高考物理大一轮复习 第三章 第4讲 实验四 验证牛顿运动定律课件

根据表中数据描出的点和作出的图像(见图)， 图像并没有通过原点．由图像可以看出，当 F=0.1N时a=0，说明小车受到的摩擦力为 0.1N.操作过程中可能遗漏了平衡摩擦力这一 步骤．
m
(2) 利 用 如 图 3-4-2 所 示 备 用 坐 标 纸 作出图象可判定：当物体所受合外力F 一定时，加速度a与质量m成什么关系？ 简要说明判断理由.
图3-4-2
(1)若根据表中记录数据画出图
象a-m，发现是一条曲线.猜测该曲线
可能是双曲线，也可能是其他曲线，
因而从该图象无法得出确切结论.我们
第三章
牛顿运动定律
4 实验:验证牛顿运动定律
一、实验目的
运用控制变量法探究物体的加速度 与质量及所受到的合外力之间的关系； 学会运用图象法处理两个物理量之间的 关系.
二、实验原理
1.在气垫导轨上用滑块通过光电门 来测量和验证.
(1)通过气垫导轨上的前、后光电门 读出滑块通过时间，使用游标卡尺测量 滑块挡光片宽度，因而可测量滑块通过 前、后光电门处的两个瞬时速度；再运 用公式 v22 v12 2as 求解滑块加速度.
2.在长木板上利用外力拉小车，通过“纸 带法”验证（见下述“问题”）.
三、实验器材
气垫导轨实验装置(含气垫导轨、滑块、光 电门、数字计时器、电源及气源)、橡皮泥、钩 码组、刻度尺、坐标纸等.
四、实验步骤及注意事项
1.保持滑块质量不变，获取验证滑块加速度 与其所受到的合外力之间定量关系的实验数据；
(1)让滑块在钩码拉力作用下做加速运动， 记录悬挂钩码质量m及滑块通过两个光电门的时 间t1、t2，并计算滑块经过两个光电门的速度及 每次加速度，将这些数据记入表格；
(1)让滑块在钩码拉力作用下做加速运动， 记录滑块质量m及滑块通过两个光电门的时

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考点一 教材原型实验
考法① 实验原理与实验操作 (2020·广东实验中学月考改编)某实验小组利用如图所示的
装置探究加速度与力、质量的关系。 (1)实验中除了需要小车、砝码、托盘、细绳、附有定滑轮的长木 板、垫木、打点计时器、低压交流电源、两根导线、复写纸、纸
带之外，还需要__天___平___、刻___度__尺___。 (2)下列做法正确的是__A__D__E__。
量加速度，还要多测几组数据减小偶然误差，C 项错误；通过增减小车上的砝码改变质量时，
不需要重新调节木板的倾斜角度，D 项正确。
(3)a-M1 图象是一条直线，a 与 M 成反比；图象在 a 轴上有截距，这是平衡摩擦力时木板的倾
角过大造成的。
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考点一 教材原型实验
[变式 1] 在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，采用如图所示的 装置图进行实验： (1)实验中，需要在木板的右端垫上一个小木块，其目的是：
第三章 牛顿运动定律
实验四： 验证牛顿运动定律
基础回顾 自主排查 考点一 教材原型实验 考点二 实验的改进与创新
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◎注意事项
于平衡状态时测量。
1．对钩码的要求
(2)记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的
(1)所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉 对应关系及单位。
伸，超出它的弹性限度。
3．画图象
(2)图乙为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的 5 个计数点 A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有 4 个点迹没有标出，测出各计数点 到 A 点之间的距离，如图所示。已知打点计时器接在频率 为 50 Hz 的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速
度的测量值 a＝___1_._0___m/s2。(结果保留两位有效数字)

(4)因砝码的质量为m，设砝码盘的质量为m0，则砝码盘和砝码的总质量
满足m+m0＝m1，由牛顿第二定律有(m+m0)g＝Ma，可得a＝(m+Mm0)g ＝ M1 ·mg+mM0g，则a－mg图像为一次函数，截距为正值，故选C.
变式2 (2021年全国卷Ⅰ)为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数，一
(3)保持小车的质量不变，改变桶内砝码的质量，A、B两位同学根据实 验数据分别作出了加速度a随合力F的变化图线如图丙、丁所示，图丙中 的图线上部出现了弯曲并偏离原来的直线，其主要原因是 _桶__和__桶__内__砝__码__的__质__量__没__有__远__小__于__车__的__质__量___；若从小车中取出砝码放入 桶中，并以桶、桶中的砝码、车和车中的砝码整体为研究对象，图线上 部___不__会___(填“会”或“不会”)弯曲并偏离原来的直线，图丁中的图线不 通过原点，其主要原因是___实__验__前__未__平__衡__摩__擦__力__或__平__衡__摩__擦__力__不__充__分___.
(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套如图所示的装置放在水平桌面 上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与 拉力F的关系，分别得到图中甲、乙两条直线.设甲、乙用的木块质量分 别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙， 由图可知，m甲 _小__于___m乙，μ甲 _大__于_ μ乙.(两空均选填“大于”“小于”或“等 于”)
(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，使 小车在斜面上做__匀__速__直__线____运动. (4)操作过程： ①把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂托盘，托盘里放砝码，先_接__通__电__源_ 再_释__放__小__车__，取纸带，编号码. ②保持小车的质量M0不变，改变托盘中砝码的质量，重复步骤①.由纸带 计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度填入设计的表格中. ③保持托盘和砝码质量m不变，改变小车和砝码的总质量M，重复以上 步骤.并将所对应的质量和加速度填入设计的表格中.

谨记 利用图象分析实验结果的方法 1因没有平衡摩擦力，a－F图线为不过原点的倾斜直线. 2利用a－F图线的斜率、截距的意义比较m、μ的大小.
【答案】 (1)AD (2)远小于 (3)小于 大于
1．关于“验证牛顿第二定律”实验中验证“作用力一 定时，加速度与质量成反比”的实验过程，以下做法中正确 的是( )
答案：B
2．如图为某同学安装的“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．
(1)从图上可以看出，该同学在装置和操作中的主要错误 是________________________________________．
谨记 利用图象分析a、F间的关系及误差分析 1保持小车质量不变时，a－F图象应为一条过原点的直 线. 2a－F图象不过原点可能是平衡小车摩擦力时没有达到 实验要求所致.
(3)保持砂和砂桶质量不变，改变小车中砝码质量，进行
多次测量，得到小车加速度a、质量m及其对应的
1 m
3．(2016·汕头质检)下图为验证牛顿第二定律的实验装置 示意图．
(1)平衡小车所受阻力的操作：取下________，把木板不 带滑轮的一端垫高；接通电火花计时器电源，轻推小车，让 小车拖着纸带运动．如果打出的纸带如图所示，则应 ________(选填“减小”或“增大”)木板的倾角，反复调节， 直到纸带上打出的点迹________为止．
(2)若砂和砂桶的质量为m，小车和传感器的总重量为M， 做好此实验________(填“需要”或“不需要”)M≫m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．