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1、第6课时 实验:知识回顾与整理女女【实验目的】验证牛顿第二定律，就是验证：（1）物体质量 一定时，加速度与合外力成正比；（2）合外力一定时，物体 的加速度与质量成反比。【实验原理】1、保持研究对象（小车）的质量（肱）不变，改变砂桶内砂的 质量（m），即改变牵引力测出小车的对应加速度，用图像法 验证加速度是否正比于作用力。2、保持砂桶内砂的质量（m）不变，改变研究对象的质量（肱），即往小车内加减砝码，测出小车对应的加速度，用图 像法验证加速度是否反比于质量。【实验器材】附有定滑轮的长木板、薄木垫、小车、细线、小桶及砂、打 点计时器、低压交流电源、导线、天平（带一套砝码）、毫 米刻度尺、纸带及复写
2、纸等。【实验步骤】.1、 用天平测出小车和小桶i.一.的质量M0和m0，并记录%5、泸，、数值；，、 12、 按照要求安装实验器白材，此时不把悬挂小桶用砂桶的细绳系在车上，即不给小车加牵引力；3、平衡摩擦力，在长木板不带定滑轮的一端下面垫薄木板，并反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后，小车 在斜面上的运动可以保持匀速直线运动状态为止。4、记录小车及车内所加砝码的质量；称好砂子后将砂倒入 小桶，把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶；此时要调 整定滑轮的高度使绳与木板平行；接通电源，放开小车，待 打点计时器在纸带上打好点后，取下纸带，做好标记。5、保持小车的总质量不变，改变砂的质量（均要用天平
3、称 量），按步骤4中方法打好纸带，做好标记。6、在每条纸带上选取一段比较理想的部分，分别计算出加 速度值。重要方法与技巧【实验误差分析】本实验除了实验仪器、实验条件、操作过 程、数据处理带来误差外，更主要是分析实验原理带来的误 差；本实验中认为：细绳的拉力等于砂和砂桶的重力，即： r=mg；是实验原理引起误差的根本原因。理论分析：设小车的质量为M、平衡摩擦力后合外力为F、 加速度为a，细绳的拉力为7砂和砂桶的总质量为m； 对小车有:a=M=M；对系统有：a=Mmgm ；对砂及砂桶有：mg-T=ma；联立解得细绳拉力表达式为：T=M mg=一mg；要IMr imm.1十M使T=mg，必须满足的条
4、件是：Mm。【实验图像分析】物理中看图像，一看曲直、二看斜率、三 看交点、四看面积，并能对他们赋予一定的物理意义。1、本实验图像弯曲是必然的，并且是向下弯曲； 当M一定时，aF图像；理论上：若M一定，则a8F，aF图像为过原点的倾斜直线；实际上：a=M=M=Mmmg，其图像为以左为斜率的 1曲线，当m增加时，减少，故图像向下弯曲。M十m1 当F 一定时，am图像；理论上：若F 一定，则ax验证牛顿第二定律7、用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力（即砂和砂桶 的总重力mg），根据实验结果画出相应的点，如果这些点在 一条直线上，便证明了质量一定的情况下，加速度与合外力 成正比。8、保持砂和桶的质量
5、不变，在小车上加砝码（需记录好数 据），重复上面的实验步骤，求出相应的加速度，用纵坐标1 .一 表示加速度，横坐标表示小车及砝码的总质量的倒数M，根 据实验结果画出相应的点，如果这些点在一条直线上，就证 明了合外力一定的情况下，加速度与质量成反比。【注意事项】1、实验中始终要求砂和砂桶的总质量（m）远小于小车和 砝码的总质量（M），般情况下要满足10mVM。只有这 样，砂和砂桶的总重力才能视为小车所受的拉力。2、平衡摩擦力时不要挂小桶，但小车要挂纸带并接通打点 计时器；有两个作用：一是从纸带上打出的点子来判断小车 是否匀速运动，二是在平衡摩擦力时也要平衡振针和纸带之 间的摩擦（如果使用电火花计
6、时器，该摩擦可以忽略）。平衡 摩擦力是使小车重力沿斜面的分力与小车运动时所受到的所 有摩擦力相平衡。3、在每次打过点的纸带上，都要注明小车的质量和拉力数 值，以免在分析数据时造成错误。4、小车每次释放前应靠近打点计时器，且先接通电源再释 放小车；小车停止运动前应按住小车。5、由于aM图像是一条曲线，难以判断a和M之间的函 数关系，从而难以确定a与M的定量关系。从已知的理论 看，aM图像应该是一条直线，为了便于对实验结果作出 直观判断，本实验中作aM图像，而不是作aM图像。6、作图像时，要使尽可能多的点子在直线上，不在直线上 的点也要尽可能对称分布在直线两侧，其目的是在数据处理 时尽量减少偶然误
7、差。M，a福图像为过原点的倾斜直线；实际上：。=攵=3=哦片，以土为自变量，哦不 变时，其图像为以Mmg为斜率的曲线，当M增加时，斜 率MMmmg减少，故图像向下弯曲。2、图像弯曲的程度由M的大小确定，只有当Mm时，图 像近似于直线。3、图像斜率的物理意义： 当M一定时，aF图像中，a=M；其斜率为M；即 aF图像的斜率为小车质量的倒数。 当F 一定时，aM图像中，a=FM；其斜率为F；即1 一aM图像的斜率为砂和砂桶的重力。4、图像是否过原点一反映平衡摩擦力的情况。（1）当M一定时，aF图像；图像过原点时，表明平衡 摩擦力合适，如图；图像与a轴截距为正数时，表明F= 0时，小车就有加速度a=
8、a0，即长木板的倾角过大，如图 ；图像与水平轴相交时，表明小车加上拉力F=F0时，其 加速度a=0，即长木板的倾角过小或没有平衡摩擦力，如 图。时，其加速度a= 0，即长木板的倾角 过小或没有平衡摩 擦力，如图。(2) 当F 一定时，a方图像；图像过原点时，表明平衡摩 擦力合适，如图；图像与a轴截距为正数时，表明= 0、M8时，小车还有加速度a=a0，即长木板的倾角过 大，如图；图像与水平轴相交时，表明小车加上拉力F经典例题解与评女女【例题1】如图所示，A、B两条直线是在A、B两地分别 用竖直向上的力F拉质量分别为mA、mB的物体得出的两个 加速度a与力F的关系图线，A. 两地的重力加速度gA
9、gB；B. mAmB；C. 两地的重力加速度gAmB；【解析】由牛顿第二定律得：F-mg=ma， 则：a=：Fg；, 一.1. 一-一.11在aF图象中，斜率为*由图象可知：。亡，mmA mB即：mAm的条件，结果得到的图象应是下图中的【D】【例题2】如图所示，是某次利用气垫导轨探究加速度与 力、质量关系的实验装置安装完毕后的示意图，图中A为 砂桶和砂，B为定滑轮，冬-仁 C为滑块及上面添加的砝 码，D为纸带，E为电火 花计时器，F为蓄电池， 电压为6V，K是电键， 请指出图中的三处错误。(1) ；(2) ；(3) 。【答案】(1) B接滑块的细线应水平(或与导轨平行)；(2) C滑块离计时器
10、太远；精选习题作与思女女1. 关于验证牛顿运动定律的实验，下列说法中符合实际情 形的是【D】A. 通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究， 能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系B. 通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就 可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系C. 通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可 以得出加速度、力、质量三者之间的关系D. 先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变 力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质 量三者之间的关系2. 在利用打点计时器和小车来做“验证牛顿运动定律”的实 验时，下列说法中正确的是【BCD】A. 平衡
11、摩擦力时，应将砝码盘及盘内祛码通过定滑轮拴在(3) E电火花计时器用的是220V的交流电，不能接直流 电。【例题3】现要验证当质量一定时，物体运动的加速度与 它所受的合外力成正比”这一物理规律。给定的器材如下：一倾角可A：、以调节的长斜面(如图所示)、小车、计时器一个、米尺。I2(1)填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤(不考虑摩 擦力的影响)。 让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑至斜面底 端A2,记下所用的时间上 用米尺测量为与A2之间的距离s，则小车的加速度a 用米尺测量A1相对于A2的高度知设小车所受重力为mg，则小车所受的合外力F=。 改变，重复上述测量。1 - 以h为横坐标
12、，1为纵坐标，根据实验数据作图。如能得t2到一条过原点的直线，则可以验证“当质量一定时，物体运 动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律。(2)在探究如何消除上述实验中摩擦阻力影响的过程中， 某同学设计的方案是： 调节斜面倾角，使小车在斜面上匀速下滑，测量此时A1 点相对于斜面底端A2的高度h0。 进行(1)中的各项测量。 计算与作图时用(hh0)代替h。对此方案有以下几种评论意见：A. 方案正确可行B. 方案的理论依据正确，但利用所给器材无法确定小车在 斜面上是否做匀速运动；C方案的理论依据有问题，小车所受摩擦力与斜面倾角有 关；其中合理的意见是。【答案】(1)g ；队斜；斜面倾角(或h的
13、数值)；(2) C。小车上B. 连接祛码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行C. 平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动D. 小车释放前应靠近打点计时器，且应先接电源再释放小 车3. 为了测定某辆轿车在平直路上起动时的加速度(轿车起 动时的运动可近似看作匀加速运动)，某人拍摄了一张在同 一底片上多次曝光的照片，如图。如果拍摄时每隔2s曝光 一次，轿车车身总长为4.5m，那么这辆轿车的加速度约为A. 1m/s2B. 2m/s2C. 3m/s2D. 4m/s2【C】4. 做“验证牛顿运动定律”的实验，主要的步骤有A.将一端附有定滑轮的长木板放在水平桌面上，取两个质a/ms1.984.065.958.12F
14、/N1.002.003.004.00(1) 根据表中数据，在图坐标中画出a-F图象。(2) 根据图象判定：当M一定时，a与F的关系为实验次数12345678小车加速度 a/ms2 _1.901.721.491251.000.750.500.30小车质量m/kg0.250.290330.400.500.711.001.671_ Mg-14.003.453.032.502.001.411.000.60到小车加速度a与质量m及对应的1 ；数据如下表：m请在图给出的方格坐标纸中画出a-己图线，并根据图线求量相等的小车，放在光滑的水平长木板上B. 打开夹子，让两个小车同时从静止开始运动，小车运动 一段距离后，夹上夹子，让它们同时停下来，用刻度尺分别 测出两个小车在这一段时间内通过的位移大小C. 分析所得到的两个小车在相同时间内通过的位移大小与 小车所受的水平拉力的大小关系，从而得到质量相等的物体 运动的加速度与物体所受作用力大小的关系D. 在小车的后端也分别系上细绳，用一只夹子夹住这
