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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：不悬挂小盘，但小车连着纸带 3不重复：不重复平衡摩擦力。 4实验条件：Mm。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：先接通电源，后放小车，且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。,误差分析 1因实验原理不完善引起的误差：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。 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 实验原理与基本操作 【例1】 图1
2、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。,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_(填正确答案标号)。 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
3、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_(填正确答案标号)。 AM200 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g BM200 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g CM400 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g DM400 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
4、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 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，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)由于细线的
5、拉力不易测量，本实验中用砂和砂桶的总重力来代替细线的拉力，而砂桶做加速运动，设加速度大小为a，则FTm(ga)，当砂桶的加速度很小时，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，细线的拉力才近似等于砂和砂桶的总重力。C项正确。,答案 (1)B (2)C (3)0.42,热点二 数据处理及误差分析 【例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3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的拉力F等于细砂
6、和小桶的总重力，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得。,图3,(1)图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) (2)在“探究加速度a与质量m的关系”时，某同学按照自己的方案将实验数据在坐标系中进行了标注，但尚未完成图象(如图4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5，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：_ _。,(2)将坐标系中各点连成一条
7、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地分布在直线的两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑，连线如图所示：,(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)1.6 3.2 (2)见解析 (3)实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够,热点三 实验的改进与创新 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、探究性等特点。 1实验器材的改进,3实验的拓展延伸 以“验证牛顿运动定律”为背景测量物块与木板间的动摩擦因数。,【例3】 某同学做“探究加速度与力、质量关系”的实验。如图6甲所示是该同学探究小车
8、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6,(1)实验中可近似认为细线对小车的拉力与重物重力大小相等，则重物的质量m与小车的质量M间应满足的关系为_。 (2)若用游标卡尺测出光电门遮光条的宽度d如图6乙所示，则d_cm；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_(用字母表示)。,(3)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，并算出相应小车经过光电门时的速度v，通过描点作出v2m线性图象(如图7所示)，从图线得到的结论是：在小车质量一
9、定时，_。,图7,(4)某同学作出的v2m线性图象不通过坐标原点，挂某一质量钩码时加速度仍为零，那么开始实验前他应采取的做法是_。 A将不带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动 B将不带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀加速运动 C将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动 D将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀加速运动,解析 (1)该实验的研究对象是小车，采用控制变量法研究。当质量一定时，研究小车的加速度和小车所受合力的关系。为消除摩擦力对实验的影响，可以把木板的右端适当垫高，以使小车的重力沿斜面分力和摩
10、擦力抵消，那么小车的合力就是细线的拉力。 根据牛顿第二定律得：对m：mgF拉ma 对M：F拉Ma,1(2016武汉华师一附中模拟)为了探究加速度与力、质量的关系，甲、乙、丙三位同学分别设计了如图8所示的实验装置，小车总质量用M表示(乙图中M包括小车与传感器，丙图中M包括小车和与小车固连的滑轮)，钩码总质量用m表示。,图8,(1)为便于测量合外力的大小，并得到小车总质量一定时，小车的加速度与所受合外力成正比的结论，下列说法正确的是( ) A三组实验中只有甲需要平衡摩擦力 B三组实验都需要平衡摩擦力 C三组实验中只有甲需要满足所挂钩码的总质量m远小于小车的总质量M的条件 D三组实验都需要满足所挂钩
11、码的总质量m远小于小车的总质量M的条件,答案 (1)BC (2)12 54,2(2016全国卷，23)某物理课外小组利用图9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滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N5个，每个质量均为0.010 kg。实验步骤如下：,图9,(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n(依次取n1，2，3，4，5)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。
12、释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制st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。n2时的st图象如图10所示；由图10求出此时小车的加速度(保留2位有效数字)，将结果填入下表。,图10,(4)利用表中的数据在图11中补齐数据点，并作出an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。,图11,(5)利用an图象求得小车(空载)的质量为_kg(保留2位有效数字，重力加速度取g9.8 ms2)。 (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) Aan图线不再是直线 Ban图线仍是直线，但该直线不过原点 Can图线仍是直线，但该直线的斜率变大,答案 (3)0.39 (4)见解析图 (5)0.45 (6)BC,
