【步步高】高考物理大一轮复习 验证牛顿第二定律

实验四验证牛顿第二定律实验四本讲栏目开关实验目的实验原理实验步骤实验器材数据处理注意事项基础再现·深度思考本讲栏目开关实验四【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．基础再现·深度思考本讲栏目开关实验四【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．基础再现·深度思考本讲栏目开关实验四【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板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码．基础再现·深度思考本讲栏目开关实验四【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1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.图1基础再现·深度思考本讲栏目开关实验四7．作a－F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．【加速度与力】【加速度与质量】基础再现·深度思考本讲栏目开关实验四【数据处理】1．探究加速度与力的关系以加速度a为纵坐标，以F为横坐标，根据测量的数据描点，然后作出图象，看图象是否是通过原点的直线，就能判断a与F是否成正比．基础再现·深度思考本讲栏目开关实验四2．探究加速度与质量的关系以a为纵坐标、m为横坐标，根据各组数据在坐标系中描点，将会得到如图2甲所示的一条曲线．由图线只能看出m增大时a减小，但a与m具体是什么关系，不能得出．若以a为纵坐标，1/m为横坐标，将会得到如图乙所示的一条过原点的倾斜直线，据此可判断a与m成反比．

图2基础再现·深度思考本讲栏目开关实验四【注意事项】1．平衡摩擦力：一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动．2．不重复平衡摩擦力：实验步骤2、3不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车的质量，都不需要重新平衡摩擦力．3．实验条件：每条纸带必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出．只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力．4．一先一后：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再释放小车．基础再现·深度思考本讲栏目开关实验四【例1】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3所示．已知小车质量M＝214.6g，砝码盘质量m0＝7.8g，所使用的打点计时器交流电频率f＝50Hz.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m；D．先接通电源，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求得小车的加速度a；E．重新挂上细绳和砝码盘，改变砝码盘中砝码的质量，重复B－D步骤，求得小车在不同合外力F作用下的加速度．图3课堂探究·突破考点本讲栏目开关实验四回答下列问题：(1)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”)．(2)实验中打出的其中一条纸带如图4所示，由该纸带可求得小车的加速度a＝________m/s2.(3)某同学将有关测量数据填入他所设计的表格中，如下表，次数12345砝码盘中砝码的重力F/N0.100.200.290.390.49小车的加速度a/(m·s－2)0.881.441.842.382.89否0.88

图4课堂探究·突破考点本讲栏目开关实验四他根据表中的数据画出a－F图象(如图5)．造成图线不过坐标原点的一条最主要原因是__________________________________________，从该图线延长线与横轴的交点可求出的物理量是______________,其大小为______．图5在计算小车所受的合外力时未计入砝码盘的重力砝码盘的重力0.08N课堂探究·突破考点本讲栏目开关实验四【例2】某实验小组利用如图6所示的实验装置来探究当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量之间的关系．(1)由图中刻度尺读出两个光电门中心之间的距离x＝24cm，由图7中游标卡尺测得遮光条的宽度d＝______cm.该实验小组在做实验时，将滑块从如图6所示位置由静止释放，由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1的时间Δt1，遮光条通过光电门2的时间Δt2，则滑块经过光电门1时的瞬时速度的表达式v1＝_____，滑块经过光电门2时的瞬时速度的表达式v2＝_____，则滑块的加速度的表达式a＝________.（用字母表示)图6图70.52课堂探究·突破考点本讲栏目开关实验四

(2)在本次实验中，实验小组通过改变滑块质量总共做了6组实验，得到如表所示的实验数据.通过分析表中数据后，你得出的结论是__________________.m(g)a(m·s－2)2502.023001.653501.334001.255001.008000.63(3)现需通过图象进一步验证你的结论，请利用表格数据，在如图8所示坐标系中描点作出相应图象．加速度与质量成反比1234120(Kg-

1)1/ma/(m·s-2)3图8课堂探究·突破考点本讲栏目开关实验四3.（2010·山东）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.①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)_______________________________________.图15保持F1不变，重复实验多次测量，求平均值随堂训练·能力达标本讲栏目开关实验四②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（）c随堂训练·能力达标本讲栏目开关实验四4.（2010江苏）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”)接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点．图16之前随堂训练·能力达标本讲栏目开关实验四(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/s00.501.001.502.002.50速度v/(m·s－1)0.120.190.230.260.280.29请根据实验数据在图17中作出小车的v－t图象