验证牛顿运动定律课件

(2)某次实验测得的数据如下表所示．根据这些数据在
坐标图(图实Ⅳ－11)中描点并作出 a－m1 图线，通过 a－m1 图 线求得合外力大小为______ N(计算结果保留两位有效数 字)．
m1 /kg－1
4.0 3.6 2.0 1.4 1.0
a/(m·s－2)
1.2 1.1 0.6 0.4 0.3
(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＝200 g，m＝10 g、15 g、20 g、 25 g、30 g、40 g
B．M＝200 g，m＝20 g、40 g、60 g、 80 g、100 g、120 g
[解析] (1)需要将长木板一端适当垫起一定高度，以 平衡摩擦力，完成此项工作的标志就是在不挂砂桶条件下 小车能带动纸带匀速运动(通过打点计时器点痕间隔是否 均匀判定)．
②此图线的AB段明显偏离直线，造成此 误差的主要原因是________．
答案 (1)控制变量法 (2)①质量一定的情况下，加速度与合外力成 正比 ②没有使小车质量远大于钩码质量
(3)a－m1 关系图线
4．为了探究加速度与力的关系，使用如 图 实 Ⅳ － 13 所 示 的 气 垫 导 轨 装 置 进 行 实 验．其中G1、G2为两个光电门，它们与数字 计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时， 光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并 记录．滑行器连同上面固定的一条形挡光片 的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间 距离为x，牵引砝码的质量为m.回答下列问 题：
(1)图实Ⅳ－8所示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点时的速度大 小 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(如图实Ⅳ－ 9所示)．请继续帮助该同学作出坐标系中的 图象．
2．实验步骤2、3不需要重复，即整个实 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．每条纸带必须在满足小车与车上所加 砝码的总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．改变拉力和小车质量后，每次开始时பைடு நூலகம்小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电
(3)图象不过原点，在横轴上有截距，说 明未平衡摩擦力(或平衡不够)，减小这一误 差的方法是在不挂砂和砂桶的情况下，垫高 有打点计时器的木板的一端，使得给小车一 初速度时，小车能匀速下滑．
[答案] (1)0.42 (2)见解析图
(3)未平衡摩擦力(或平衡不够) 在不挂 砂和砂桶的情况下，垫高有打点计时器的木 板的一端，使得给小车一初速度时，小车能 够匀速下滑
(2)将坐标系中各点连成一条直线，连接 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．
2．用如图实Ⅳ－10所示的实验装置来验 证牛顿第二定律．
(1)为消除摩擦力的影响，实验前平衡摩 擦力的具体操作为：取下________，把木板 不带滑轮的一端适当垫高并反复调节，直到 轻推小车后，小车能沿木板做______运动．
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
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
A．m1＝5 g C．m3＝40 g
B．m2＝15 g D．m4＝400 g
解析 (1)如果气垫导轨水平，则不挂砝码时，M 应能在 任意位置静止，或推动 M 后能使 M 匀速运动．
(2)本实验的目的是“探究加速度与力的关系”，若将砝 码的重力(mg)看做是滑行器(M)的合外力，前提条件是 m≪M， 故选项 D 不合适．
【误差分析】
1．因实验原理不完善造成误差：本实验 中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉 力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码 的总重力)，存在系统误差．
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．
【注意事项】
1．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的 细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引
剖题探法·突破考点
考点一 实验操作及原理的理解
［例1］ (2012·安徽理综)图实Ⅳ－2所 示为“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
(1)该实验应用的研究方法是 ____________．
(2)在小车总质量不变时，改变所挂钩码 的数量，多次重复测量，可画出a－F关系图 线(如图实Ⅳ－12乙所示)．
①分析此图线的OA段可得出的实验结论
是
__________
______________________________________ ___________．
(2)保持砂和砂桶质量不变，改变小车质 量m，得到的数据如下表所示，根据表中数 据，为直观反映F不变时a与m的关系，请在 图实Ⅳ－5所示的坐标纸中选择恰当物理量 建实立验坐次标系(填在方框内)并作出图象.
数 12345678
小车的 加速度 1.9 1.7 1.4 1.2 1.0 0.7 0.5 0.3 a/(m·s－ 0 2 9 5 0 5 0 0
解析 (1)平衡摩擦力时不能挂细线和砂桶． (2)描点、连线如图所示．
由 a＝mF可知，在 a－m1 图象中，图线的斜率 k 代表小车 所受合外力的大小，由图线可知，k＝0.30，即
F＝0.30 N.
答案 (1)细线和砂桶 匀速直线 (2)图见解析 0.30 N(0.28～0.32 N均可)
3．(2013·江苏四市联考)如图实Ⅳ－12 甲所示为“用DIS(位移传感器、数据采集器、 计算机)研究加速度和力、质量的关系”的实 验装置．
(3)由 v1＝ΔDt1，v2＝ΔDt2，v22－v21＝2ax 可得：a＝ΔDt22－2xΔDt12.
实验四 验证牛顿运动定律
抓纲扣本·落实基础
【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——小车的质量M不变，讨论加速度a 与力F的关系，再控制小盘和砝码的质量不
(1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺 钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的 情况下，如何判定调节是否到位？
答
：
______________________________________ _____.
(2)若取M＝0.4 kg，改变m的值，进行多 次实验，以下m的取值不合适的一个是 ________．
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＝ xAB4＋TxBC＝(6.19＋4×6.700.0)2×10－2 m/s＝1.6 m/s.由逐差法
求解小车的加速度
a＝(xCD＋xD4E()2－T()x2 AB＋xBC) ＝(7.21＋7.742×－(26×.190－.026).270)×10－2 m/s2＝3.2 m/s2
(1)图实Ⅳ－4所示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：xAB＝4.22 cm、xBC＝4.65 cm、xCD＝5.08 cm、xDE＝5.49 cm、xEF＝5.91 cm、xFG＝6.34 cm.已知打点计时器的工作频率为50 Hz，则 小车的加速度大小为a＝______ m/s2 (结果保 留两位有效数字)．
(2)根据实验原理：实验中小车的实际加速度为 a＝ Mm＋gm，实验时把 mg 当成对 M 的拉力，即忽略 m 对加速 度的影响，使加速度约为 a＝mMg，显然需 m≪M，据此可 知 C 组最合理．
[答案] (1)B (2)C
考点二 实验数据的处理及误差分析
［例2］ (2013·福建六校联考)某同学 设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及 质量m间关系的实验．图实Ⅳ－3所示为实验 装置简图，A为小车，B为打点计时器，C为 装有砂的砂桶，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 于砂和砂桶的总重力，小车运动的加速度a 可由纸带求得．
1 速度填2 入表(一)中．
3
表(一)
4
5.改变小盘内砝码的个数，重复步骤4， 并多做几次．
6．用纵坐标表示加速度a，横坐标表示 作用力F，描点画a－F图象，如果图象是一 条过原点的直线，便证明加速度与作用力成 正比．
1
7．保持M小盘内的砝码个数不变，在小车 上放上适量的砝码，放手后，让小车运动打 出纸带，计算砝码和小车总质量的倒数 ，
2)
小车的 0.2 0.2 0.3 0.4 0.5 0.7 1.0 1.6
(3)保持小车质量不变， 改变砂和砂桶质量，该同 学根据实验数据作出了加 速度a与合力F的图象如图 实Ⅳ－6所示，该图象不通 过原点，明显超出偶然误 差范围，其主要原因是
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