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1、实验四验证牛顿运动定律注意事项1实验方法：控制变量法2平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要悬挂小盘，但小车应连着纸带且接通电源用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡3不重复平衡摩擦力：平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力4实验条件：Mm只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力5一先一后一按住：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车6作图：作图时两轴标度比例要适当各量须采用国际单位这样作
2、图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些误差分析1因实验原理不完善引起误差以小车、小盘和砝码整体为研究对象得mg(Mm)a；以小车为研究对象得FMa；求得Fmgmgmg本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，由此引起的误差就越小因此，满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量的目的就是减小因实验原理不完善而引起的误差2摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差热点一实验原理与操作【典例1】 (2012安徽高考21)图1为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图砂和
3、砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M.实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小图1(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行接下来还需要进行的一项操作是()A将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动B将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动C将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判
4、断小车是否做匀速运动(2)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是()AM200 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gBM200 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 gCM400 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gDM400 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g(3)图2是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出量出相邻的计数点之间的距离分别为：xAB4.22 cm、xBC4.65 cm、xCD5.08
5、cm、xDE5.49 cm，xEF5.91 cm，xFG6.34 cm.已知打点计时器的工作频率为50 Hz，则小车的加速度a_m/s2.(结果保留二位有效数字)图2解析(1)小车在运动过程中受到重力、支持力、纸带的拉力、木板对小车的摩擦力和细线拉力的作用为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合力，因此应把木板的一端垫起适当的高度，以使重力、支持力、纸带的拉力和摩擦力的合力为零，即小车做匀速运动，因此在进行这一操作时，不应挂砂桶，小车应连接纸带，A、C项错误；B项正确(2)由于绳子的拉力不易测量，本实验中用砂和砂桶的总重力来代替绳的拉力，而砂桶做加速运动，设加速度大小为a，则FTm(ga)，当砂
6、桶的加速度很小时，FT近似等于mg，因此实验中应控制实验条件，使砂桶的加速度很小只有当小车的质量远大于砂和砂桶的总质量时，小车和砂桶的加速度才很小，绳的拉力才近似等于砂和砂桶的总重力C项正确(3)相邻两计数点间的时间T0.1 s，由xaT2可得a，代入数据解得a0.42 m/s2.答案(1)B(2)C(3)0.42【跟踪短训】1如图3所示，为某同学安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置，在小车的前端固定一个传感器，和砂桶连接的细线接在传感器上，通过传感器可显示出细线的拉力在图示状态下开始做实验图3(1)从图上可以看出，该同学在装置和操作中的主要错误是_ _.(2)若砂和砂桶的质量为m，小车和传感
7、器的总重量为M，做好此实验_(填“需要”或“不需要”)Mm的条件解析(2)不加传感器时将砂和砂桶的重力作为细线的拉力，而接了传感器后细线的拉力可以直接读出答案(1)未平衡摩擦力；细线与木板不平行；开始实验时，小车离打点计时器太远(2)不需要热点二实验数据处理与误差分析【典例2】 某实验小组在实验室探究加速度和力、质量的关系(1)甲同学在小车所受合外力不变时，改变小车的质量，得到数据如下表所示：实验次数小车质量m/kg小车加速度a/(m/s2)小车质量的倒数/kg110.200.785.0020.400.382.5030.600.251.6740.800.201.2551.000.161.00a
8、.根据表中数据，在图4甲的坐标系中描出相应的实验数据点，并作出a图象b由a图象，可得出的结论为_c小车受到的合力大约为_(结果保留两位有效数字)(2)乙同学在保持小车质量不变的情况下，通过多次改变对小车的拉力，由实验数据作出的aF图象如图乙所示，图线不过原点的原因是_，小车的质量为_kg.(保留两位有效数字)图4解析(1)c.由牛顿第二定律Fma得，a，即图线的斜率等于小车所受的合外力，大小为F N0.16 N.(2)由图象可知拉力等于零时，小车加速度不等于零，故木板倾角过大；由牛顿第二定律Fma得aF，即图线的斜率等于小车质量的倒数，小车质量大小为m kg2.0 kg.答案(1)a.a图象如
9、图所示 b在物体受外力不变时，物体的加速度与质量成反比C0.16 N(2)木板倾角过大2.0【跟踪短训】2某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验图5甲为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有细砂的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于细砂和小桶的总重量，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得(1)图5乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50 Hz.根据纸带可求出电火花计时器打B点时的速度为_m/s，小车的加速度大小为_m/s2.(结果均保留两位有效数字)图5(2)在“探究加速度a与质量m的关系”时，某同学按照自己
10、的方案将实验数据都在坐标系中进行了标注，但尚未完成图象(如图6甲所示)请继续帮助该同学作出坐标系中的图象(3)在“探究加速度a与合力F的关系”时，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图6乙所示，该图线不通过坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因答：_.图6解析(1)AC这段位移的平均速度等于AC这段时间中间时刻的瞬时速度，即B点的瞬时速度，故vB m/s1.6 m/s.由逐差法求解小车的加速度，a m/s23.2 m/s2.(2)将坐标系中各点连成一条直线，连线时应使直线过尽可能多的点，不在直线上的点应大致对称分布在直线的两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑，连线如图所示
11、：(3)图线与横轴有截距，说明实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够答案(1)1.63.2(2)见解析(3)实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够探究高考命题视角以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性、设计性等特点视角1实验器材的改进用气垫导轨长木板视角2数据处理方法的改进小车的加速度可以利用传感器，借助于计算机来处理视角3实验方案的改进用气垫导轨和两个光电门来完成此实验视角4以本实验为背景，结合牛顿第二定律，测量两接触面间的动摩擦因数【典例3】 (2013新课标全国卷，22)图7为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图实验步骤如
12、下：图7用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m，用游标卡尺测量遮光片的宽度d；用米尺测量两光电门之间的距离s；调整轻滑轮，使细线水平；让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间tA和tB，求出加速度a；多次重复步骤，求a的平均值；根据上述实验数据求出动摩擦因数.回答下列问题：(1)测量d时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的示数如图8所示，其读数为_ cm.图8(2)物块的加速度a可用d、s、tA和tB表示为a_.(3)动摩擦因数可用M、m、和重力加速度g表示为_.(4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于_(选填“偶然误
13、差”或“系统误差”)解析(1)d0.9 cm120.05 mm0.9 cm0.060 cm0.960 cm.(2)由v得，vA，vB，物块做匀加速直线运动，则vv2ax，即222as，得a.(3)整体运用牛顿第二定律得：mgMg(Mm)，则.(4)由实验装置引起的误差为系统误差答案(1)0.960(2)(3)(4)系统误差【探究跟踪】图9如图9所示是某同学探究小车加速度与力的关系的实验装置，他将光电门固定在水平轨道上的B点，用不同重物通过细线拉同一小车，每次小车都从同一位置A由静止释放图10(1)若用10分度的游标卡尺测出遮光条的宽度d，如图10所示，则宽度为_mm，实验时将小车从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间t，则小车经过光电门时的速度为v_(用字母表示)(2)测出多组重物的质量m和对应遮光条通过光电门的时间t，通过描点作出线性图象，研究小车加速度与力的关系处理数据时应作出_图象AtmBt2mC.mDm图11(3)有一位同学通过实验测量作出的图线如图11所示，试分析图线不通过坐标原点的原因是_；图线上部弯曲的原因是_.解析(1)由题图可知第7条刻度线与主尺刻度线对齐，游
