实验：验证牛顿运动定律1

肥城一中“四阶段六步导学”课堂教学导学案年级高二学科物理序号11编制人陈玉红 审核人杜志刚实验：验证牛顿运动定律一、实验目的IZZ/ZZ/Z///ZZZZZ/////Z学会用 法研究物理规律。学会灵活运用图象处理物理问题的方法.探究加速度与 、 的关系.二、.实验原理如图，小车质量为M,小盘和砝码总质量为m,若长木板表面光滑，释放小盘时，小车的合力是 ,若长木板表面粗糙,释放小盘前已平衡了小车运动时所受的摩擦力，小车的合力是 ，若m《M,小车的合力是 。研究加速度a与F及m的关系时，我们先控制 不变，讨论a与F的关系；再控制 ，讨论a与m的关系，该实验中的F为 .实验器材 、纸带、复写纸片、 、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、 、导线、天平(带有一套砝码)、 、砝码.四、实验过程(1)用天平测出小车和祛码的总质量M,把数值记录下来.按如图所示把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在车上，即不给小车加牵引力.平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木板，反复移动木板的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态.这时，小车拖着纸带运动时受到的 恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡.把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先 ,打点计时器在纸带上打下一系列的点，打完点后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码. 打点焙计時鬻纸带保持小车和砝码的质量不变，在小盘里放入适量的砝码，使卜| 弄□冷小盘和祛码的总质量远小于小车和祛码的总质量，把小盘和砝I —|码的总质量m‘记录下来，重复步骤(5)3次，得到3条纸带.厶小盘在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度的值.用纵坐标表示加速度a,横坐标表示作用力F,作用力的大小F等于小盘和砝码的总重力，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点，如果这些点是在一条过原点的直线上，便证明了加速度与作用力成正比.保持砝码和小盘的质量不变，在小车上加砝码，重复上面的实验，用纵坐标表示加速度a,横坐标表示小车和砝码的总质量的倒数，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点.如果这些点是在一条过原点的直线上，就证明了加速度与质量成反比.注意事项一定要平衡摩擦力.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．不需要重复平衡摩擦力。不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车与砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力．(3)每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力．(4)每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．(5)作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称地分布在所作直线两侧．(6)作图时两轴标度比例要选择适当．各量要采用国际单位．这样，作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小一些．纸带的选择与处理舍掉纸带上开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起点.可以把每打5次点的时间作为时间单位，即从开始点起，每5个点标出一个计数点，而相邻计数点间的时间间隔为T=0.1s.探究一：图1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。试验中，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。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。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。实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是A.M=200g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40gB.MA.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=20g40g、60g、80g、100g、120g图2是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。量出相邻的计数点之间的距离分别为SAB=4.22cm、SBC=4.65cm、s=5.08cm、s=5.49cm、s=5.91cm、s=6.34cm。已知打点计时器的工作效率为50CD DE EF FGHz,则小车的加速度二 m/s2(结果保留2位有效数字)。图2如果当时电网中交变电流的频率是f=49Hz，而做实验的同学并不知道，那么由此引起的系统误差将使加速度的测量值比实际值偏 (填“大”或“小”)．探究二、图1为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源，打点的时间间隔用△t表示。在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”完成下列实验步骤中的填空：平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列 的点。按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码。打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸袋，在纸袋上标出小车中砝码的质量m。按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤③。在每条纸带上清晰的部分，没5个间隔标注一个计数点。测量相邻计数点的间距S］,s2，…。求出与不同m相对应的加速度a。11以砝码的质量m为横坐标一为纵坐标，在坐标纸上做出-m关系图线。若加速度与小车和砝码aa1的总质量成反比，则-与m处应成 关系(填“线性”或“非线性”)。a完成下列填空：本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物TOC\o"1-5"\h\z块的质量之和应满足的条件是 。设纸带上三个相邻计数点的间距为S］、s2、S3。a可用S］、s3和4t表示为a= 。图2为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况，由图可读出s1= mm，s3= 。由此求得加速度的大小a= m/S2。(iii)由纸带和测量数据不难看出，纸带的 (“左”或“右”)端是系小车的。

图二二………I〈图二二………I〈mjTnTpTTJTTTpJ厂ioII『5］吋!-订1口”：：1；1一：丨：「屮1「汀【屮口】］］1［屮【片川卬1【”11：屮川卩口屮口巾川丿；"12 3 4 5 6 7(mi)图3为所得实验图线的示意图。设图中直线的斜率为k,在纵轴上的截距为b,若牛顿定律成O①打点计时器②天平③低压交流电源④低压直流电源⑤细绳和纸带⑥钩码和小立，则小车受到的拉力为 ，小车的质量为O①打点计时器②天平③低压交流电源④低压直流电源⑤细绳和纸带⑥钩码和小车⑦秒表⑧一端有滑轮的长木板⑨刻度尺2．关于“探究加速度与力、质量的关系”的实验,下列说法中符合实际的是 ()通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变受力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系3、某同学在做“探究小车速度随时间变化规律”的实验时，打点计时器所用电源的频率是50Hz，在实验中得到一条点迹清晰的纸带，他把某一点记作0,再选依次相邻的6个点作为测量点，分别标以A、B、C、D、E和F,如下图所示.如果测得C、D两点相距2.70cm,D、E两点相距2.90cm，则在打D点时小车的速度是 该同学分别算出打各点时小车的速度，然后根据数据在v—t坐标系中秒点(如图所示)，由此可求得小车的加速度a= m/s2.

（3）为了研究加速度与力的关系，某同学进行了以下实验：把两辆相同的小车并排放在光滑水平长木板上，用不同的水平拉力F、F牵引两辆小车，让它们同时由静止开始做匀加速直线运动，一段时间后通过拴在两小车后的细线使小车同时停止运动，测量出小车的运动位移S、S.该同学认为这样就可以找出加速度与力的关系．你认为该同学的想法是否正确?请说明理由．4、在“探究”加速度与力、质量的关系的实验中，采用如图A所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打出的点计算出．当M与m的大小关系满 时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力．一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度.采用图象法处理数据.为了比较容易地检查出加速度a与质量M的关系，应该做a与 的图象.如图B所示为甲同学根据测量数据作出的a—F图象，说明实验存在的问题是 .乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a-F图象如图C所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同 .（5）平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上.挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度。小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：砝码盘中砝码总重力0.1960.3920.5880.7840.980F(N)加速度a(m•s-2)0.691.181.662.182.70

请根据实验数据作出a-F的关系图像.根据提供的试验数据作出的请根据实验数据作出a-F的关系图像.点，请说明主要原因。5、如图，为测量作匀加速直线运动小车的加速度，将宽度均为的挡光片A、B固定在小车上，测得二者间距为d。当小车匀加速经过光电门时，测得两挡光片先后经过的时间At和At，则12小车加速度a=(多选题)为减小实验误差，可采取的方法是( )(A)增大两挡光片宽度b (B)减小两挡光片宽度b(C)增大两挡光片间距d (D)减小两挡光片间距d 加速度和力的关系”的实验装置．位移传感器(发射器)图3—3—104.(2009・上海高考)如图3—3—10所示为用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究 加速度和力的关系”的实验装