高考物理小车实验 高中物理小车实验

物理匀变速实验题

教学难点

A（先通电源，再放纸带）22．3、D（先断开电源，再取下纸带）

高考物理小车实验 高中物理小车实验

高考物理小车实验 高中物理小车实验

E（可以不要）、B、F、C、A、D

E是多余的，当然有这一步也不影响实验。

要的，匀速直线运动就是在不受任何力或受到的合力为零的情况下发生的，这样物体所受到的重力，支持力，摩擦力，拉力的合力才能为零。

小车从斜面上滑下，到底做的是什么运动呢？万州中学物理兴趣小组的同学通过自己的合作实验进行了探究，他

其中有其他不同形式能的消耗

（1）测小车的平均速度，需要用刻度尺测出小车的路程，用秒表测出小车的运动时间．

（2）测小车平均速度的原理是本实验研究小车（或滑块）的加速度a与其所受的合外力F、小车质量M关系，实验装置的主体结构如图所示。由于涉及到三个变量的关系，采用控制变量法，即：平均速度公式：v=st．

（3）由实验数据可知，v1=s1t1=0.5m1s=0.5m/s，v2=s2t2=0.5m20.7s≈0.36m/s，

小车通过下半段路程所用时间t3=t1-t2=1s-0.7s=0.3s，

平均速度v3=s3t3=0.5m20.3s≈0.83m/s，因此小车平均速度的大小关系是v3＞v1＞v2，

由此可知，小车在相等路程上的平均速度不同，越向下，小车运动的越快，因此小车做变速直线运动．

（4）为了便于准确测量小车的运动时间，斜面的坡度要小一些，在实验前要多练习一下秒表与刻度尺的使用．

（5）除了通过实验可以收集证据，还可以通过上网或到图书馆查阅资料收集证据．

故为：（1）刻度尺；秒表；（2）v=st；（3）0.5m/s；0.36m/s；0.3s；0.83m/s；

变速直线；v3＞v1＞v2；（4）让斜面坡度小些；（5）上网或到图书馆查阅资料收集证据．

那几种物理实验需要小车质量远远大于钩码的质量（高中）？

实验推理：如小车受到的阻力为零，小车的运动状态将不发生改变，小车将会在水平面上做匀速直线运动．

在高中物理验证牛顿第二定律和探究动能定理的实验中，要求小车的质量M远远地大于钩码质量m, 验证牛顿第二定律实验中， F=Ma F=mg 验证动能1.根据相关实验器材，设计实验并熟练作.定理的实验中 Fh=1/2mv^2 F=mg 实际上 F=Mmg/(m+M)=mg/（1+m/M） M>>m m/M趋近于0.

高中物理：探究加速度与力，质量的关系知识点总结

师：下面我用计算机绘制速度一时间图象，演示给大家看，大家有机会可以到微机室或家中电脑前亲自体验一下哟!

探究加速度与力 质量的关系的实验

实验的装置是，带有定滑轮的平板，实验要求是，将跨过定滑轮细线对小车（或滑块）拉力能看作合力。只要有这样的实验要求，就必须预先平衡摩擦力。因此，验证牛顿第二定律，动能定理的实验都需要平衡摩擦力。而研究匀变速直线运动测加速度不需要。

我们这个实验其实是学习牛顿第二定律的铺垫。我们先用实验方案，来寻找探究加速度与力、质量的关系，具体来说：

研究F=km；在外力不变的时候，a与m成反比例；研究F=ka；在质量不断的时候，a与F成正比例。下面是王尚老师的视频讲解。

手机端看视频不方便，请同学们在电脑端登陆gaozhongwuli查看，可调为全屏播放，设置高分辨率。

视频1：探究加速度与力、质量的关系

视频2：探究加速度与力、质量的关系

视频3：探究加速度与力、质量的关系

视频4：探究加速度与力、质量的关系

我们这个实验其实是牛顿第二定律的伏笔，我们先用实验方案来寻找探究加速度与力、质量的关系，即：

F=km；在外力不变的时候，a与m成反比例；

F=ka；在质量不断的时候，a与F成正比例。

牛顿第二定律实验是高中生接触到的个有难度的实验，这也是高考物理试卷中最常考的实验之一。下面来分析具体的实验内容。

本实验的基本思路是采用控制变量法。具体来说

（1）保持物体的质量m不变，测量物体在不同外力F作用下的加速度a，探究加速度a与外力F的关系。

探究的方法采用根据实验数据绘制图象的方法，也可以用比较的方法，看不同的外力F与由此外力产生的加速度a的比值有何关系。

探究的方法采用根据实验数据绘制图象的方法。这部分的内容王尚有详细的视频解析，大家可以微信添加王老师公众号teacherws查看。

验证牛顿第二定律：物体的质量一定时，加速度与作用力成正比；作用力一定时，加速度与质量成反比。

实验原理

利用砂及砂桶通过细线牵引小车做加速运动的方法，采用控制变量法研究上述两组关系。

牛顿第二定律实验

如图所示，通过适当的倾角调节，使小车所受的阻力与重力切向分力抵消掉，当小车M和砝码m（含砝码盘质量）做加速运动时，通过受力分析可以得到

当M>>m时，可近似认为小车所受的拉力T等于mg；

本实验部分保持小车的质量不变，改变m的大小，测出相应的a，验证a与F的关系；

第二部分保持m不变，改变M的大小，测出小车运动的加速度a，验证a与M的关系。 王尚新书物理自诊断每道题都有视频讲解，哪道题不会扫题旁二维码即可看视频，学习更高效，考试分数更高。欢迎微信teacherws咨询。

实验器材

电磁打点计时器，纸带及复写纸，低压交流电源，两根导线，小车，一端附有滑轮的长木板，薄木板，小桶，细绳，砂，天平，刻度尺，砝码。

实验步骤及器材调整

(1)用天平测出小车和小桶与砂的质量M和m，把数值记录下来；

(2)按图4—7所示把实验器材安装好；

(4)将砂桶通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，使小车运动，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带，并在纸带上标上号码；

(5)保持小车的质量不变，改变砂桶中的砂量（确保M>>m）重复步骤(4)，每次记录必须在相应的纸带上做上标记，列表格将记录的数据填写在表内；

(6)建立坐标系，用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，在坐标系上描点，画出相应的图线以验证倪与F的关系；

(7)保持砂及小桶的质量不变，改变小车的质量(在小车上增减砝码)，重复上述步骤(5)、(6)验证a与M的关系；

作注意事项

(1)在牛顿第二定律实验中，必须平衡摩擦力，方法是将长木板的一端垫起，而垫起的位置要恰当．在位置确定以后，不能再更换倾角；

(2)改变m和M的大小时，每次小车开始释放时应尽量靠近打点计时器，而且先通电再放小车；

(3)每次利用纸带确定a时，应求解其平均加速度；

数据处理及误分析

(1)该实验原理中拉力T=

可见要在每次实验中均要求M>>m，只有这样，才能使牵引小车的牵引力近似等于托盘与砝码（有的实验是砂及砂桶）的重力；

(2)在平衡摩擦力时，垫起的物体的位置要适当，长木板形成的倾角既不能太大也不能太小，同时每次改变M时，不再重复平衡摩擦力；

(3)在验证a与M的关系时，作图时应将横轴用l／M表示，这样才能使图象更直观；

（1）打点计时器求解加速度的公式。

（2）利用倾角来平衡摩擦力。

（3）小车的质量远大于砝码质量。

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打点计时器的使用://

牛顿第二定律://

高一物理小车下滑斜坡实验

用直尺测量一下斜面的长度,然后再用直尺从斜面上端测量出刚才一半的长度,在该位置①让滑块自斜面上方一固定点A1，从静止开始下滑至斜面底端A2，用光电门测量出滑块通过A2位置时的遮光时间t，并求出滑块在A2位置时的速度v=，l为遮光板长度。上做出标记,把小车从斜面上端释放,分别测量出一半路程和整段路程所用的时间,如果时间是一半关系,即可证明是匀速直线运动.

【】DBAFEGC上面的人兄证明的是匀变速直线运动……

高一物理实验题总结

④ 改变斜面倾角或h的数值，重复上述测量。

（1）控制小车的质量M不变，讨论a与F的关系。

（2）再控制托盘和钩码的质量不变即F不变，改变小车的质量M，讨论a与M的关系。

（3）综合起来，得出a与F、M之间的定量关系。

实验涉及三个物理量的测量：即质量、加速度、和力，其中加速度和力的测量方法具有探究意义。

一、如何测量小车的加速度

1．纸带分析方法

例如：“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示。在平衡小车与木板之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示。计时器打点的时间间隔为0．02s。从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度a=______m/s2。（结果保留两位有效数字）

用公式，t=0．1s，（3．68-3．52）m，代入求得加速度=0．16m/s2，也可以用一段和第二段的位移求解，加速度=0．15m/s2。

2．对比分析法

实验装置如下图所示，在两条高低不同的导轨上放置两量小车，车的一端连接细绳，细绳的另一端跨过定滑轮挂一个小桶；车的另一端通过细线连接到一个卡口上，它可以同时释放两辆小车。辆车从静止开始做匀加速直线运动，相等时间内通过对位移与它们的加速度成正比，因此实验中不必计算出加速度，可以采用比较位移的方法，比较加速度的大小。

例如：某小组设计双车位移比较法来探究加速度与力的关系。通过改变砝码盘中的砝码来改变拉力大小。已知两车质量均为200g，实验数据如表中所示：

实验次数

小车

拉力F/N

位移s/cm

拉力比F甲/F乙

位移比s甲/s乙

1甲

0．1

0．50

0．51

乙0．2

43．5

2甲

0．2

29．0

0．67

0．67

乙0．3

43．0

3甲

0．3

41．0

0．75

0．74

乙0．4

55．4

分析表中数据可得到结论：在实验误范围内当小车质量保持不变时，由于，说明。

3．光电门计时法

实验装置如下图所示，研究气垫导轨上滑块的加速度，滑块上安装了宽度为L的挡光片，如图，滑块在牵引力作用下，先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了通过个光电门的时间t1，通过第二个光电门的时间t2，则

小车通过个光电门的速度，小车通过第二个光电门的速度

若测得两光电门间距为x，则滑块的加速度

简化装置图

4．DIS实验法

采用DIS手段做实验具有快捷、方便、、细微的优点。

例如测量小车下滑的加速度，位移传感器（）随小车一起沿倾斜轨道运动，位移传感器（接收器）固定在轨道一端，如下图所示。

数据采集器将位移传感接受器接收到的数据传入计算机，计算机进行数据处理，可以直接得到小车运动的v-t图象，根据v-t图象可求出小车的加速度。

比较以学生测量数据，记录结果.上四种方法，形式不同原理相似，都是利用运动学中公式或图象计算出来的加速度，只是实验中直接测量物理量不同。

二、怎样测量小车所受的合外力F？

1．平衡摩擦力

小车所受的合外力等于小车受到的重力、支持力、摩擦力和绳子拉力的合力，若小车受到的重力、支持力、摩擦力的合力等于零，那么小车的合外力等于绳子的拉力。

怎样实现小车运动时受到的重力、支持力、摩擦力的合力等于零呢？构建斜面情景，调节斜面的倾斜角度，使小车在重力、支持力、摩擦阻力的作用下做匀速运动，也就是重力的在斜面方向的分力与摩擦力平衡，即平衡摩擦力。

用实验方法检查平衡的效果：长木板的一端垫高一些，使之形成一个斜面，然后把实验用小车放在长木板上，轻推小车，给小车一个沿斜面向下的初速度，观察小车的运动情况，看其是否做匀速直线运动。如果基本可看作匀速直线运动，认为达到平衡效果。

在实验开始后，小车运动的阻力不只是小车受到的摩擦力，还有纸带的摩擦力。上面的作中没有考虑后者。所以平衡摩擦力正确的方法应该拖着纸带。检验平衡效果凭眼睛直接观察，判断小车是否做匀速直线运动不可靠。正确做法是：轻推小车，给小车一个沿斜面向下的初速度，观察小车的运动，用眼睛看到小车近似匀速运动以后，保持长木板和水平桌面的倾角不变，并装上打点计时器及纸带，接通电源，使小车拖着纸带沿斜面向下运动．取下纸带后，如果纸带上打出的点子间隔基本上均匀，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面的分力平衡。

平衡摩擦力以后，实验中需在小车上增加或减少砝码，改变小车对木板的压力，摩擦力会发生变化，需要重新平衡摩擦力吗？具体分析如下：

小车拖着纸带平衡摩擦力，设小车的质量为M，则有

化简为，式中f是纸带受到的摩擦力

由上式可知，平衡一次摩擦力后，木板倾角不变，改变小车的质量M，方程两边不再相等，小车所受合外力的测量将会产生误。

可见，只平衡一次摩擦力后，保持斜面的倾角不变，不会消除由纸带的摩擦力引起的误。若实验时，纸带受到的摩擦力小到可以忽略，上述方法还是可行的。

2．平衡摩擦力后，小车受到的合力等于绳子的拉力，如何测量拉力

实验中，当小车质量M远大于砂及桶的总质量m，可近似认为对拉力F等于砂及桶的重力mg。严格地说，细绳对小车的拉力F并不等于砂和砂桶的重力mg，而是。推导如下：

对砂桶、小车整个系统有： ①

对小车： ②

由①②得：

由于，因此

若允许实验误在5％之内，则由

在实验中控制 （一般说： ）时，则可认为F=mg，由此造成的系统误小于5％。

为了提高实验的准确性，在小车和重物之间接一个不计质量的力传感器，可以直接从计算机显示的图象中准确读出小车受到的拉力大小。

三、图象法数据处理，三个图象变形的原因

在画和 图象时，多取点、均分布，达到一种统计平均以减小误的目的。图象的形状不易直接观察加速度与质量间的关系，该实验采取了化曲为直的转化思想。

1．该实验得到图象如图所示，直线I、II在纵轴和横轴上的截距较大，明显超出了误范围。图像I在纵轴上有较大的截距，说明在绳对小车的拉力F＝0时（还没有挂砂桶）时，小车就有了沿长木板向下的加速度。设长木板与水平桌面间的夹角为，小车所受的重力为，沿长木板向下的分力应为，长木板对小车的摩擦阻力应为，设运动系统所受其他阻力为（可视为定值），则应有，其中为定值，如果适当减少值，实现＝0，图象起点回到坐标系原点，表明斜面的倾角过大。

图像II在横轴上有较大的截距，说明在绳对小车有了较大的拉力F后，小车的加速度仍然为零，因此合外力一定为零，此时应有（为静摩擦力值，且随变化），当较小或等于零时该式成立。表明长木板倾角θ太小。

2．如图是研究质量一定，加速度与合外力的关系的图象，其图象的斜率物理意义分析如下：

即

该实验图象的纵坐标是小车的加速度，横坐标F=mg，可写成，图象的斜率K=。

在条件下，增加m，斜率可认为等于，由于M不变，故斜率不变，图象是直线。不满足条件，斜率随m的增大而减小。故上面图象中AB段向下弯曲。

四、优化实验方案，减小实验误

优化方案1：巧妙转换研究对象，消除系统误

本实验以小车为研究对象，以砂桶重力替代牵引力，产生了系统误。要消除这种误，可以小车与砂桶组成的系统为研究对象。则该系统质量 ，系统所受合外力 。验证a与F关系时，要保证 恒定，可最初在小车上放几个小砝码，逐一把小砝码移至砂桶中，以改变每次的外力；验证a与总质量的关系时，要保证砂、桶重力不变，可在小车上逐一加放小砝码，以改变每次总质量。其他方法步骤同原来一样。

优化方案2：利用DIS实验简捷

实验装置示意图如图，用位移传感器测小车的加速度，用拉力传感器测小车受到的拉力。

优化方案3：简化装置如图

实验器材：高度可调的气垫导轨、滑块、光电门计时器（1个）、米尺

实验步骤：

②用米尺测量A1与A2之间的距离x，则小车的加速度a=v2/2x。

③用米尺测量A1相对于A2的高h。设小车所受重力为mg，则小车所受的合外力F＝mgh/x。

⑤以h为横坐标，v2为纵坐标，根据实验数据作图。

若得到一条过原点的直线，则“质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”。

滑块在气垫导轨上运动受到的阻力很小，可认为小车的重力在斜面方向的分力等于滑块所受的合外力。该实验方案用光电门测量出滑块下滑至A2的速度v，以及A1相对于A2的高h，间接测量出小车的加速度，巧妙测量出滑块所受的合外力。

该方案研究合外力一定时，加速度与质量的关系，同时改变m和h，只要mh的乘积不变，即保证合外力不变，加速度的测量方法同上。

一道物理问题

不正确

牛顿定律

该定律说明力并不是维持物体运动的条件，而是改变物体运动状态的原因。牛顿定律又称惯性定律，它科学地阐明了力和惯性这两个物理概念，正确地解释了力和运动状态的关系，并提出了一切物体都具有保持其运动状态不变的属性——惯性，它是物理学中一条基本定律。上述定律主要是从天文观察中，间接推导而来，是抽象概括的结论，不能单纯按字面定义而用实验直接验证。和实际情况较接近的说法是：任何物体在所受外力的合力为零时，都保持原有的运动状态不变。即原来静止的继续静止，原来运动的继续作匀速直线运动。物体的惯性实质是物体相对于平动运动的惯性，其大小即为惯性质量。物体相对于转动也有惯性，但它跟定律所说的惯性不是一回事，它的大小为转动惯量。惯性质量和转动惯量都用来表示惯性，但它们是不同的物理量，中学物理不出现转动惯量的名词，可不必提两者的区别。物体在没有受到外力作用或所受合外力为零的情况下，究竟是静止还是作匀速直线运动，这除了和参考系有关外，还要看初始时的运动状态。

牛顿定律说明了两个问题：⑴它明确了力和运动的关系。物体的运动并不是需要力来维持，只有当物体的运动状态发生变化，即产生加速度时，才需要力的作用。在牛顿定律的基础上得出力的定性定义：力是一个物体对另一个物体的作用，它使受力物体改变运动状态。⑵它提出了惯性的概念。物体之所以保持静止或匀速直线运动，是在不受力的条件下，由物体本身的特性来决定的。物体所固有的、保持原来运动状态不变的特性叫惯性。物体不受力时所作的匀速直线运动也叫惯性运动。牛顿在定律中没有说明静止或运动状态是相对于什么参照系说的，然而，按牛顿的本意，这里所指的运动是在时间过程中的相对于空间的某一运动。牛顿定律成立于这样的参照系。通常把牛顿定律成立的参照系成为惯性参照系，因此这一定律在实际上定义了惯性参照系这一重要概念。牛顿定律是作为牛顿力学体系一条规律，它具有特殊意义，是三大定律中不可缺少的定律。不能将定律看作牛顿第二定律的特例。注意：力不是产生速度的原因，而是产生加速度的原因！

不正确，汽车需要力来维持，是因为车验证牛顿第二定律的实验还受到各种阻力（地面的摩擦力，空气的摩擦力），但如果自行车不受到外力的作用，它的运动就不需要力来维持了，就想牛一定律所说的：任何物体在不受任何外力的作用下，总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。

答：不正确

因为根据牛顿定律：任何物体在不受任何外力的作用下，总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。

保持匀速直线运动也是运动，所以运动不是必须需要力来维持！

不对，牛顿定律描述的是物体在一种理想情况下的运动规律——物体不受力作用时的运动规律，它无法用实验来直接验证。虽然物体在合外力为零时表现出来的运动规律与不受力时的运动规律是一致的，但不能由物体受平衡力时的运动情况来验证牛顿定律。

②牛顿定律定性地揭示了力和运动的关系。它说明了物体不受力作用时是匀速直线运动或静止状态，所以力不是维持物体运动原因；定律指出外力作用迫使物体运动状态改变，所以力是改变物体运动状态的原因。

自然界中有很多力，如：空气阻力，摩擦力等等

不正确，之所以会慢是因为存在摩擦力，若撤学习物理一定要排除主观臆断，要依靠物理理论分析问题去摩擦力和动力，车就可以一致作匀速直线运动。

这可以从牛1定理中得出结论“一切物体没有受外力作用时,总保持匀速直线状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止。”

不正确。自行车慢下来是因为有摩擦力的缘故，如果没有摩擦力而人有不用力蹬车，那自行车的速度就不会变了。所以并不是里维持了运动，相反是力改变了运动。这便是牛顿定律。

不正确。牛顿定律为：任何物体在不受任何外力的作用下，总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。

自行车慢下来是由于受到摩擦阻力的影响（外力影响），从而改变原来的速度而慢下来。所以，如果不受外力，自行车将保持原来的速度做匀速直线运动。

简单点说：自行车再路上走，毫无疑问会受到地面的摩擦力，这个摩擦力是阻力，必然使自行车的速度降低 直至静止，（这不用谈为什么吧），牛顿定律说的是不受外力的情况下会保持运动，这里有了摩擦阻力，只是单一的一个力，为了达到不受外力也可以说是受力平衡，要使自行车运动就需要一个外力来克服这个阻力。所以上面的说法不正确。

给分吧正宗的卷面回答，hoho

用第二定律分析比较直观。

F=MA。F的作用在于改变物体的加速度。

如果不用力（脚力）来支持，那么由于阻力作用。自行车最终会停止。

这是对的。

不过这个力单指脚蹬力。

这道题如果用定律分析就比较勉强。因为定律是惯性定律，即任何物体在所受外力的合力为零时，都保持原有的运动状态不变。

而我们的实际情况是有阻力的。

高一物理，探究影响加速度因素的实验，为什么设计的小车的拉力要远小于小车重力？请用式子说明！

5.通过实验探究过程，进一步熟练打点计时器的应用，体验瞬时速度的求解方法.

因为a=（F-f）/m，在水平桌面上，f=mg摩擦系数，摩擦系数一般都很小，所以m远小于M，F合=T约等于mg

（2）保持物体所受的力F相同，测量不同质量m的物体在该力作用下的加速度a，探究加速度a与力F的关系。

本来F合=T=Ma mg-T=ma1 当 m<

按理来说拉力T并不等于重力，但当物体的加速度很小时，T≈mg

F合=Mmg/M+m 自己算吧

斜面在物理实验中多次使用．（1）如图1所示，在学习“运动和力的关系”时，小云让同一小车从同一斜面的相

所以自行车要用力来维持。

（1）同一小车从同一斜面的相同高度由静止开始下滑，使小车进入水平面时的速度相同．

实验结论：平面越视频5：探究加速度与力、质量的关系光滑，小车受到阻力越小，运动的距离越远．

（2）质量不同的铁球从斜面的相同高度由静止释放，铁球到达水平面的速度相同，铁球的质量不同，所以实验探究物体动能大小跟质量的关系．

物体动能大小不能直接观察，而是通过小球推动木块运动距离的远近来反映．

（3）斜面在实验中可以控制物体到达斜面底部的运动速度．

故为：（1）速度；远；匀速直线；（2）质量；铁球推动木块运动的距离；（3）斜面可以控制实验时物体到达水平面的运动速度．