验证牛二定律

1、高三二部物理复习学案NO.21(第六周NO.1)课题：探究加速度与力、质量的关系设计人：贾丙光 审核人：周学猛 考点整合 实验原理、步骤、数据处理以及误差分析 1. 实验目的：探究物体的加速度与作用力、质量的关系2.实验原理：利用砂及砂桶（或钩码与小车）通过细线牵引小车做加速运动的方法，采用控制变量法研究上述两组关系如图3-14-1所示，通过适当的调节，使小车所受的阻力忽略，当M和m做加速运动时，可以得到 当Mm时，可近似认为小车所受的拉力T等于mg图3142 本实验第一部分保持小车的质量不变，改变m的大小，测出相应的a，验证a与F的关系；第二部分保持m不变，改变M的大小，测出小车运动的加速度

2、a，验证a与M的关系3实验器材 打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木板，小桶，细绳，砂，低压交流电源，两根导线，天平，刻度尺，砝码4实验步骤及器材调整 (1)用天平测出小车和小桶的质量M和m，把数值记录下来 (2)按图3-14-2所示把实验器材安装好 (3)平衡摩擦力：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匀速运动为止 (4)将砂桶通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，使小车运动，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带，并在纸带上标上号码 (5)保持小车的质量不变，改变砂桶中的砂量重复步骤(4)，每次记录必须在相应的纸带上做上标

3、记，列表格将记录的数据填写在表内 (6)建立坐标系，用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，在坐标系上描点，画出相应的图线以验证a与F的关系 (7)保持砂及小桶的质量不变，改变小车的质量(在小车上增减砝码)，重复上述步骤(5)、(6)验证a与M的关系5数据处理及误差分析 (1)该实验原理中T=，可见要在每次实验中均要求Mm，只有这样，才能使牵引小车的牵引力近似等于砂及砂桶的重力 (2)在平衡摩擦力时，垫起的物体的位置要适当，长木板形成的倾角既不能太大也不能太小，同时每次改变M时，不再重复平衡摩擦力(3)在验证a与M的关系时，作图时应将横轴用lM表示，这样才能使图象更直观6注意事项 (1)在本实验中，

4、必须平衡摩擦力，方法是将长木板的一端垫起，而垫起的位置要恰当在位置确定以后，不能再更换倾角 (2)改变m和M的大小时，每次小车开始释放时应尽量靠近打点计时器，而且先通电再放小车 (3)每次利用纸带确定a时，应求解其平均加速度典例探究例1 （2008广州一模）用如图（甲）所示的实验装置来验证牛顿第二定律，为消除摩擦力的影响，实验前必须平衡摩擦力. （1）某同学平衡摩擦力时是这样操作的：将小车静止地放在水平长木板上，把木板不带滑轮的一端慢慢垫高，如图（乙），直到小车由静止开始沿木板向下滑动为止.请问这位同学的操作是否正确？如果不正确，应当如何进行？答： .（2）如果这位同学先如（甲）中的操作，然后

5、不断改变对小车的拉力F，他得到M（小车质量）保持不变情况下的aF图线是下图中的 （将选项代号的字母填在横线上）. 例2（2007广东）如图3-14-7 (a)所示，小车放在斜面上，车前端拴有不可伸长的细线，跨过固定在斜面边缘的小滑轮与重物相连，小车后面与打点计时器的纸带相连.开始时，小车停在靠近打点计时器的位置，重物到地面的距离小于小车到滑轮的距离.启动计时器，释放重物，小车在重物牵引下，由静止开始沿斜面向上运动，重物落地后，小车会继续向上运动一段距离.打点计时器使用的交流电频率为50Hz. 图3-14-7（b）中a、b、c是小车运动纸带上的三段，纸带运动方向如图箭头所示.2.722.822.

6、922.982.822.622.081.901.731.481.321.12单位：cmabc图3147 (b)D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 (1)根据所提供的纸带和数据，计算打c段纸带时小车的加速度大小为 m/s2（计算结果保留两位有效数字）.(2) 打a段纸带时，小车的加速度是2.5m/s2，请根据加速度的情况，判断小车运动的最大速度可能出现在b段纸带中的 .(3) 如果重力加速度取，由纸带数据可推算出重物与小车的质量比为 .【例3】（2008年宁夏卷）.物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数.实验装置如图，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上

7、有一滑块，其一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接.打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz.开始实验时，在托盘中放入适量砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点. （1）上图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），计数点间的距离如图所示.根据图中数据计算的加速度a= (保留三位有效数字).(2)回答下列两个问题：为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有 .（填入所选物理量前的字母） A.木板的长度l B.木板的质量m1 C.滑块的质量m2 D.托盘和砝码的总质量m3

8、E.滑块运动的时间t测量中所选定的物理量时需要的实验器材是 .（3）滑块与木板间的动摩擦因数 （用被测物理量的字母表示，重力加速度为g）.与真实值相比，测量的动摩擦因数 （填“偏大”或“偏小” ）.写出支持你的看法的一个论据： 课堂检测1在验证牛顿第二定律的实验中备有下列器材： 其中多余的器材是_(填代号)、缺少的器材是_. A打点计时器；B天平(带砝码)；C秒表；D低压直流电源；E纸带和复写纸；F导线细线；G小车；H砂和小桶；I带滑轮的长木板2在本节实验中，下面的说法中正确的是 ( ) A平衡摩擦力时，小桶应用细线通过法滑轮系在小车上，但小桶内不能装砂 B实验中应始终保持小车和砝码的质量远大

9、于砂和小桶的质量 C实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上，即可证明加速度与质量成反比 D平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力3a、b、c、d四位同学做验证牛顿第二定律的实验，设小车质量和车上砝码质量之和为M，砂及砂桶的总质量为M，分别得出如图3-14-14中a、b、c、d四个图线，其中图a、b、c是a-F图线，图d是a一1/M图线，则以下说法中正确的是 ( ) Aa和b较好地把握了实验条件Mm Bc和d则没有把握好实验条件Mm Ca同学长木板的倾角太小，而b同学长木板角度太大 Da、b、c三同学中，c同学较好地

10、完成了平衡摩擦力的操作图314144.(2007惠州二模)在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时,采用如图3-14-15所示的实验装置，小车及车中的砝码质量用M表示，盘及盘中的砝码质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计数器打上的点计算出：图31415mM纸带打点计时器（1）当M与m的大小关系满足时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力. （2）一组同学在先保持盘及盘中的砝码质量一定，探究做加速度与质量的关系，以下做法错误的是：A平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码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

11、计时器电源D小车运动的加速度可用天平测出m以及小车质量M，直接用公式m求出。图31416（3）在保持小车及车中的砝码质量质量M一定，探究加速度与所受合外力的关系时，由于平衡摩擦力时操作不当，二位同学得到的关系分别如图3-14-16中、所示（是小车的加速度，是细线作用于小车的拉力）.其原因分别是：图：; 图：.5.（2008年汕头一模）现要测定木块与长木板之间的动摩擦因数，给定的器材如下：一倾角可以调节的长木板（如图）、木块、计时器一个、米尺（1）填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤：让木块从斜面上方一固定点D从静止开始下滑到 斜面底端A处，记下所用的时间t用米尺测量D与A之间的距离s，则木块

12、的加速度a 用米尺测量长木板顶端B相对于水平桌面CA的高度h和长木板的总长度l设木块所受重力为mg，木块与长木板之间的动摩擦因数为，则木块所受的合外力F _ 根据牛顿第二定律，可求得动摩擦因数的表达式_ ，代入测量值计算求出的值 改变_，重复上述测量和计算求出的平均值 （2）在上述实验中，如果用普通的秒表作为计时器，为了减少实验误差，某同学提出了以下的方案：A选用总长度l较长的木板B选用质量较大的木块 C使木块从斜面开始下滑的起点D离斜面底端更远一些 D使长木板的倾角尽可能大一点 其中合理的意见是 （填写代号） 参考答案（仅教师）例1 解析（1）平衡摩擦力的要点是把有打点计时器的那一端适当抬高

13、，给小车一个初速度，小车能匀速下滑，则小车所受摩擦力和小车的重力沿斜面向下的分力平衡，则小车所受绳子的拉力可认为小车所受的合外力，达到平衡摩擦力的作用.故第（1）问的答案应为：该同学的操作不正确，正确的操作应该为给小车一个初速度，小车能够匀速下滑. (2)该同学做实验时实际上是平衡摩擦力过度，故没有拉力F之前已经有加速度，故C正确.方法技巧 本题考查验证牛顿第二定律的实验方法即控制变量法、减小误差的因素、数据处理等基本知识.要求同学们对实验的基本原理、基本步骤、数据处理、误差分析都要理解清楚. 例2（1）要求c段的加速度，可直接用分组法，即把6段数据分成两组，所以故加速度的大小为5.0m/s2 （2）由纸带可知，物体在D4D5区间的速度可能最大； （3）设重物的质量为m，小车的质量为M，重物拉小车时对车和重物所组成的整体有： 重物落地后，小车减速运动时有： 联立解出例3 解析：(1)去掉最开始的一个数据用分组法求加速度 (0.4950.497m/s2)(2) CD ，天平 (3)对托盘（含砝码）以及小车为一整体根据牛顿第二定律有：解得，测量值比真实值偏大，纸带与打点计时器的限位孔之间有摩擦阻力.课堂检测1.CD；缺少的器材有低压交流电源，刻度尺、砝码 2.BDMm是为了减小系统