高三一轮复习——实验验证牛顿第二定律

1、物 理 学 科 教 学 案本学期第 课时本单元第 课时授课日期： 课题：探究加速度与力、质量的关系主备人：于海云 审核人： 杨成林学习目标：1学会用控制变量法研究物理规律 2验证牛顿第二定律3掌握利用图象处理数据的方法 教 学 过 程 及 内 容实验目的1学会用控制变量法研究物理规律2验证牛顿第二定律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变，即力F不变，改变小车质量m，讨论加速度a与m的关系实验器材打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木

2、板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码实验步骤1用天平测出小车和盛有砝码的小盘的质量m和m.2安装实验器材(如图所示)3平衡摩擦力4小盘绕过滑轮系于小车上，先通电源后放开小车，取下纸带编号码5保持小车的质量m不变，改变砝码和小盘的质量m，重复步骤4.6在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.7作aF的图象，描点作图，若这些点在一条直线上，证明了加速度与力成正比8保持砝码和小盘的质量m不变，改变小车质量m，重复步骤4和6，作a图象，若图象为一直线，则证明加速度与质量成反比考点一实验原理与操作例题1：某实验小组利用图实­4­1所示的装置探究加速度与

3、力、质量的关系。 (1)下列做法正确的是_(填字母代号)。A调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行B在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上C实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源D通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量_木块和木块上砝码的总质量。(选填“远大于”、“远小于”或“近似等于”)(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图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

4、力F的关系，分别得到图实­4­2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甲、乙，由图可知，m甲_m乙，甲_乙。(选填“大于”、“小于”或“等于”) 重要提示：考点二数据处理与误差分析例题2：某次“探究加速度a跟物体所受合力F和质量m的关系”实验过程是： (1)图实­4­6甲所示为实验装置图。图乙为某次实验得到的一段纸带，计数点A、B、C、D、E间的时间间隔为0.1 s，根据纸带可求出小车的加速度大小为_ m/s2(结果保留两位有效数字)。(2)保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，进行多次测量。根据实

5、验数据做出了加速度a随拉力F的变化图线，如图实­4­7所示。图中直线没有通过原点，其主要原因是_ (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及其对应的的数据如表中所示： 实验次数12345678小车加速度a/m·s21.901.721.491.251.000.750.500.30小车和砝码质量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67/kg14.003.453.032.502.001.411.000.60a请在坐标纸中画出a­图线；b.根据作出的a­f(1,m)图像可以得

6、到的结论是：。重要提示考点三实验的改进与创新例题3：某同学利用如图实­4­12所示的装置探究“小车的加速度与所受合外力的关系”，具体实验步骤如下：A按照图示安装好实验装置，挂上砂桶(含少量砂子)。B调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车沿长木板向下运动，且通过两个光电门的时间相等。C取下细绳和砂桶，测量砂子和桶的质量m，并记下。D保持长木板的倾角不变，不挂砂桶，将小车置于靠近滑轮的位置，由静止释放小车，记录小车先后通过光电门甲和乙时显示的时间。E重新挂上细绳和砂桶，改变砂桶中砂子的质量，重复BD步骤。(1)若砂桶和砂子的总质量为m，小车的质量为M，重力加速度为g，则步骤D中小

7、车加速下滑时所受合力大小为_。(忽略空气阻力)(2)若遮光片的宽度为d，光电门甲、乙之间的距离为l，显示的时间分别为t1、t2，则小车的加速度a_。(3)有关本实验的说法正确的是_。A砂桶和砂子的总质量必须远远小于小车的质量B小车的质量必须远远小于砂桶和砂子的总质量C平衡摩擦力时要取下细绳和砂桶D平衡摩擦力时不能取下细绳和砂桶重要提示需要商讨解决的疑惑点编号： 姓名： 总分： 限时训练（21）探究加速度与力、质量的关系 A 组【 】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()A平衡摩擦力时，应将装沙的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上B

8、每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力C实验时，先放开小车，再接通电源D可以利用天平测出沙桶和沙质量m和小车质量M，直接用公式a求出加速度2图实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) 如图所示为研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量的关系”时所得的实验图像，横坐标m为小车上砝码的质量。设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿第二定律成立，则小车受到的

9、拉力为_，小车的质量为_。3用图实­4­9(a)所示的实验装置验证牛顿第二定律：(1)某同学通过实验得到如图(b)所示的a­F图像，造成这一结果的原因是：在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的倾角_(填“偏大”或“偏小”)。 (2)该同学在平衡摩擦力后进行实验，实际小车在运动过程中所受的拉力_砝码和盘的总重力(填“大于”、“小于”或“等于”)，为了便于探究、减小误差，应使小车质量M与砝码和盘的总质量m满足_的条件。(3)某同学得到如图实­4­10所示的纸带。已知打点计时器电源频率为50 Hz。A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点。ssDGs

10、AD_cm。由此可算出小车的加速度a_m/s2(保留两位有效数字)。4某探究小组在做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，采用如图所示的装置，通过控制装置让两小车同时开始运动，同时停止，测量两小车运动的位移，从而讨论加速度与力、质量的关系。某次实验中，测得两小车总质量均为300 g，现保持两小车质量不变，改变盘中砝码的质量，进行几次实验，得到的数据如下表，表中的m1、m2分别表示两盘与砝码的总质量，x1、x2分别表示两小车运动的位移。(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使_；在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量_小车的质量(选填“远大于”、“远小于”或“等于”)。(2)由运

11、动学知识可知，两小车加速度之比与位移之比之间的大小 关系为_(选填“相等”、“不相等”、“没有关系”)。次数小车1小车2比值m1/gx1/cmm2/gx2/cmm1g/m2gx1/x219.0028.8014.0045.000.640.6429.0023.2019.0050.500.470.46314.0029.9024.0052.200.580.57414.0023.4029.0051.200.480.46(3)用m1g和m2g分别代表两小车所受拉力。根据实验数据可知，当小车的质量不变时，小车的加速度与拉力的关系是：_。 B 组5某同学利用如图所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与

12、钩码的质量m的对应关系图，如图(b)所示。实验中小车(含发射器)的质量为200 g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。回答下列问题： (1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成_(填“线性”或“非线性”)关系。(2)由图(b)可知，a­m图线不经过原点，可能的原因是_。(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是_，钩码的质量应满足的条件是_。6某同学设计了如图15所示的装置来探究加速度与力的关系弹簧秤固

13、定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d.开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧秤的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数F1，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t.木板的加速度可以用d、t表示为a_；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是(一种即可) _.改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧秤示数F1的关系下列图象能表示该同学实验结果的是 ()用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是_a可以改变滑动摩擦力的大小b可以更方便地获取多组实验数据c可以比较精确地测出摩擦力的大小d可以获得更大的加速度以提高实验精度6为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置(如图16所示)实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力(1)往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车_(选填“之前”或“之后”)