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第三单元 实验与探究 第5课时 实验:验证牛顿运动定律,必修1 第三章 力与运动,基础回顾,1细线对小车的拉力 如下图所示装置，在沙桶和沙质量_时，可认为沙桶和沙的重力作为细线对小车的拉力,2平衡长木板的摩擦力 在长木板的_的一端下面垫一块木板，反复移动木板的位置，直至小车在斜面上拉动纸带打出_的点为止这时，小车拖着纸带运动受到的摩擦阻力恰好与小车的重力沿_的分力相平衡 3作出加速度和力的关系图线 保持小车质量不变，_，从而改变细线对小车的牵引力，测出小车的对应加速度，作出加速度和力的关系图线，验证加速度是否与外力成正比,4作出加速度和质量倒数的关系图线 保持小桶和沙的质量不变，_，改变小车的质量，测出小车的对应加速度，作出加速度和质量_的关系图线，验证加速度是否与质量成反比 答案：1很小 2靠近打点计时器 点距相等 斜面方向上 3改变小桶内沙的质量 4在小车上加砝码 倒数,要点深化,1实验原理 (1)如上图所示装置，在沙桶和沙的质量很小时，可认为细线对小车的拉力就是沙桶和沙的重力 (2)平衡长木板的摩擦力 (3)保持小车质量不变，改变小桶内沙的质量，从而改变细线对小车的牵引力，测出小车的对应加速度，作出加速度和力的关系图线，验证加速度是否与外力成正比 (4)保持小桶和沙的质量不变，在小车上加减砝码，改变小车的质量，测出小车的对应加速度，作出加速度和质量倒数的关系图线，验证加速度是否与质量成反比,2实验器材 一端带有定滑轮的长木板；薄木板；小车；细线；小桶和沙；打点计时器；交流电源；导线；天平(带一套砝码)；砝码；毫米刻度尺；纸带 3实验步骤 (1)用天平测出小车和砝码的总质量M，把数值记录下来 (2)如上图所示把实验器材安装好，但不要把悬挂沙桶的细绳系在车上，即不给小车加牵引力 (3)平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫一块木板，反复移动木板的位置，直至小车在斜面上运动可以保持匀速直线运动状态这时，小车拖着纸带运动受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力沿斜面方向上的分力平衡,(4)把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂沙桶，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点，打完点后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码 (5)保持小车和砝码的质量不变，在沙桶里放入适量的沙，使沙桶和沙的总质量远小于小车和砝码的总质量，把沙桶和沙的总质量m记录下来，重复步骤(4)在沙桶内再放入适量的沙，记录下沙桶和沙的总质量m，再重复步骤(4) (6)重复步骤(5)三次，得到三条纸带 (7)在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度的值并记录到表中,(8)以加速度a为纵轴，力F为横轴，根据测量出的对应量在图的方格纸中描点，然后用平滑的直线画线，如果这些点是在一条过原点的直线上，便证明了加速度与作用力成正比 (9)保持沙桶和沙的质量不变(即保持小车所受合外力不变)，在小车上通过改变砝码的个数，重复上面的实验，并记录下小车(连同砝码的质量)及相应加速度的值到表中 (10)以加速度a为纵轴，质量的倒数1/m为横轴，在方格纸中描点，然后用平滑的直线画线，如果这些点是在一条过原点的直线上，便证明了加速度与质量成反比,4注意事项 (1)整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变沙和沙桶的质量还是改变小车及砝码的质量都不需要重新平衡摩擦力，平衡摩擦力是指小车所受动力(重力沿斜面向下的分力)与小车所受的阻力(包括车受的摩擦力和打点计时器对纸带的摩擦力)大小相等，实验中，应在车后拖上纸带，先接通电源后再用手给小车一个初速度，若在纸带上打出的点子间隔基本均匀，才表明平衡了摩擦力，否则必须调整小木板的位置 (2)平衡摩擦力后每条纸带必须满足在小车加砝码的质量远大于沙和沙桶的总质量的条件下进行，只有这样，沙和沙桶的总重力才可视为小车受到的拉力,(3)改变拉力和小车质量时，每次开始实验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，且在小车到达滑轮前应按住小车 (4)各纸带上的加速度a都应是该纸带上的平均加速度 (5)作图象时，要使尽可能多的点在所作的直线上，不在直线上的点应可能对称分布在所作的直线两侧 5误差分析 本实验的误差来源：(1)因原理不完善引起的误差，本实验用沙和沙桶的总重力(mm)g代替小车的拉力，而实际小车所受的拉力要小于沙和沙桶的总重力，这个沙和沙桶的总质量越接近小车和砝码的总质量，误差越大；反之沙和沙桶的总质量越小于小车和砝码的总质量，误差越小但不可能消去此误差(2)因平衡摩擦力不当而引起的误差,题型一 实验原理的理解和数据处理,(2010年广州联考)某同学在做加速度和力、质量的关系的实验中，测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示：,(1)根据表中的数据在图所示的坐标中作出aF图象；,(2)图象的斜率的物理意义是_； (3)图象(或延长线)与F轴的截距的物理意义是_； (4)小车和砝码的总质量为_kg.,解析：(1)选取适当的标度，作出aF图象如图所示,(2)由FMa得a ，可见图象的斜率为小车和砝码的总质量的倒数 (3)图象与F轴的截距表示加速度恰好为零时的拉力，也即是小车受到的阻力，大小为0.1 N. (4)由图可知图线斜率k1(kg1)，由k 可得：M1 kg. 答案：(1)见解析图；(2)小车和砝码的总质量的倒数；(3)小车受到的阻力为0.1 N；(4)1.,题型训练,1(2011年济南实验中学模拟)在“验证牛顿运动定律”的实验中，实验装置如图甲所示，有一位同学通过实验测量作出了图乙中的A图线试分析：,A图线不通过坐标原点的原因是_； A图线上部弯曲的原因是_,解析：图线在F轴上有截距，说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 aF图线上部弯曲的原因是未满足钩码质量远小于小车质量 答案：没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 未满足钩码质量远小于小车质量,题型二 借助传感器等设备验证牛顿运动定律,(2011年阳江模拟)为了探究加速度与力的关系，使用如图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t1、t2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)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M0.4 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_ Am15 g Bm215 g Cm340 g Dm4400 g (3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，求得的加速度的表达式为 _.(用t1、t2、D、x表示),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不动，或推动M后能使M匀速运动 (2)应满足mM，故m4400 g不合适 (3)由v1 ，v2 ， 2ax 可得：a 答案：(1)取下牵引砝码，M放在任意位置都不动；或取下牵引砝码，轻推滑行器M，数字计时器记录每一个光电门的光束被挡的 时间t都相等；(2)D；(3) a,题型训练,2如图，质量为M的滑块A放在气垫导轨B上，C为位移传感器，它能将滑块A到传感器C的距离数据实时传送到计算机上，经计算机处理后在屏幕上显示滑块A的位移时间(st)图象和速率时间(vt)图象整个装置置于高度可调节的斜面上，斜面的长度为了L、高度为h.(取重力加速度g9.8 m/s2，结果可保留一位有效数字),(1)现给滑块A一沿气垫导轨向上的初速度，A的vt图线如题(b)图所示从图线可得滑块A下滑时的加速度a_ m/s2，摩擦力对滑块A运动的影响_(填“明显，不可忽略”或“不明显，可忽略”) (2)此装置还可用来验证牛顿第二定律实验时通过改变_，可验证质量一定时，加速度与力成正比的关系实验时通过改变_，可验证力一定时，加速度与质量成反比的关系,解析：由题目中给出的物理模型，结合所给的A的vt图象可以知道：滑块A先沿斜面向上做匀减速直线运动直到速度为零，然后再沿斜面向下做匀加速直线运动由滑块A的vt图象得到滑块A沿斜面向上的加速度大小等于斜面向下加速度大小故(1)中的答案为6 m/s2、不明显，可忽