实验四 验证牛顿运动定律.docx

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1、实验四验证牛顿运动定律主干梳理对点激活对应学生用书P065实验原理与操作/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. 掌握利用图象处理数据的方法。/实验原理探究加速度a与力F及质量M的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即 先控制一个参量一一小车的质量M不变，探究加速度a与力F的关系，再控制砝 码和小盘的质量不变，即力F不变，改变小车质量心，探究加速度a与M的关 系。打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板，小盘、砝 码、夹子、细绳、垫木、低压交流电源、导线、天平（带有一套砝码）、刻度尺。/实验步骤1. 称量质量用天平测量小盘的质量m0和

2、小车的质量M0。2. 安装器材按照如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）。端有定潸轮的长木板3. 平衡摩擦力在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，反复移动薄木块的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态。4. 让小车靠近打点计时器，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸 带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。计算小盘和砝码的重力，即为小车所受 的合外力，由纸带计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度填入表1中。5. 改变小盘内砝码的个数，重复步骤4,并多做几次。6. 保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车

3、在木板上滑动打出纸带。计算砝码和小车的总质量M,并由纸带计算出小车对应 的加速度，并将所对应的质量和加速度填入表2中。7. 改变小车上砝码的个数，重复步骤6,并多做几次。1. 计算加速度一一先在各条纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，再 根据逐差法计算纸带对应的加速度。2. 作图象找关系根据表1中记录的各组对应的加速度a与小车所受牵引 力尸，建立直角坐标系，描点画a-F图象，如果图象是一条过原点的倾斜直线， 便证明加速度与合外力成正比。再根据表2中记录的各组对应的加速度a与小车 和砝码的总质量M，建立直角坐标系，描点画a-M图象，如果图象是一条过原 点的倾斜直线，就证明了加速度与质量成反比

4、。误差分析1. 因实验原理不完善引起误差。以小盘和砝码整体（整体质量为m=m+m砝）M 为研究对象得mg F=ma；以小车为研究对象得F=Ma；求得F=m+扁mg =-mgm2, 现由静止释放左侧托盘，测量系统加速度大小。然后改变mm2质量，重复实 验多次。I阮光电门I光电Fim r =Lr-(1) 该同学利用图示实验装置求得左侧托盘及砝码的加速度的表达式 a=(用字母m1 m2及g表示)。(2) 该同学认为，只要保持 不变，即可得出m1. m2系统的加速度大小与系统的合外力成正比；只要保持 不变，即可得出mm2系统的加速度大小与系统的总质量成反比。(3) 该同学用此装置多次测量系统的加速度大

5、小a，并用天平测出m1. m2的质量，利用(1)中的表达式计算出系统的加速度a，发现a总是 a(填“大于” “等于”或“小于”)。(m m )g合案(1) mm2m1+m2 m1m2 (3)小于解析(1)由牛顿第二定律得m1g - T=m1a , T - m2g = m2a，联立得a_ (m1 - m2)gom】+ m?(2)当系统质量不变，即m1+m2不变时，可得出系统的加速度大小与系统的 合外力成正比；当系统合外力不变，即m1-m2不变时，可得出系统的加速度大 小与系统的总质量成反比。(3) 由于实际测量时会有阻力，造成系统误差，使a总是小于a o高考模拟随堂集训对应学生用书P0691.

6、(2016-全国卷B)某物理课外小组利用图a中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一 轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小车相连，另一端可悬挂钩码。本 实验中可用的钩码共有N=5个，每个质量均为0.010 kg。实验步骤如下：会 长木板?| A(1) 将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车（和钩码）可以在木板上匀速下滑。（2）将（依次取n= 1,2,3,4,5）个钩码挂在轻绳右端，其余Nn个钩码仍留在小 车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在 时刻I相对于其起始位置的位移

7、s,绘制s-l图象，经数据处理后可得到相应的加 速度a。（3）对应于不同的n的a值见下表。n = 2时的s-t图象如图b所示；由图b求 出此时小车的加速度（保留两位有效数字），将结果填入下表。n12345a/(ms-2)0.200.580.781.00（4）利用表中的数据在图c中补齐数据点，并作出a-n图象。从图象可以看出: 当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。（5）利用a-n图象求得小车（空载）的质量为 kg（保留两位有效数字，重力加速度取g = 9.8 ms-2）。（6）若以“保持木板水平”来代替步骤（1），下列说法正确的是（填入正确选项前的标号）。A. a-n图线不再是

8、直线B. a-n图线仍是直线，但该直线不过原点C. a-n图线仍是直线，但该直线的斜率变大答案(3)0.39(在0.370.42范围内也可)(4)如图所示(5)0.45(在 0.430.47 范围内也可)(6)BC解析 由s = 2at2得:a 斗在s-图象中找一点坐标，代入公式即可求出a。(5) 对小车和钩码组成的系统应用牛顿第二定律：nmg-T二nma ,T= (N - n)m+ Ma，联立得 a = nmg = 0.098n , a-n 图象的斜率k =业虬，从而可解出 M + Nm M + 0.05M + 0.05M。(6) 对于已平衡摩擦力的情况，a = n；对于木板水平的情况，由牛

9、M+Nm顿第二定律：nmg - T 二 nma , T - (N - n)m + Mg = (N - n)m + Ma，联立得：a(1 +)mg= n -飓，比较可知，B、C均正确。M+Nm2. (2019-湖北武汉市调研)某同学用如图所示装置来探究“在外力一定时，物体的加速度与其质量之间的关系”。打点H时器(1) 下列实验中的相关操作，正确的是。A-平衡摩擦力时，应先将沙桶用细线绕过定滑轮系在小车上B-平衡摩擦力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器C. 小车释放前应靠近打点计时器，且先释放小车后接通打点计时器的电源(2) 将沙和沙桶的总重力mg近似地当成小车所受的拉力F会给实验带来

10、系统误差。设小车所受拉力的真实值为F真，为了使系统误差性5%，则小车和 真砝码的总质量M与m应当满足的条件是号。(3) 在完成实验操作后，用图象法处理数据，得到小车的加速度的倒数上与小a车的质量M的关系图象，正确的是D答案(1)B (2)0.05 (3)C解析(1)平衡摩擦力时，应不挂沙桶，只让小车拖着纸带在木板上做匀速运动，A错误；平衡摩擦力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器，B正确；小车释放前应靠近打点计时器，且先接通打点计时器的电源后释放小车，C错误。(2)对小车，根据牛顿第二定律得:a二等，对沙和沙桶，根据牛顿第二定律尸真得：a = mgmF真，且mg5%，联立解得M0.0

11、5。(3)由牛顿第二定律可知：F真=Ma , mg - F真=ma，联立解得a= mg ，则-1 M + -.-M图线是一条纵截距大于零的倾斜直线，C正确。a3. （2019-河北衡水中学高三二调）如图甲（侧视图只画了一个小车）所示的实验装置可以验证“牛顿第二定律”，两个相同的小车放在光滑水平桌面上，右端各 系一条细绳，跨过定滑轮各挂一个小盘，增减盘中的砝码可改变小车受到的合外 力，增减车上的砝码可改变小车的质量。两车左端各系一条细线，用一个黑板擦 把两细线同时按在固定、粗糙的水平垫片上，使小车静止（如图乙）。抬起黑板擦 两车同时运动，在两车碰到滑轮前，迅速按下黑板擦，两车立刻停止，测出两车

12、位移的大小。冲 I 234丙（1）该实验中，盘和盘中砝码的总质量应 小车及车上砝码的总质量（填“远大于”“远小于”或“等于”）。（2）图丙为某同学在验证“合外力不变时，加速度与质量成反比”时的实验记 录，已测得小车1的总质量M = 100 g，小车2的总质量M2=200 g。由图可读出小车1的位移x1 = 5.00 m，小车2的位移x2 = cm，可以算出尹=（结果保留三位有效数字）；在实验误差允许的范围内，芝M2（填“大于”“小于”或“等于”）。答案（1）远小于（2）2.45（2.422.48均可）2.04（2.022.07均可）等于解析（1）要使实验中盘和盘中砝码的总重力近似等于细线的拉力

13、，盘和盘中砝码的总质量应远小于小车及车上砝码的总质量。（2）由图可知小车2的位移x2 = 2.45 cm ,由匀变速直线运动的位移公式可知，x = 1at2，即a =2，由于两车运动的时间相等，所以ai = xi = |2.0古攵在实2t2a2 x2 2.45验误差允许的范围内堂啪4. (2018安徽联盟)在“验证牛顿运动定律”的实验中，某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行实验。苻门严轨用20分度的游标卡尺测出挡光片的宽度如图乙所示，则宽度d=cm。(2)接通气源，调节气垫导轨水平，让滑块从不同位置由静止释放，记录挡光片通过光电门的挡光时间I，测出释放点到光电门的间距为s，以s为纵轴， 横轴

14、作图，得到的图象是一条过原点的倾斜直线，且斜率为k，则滑块的加速度a(用d、k表示)。(3) 若以测得的滑块加速度a为纵轴，所挂钩码的重力代替拉力尸，作出如图丙中图线1。为了减小误差，该兴趣小组将一个力传感器安装在滑块上(传感器的 质量可忽略不计)，从力传感器中得出拉力 尸，作出a-F图象是图丙中的图线(填 “2 ”或 “3”)。答案(1)0.940 (2)2k (3)2解析 游标卡尺读数为：0.9 cm + 8 X 0.05 mm = 0.940 cm。(2)滑块做匀加速直线运动，有2as = v，又v = d，可得s =痉，已知斜率为k,可得a=dk(3)因钩码及滑块做加速运动，可知当加速度a 一定时，细线的拉力应比钩码的重力小，而用传感器测出的是滑块所受的实际拉力，且加速度与实际拉力成正比关系，所以此时a-F图象应为图线2。