《金版新學案》高考物理一輪第三講實驗四驗證牛頓運動定律新人教版必修1

第三講實驗四：驗證牛頓運動定律1．學會用控制變量法研究物理規(guī)律．2．驗證牛頓運動定律．3．掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法．探究加速度a與力F及質量m的關系時，應用的基本方法是控制變量法，即先控制一個參量——小車的質量m不變，討論加速度a與力F的關系，再控制小盤和砝碼的質量不變，即力F不變，改變小車質量m，討論加速度a與m的關系．打點計時器、紙帶，復寫紙、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、夾子、細繩、低壓交流電源、導線、天平、刻度尺、砝碼．一、實驗步驟1．用天平測出小車和砝碼的總質量M，小盤和砝碼的總質量m，把測量結果記錄下來．2．把一端附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上遠離滑輪的一端，連接好電路．3．平衡摩擦力：小車的尾部掛上紙帶，紙帶穿過打點計時器的限位孔，將木板無滑輪的一端稍微墊高一些，使小車在不掛小盤和砝碼的情況下，能沿木板做勻速直線運動．這樣小車所受重力沿木板的分力與小車所受摩擦力平衡．在保證小盤和砝碼的質量遠小于小車質量的條件下，可以近似認為小盤和砝碼的總重力大小等于小車所受的合外力的大?。?．把小車停在打點計時器處，掛上小盤和砝碼，先接通電源，再讓小車拖著紙帶在木板上勻加速下滑，打出一條紙帶．計算小盤和砝碼的重力，即為小車所受的合外力，由紙帶計算出小車的加速度．5．改變小盤內砝碼的個數(shù)，重復步驟4，并多做幾次．6．保持小盤內的砝碼個數(shù)不變，在小車上放上砝碼改變小車的質量，讓小車在木板上滑動打出紙帶．計算砝碼和小車的總質量M，并由紙帶計算出小車對應的加速度．7．改變小車上砝碼的個數(shù)，重復步驟6.1．一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是調出一個合適的斜面，使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車受的摩擦阻力．在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著打點的紙帶運動．2．實驗步驟2、3不需要重復，即整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質量還是改變小車和砝碼的總質量，都不需要重新平衡摩擦力．3．每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質量遠大于小盤和砝碼的總質量的條件下打出，只有如此，小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力．4．改變拉力和小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通電源，再放開小車，且應在小車到達滑輪前按住小車．1．質量的測量誤差，紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差，拉線或紙帶不與木板平行等都會造成誤差．2．因實驗原理不完善造成誤差本實驗中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實際上小車受到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差．小盤和砝碼的總質量越接近小車的質量，誤差就越大

3．平衡摩擦力不準造成誤差在平衡摩擦力時，除了不掛小盤外，其他的都跟正式實驗一樣(比如要掛好紙帶、接通打點計時器)，勻速運動的標志是打點計時器打出的紙帶上各點的距離相等．某實驗小組設計了如圖(a)所示的實驗裝置研究加速度和力的關系．(1)在該實驗中必須采用控制變量法，應保持________不變，用鉤碼所受的重力作為________，用DIS測小車的加速度．通過改變鉤碼的數(shù)量，多次重復測量，可得小車運動的加速度a和所受拉力F的關系圖象．在軌道水平和傾斜的兩種情況下分別做了實驗，得到了兩條a－F圖線，如圖(b)所示．(2)圖線________(選填“①”或“②”)是在軌道右側抬高成為斜面情況下得到的．(3)隨著鉤碼的數(shù)量增大到一定程度時圖(b)中的圖線明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是________．A．小車與軌道之間存在摩擦B．導軌保持了水平狀態(tài)C．所掛鉤碼的總質量太大D．所用小車的質量太大(4)小車和位移傳感器發(fā)射部分的總質量m＝________kg；滑塊和軌道間的動摩擦因數(shù)μ＝________(g取10m/s2)．解析：

(1)探究加速度與力和質量關系的實驗方法是控制變量法，在探究加速度與力的關系的實驗中是保持小車的總質量不變，用鉤碼所受的重力作為小車所受的拉力．(2)軌道水平時一定受到摩擦力．②為未平衡摩擦力時的圖線，所以①為軌道傾斜時的圖線．答案：

(1)小車的總質量小車所受拉力(2)①

(3)C

(4)0.5

0.2“探究加速度與物體質量、物體受力的關系”的實驗裝置如圖甲所示．(1)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖乙所示．計時器打點的時間間隔為0.02s．從比較清晰的點起，每5個點取一個計數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離．該小車的加速度a＝________m/s2.(結果保留兩位有效數(shù)字)(2)平衡摩擦力后，將5個相同的砝碼都放在小車上．掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一個砝碼添加到砝碼盤中，測量小車的加速度．小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實驗數(shù)據(jù)如下表：砝碼盤中砝碼總重力F(N)0.1960.3920.5880.7840.980加速度a(m·s－2)0.691.181.662.182.70請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出a－F的關系圖象．(3)根據(jù)提供的實驗數(shù)據(jù)作出的a－F圖線不通過原點，請說明主要原因．解析：

根據(jù)Δx＝aT2，可計算小車