实验验证牛顿二定律资料

实验验证牛顿二定律资料第1页/共22页实验四验证牛顿运动定律第2页/共22页第3页/共22页注意事项1．实验方法：控制变量法。2．平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要悬挂小盘，但小车应连着纸带且接通电源。用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。3．不重复平衡摩擦力：平衡摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力。4．实验条件：M≫m，只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。5．一先一后一按住：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，后放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。6．作图：作图时两轴标度比例要适当，各量须采用国际单位，这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些。第4页/共22页误差分析1．因实验原理不完善引起的误差：本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。2．摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。第5页/共22页热点一实验原理与基本操作【例1】

图为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图。砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M。实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是_______(填正确答案标号)。A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动B．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动B第6页/共22页(2)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是________(填正确答案标号)。A．M＝200g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40gB．M＝200g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120gC．M＝400g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40gD．M＝400g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120g热点一实验原理与基本操作【例1】

图为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图。砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M。实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。C第7页/共22页热点一实验原理与基本操作【例1】

图为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图。砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M。实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。0.42

(3)图是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。量出相邻计数点之间的距离分别为：sAB＝4.22cm、sBC＝4.65cm、sCD＝5.08cm、sDE＝5.49cm，sEF＝5.91cm，sFG＝6.34cm。已知打点计时器的工作频率为50Hz，则小车的加速度a＝________m/s2。(结果保留二位有效数字)。第8页/共22页解析(1)小车在运动过程中受到重力、支持力、纸带的拉力、木板对小车的摩擦力和细线拉力的作用。为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合力，因此应把木板的一端垫起适当的高度，以使重力、支持力、纸带的拉力和摩擦力的合力为零，即小车做匀速运动，因此在进行这一操作时，不应挂砂桶，小车应连接纸带，A、C项错误；B项正确。第9页/共22页答案(1)B

(2)C

(3)0.42第10页/共22页1．如图所示，为某同学安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置，在小车的前端固定

一个传感器，和砂桶连

接的细线接在传感器上，

通过传感器可显示出细

线的拉力。在图示状态

下开始做实验。(1)从图上可以看出，该同学在装置和操作中的主要错误是_______________。(2)若砂和砂桶的质量为m，小车和传感器的总重量为M，做好此实验__________(填“需要”或“不需要”)M≫m的条件。解析(2)不加传感器时将砂和砂桶的重力作为细线的拉力，而接了传感器后细线的拉力可以直接读出。答案(1)未平衡摩擦力；细线与木板不平行；开始实验时，小车离打点计时器太远(2)不需要第11页/共22页热点二实验数据处理与误差分析【例2】

(2014·新课标全国卷Ⅰ，22)某同学利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量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200g，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，小车加速度与钩码质量成_____________(填“线性”或“非线性”)关系。(2)由图(b)可知，a－m图线不经过原点，可能的原因是_________________。非线性存在摩擦力第12页/共22页热点二实验数据处理与误差分析【例2】

(2014·新课标全国卷Ⅰ，22)某同学利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量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200g，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：(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_______________________。调整轨道倾斜度以平衡摩擦力远小于小车质量第13页/共22页解析(1)把图(b)中的点用平滑线连接后，可以看出，a－m图线是曲线即非线性。(2)由图象可知，当拉力一定时，加速度不等0，所以除拉力外小车还受到摩擦力的作用。(3)改进要求：第一图线不过原点，要平衡摩擦力，所以调整轨道的倾斜度；第二，要使小车受到合外力等于钩码的重力，要求钩码质量不能太大，即远小于小车的质量。

第14页/共22页2．探究小车加速度a与小车质量M和小车所受外力F的关系时，(1)探究加速度和力的关系的实验数据描绘出的a－F图象如图所示，下列说法正确的是________(填正确答案标号)。

A．三条倾斜的直线所对应的小车的质量相等

B．三条倾斜的直线所对应的小车的质量不同

C．直线1所对应的小车的质量最大

D．直线3所对应的小车的质量最大(2)由于没有始终满足小车的质量M远大于钩码的质量m的关系，结果得到的图象应是下图中的_____(填正确答案标号)。BDD第15页/共22页答案(1)BD

(2)D第16页/共22页热点三拓展创新实验探究高考命题视角 以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性、设计性等特点。视角3实验方案的改进

(1)用气垫导轨和两个光电门来完成此实验

(2)实验方法的改进视角4以本实验为背景，结合牛顿第二定律，测量两接触面间的动摩擦因数第17页/共22页【例3】某同学用图所示的装置来验证

加速度和质量成反比。在自制的双层

架子上固定平板玻璃，架子放在水平

桌面上。连接小车的细绳跨过定滑轮

与小桶相连。实验步骤如下：①在两个小桶中装入适量细沙，并使两桶质量(含沙子)相同；②两车紧靠架子左边的挡板，在乙车上放一个砝码，同时释放两车，当车运动一段时间后，用手机对整个装置进行拍照。在照片上，通过装置上的刻度尺，测出甲、乙两车运动距离s1、s2；③在乙车上逐渐增加砝码个数，重复步骤②。(1)本实验的原理是通过验证小车发生的位移与小车的质量成________，来验证合外力一定时加速度与质量成反比。(2)实验前，该同学将装置的左端适当垫高了一些，目的是________________。实验过程中________(填“甲”或“乙”)车受到的拉力更接近沙桶(含沙子)的重力。反比平衡摩擦力乙甲车第18页/共22页3．如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门B，在滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连(力传感器可测得细线上的拉力大小)，力传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放.(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d＝________mm。(2)下列不必要的一项实验要求是______(填正确答案标号)。A．应使A位置与光电门间的距离适当大些B．应将气垫导轨调节水平C．应使细线与气垫导轨平行D．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量2.25D第19页/共22页3．如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门B，在滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连(力传感器可测得细线上的拉力大小)，力传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放.(3)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是_____________________________________。滑块在A位置时遮光条到光电门的距离LD第20页/共22页解析(1)游标卡尺读数等于固定刻度读数加上可动刻度读数，由图知第5条刻度线与主尺对齐，d＝2mm＋5×0.05mm＝2.25mm；(2)应使A位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误差