实验四验证牛顿运动定律.

《实验四验证牛顿运动定律.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验四验证牛顿运动定律.（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、实验四 验证牛顿运动定律 实验实验 目的和器材实验实验 原理 实验实验 目的 1.学会用控制变变量法研究物理规规 律 2.验证验证 牛顿顿第二定律 3.掌握利用图图像处处理数据的方法 探究加速度a与力F及 质质量M的关系时时，应应 用的基本方法是控制 变变量法，即先控制一 个参量小车车的质质 量M不变变，探究加速度 a与力F的关系；再控 制小盘盘和砝码码的质质量 不变变，即力F不变变，探 究加速度a与小车质车质 量 M的关系 实验实验 器材 打点计时计时 器、纸带纸带 、复写纸纸、 小车车、一端附有定滑轮轮的长长木板 、小盘盘、夹夹子、细绳细绳 、低压压交 流电电源、导线导线 、天平、刻度尺、

2、 砝码码、薄木块块 【实验过程】 一、实验步骤 1.称量质量用天平测量小盘的质量m0和小车的质量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)。 3.平衡摩擦力在长木板的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

3、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。 表1 实验实验 次数加速度a/ms-2小车车受力F/N 1 2 3 4 表2 实验实验 次数加速度a/ms-2 小车车和砝码码 的 总质总质 量M/kg 1 2 3 4 二、数据处理 1.计算加速度先在纸带上标明计数点，测量各计数点间的 距离，根据逐差法计算各条纸带对应的加速度。 2.作图像找关系根据记录的各组对应的加速度a与小车所 受牵引力F，建

4、立直角坐标系，描点画a-F图像，如果图像是一 条过原点的倾斜直线，便证明加速度与作用力成正比。再根据 记录的各组对应的加速度a与小车和砝码总质量M，建立直角坐 标系，描点画a- 图像，如果图像是一条过原点的倾斜直线， 就证明了加速度与质量成反比。 【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=(M+m)a;以小车为研究对象得F=Ma;求得 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

5、实验原 理不完善而引起的误差。 2.摩擦力平衡不准确造成误差。在平衡摩擦力时，除了不挂小 盘外，其他的均与正式实验一样（比如要挂好纸带、接通打点 计时器），匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各相邻 两点间的距离相等。 3.质量的测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误 差、细绳或纸带不与木板平行等都会引起误差。 【注意事项】 1.平衡摩擦力 在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，即不要 给小车加任何牵引力，且要让小车拖着纸带匀速运动。 2.不重复平衡摩擦力 整个实验平衡了摩擦力后，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。 3.实

6、验条件 每条纸带都必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量 的条件下打出。只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车 受到的拉力。 4.一先一后一按住 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，再放开小车，且应在小车到达定滑轮前 按住小车。 5.作图 作图时，两坐标轴的比例要适当，要使尽可能多的点落在所作 直线上，不在直线上的点应尽可能对称地分布在所作直线两侧 。 【实验改进】 本实验中可以用气垫导轨来代替长木板,这样就省去了平衡摩擦 力的麻烦,小车的加速度也可以利用传感器来测量,借助于计算 机来处理。 热点 1 实验原理与注意事项 【典例1】(2012安徽

7、高考)图甲为“验证牛顿第二定律”的 实验装置示意图。砂和砂桶的总质量为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。 （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

8、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 ( ) A.M=200g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40g B.M=200g,m=20g、40g、60g、80g、100g、120g C.M=400g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40g D.M=400g,m=20g、40g、60g、80g、100g、120g (3)图乙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

9、点之间的距离分别为:sAB=4.22cm、sBC=4.65cm、 sCD=5.08cm、sDE=5.49cm、sEF=5.91cm、sFG=6.34cm。已知打点计 时器的工作频率为50Hz，则小车的加速度a=_m/s2（结果保 留2位有效数字）。 【标准解答】（1）要使细线对小车的拉力等于小车所受的合 外力，应将长木板远离定滑轮的一端垫起，使小车所受重力沿 木板向下的分力与小车及纸带所受摩擦力平衡，即选项B正 确。 （2）要使砂和砂桶的总重力的大小作为细线对小车拉力的大 小，必须使m M，只有选项C符合这个要求。 （3）小车的加速度为 其中t=0.1s，代入数据得：a=0.42m/s2。 答

10、案:（1）B （2）C （3）0.42 热点 2 实验数据处理与误差分析 【典例2】(2013新课标课标 全国卷)图图甲为测为测 量物块块与水平桌 面之间动间动 摩擦因数的实验实验 装置示意图图。实验实验 步骤骤如下: 用天平测测量物块块和遮光片的总质总质 量M、重物的质质量m;用游标标 卡尺测测量遮光片的宽宽度d;用米尺测测量两光电门电门 之间间的距离s; 调调整轻轻滑轮轮,使细线细线 水平; 让让物块块从光电门电门 A的左侧侧由静止释释放,用数字毫秒计计分别测别测 出遮光片经过经过 光电门电门 A和光电门电门 B所用的时间时间 tA和tB,求出 加速度a; 多次重复步骤骤,求a的平均值值

11、; 根据上述实验实验 数据求出动动摩擦因数。 回答下列问题问题 : (1)测测量d时时,某次游标标卡尺(主尺的最小分度为为1mm)的示数如 图图乙所示,其读读数为为 cm。 (2)物块块的加速度a可用d、s、tA和tB表示为为a= 。 (3)动动摩擦因数可用M、m、 和重力加速度g表示为为= 。 (4)如果细线细线 没有调调整到水平,由此引起的误误差属于 (选选 填“偶然误误差”或“系统误统误 差”)。 【标准解答】(1)20分度游标卡尺的精确度为0.05 mm，主尺读 数0.9 cm，游标尺读数=120.005 cm=0.060 cm，所以游标卡 尺的读数为0.960 cm。 (2)遮光片经

12、过光电门A和B的平均速度分别表示A、B位置的瞬 时速度， 又由速度位移公式得： (3)对遮光片、物块和重物由牛顿第二定律得： 即 所以 (4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差是实验原理不 完善引起的系统误差。 答案：(1)0.960 (2) (3) (4)系统误差 1.(2014福州模拟拟)在“探究物体的加速度与力、质质量的关系 ”的实验实验 中,以下操作正确的是 ( ) A.平衡摩擦力时时,应应将重物用细绳细绳 通过过定滑轮轮系在小车车上 B.平衡摩擦力时时,应应将纸带连纸带连 接在小车车上并穿过过打点计时计时 器 C.连连接重物和小车车的细绳细绳 可以不跟长长木板平行 D.实验时实验

13、时 ,应应先放开小车车,后接通电电源 【解析】选B。平衡摩擦力时,应将纸带连接在小车上并穿过打 点计时器,使小车的重力沿斜面向下的分力与小车运动所受摩 擦力平衡,不能将重物系在小车上,A错误,B正确;连接重物和小 车的细绳应跟长木板平行,C错误;实验时,应先接通电源,待打 点稳定后,放开小车,D错误。 2.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中备有下列器材 ： A.电磁打点计时器；B.天平(带砝码)；C.秒表；D.低压直流电 源；E.纸带和复写纸；F.导线；G.细绳；H.小车；I.砂和小桶 ；J.一端附有滑轮的长木板；K.砝码。 （1）其中多余的器材是_(填代号)，缺少的器材是 _和_。 （

14、2）在探究加速度a与质量m的关系时，分别以_为纵坐 标、_为横坐标作图像，这样就能直观地看出其关系。 【解析】（1）实验的重点是在质量一定时,根据不同力作用下 打出的纸带,求出加速度；在力一定时,根据在不同质量条件下 打出的纸带,求出加速度。故只要明确打点计时器工作原理和 实验步骤,则可判断多余的器材是C、D；缺少的器材是低压交 流电源和刻度尺。 （2）探究加速度a与质量m的关系时，以a为纵坐标，以 为横 坐标,作出的图像为经过原点的倾斜直线，这样很容易看出它 们的关系。 答案:（1）C、D 低压交流电源 刻度尺 （2）a 3.甲、乙两个同学共同做“验证牛顿第二定律”的实验，装置 如图所示。

15、（1）两位同学用砝码盘（连同砝码）的重力作为小车受到的 合力，需要平衡桌面的摩擦力对小车运动的影响，将长木板的 一端适当垫高，在不挂砝码盘的情况下，轻推小车，能使小车 做_运动。另外，还应满足砝码盘（连同砝码）的质量 m_（选填“远小于”“远大于”或“近似等于”）小车 的质量M。 接下来，甲同学在保持小车质量不变的条件下，研究加速度与 合力的关系；乙同学在保持合力不变的条件下，研究小车的加 速度与质量的关系。 （2）甲同学通过对小车所牵引纸带的测量，就能得出小车的 加速度a。图中是某次实验所打出的一条纸带，在纸带上标出 了5个计数点，在相邻的两个计数点之间还有4个点未标出，图 中数据的单位是cm。 实验中使用的电源是频率f=50Hz的交变电流。根据以上数据， 可以算出小车的加速度a=_m/s2。（结果保留三位有效数 字） 【解析】（1）平衡摩擦力时，将长木板一端适当垫高，在不 挂砝码盘的情况下，轻推小车，如果小车做匀速直线运动，表 明小车处于平衡状态，摩擦力已经平衡。 由实验原理mg=Ma，得 而实际上 故只有满 足砝码盘（连同砝码）的质量m远小于小车的质量M时，a近 似等于a，误差较小。 （2）由匀变速直线运动的规律可得 答案：（1）匀速直线 远小于 （2）0.343 4.为了探究