《高考风向标》高考物理一轮复习 专题三 第4讲 实验：验证牛顿运动定律课件

第4讲实验：验证牛顿运动定律考点验证牛顿第二定律

1．实验目的：验证牛顿第二定律，即物体的质量一定时，加速度与作用力成正比；作用力一定时，加速度与质量成反比．控制变量远大于 图3－4－1

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3－4－2所示把实验器材安装好．图3－4－2

(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．注意事项

(1)在本实验中，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．6．数据处理及误差分析(1)该实验原理中T＝mg·

11＋m/M，可见要在每次实验中均要求M≫m，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1/M表示，这样才能使图象更直观.

1．(双选)(东莞五校2011届高三联考)某同学设计了一个探究小车加速度

a与小车所受拉力F及质量m关系的实验，图3－4－3为实验装置简图．他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为下列哪两项说法是正确的是()ACA．要平衡摩擦力B．实验时不需要平衡摩擦力C．钩码的重力要远小于小车的总重力D．实验进行时应先释放小车再接通电源图3－4－32．用如图3－4－4(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．图3－4－4

(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3－4－4(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(1)中的操作，然后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a—F图线是下图中的________(将选项代号的字母填在横线上)．(3)打点点计时时器使使用的的交流流电频频率f＝50Hz.图3－－4－－5是是某某同学在在正确确操作作下获获得的的一条条纸带带，A、B、C、D、E每两点点之间还有有4个个点没没有标标出．．写出出用s1、s2、s3、s4以及f来表示示小车加速速度的的计算算式：：a＝______________________________.根根据纸带所所提供供的数数据，，算得得小车车的加速速度大大小为为________m/s2(结果保留留两位位有效效数字字)．．图3－4－5解析：：(1)平衡摩摩擦力的的要点点是把把有打打点计计时器器的那那一端端适当抬高高，给给小车车一个个初速速度，，小车车能匀匀速下下滑，，则小小车所所受摩摩擦力和和小车车的重重力沿沿斜面面向下下的分分力平平衡，，则可可认为为小车车所受受绳子的的拉力力等于于小车车所受受的合合外力力，达达到平平衡摩摩擦力力的作作用．．热点１１验验证牛牛顿第第二定定律【例1】(广东五五校2011届高三三联考考)某同学学设计计了一一个探探究加速速度a与物体体所受受合力力F及质量量m关系的的实验验，图图3－4－6为为实验验装置置简图图．(交流流电的的频率率为50Hz，，打点点时间间间隔隔为0.02秒秒)图3－4－6(1)图3－－4－－7为为某某次实实验得得到的的纸带，根根据纸纸带可可求出出小车的的加加速速度度大大小小为为________m/s2.(保保留留两两位位有有效效数数字字)图3－－4－－7(2)保保持持砂砂和和砂砂桶桶质质量量不不变变，，改改变变小小车车质质量量m，分分别别得得到到小小车加加速速度度a与质质量量m及对对应应的的数数据据，，如如何何利利用用这这些些数数据据才才能能比比较直直观观地地确确定定小小车车加加速速度度a与质质量量m之间间的的关关系系呢呢？？_____________________________________________.(3)保保持持小小车车质质量量不不变变，，改改变变砂砂和和砂砂桶桶质质量量，，甲甲、、乙乙两两位位同同学根根据据实实验验数数据据分分别别作作出出了了加加速速度度a随合合力力F的变变化化图图线线如如图图3－－4－－8所所示示．．图图3－－4－－8甲甲中中的的图图线线上上部部出出现现了了弯弯曲曲偏偏离离了了原原来的的直直线线，，其其主要要原原因因是是_______．．图图3－－4－－6乙乙中中的的图图线线不不通通过原原点点，，其其主主要要原原是是____________________________________.图3－4－8(2)在验验证证小小车车加加速速度度a与小小车车质质量量m的关关系系时时，，为为使使图图象象更直直观观，，作作图图时时应应将将横横轴轴用用1/m表示示，，即即作作加加速速度度与与小小车车质质量量倒数数之之间间的的关关系系图图象象．．(3)图3－4－8甲中中图图线线后后半半段段偏偏离离直直线线是是没没有有满满足足砂砂和和砂砂桶的的质质量量要要远远小小于于车车的的质质量量这这个个条条件件造造成成的的；；图图3－4－8乙乙图图线存存在在明明显显的的横横截截距距，，说说明明实实验验前前未未平平衡衡摩摩擦擦力力或或平平衡衡摩摩擦擦力力不充充分分．．验证证牛牛顿顿第第二二的的实实验验一一般般都都会会利利用用打打点点计计时时器器和和小车车来来进进行行，，考考察察的的重重点点是是利利用用纸纸带带运运算算加加速速度度、、平平衡衡摩摩擦擦力力及误误差差分分析析．．1．．(2011年广广州州一一模模)用图图3－－4－－9所所示示的的实实验验装装置置来来验验证证牛顿顿第第二二定定律律图3－－4－－9(1)为为清清除除摩摩擦擦力力的的影影响响，，实实验验前前平平衡衡摩摩擦擦力力的的具具体体操操作作为为：：取下下______，，把把木木板板不不带带滑滑轮轮的的一一端端适适当当垫垫高高并并反反复复调调节节，，直直到轻轻推推小小车车后后，，小小车能能沿沿木木板板做做______运运动动．．4.01.23.61.12.00.61.40.41.00.3图3－4－10答案案：：(1)砂砂桶桶匀速速直直线线(2)描描点点、、连连线线如如图图15所所示示0.30(0.28～～0.32均均可可)图15热点点2动力力学学实实验验新新题题型型【例例2】(2009年年全全国国卷卷ⅠⅠ)某同同学学为为了了探探究究物物体体在在斜斜面面上运动动时时摩摩擦擦力力与与斜斜面面倾倾角角的的关关系系，，设设计计实实验验装装置置如如图图3－－4－－11.长直直平平板板一一端端放放在在水水平平桌桌面面上上，，另另一一端端架架在在一一物物块块上上．．在在平平板板上标出A、B两点，B点处放置一一光电门，，用光电计计时器记录录滑块通过光电电门时挡光光的时间．．图3－4－11实验步骤如如下：①用游标卡卡尺测量滑滑块的挡光光长度d，用天平测测量滑块的的质量m；②用直尺测测量A、B之间的距离离s，A点到水平桌桌面的垂直直距离h1，B点到水平桌桌面的垂直直距离h2；③将滑块从从A点静止释放放；由光电计时时器读出滑滑块的挡光光时间t；④重复步骤骤③数数次，并求求挡光时间间的平均值值t；⑤利用所测测数据求出出摩擦力f和斜面倾角角的余弦值值cosα；⑥多次改变变斜面的倾倾角，重复复实验步骤骤②③④⑤⑤做出f－cosα关系曲线．．(1)用测测量的物理理量完成下下列各式(重力加速速度为g)①斜面倾角角的余弦cosα＝________________；②滑块通过过光电门时时的速度v＝______________；③滑块运动动时的加速速度a＝______________；④滑块运动动时所受到到的摩擦阻阻力f＝____________；解析：(1)物块在斜面面上做初速速度为零的的匀加速直直线运动，，受重力、支支持力、滑滑动摩擦力力作用．①根据三角形形关系可得得到(2)测量量滑块挡光光长度的游游标卡尺读读数如图3－4－－12所所示，读得d＝______________.图3－4－12(2)在游标卡尺尺中，主尺尺上是3.6cm，在游标尺尺上恰好是是第2条刻度线与与主尺对齐齐，再考虑虑到卡尺是是10分度度，所以读读数为3.6cm＋0.2×1mm＝3.62cm.2．(2010年浙江温州州十校联考考)现要测定木木块与长木木板之间的动摩擦因数，给给定的器材材如下：一一倾角可以以调节的长长木板(如图3－4－13)、木块、、计时器一一个、米尺尺．图3－4－13(1)填入入适当的公公式或文字字，完善以以下实验步步骤：①让木块从从斜面上方方一固定点点D从静止开始始下滑到斜斜面底端A