用

氣墊導軌不能實現“理想”的條件，仍然存在一定的阻力，只不過阻力很小而已，選項C

錯誤；力是改變物體運動狀態(tài)的原因，并不是維持物體運動狀態(tài)的原因，選項D錯誤。

牛頓第一定律的理解

［問題探究］

火車在某段東西方向的水平軌道上勻速行駛，某時刻發(fā)現杯子向西傾倒，火車可能如

何運動？

轉化

提示：可能向東加速，也可能向西減速。

［要點歸納］

1.運動狀態(tài)改變的三種情況

⑴速度的方向不變，大小改變。

⑵速度的大小不變，方向改變。

(3)速度的大小和方向同時發(fā)生改變。

2.對牛頓第一運動定律的理解

提出了慣性的概念——物體具有保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質

揭示了力和運動的關系——力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而不是維持物體

牛頓第一定

運動狀態(tài)的原因

律的含義

物體不受外力時將保持原來的運動狀態(tài)，可以把“不受外力”拓展延伸為

“所受外力的合力為0”

牛頓第一定律不是實驗定律，源于伽利略的理想實驗

牛頓第一定律是在理想實驗的基礎上加以科學推理和抽象得到的，但該定律

注意的問題

經過實踐證明是正確的

牛頓第一定律是普遍規(guī)律，適用于一切物體

［例題2］如圖所示，一個劈形物體M,各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平,

在劈形物體上表面上放一光滑小球m,劈形物體從靜止開始釋放，則小球在碰到斜面前的

運動軌跡是()

A.沿斜面向下的直線B.豎直向下的直線

C.無規(guī)則直線D.拋物線

［思路點撥I

(1)光滑小球m在水平方向不受外力作用。

(2)光滑小球m在豎直方向上受重力和M的支持力作用。

【解析I由于劈形物體M各面均光滑，所以小球m在水平方向上不受力的作用，故小

球m在水平方向上將保持“靜止”狀態(tài)；小球m在豎直方向上受到重力及物體M的支持

力作用，當劈形物體從殍止開始釋放后，小球在碰到斜面前在豎直方向的運動狀態(tài)也發(fā)生

改變。故答案應選B。

［答案］B

理解牛頓第一定律應注意以下兩點

(1)力是改變物體運動狀態(tài)的原因是指合外力不為零時，物體運動狀態(tài)發(fā)生改變。但力

與速度的大小、方向之間沒有必然的關系。

(2)物體不受外力的實際情況是指物體所受合外力為零，此時物體運動狀態(tài)不發(fā)生改變。

［針對訓練］

1.關于牛頓第一定律，以下說法錯誤的是()

A.牛頓第一定律又叫慣性定律

B.牛頓第一定律是牛頓通過大量實驗總結出來的實驗結論

C.牛頓第一定律說明一切物體都有慣性

D.牛頓第一定律說明力可以改變物體的運動狀態(tài)

解析：選B牛頓第一定律說明一切物體都具有保持速度不變的性質，故又叫慣性定

律，故A正確；牛頓第一定律是在實驗的基礎上進一步推理概括出來的科學理論，而不是

直接通過實險得出的，故B錯誤；牛頓第一定律揭示了一切物體都具有慣性，慣性是物體

的固有屬性，故C正確；牛頓第一定律告訴我們，一切物體都有保持原來速度不變的性質，

力不是維持物體運動的原因，力是改變物體運動狀態(tài)的原因，故D正確。

2.如圖所示，小球A靜止放在小車的光滑底板上(設小車底板足.一

夠長)，當小車受到水平向右的力尸作用時，小車從靜止開始在水平面〃〃〃「

上做加速直線運動，則小球A相對于地面的運動情況是()

A.做勻速直線運動

B.處于靜止狀態(tài)

C.做與小車同方向速度越來越大的直線運動

D.做與小車反方向速度越來越大的直線運動

解析：選B對小球受力分析可知，車內的小球只受豎直方向的重力和支持力，這兩

個力走一對平衡力，小球所受合外力為零，所以無論小車如何運動，小球相對于地面仍然

處于將止狀態(tài)，本題只有B正確。

慣性的理解

I問題探究］

將玻璃瓶、膠帶（表面光滑）、粉筆從下到上疊放在一起，如果迅速地

將膠帶沿水平方向抽出，粉筆將會怎樣運動?

提示：豎直落入玻璃瓶中。

［要點歸納］

1.慣性的“三性”

普遍性一切物體都有慣性，慣性是物體的固有屬性

相關性慣性僅與質量有關

唯一性質量是物體慣性大小的唯一量度

2.慣性與慣性定律的區(qū)別

慣性慣性定律

基本含義物體本身固有的一種屬性物體運動的規(guī)律（牛頓第一定律）

①與是否運動無關，與速度大小無①無法用實驗直接驗證，它所描述的是一種

關理想狀態(tài)，即不受力的狀態(tài)

理解要點②與是否受力無關②當物體所受合力為。時，其效果跟不受力

③與所在位置無關作用相同，但“所受合力為0”不能說成“不

④只與質量有關受力作用”

①無關

與力的關系強調了力的作用效果——改變運動狀態(tài)

②慣性不是一種特殊的“力”

3.慣性的表現

⑴不受力時，慣性表現為保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，有“惰性”的意

思。

（2）受力時，慣性表現為運動狀態(tài)改變的難易程度。質量越大，慣性越大，運動狀態(tài)越

難以改變。

［例題3］如圖所示，一個盛水的容器固定在一輛小車上，在容器J春三才

鐵球一盤!公京卜乒乓球

中分別懸掛和拴住一只鐵球和一只乒乓球，容器中水和鐵球、乒乓球?

都處于靜止狀態(tài),當容器隨小車突然向右運動時，兩球的運動狀況是（以小車為參考系）（）

A.鐵球向左，乒乓球向右

B.鐵球向右，乒乓球向左

C.鐵球和乒乓球都向左

D.鐵球和乒乓球都向右

［解析］因為小車突然向右運動時，由于慣性，鐵球和乒乓球都有向左運動的趨勢，但

由于與同體積的“水球”相比，鐵球的質量大，慣性大，鐵球的運動狀態(tài)難改變，即速度

變化慢，而同體積的“水球”的運動狀態(tài)容易改變，即速度變化快，而且水和車一起加速

運動，所以小車加速運動時，鐵球相對于小車向左運動；同理，由于與同體積的“水球”

相比，乒乓球的質量小，慣性小，乒乓球向右運動，選項A正確。

［答案IA

有關慣性的五點提醒

(1)慣性僅由物體的質量決定。

(2)慣性與物體是否運動及運動狀態(tài)是否變化無關。

(3)慣性與物體是否受力無關，與受力的大小及方向無關。

(4)慣性與物體的速度大小無關。

(5)慣性不是一種力。

［針對訓練］

1.關于慣性的大小，下面說法中正確的是()

A.兩個質量相同的物體，速度大的不容易停下來，所以速度大的物體慣性大

B.在月球上舉重比在地球上容易，所以質量相同的物體在月球上比在地球上慣性小

C.推動地面上靜止的物體，要比維持這個物體做勻速運動所需的力大，所以物體靜止

時慣性大

D.兩個質量相同的物體，不論速度大小如何，它們的慣性的大小一定相同

解析：選D物體的慣性大小只與物體的質量有關，兩個質量相同的運動物體，慣性

大小相等，與速度和所處位置無關，故A、B、C錯誤，D正確。

2.如圖所示，在勻速行駛的火車車廂內，有一人從〃點正上方相對車廂靜止釋放一個

小球，不計空氣阻力，則小球(

第一

A.可能落在A處B.一定落在5處

C.可能落在C處D.以上都有可能

解析：選B由于慣性，小球在水平方向保持與火車相同的速度，因此在下落時間內,

兩者水平位移相等，則小球落到8點，故B正確。

醐季盼修，隹注㈣扇課堂強化訓練，鞏固學習效果

1.關于伽利略的理想實驗，下列說法正確的是（）

A.完全是理想的，沒有以事實為基礎

B.是以可靠事實為基礎，經科學抽象，深刻反映了自然規(guī)律

C.沒有以事實為基礎，只是理想推理

D.以上說法都不對

解析：選B伽利略的理想實驗，雖然不能實現，但卻是以可靠事實為基礎，經科學

抽象，深刻反映了自然規(guī)律。

2.下列關于慣性的說法正確的是（）

A,質量越大，物體的慣性越大

B.物體的運動狀態(tài)改變了，則慣性大小隨之變化

C.慣性是物體在勻速直線運動或靜止時才表現出來的性質

D.由于子彈的速度越大，其殺傷力就越大，所以子彈的慣性大小與其速度大小有關

解析：選A物體在任何狀態(tài)下均有慣性，并且物體的慣性大小只與質量有關，和物

體的速度無關，A正確，B、C、D錯誤。

3.某同學為了取出如圖所示羽毛球筒中的羽毛球，一手拿著球筒的中部，另一手用力

擊打羽毛球筒的上端，則（）

1尸

產毛球筒

人一羽毛建

A.此同學無法取出羽毛球

B.該同學是在利用羽毛球的慣性

C.羽毛球筒向下運動過程中，羽毛球受到向上的摩擦力才會從上端出來

D.羽毛球會從筒的下端出來

解析：選B一手拿著球筒的中部，另一手用力擊打羽毛球筒的上端，羽毛球筒在力

的作用下向下運動，而羽毛球由于慣性而保持靜止，所以羽毛球會從筒的上端出來，是在

利用羽毛球的慣性，故B正確。

4.牛頓第一定律告訴我們，物體本身具有保持原有運動狀態(tài)的屬性，直到有外力迫使

它改變這種狀態(tài)。某人駕車行駛過程中，由于車輛故障，他要跳車自救。跳車時，他向哪

個方向跳更安全？

解析：面向著車輛行進的方向向后跳下，這樣做可以有兩個好處：一是減小了由于慣

性身體擁有相對地面的速度，二是避免了仰面跌倒的危險。

答案：見解析

第2節(jié)X/實驗：探究加速度與力、質■的關系

■踞斑^預習基礎知識，培養(yǎng)自學能力

一、實驗目的

i.學會用控制變量法研究物理規(guī)律。

2.會測量加速度、力和質量，能作出物體運動的無尸、如上圖像。

iVl

3.會通過實驗探究加速度與力、質量的定量關系。

二、實驗器材

小車、槽碼、祛碼、細繩、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、交流電源、

紙帶、刻度尺、天平。

三、實驗原理

1.實驗的基本思想一控制變■法

(1)保持研究對象即小車的質量不變，改變槽碼的個數可以成倍地改變小車所受拉力，

即改變作用力，測出小車的對應加速度，驗證加速度是否正比于作用力。

(2)保持小車所受拉力不變，改變研究對象即小車的質量，測出對應不同質量的加速度,

驗證加速度是否反比于質量。

2.三個物理■的測量方法

本實驗的研究對象：小車

(1)小車質量的測量：利用天平測出，在小車上增減祛碼可改變小車的質量。

(2)拉力的測量：當槽碼的質量遠小于小車質量的情況下，可以認為槽碼的總重力近似

等于小車所受的拉力(合外力)。

(3)加速度的測量：由紙帶根據公式爐，結合逐差法計算出小車的加速度。

四、實驗步驟

1.用天平測出小車的質量并把數值記錄下來。

2.按如圖所示的裝置把實驗器材安裝好（小車上先不系繩）。

3.平衡摩擦力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一木塊，反復移動木塊位置，直到

輕推小車在斜面上運動時可保持勻速直線運動為止（紙帶上相鄰點間距相等）。

4.用細繩一端掛槽碼，另一端繞過定滑輪系在小車上，在小車上加放適量的祛碼，用

天平測出槽碼的質量，小記錄下來。接通電源，放開小車，待打點計時器在紙帶上打好點

后取下紙帶，并設計表格如下。

次數123456

小車加速度o/（m-s-2）

槽碼的質量w/kg

拉力五/N

表1

5.保持小車（含硅碼）的質量不變，改變槽碼的質量，按步驟4做6次實驗。

6.在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，利用逐差法計算出每條紙帶對應的加速度

的值，填入相應表格中。

7.保持槽碼的質量不變，在小車上加放祛碼，重復上面的實驗，求出相應的加速度,

把數據記錄到下面的表格中。

次數123456

小車加速度a/（m-s-2）

小車（含段碼）質量M/kg

加'

表2

8.整理實驗器材，結束實驗。

五、數據處理

1.由表1中記錄的數據，以。為縱坐標、尸為橫坐標，根據數據作公尸圖像（如圖所示）,

找出規(guī)律，分析。與尸的關系。

2.由表2中記錄的數據，分別以。為縱坐標、M和卷為橫坐標，根據數據作小M圖像

1V1

和a-卷圖像（如圖所示），分析。與M的關系。

1VI

3.實驗結論

⑴保持物體質量不變時，物體的加速度。與所受力尸成正比。

⑵在力尸不變時，物體的加速度。與質量M成反比。

六、誤差分析

產生原因減小方法

質量測量不準、計數點間距測量不準多次測量求平均值

①準確平衡摩擦力

小車所受拉力測量不準

②使細繩和紙帶平行于木板

偶然誤差

使盡可能多的點落在直線上或均勻

作圖不準分布在直線兩側，誤差較大的點舍

去

系統(tǒng)誤差槽碼的總重力代替小車所受的拉力使槽碼的總度量遠小于小車的質量

七、注意事項

1.打點前小車應靠近打點計時器且應先接通電源后釋放小車。

2.在平衡摩擦力時，不要懸掛槽碼，但小車應連著紙帶且接通電源。用手輕輕地給小

車一個初速度，如果在紙帶上打出的點的間隔均勻，表明小車受到的阻力跟它受到的重力

沿斜面向下的分力平衡。

3.改變槽碼的質量的過程中，要始終保證槽碼的質量遠小于小車的質量。

4.作圖時應使所作的直線通過盡可能多的點，不在直線上的點也要盡可能地對稱分布

在直線的兩側，但若遇到個別偏離較遠的點可舍去。

八、其他方案設計

用氣墊導軌探究加速度與力、質量的關系。

底腳螺絲

1.實驗設計

⑴如圖所示，讓滑塊在鉤碼拉力的作用下做加速運動，記錄下滑塊通過光電門的速度、

鉤碼的質量、兩光電門間的距離。

(2)保持滑塊質量不變，通過增加(或減少)鉤碼的數量來改變拉力的大小，重復實驗3

次。

2.計算加速度的方法

已知滑塊經過兩個不同位置的速度為和V2以及兩位置間的距離，利用。=汽產就可

以求得加速度。

3.數據的分析

設計實驗表格，將滑塊質量不變時的實驗數據記入表格并進行分析。

滑塊質量M=kg

鉤碼的質量

滑塊所受拉力大小的近似值F/N

滑塊通過光電門1的速度^i/dn-s-1)

滑塊通過光電門2的速度s/(m?sr)

兩光電門間的跟離x/m

滑塊加速度的計算值R(m?C2)

由數據分析得出結論：當物體的質量不變時，。與尸成正比。

4.需說明的兩個問題

⑴有的儀器只能記錄滑塊經過光電門的時間，但這個時間很短暫，故可用是指

擋光片的寬度，，是擋光時間)求得滑塊在不同位置的瞬時速度。

(2)認為鉤碼的重力等于滑塊所受到的拉力，但這是有條件的，即滑塊的質量比鉤碼的

質量大得多，滑塊的加速度不能太大。

網踢施a嗜毒自留.課堂題型設計，把握命題重點

rna實驗原理與操作

［例題1］在研究作用力尸一定時，小車的加速度。與小車(含硅碼)質量”的關系時，

某同學設計的實驗步驟如下：

A.用天平稱出小車和所掛槽碼的質量

B.按圖裝好實驗器材

C.把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛槽碼

D.將電磁打點計時器接在6V電壓的蓄電池上，接通電源，釋放小車，打點計時器在

紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質量

E.保持所掛槽碼的質量不變，增加小車上的祛碼個數，并記錄每次增加后的M值,

重復上述實驗

F.分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值

G.作公加關系圖像，并由圖像確定。與"的關系

(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是,該步驟應排在步驟之后。

(2)在上述步驟中，有錯誤的是步驟,應把改為o

(3)在上述步驟中，處理不恰當的是步驟,應把改為o

(4)仔細觀察該同學安裝的實驗裝置圖，請改正以下三個實驗器材的位置錯誤。

電磁打點

小車計時器

ou

①電磁打點計時器的位置_______；

②小車位置________；

③滑輪位置________。

［解析］(1)實驗中把所掛槽碼的重力之和看成與小車所受拉力大小相等，沒有考慮摩擦

力，故必須平衡摩擦力且應排在步驟R之后。

(2)電磁打點計時器接在6V電壓的蓄電池上將無法工作，必須接在約8V交流電源上。

(3)作小M關系圖像，得到的是曲線，很難進行正確的判斷，必須“化曲為直”，改作

3三關系圖像。

(4)①電磁打點計時器應靠右端安裝，留出小車的運動空間；②粒放小車時，小車應靠

近打點計時器；③連接小車的細繩應平行于木板，故應調節(jié)滑輪位置使細繩平行于木板。

I答案］(1)平衡摩擦力B(2)D6V電壓的蓄電池約8V的交流電源(3)Ga-M

圖像圖像(明①應靠右端②應靠近打點計時器③使細繩平行于木板

數據處理與分析

［例題2］某同學設計了一個探究加速度。與物體所受合力產及質量m的關系的實驗，

圖甲為實驗裝置簡圖。

小車電源插頭導在也露排深分&n

、紙卷計時器紙帶啟動力向

,4—“

i16,196.707.217.72

槽淤［［］單位：cm

甲乙

(1)某次實驗得到的紙帶如圖乙所示，根據紙帶可求出小車的加速度大小為

m/s2(保留兩位有效數字，交流電的頻率為50Hz)。

⑵保持槽碼質量不變，改變小車質量機，分別得到小車加速度。與質量，〃及對應的士,

數據如表所示:

驗次數

12345678

物理量一一

小車加速度a/(m-s-2)1.901.721.491.251.000.750.500.30

小車質量w/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67

-1

—m/k6g4.003.453.032.502.001.411.000.60

請在圖丙中畫出公5圖像，并依據圖像求出小車加速度。與質量倒數5之間的關系式是

(3)保持小車質量不變，改變槽碼質量，該同學根據實驗數據作出了加速度。隨合力F

變化的圖像，如圖丁所示。該圖像不通過原點，請你分析其主要原因是

［解析］(1)用逐差法計算加速度。由紙帶上的數據可知，。=6.19cm,X2=6.70cm,

X3=7.21cm,X4=7.72cm。電火花計時器的打點周期為T=0.02s,故加速度a=

X4+X3-必一彳1、-,,

-4x(27)2-=3.2m/s。

(2)根據題目提供的小車加速度a與質量m對應的倒數A的有關數據，可在坐標系中描

出8個對應點，用一條直線“連揍”各點，使盡量多的點落在直線上，不在直線上的點大

致均勻分布在直線的兩側，得到的圖像如圖所示，由圖可得。=表。

⑶由題圖丁可知，當加速度a為零時，拉力"并不為零，說明實驗前沒有平衡摩擦力

或者未完全平衡摩擦力。

［答案］(1)3.2(2)見解析圖a=y-(3)實驗前沒有平衡摩擦力或者未完全平衡摩

擦力

03實驗拓展與創(chuàng)新

［例題3］為了探究物體質量一定時加速度與力的關系，甲、乙兩同學設計了如圖所示

的實驗裝置。其中M為小車的質量，加為砂和砂桶的總質量，滑輪由鐵絲固定在車上，質

量為孫)=0.1kg。力傳感器可測出輕繩上的拉力戶的大小，不計滑掄與輕繩之間的摩擦。

|,.

陽M紙帶打點計時器

?■!力傳娉器I

n'|丁|

Tn

(1)實驗時，一定要進行的操作是_O(填寫選項前的字母)

A.用天平測出砂和砂桶的總質量

B.將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力

C.小車靠近打點計時器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時記錄力傳感

器的示數

D.為減小誤差，實驗中一定要保證砂和砂桶的總質量小遠小于小車的質量M

(2)甲同學在實驗中得到如圖所示的一條紙帶(兩計數點間還有四個點沒有畫出)，已知打

點計時器采用的是頻率為50Hz的交流電，根據紙帶可求出打點計時器打下標號為2的點

時小車的速度為m/s,小車的加速度為m/s2o(結果保留三位有效數字)

7-0i23

V43.39~4*—3.77-卜4.15—41——臬53—4

單位：cm

⑶乙同學根據測量數據作出如圖所示的a-F圖像，該同學做實驗時存在的問題是

［解析］(1)本題中輕繩上的拉力可以由力傳感器測出，因此不需要用天平測出砂和砂桶

的總質量，也不需要使砂和砂桶的總質量遠小于小車的質量，A、D錯誤；實驗時需將長木

板右端墊高，以平衡摩擦力，B正確；實驗時，小車應靠近打點計時器，先接通電源，再

釋放小車，并記錄力傳感器的示數，C正確。

(2)相鄰兩計數點間的時間間隔為「=5X0.02s=0.1s,根據勻變速直線運動中間時

到的瞬時速度等于平均速度可得。2=*，7梨*?m/s=0.396m/s,根據人工=0爐,

2X0.1

、-mbx”上一((4.53+4.15)-(3.77+3.39)1X10-2,,

運■用逐差法可得小車的加速度a=7(2X0I)2m/s-=().38()m/s~0

(3)由題圖可知，一開始時當”=0時，尸不等于0,故乙同學沒有平衡摩擦力或者平衡

摩擦力不夠。

［答案］(DBC(2)0.3960.380(3)沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不夠

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i.在做“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，

(1)下列儀器需要用到的是:

“IB#

ABCD

(2)下列說法正確的是：

A.先釋放紙帶再接通電源

B.拉小車的細線應盡可能與長木板平行

C.紙帶與小車相連端的點跡較疏

D.輕推小車，拖著紙帶的小車能夠勻速下滑說明摩擦力已被平衡

(3)實驗時打出的一條紙帶如圖所示，A、B、C、D……為每隔4個點取的計數點，據此

紙帶可知小車在D點的速度大小為m/s(小數點后保留兩位)。

~~ABC~~D-T-F-

j||||||||中1叩|叩ii|iiii|iiii|i叫血而叫唧iii|iiii|iiii|iiii|iiii|L

0lcm2345678910

解析：(1)本實險通過紙帶打點分析求解物體的加速度，利用了控制變量法，通過改變

小車或重物的質量，從而研究加速度與質量、合外力之間的關系，所以選擇儀器A、Do

(2)實驗時應先接通打點計時器的電源，后釋放小車，為了保證細線拉力不被分解，所

以細線要盡可能與木板平行，所以選項A錯誤，選項B正確；小車剛開始運動時速度較小，

所以紙帶與小車相連端的點跡較密，選項C錯誤；拖著紙帶的小車能夠勻速下滑說明恰好

平衡摩擦力，選項D正確。

(3)根據0尸肝m/s=0.206m/s,保留小數點后兩位，所以答案為0.21

乙I/ZfAU.1

m/s。

答案：(1)AD(2)BD(3)0.21

2.在“探究加速度與力、質量的關系”活動中，某小組設計了如圖所示的實驗裝置。

圖中上、下兩層水平軌道表面光滑，兩小車前端系上細線，細線跨過滑輪并掛上祛碼盤，

兩小車尾部細線連到控制裝置上，實驗時通過控制裝置使兩小車同時開始運動，然后同時

停止。

（1）在安裝實驗裝置時，應調整滑輪的高度，使;

在實驗時，為減小系統(tǒng)誤差,應使祛碼盤和硅碼的總質量_______（選填“遠大于”“遠

小于”或“等于"）小車的質量。

（2）本實驗通過比較兩小車的位移來比較小車加速度的大小，能這樣比較，是因為

解析：（1）拉小車的細線要與坑道平行。只有在祛碼盤和硅碼的總質量遠小于小車質量

時，才能認為細線拉小車的力等于硅碼盤和段碼的總重力。

2

⑵對初速度為零的勻加速直線運動，運動時間相同時，根據x=^atf得所以

能用位移來比較加速度大小。

答案：（1）細線與軌道平行（或水平）遠小于（2）兩小車從靜止開始做勻加速直線運動,

且兩小車的運動時間相等

3.“用DIS（位移傳感器、數據采集器、計算機）研究加速度和力的關系”的實驗裝置

如圖甲所示。

（1）在該實驗中必須采用控制變量法，應保持不變，用鉤碼所受的重力大小作

為,用DIS測小車的加速度。

（2）改變所掛鉤碼的數量，多次重復測量。在某次實驗中根據測得的多組數據可畫出a-F

關系圖像（如圖乙所示）。分析此圖線OA段可得出的實驗結論是

（3）此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是（）

A.小車與軌道之間存在摩擦

B.導軌保持了水平狀態(tài)

C.所掛鉤碼的總質量太大

D.所用小車的質量太大

解析：（1）采用控制變量法，應保持小車的總質量不變，用鉤碼所受重力大小作為小車

所受合力。

(2)從題圖乙可以看出。?尸關系圖像基本上是一條過原點的直線，所以可以得出在質量

不變的條件下，加速度與合力成正比。

(3)本次實臉的條件是所掛鉤瑪的總質量應遠小于小車的總質量，否則不能用鉤碼所受

的重力作為小車受到的拉力。此圖線的A3段明顯偏高直線說明所掛鉤碼的總質量太大。

答案：(1)小車的總質量小車所受合力(2)在質量不變的條件下，加速度與合力成正

比(3)C

4.“探究加速度與力、質量的關系”的實驗裝置如圖所示。

4IT

(1)下列說法正確的是O

A.每次改變小車質量時，應重新平衡摩擦力

B.實驗時應先釋放小車后接通電源

C.本實驗槽碼B的質量應遠大于小車A的質量

D.在用圖像探究加速度與質量關系時，應作〃.小圖像

(2)某同學在實驗中，打出的一條紙帶如圖所示，他選擇了幾個計時點作為計數點，相

鄰兩計數點間還有4個計時點沒有標出，其中si=7.06cm、si=J.68cm、$3=8.30cm>

S4=8.92cm,已知交流電的頻率為50Hz,則紙帶運動加速度的大小是m/s2o(保

留兩位有效數字)

(3)某同學將長木板右端適當墊高，其目的是o

但他把長木板的右端墊得過高，使得傾角過大。用〃表示小車的加速度，F表示細線

作用于小車的拉力。他繪出的公尸關系圖像是。

解析：(1)實臉前要平衡摩擦力，此后每次改變小車質量時，不需要重新平衡摩擦力，

故選項A錯誤；實驗時應先接通電源，然后再釋放小車，故選項B錯誤；在槽碼B的質量

遠小于小車A的質量時，小車受到的拉力近似等于槽碼受到的重力，故選項C錯誤：應用

圖像法處理加速度與質量關系實險數據時，為了直觀，應作如《圖像，故選項D正確。

(2)利用逐差法可得S4+S3—S2-

S4+S3-S2-Si0.0248,，八八/2

解得?=赤=4xu()［m/s-=0.62m/s)

(3)將長木板右端適當墊高，其目的是平衡摩擦力；把長木板的右端墊得過高，使得傾

角過大，小車所受重力平行于木板的分力大于小車受到的摩擦力，小車受到的合力大于細

線的拉力，在小車不受細線拉力時，小車已經具有一定的加速度，小尸圖像不過原點，在。

軸上有截距，因此他繪出的4?尸關系圖像是選項C。

答案：(1)D(2)0.62(3)平衡摩擦力C

夕

第3節(jié)牛頓第二定律

⑴理解牛頓第二定律的內容，知道其表達式的確切

物理含義。

(2牖過財的單位消偉配瓶定義，掌握牛頓第二

定律表達式F=ma成立的條件。

牛頓第二定

科學通過實例分析，加深對牛頓第二定律的理解，并能

思維利用其解決簡單的問題。

[ffl

比一般的小汽車質量小很多，而且還安裝一

個功率很大的發(fā)動機?

提示：提高賽車的靈活性，獲得較大的加速度。

［知識梳理］

1.牛頓第二定律的內容：物體加速度的大小跟它受到的作用力成誕，跟它的質量成

反比,加速度的方向跟作用力的方向相同。

2.牛頓第二定律的表達式：F=kmat其中A為比例系數。

［初試小題］

1.判斷正誤。

(1)牛頓第二定律既明確了力、質量、加速度三者的數量關系，也明確了加速度與力的

方向關系。3)

(2)由尸=而皿可知，物體所受的合力與物體的質量成正比，與物體的加速度成反比。(X)

(3)加速度的方向決定了物體所受合力的方向。(X)

(4)任何情況下，物體的加速度的方向始終與它所受的合力的方向一致。(J)

2.思考題。

“由尸可知，當產=0時。=0,即物體靜止或做勻速直線運動，所以牛頓第一定

律是牛頓第二定律的特例?！边@種說法正確嗎，為什么？

提示：不正確，因為物體所受合力為零和不受任何外力作用是兩種不同的狀態(tài)。

知識點二力的單位

［知識梳理I

1.力的國際單位：牛頓，簡稱牛，符號為N。

2.“牛頓”的定義：使質量為1kg的物體產生1m/s2的加速度的力叫作1N,即1N

=1ka-m/s2o

3.國際單位制中〃=1,牛頓第二定律的表達式：F=mat式中/、，小〃的單位分別

為牛頓、千克、米每二次方秒。

［初試小題1

1.判斷正誤。

(1)使質量是1g的物體產生1cm/sz的加速度的力叫作1N。(X)

(2)公式尸=加。中，各量的單位可以任意選取。(X)

(3)牛頓第二定律表達式尸=Am。中的系數女總等于1。(X)

2.思考題。

若質量的單位用克，加速度的單位用厘米每二次方秒，力的單位是牛頓，牛頓第二定

律表達式F=kma中的系數上還是1嗎？

提示：不是。只有當質量的單位用千克，加速度的單位用來每二次方秒，力的單位是

牛頓，此時牛頓第二定律表達式中的系數才是1。

?褰H疙卷自圍■課堂精研精練，突破核心要點

牛頓第二定律的理解

［問題探究］

如圖所示，某人在客廳內用力推沙發(fā)，但是沙發(fā)沒有動。小超卜

(1)根據牛頓第二定律，有力就能產生加速度，人給沙發(fā)施加力后，沙直

發(fā)為什么沒動？匚巨埼江

(2)如果地板光滑，當人給沙發(fā)施加力的瞬間，沙發(fā)會有加速度嗎？是否立刻獲得速度？

提示：(1)推力小于地面對沙發(fā)的最大靜摩擦力。

(2)沙發(fā)可立即獲得加速度，但速度的獲得需要時間，故不能立即獲得速度。

［要點歸納］

1.表達式尸=加。的理解

(1)單位統(tǒng)一：表達式中尸、陽、。三個物理量的單位都必須是國際單位。

(2)戶的含義：廠是合力時，加速度。指的是合加速度，即物體的加速度；戶是某個力

時，加速度a是該力產生的加速度。

2.牛頓第二定律的五個性質

性質理解

因果性力是產生加速度的原因，只要物體所受的合力不為0,物體就具有加速度

尸=〃也是一個矢量式。物體的加速度方向由它受的合力方向決定，且總與合力的

矢量性

方向相同

瞬時性加速度與合力是瞬時對應關系，同時產生，同時變化，同時消失

同體性尸=/〃。中戶、〃1、。都是對同一物體而言的

獨立性作用在物體上的每一個力都產生加速度,物體的實際加速度是這些加速度的矢量和

I例題1］［多選1下列對牛頓第二定律的表達式F=ma及其變形公式的理解，正確的

是()

A.由尸=〃汝可知，物體所受的合力與物體的質量成正比，與物體的加速度成反比

B.由m=!可知，物體的質量與其所受的合力成正比，與其運動的加速度成反比

C.由。=5可知，物體的加速度與其所受的合力成正比，與其質量成反比

D.由加=：可知，物體的質量可以通過測量它的加速度和它所受的合力而求出

［解析］牛頓第二定律的表達式尸=也〃表明了各物理量之間的數量關系，即已知兩個

量，可以求第三個量。物體的質量由物體本身決定，與受力無關；物體所受的合力，是由