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1、《驗證牛頓第二定律》實驗試題賞析
高中物理《考試大綱》規(guī)定的力學部分的六個學生實驗中， 《驗
證牛頓第二定律》的實驗原理、研究方法（控制變量法） 、數據處理
方法（圖像法） 、誤差控制（平衡法）等，對學生的思維分析能力和
實驗操作能力提出了較高的要求， 是考綱規(guī)定的十一個學生分組實驗
（包括電學部分）中的難點之一，因而，受到命題專家的青睞，每年
命制的十八套試卷（全國、自主命題省份）都有所考查 . 本文擬根據
《考試大綱》 中的實驗能力要求及實驗試題的核心器材進行分類賞析
（為節(jié)省篇幅， 部分試題節(jié)選了試題的一部分， 部分試題省略了解析
過程） .
一、基于教材的基本實驗
2、
（ 1）完成下列實驗步驟中的填空 .
①平衡小車所受的阻力 . 小吊盤中不放物塊，調整木板右端的高
度，用手輕撥小車，直到打點計時器打出一系列的點 .
②按住小車， 在小吊盤中放入適當質量的物塊， 在小車中放入砝
碼.
③打開打點計時器電源，釋放小車，獲得帶有點列的紙帶，在紙
帶上標出小車中砝碼的質量m.
④按住小車，改變小車中祛碼的質量，重復步驟③.
⑤在每條紙帶上清晰的部分，每 5個間隔標注一個計數點.測量 相鄰計數點的間距si, s2,….求出與不同m相對應的加速度a.
⑥以祛碼的質量m為橫坐標，1a為縱坐標，在坐標紙上做出1a-m 關系圖線.若加速度與小車和祛碼的總
3、質量成反比，則1a與m處應成 關系（填“線性”或“非線性”） .
（ 2）完成下列填空
（）本實驗中，為了保證在改變小車中砝碼的質量時，小車所受
的拉力近似不變，小吊盤和盤中物塊的質量之和應滿足的條件是.
賞析此題來源于教材， 與教材實驗裝置一致， 但實驗的一些做法
與教材不一樣，并且設問方式很有特色.
1. 教材中平衡摩擦力的方法是帶有紙帶的小車做勻速運動， 利用
小車重力沿斜面向下的分力平衡摩擦力，而本題（1）①是小吊盤與
帶有紙帶的小車一起勻速運動， 用小吊盤的重力與小車重力沿斜面向
下的分力的合力平衡摩擦力 .
2. 本題（1）⑥中，以祛碼的質量 m為橫坐標、1a為
4、縱坐標，在
坐標紙上做出 1a-m 關系圖線，從而驗證“在外力一定的條件下，物
體的加速度與其質量間的關系” . 與學生熟知的教材實驗的區(qū)別有二.
一是教材中處理實驗數據的方法： 以小車和車上砝碼的總質量（ M+m）
倒數為1M+rnfe橫坐標，以加速度a縱坐標，做出a-1M+mffl像；二是 質量僅為小車上砝碼的質量. 這要求考生要有扎實的基礎知識、辨析
能力及靈活變通能力 .
3. “化曲為直”的思想仍是圖像法處理數據的主旋律. （ 2） （）
中給出了 1a-m 關系圖線，要求求出小車受到的拉力和小車的質量.
體現了“規(guī)律與實驗相融，公式與圖像并美” . 該問雖是常規(guī)的“
5、數
形結合”類題目，但在寫1a=f （m）函數表達式時要特別注意此式中
的m應是小車質量M與小車上祛碼質量m的和，與圖像中m的含義的
不同 .
本題考查驗證牛頓定律實驗基本原理的掌握、 運用圖像處理數據
的能力的同時， 通過“變式”變換設置了兩個難點考查考生的思維的
縝密性、靈活性和應用數學知識解決物理問題的能力 .
案例 2（ 2012 年安徽卷 節(jié)選） 圖 1 為“驗證牛頓第二定律”的
實驗裝置示意圖.砂和砂桶的總質量為 m,小車和祛碼的總質量為M.
實驗中用砂和砂桶總重力的大小作為細線對小車拉力的大小 .
賞析本題是對教材實驗的基本考查 . 分別考查了考生平衡摩擦及
6、
檢驗的方法和紙帶的處理 （求加速度） 的能力 . 最大的亮點是第二問：
將M遠大于m這一抽象的實驗要求具體化.考生對實驗中“當M遠大
于m時，用砂和砂桶總重力的大小作為細線對小車拉力的大小”的前
提條件背的滾瓜爛熟，但具體到實驗操作時“m和m’的取值問題，
若沒有實際做過該實驗，考生可能會顯得束手無策 .
在具體的實驗操作中，“M遠大于m’的取值條件：M是m的3?
5 倍以上 .
從此問可以看出， 命題人對中學實驗教學的期望， 是一種“能力
發(fā)展觀”，在高考中對物理實驗的考查，盡管是“紙筆測驗”，但命
題時還是力圖通過“紙筆測驗”來考查考生的包括實驗操作能力在
內的實驗能
7、力， 他們對實驗的考查要求強調了如何“操作”， 要體現
的是“只有動手做過實驗才能得分”的實驗設計理念.
二、源于教材中驗證牛二律實驗原理的延伸與拓展
（ 3）小車做勻加速運動的合力是砝碼、砝碼盤的總重力，在計
算小車的合外力時未計入砝碼盤的重力，由做出的 a-F 圖像（圖略）
可得到砝碼盤的重力約為 0.08 N.
本題是對教材中驗證牛頓第二定律實驗原理的拓展和延伸， 避免
了考查原實驗. 課本上的實驗中，當滿足小車的質量遠大于砝碼和砝
碼盤的總質量時，細繩對小車的拉力約等于砝碼和砝碼盤的總重力 .
因此在解決此類題目時我們應注意和教材中實驗對照， 從實驗原理和
創(chuàng)新上多
8、思考.
賞析本題將教材中基本的力學模型-- 斜面模型， 力學中的重要規(guī)
律――牛頓第二定律， 實驗的基本方法――控制變量法， 處理數據的
基本方法――圖像法， 以及實驗的探究性、 創(chuàng)新性綜合在一起全面考
查學生的綜合分析能力、 實驗設計能力及數據處理能力， 題目源于課
本，而又高于教材，充分體現了實驗的創(chuàng)新性 .
《考試大綱》對實驗能力的要求有明確說明“…對結論進行分析
和評價；能發(fā)現問題、提出問題，并制定解決方案；…”.該實驗的
最大亮點是第（2 ）問，對消除摩擦阻力的方案的評價. 對實驗方案的
評價， 主要是從誤差分析角度利用學過的物理理論進行相關分析， 進
而達到“控制實驗條件”的目的 .
《驗證牛頓第二定律》實驗試題賞析
