验证牛顿第二定律1

1、力学实验（一）（2课时）验证牛顿第二定律原理及其装置应用学习目标：验证牛顿第二定律高考重点实验之一，其实验装置常常应用于其它实验。理解本实验的基本原理和实验方法，实验的核心灵魂是实验原理，实验的精髓在于控制。注意和教材实验对照，从实验原理改造和创新上多思考。确定研究的对象，合外力的来源是什么？大小如何测量？【教材实验知识回顾】一、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关系的实验，图（a）为实验装置简图。（交流电的频率为50Hz），下面是他的实验思路：1、实验目的：验证基本关系式 2、实验原理（1）测量物理量 ：用 测量质量；用 计算加速度；用砂桶及砂的总重力为 （2）实验器材:小

2、车，砝码，小桶，砂, 细线，附有定滑轮的长木板,垫块，打点计时器，低压交流电源, 导线两根, 纸带, ， 。3、研究三个变量a、m、F的关系，用了 方法。如图所示装置，先 ：在长木板的不带滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动其位置，直至不挂砂桶的小车刚好在斜面上保持 为止（1）保持小车质量M不变，改变 ，从而改变细线对小车的牵引力F(当m<<M时，F=mg近似成立)，测出小车的对应加速度a,由多组a、F数据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。（2）保持小桶和砂的质量不变，在小车上 砝码, 改变小车的质量M，测出小车的对应加速度a, 由多组a、M数据作出加速度和质

3、量倒数的关系 图线, 验证加速度是否与质量成反比。4、图（b）为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为 m/s2。（保留二位有效数字） 5、在“验证牛顿第二定律”的实验中，以下做法正确的是 ( )A平衡摩擦力时，应将小盘用细绳通过定滑轮系在小车上B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，再接通打点计时器的电源D求小车运动的加速度时，可用天平测出用砂桶及砂的总质量m以及小车质量M，直接用公式amg/M求出【思考】：1、平衡摩擦力是指那两个力平衡？2、实验时我们认为小车受的拉力等于砂桶及砂的总重力，实际上等吗？3、设砂桶及砂总质量为m，小车总质量为M，严格的牛

4、顿第二定律的表达式怎样书写？4、根据上述两个问题，使小车的拉力近似等于砂及砂桶的重力本实验的条件是什么？【应用拉力传感器进行探究】变式1：某小组利用拉力传感器探究牛顿第二定律。如图12，将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。小车中可以放置砝码。下列正确（ ）A、实验前必须平衡摩擦力B、小车的总质量一定要远大于钩码总质量C、小车受到的合外力大小等于钩码的重力，所以必须测量钩码的重力D、应用拉力传感器直接测量作用在小车上的拉力，消除了拉力F由钩码重力mg近似代替引起的系统误差。【利用整体法和隔离法精确计算小车拉力进行探究】变式2

5、：如图所示的实验装置可以验证牛顿运动定律，小车上固定一个盒子，盒子内盛有沙子沙桶的总质量(包括桶以及桶内沙子质量)记为m，小车的总质量(包括车、盒子及盒内沙子质量)记为M.(1)验证在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比：从盒子中取出一些沙子，装入沙桶中，称量并记录沙桶的总重力mg，将该力视为合外力F，对应的加速度a则从打下的纸带中计算得出多次改变合外力F的大小，每次都会得到一个相应的加速度本次实验中，桶内的沙子取自小车中，故系统的总质量不变以合外力F为横轴，以加速度a为纵轴，画出aF图象，图象是一条过原点的直线1、实验研究对象是 的总质量2、为了减少实验误差，你认为实验中还应该采取的措施是

6、： 3、aF图象斜率的物理意义是 _4、你认为把沙桶的总重力mg当作合外力F是否合理？答：_.(填“合理”或“不合理”)5、本次实验中，是否应该满足Mm这样的条件？答：_(填“是”或“否”)；理由是_【转换研究对象，注意和教材实验对照，从实验原理改造和创新上多思考】变式3：某实验小组在“探究加速度与物体受力的关系”实验中，设计出如下的实验方案，其实验装置如图所示。已知小车质量M=214.6g，砝码盘质量，所使用的打点计时器交流电频率Hz。其实验步骤是：A按图中所示安装好实验装置；B调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；C取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量；D先接通

7、电源，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求得小车的加速度；E重新挂上细绳和砝码盘，改变砝码盘中砝码质量，重复步骤，求得小车在不同合外力作用下的加速度。回答以下问题：1、小车做加速运动的合外力大小为 2、按上述方案做实验，是否要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量        （填“是”或“否”） 。理由是 【验证牛顿运动定律的装置在力学实验中的其他应用】变式4、利用验证牛顿运动定律的装置测空气阻力（2011江苏卷）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

8、（如下图所示）。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”）接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点。（2）从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表： 时间t/s0050100150200250速度v/（m·s-1）012019023026028029请根据实验数据作出小车的v-t图像。（3）通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速

9、度的增加，小车所受的空气阻力将变大，你是否同意他的观点？请根据v-t图象简要阐述理由。变式5、学案P115：2 ( 2009年广东)利用拉力传感器和速度传感器探究“动能原理”变式6、学案P116：1 ( 2008年广东第16题： 探究“动能定理”)答案：1、F=ma 2、（1）天平，纸带法，合外力 （2）天平，米尺。3、控制变量。平衡摩擦力，匀速运动，（1）小桶内砂的质量m，a-F，（2）加减。a-M-1，4、a=3.2m/s2 5、B思考：1、并装上打点计时器及纸带，在小车后拖纸带，通过调节长木板倾角，使小车沿斜面向下的分力与摩擦力平衡。2、不相等。3、， 4、平衡摩擦力，砂桶及砂的总质量m远小于小车质量M变式1、AD变式2、1、沙桶、沙子、小车组成系统， 2、把木板的末端垫起适当的