第三章实验四验证牛顿运动定律

第三章实验四验证牛顿运动定律第一页，共四十三页，编辑于2023年，星期四实验四验证牛顿运动定律实验理论指导考情案例导析智能演练提升第二页，共四十三页，编辑于2023年，星期四第三页，共四十三页，编辑于2023年，星期四(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)掌握利用图像处理数据的方法。第四页，共四十三页，编辑于2023年，星期四探究加速度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。第五页，共四十三页，编辑于2023年，星期四电磁打点计时器、复写纸片和纸带、一端带有定滑轮的长木板、小车、小盘、低压交流电源、天平、砝码、刻度尺、导线。第六页，共四十三页，编辑于2023年，星期四图实－4－1第七页，共四十三页，编辑于2023年，星期四(1)用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0。(2)把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好电路。第八页，共四十三页，编辑于2023年，星期四(3)平衡摩擦力：小车的尾部挂上纸带，纸带穿过打点计时器的限位孔，将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，使小车在不挂小盘和砝码的情况下，能沿木板做匀速直线运动。这样小车所受重力沿木板的分力与小车所受摩擦力平衡。在保证小盘和砝码的质量远小于小车质量的条件下，可以近似认为小盘和砝码的总重力大小等于小车所受的合外力的大小。第九页，共四十三页，编辑于2023年，星期四(4)把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。(5)改变小盘内砝码的个数，重复步骤(4)，并多做几次。(6)保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带。(7)改变小车上砝码的个数，重复步骤(6)。第十页，共四十三页，编辑于2023年，星期四(1)把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中：实验次数加速度a/(m·s－2)小车受力F/N1234第十一页，共四十三页，编辑于2023年，星期四由以上数据画出它的a－F关系图像如图实－4－2所示。通过a－F关系图像，我们可以得出小车的加速度a与力F成正比。图实－4－2第十二页，共四十三页，编辑于2023年，星期四(2)把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下

表中：实验次数加速度a/(m·s－2)小车质量M/kg1234第十三页，共四十三页，编辑于2023年，星期四第十四页，共四十三页，编辑于2023年，星期四(1)平衡摩擦力时，调节长木板形成一个合适的斜面，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，并要让小车拖着纸带运动。第十五页，共四十三页，编辑于2023年，星期四(2)在本实验中，由于两个小车轮子的灵活程度可能不相同，所受的摩擦力也可能不相等，平衡摩擦力就有困难。应

该尽可能选取光滑的长木板进行实验，以减小因摩擦而

造成的系统误差。(3)安装器材时，要调整滑轮的高度，使拴小车的细绳与斜

面平行，且连接小车和砝码盘应在平衡摩擦力之后。第十六页，共四十三页，编辑于2023年，星期四(4)整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变重物质量，

还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩

擦力。(5)每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大

于重物质量的条件下打出。只有如此，重物重力才可视

为小车受到的拉力。第十七页，共四十三页，编辑于2023年，星期四(6)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，再放开小车，且应在小车

到达滑轮前按住小车。(7)作图像时，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分布在所作直线两侧。第十八页，共四十三页，编辑于2023年，星期四(8)作图时两轴标度比例要选择适当。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。(9)为提高测量精度，可以采取下列措施：①应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。②可以把每打五次点的时间作为时间单位，即从开始点起，每隔四个点标出一个计数点，而相邻计数点间的时间间隔为T＝0.1秒。第十九页，共四十三页，编辑于2023年，星期四第二十页，共四十三页，编辑于2023年，星期四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。小盘和砝码的总质量越接近于小车的质量，误差越大；反之，小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，由此引起的误差就越小。因此，满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量的目的就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差。第二十一页，共四十三页，编辑于2023年，星期四2．偶然误差摩擦力平衡不准确、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。第二十二页，共四十三页，编辑于2023年，星期四第二十三页，共四十三页，编辑于2023年，星期四[例1]某实验小组利用如图实－4－4甲所示的实验装置探究“物体质量一定时，物体运动的加速度与其合外力之间的关系”。实验中钩码重力大小与物体所受合外力大小视为相等。第二十四页，共四十三页，编辑于2023年，星期四图实－4－4第二十五页，共四十三页，编辑于2023年，星期四(1)如图乙所示，由20分度的游标卡尺测得遮光条的宽度d＝________cm。(2)实验中可选择的钩码有2个，它们的质量分别为m1和m2，且m1>m2，你认为实验中选择________(选填m1或m2)较合适。(3)实验中可选择的遮光条有2个，它们的宽度分别为d1和d2，且d1>d2，你认为实验中选择________(选填d1或d2)较合适。第二十六页，共四十三页，编辑于2023年，星期四(4)该实验小组在a－F坐标系中，画出了如图丙所示的三条曲线。你认为符合事实的曲线是________(从①②③三条曲线中选出一条，填序号)。曲线未过坐标原点的原因可能是________________________。第二十七页，共四十三页，编辑于2023年，星期四[解析]

(1)20分度游标卡尺的读数：游标尺上的第四条刻线与上面刻线对齐，则d＝10mm＋4×0.05mm＝10.20mm＝1.020cm。(2)本实验的条件是：M≫m，本实验选择的钩码质量越小越好，故应选m2。(3)d越小，所求的经过遮光条的平均速度越接近瞬时速度，故应选d2。第二十八页，共四十三页，编辑于2023年，星期四第二十九页，共四十三页，编辑于2023年，星期四从图像看，有一定拉力时加速度为零，造成的原因可能是气垫导轨的滑轮端偏高，气垫导轨不水平或滑块受到空气阻力，绳与滑轮间存在较大的摩擦力等。[答案]

(1)1.020

(2)m2

(3)d2

(4)③气垫导轨没有调水平(或滑块受到空气阻力、绳与滑轮间的摩擦力)第三十页，共四十三页，编辑于2023年，星期四[例2]

某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，图实－4－5甲所示为实验装置简图。(交流电的频率为50Hz)图实－4－5第三十一页，共四十三页，编辑于2023年，星期四第三十二页，共四十三页，编辑于2023年，星期四第三十三页，共四十三页，编辑于2023年，星期四图实－4－6第三十四页，共四十三页，编辑于2023年，星期四第三十五页，共四十三页，编辑于2023年，星期四第三十六页，共四十三页，编辑于2023年，星期四[例3]

(2011·重庆高考)某同学设计了如图实－4－7所示的装置，利用米尺、秒表、轻绳、轻滑轮、轨道、滑块、托盘和砝码等器材来测定滑块和轨道间的动摩擦因数μ。滑块和托盘上分别放有若干砝码，滑块质量为M，滑块上砝码总质量为m′，托盘和盘中砝码的总质量为m。实验中，滑块在水平轨道上从A到B做初速为零的匀加速直线运动，重力加速度g取10m/s2。第三十七页，共四十三页，编辑于2023年，星期四图实－4－7(1)为测量滑块的加速度a，须测出它在A、B间运动的________与__