实验四验证牛顿运动定律

发布时间：2020-03-02 20:19:43 来源：范文大全收藏本文下载本文手机版

滨城一中高三物理人教版导学案编号NO:01编写人：审核人：

实验四验证牛顿运动定律

【实验目的】：

1、学会用控制变量法验证牛顿第二定律

2、掌握利用图像处理实验数据的方法【实验原理】

1．如图3-3-1所示装置，保持小车质量M不变，改变小桶内砂的质量m，从而改变细线对小车的牵引力F(当m

加速度和质量倒数的关系a-M-1图线，验证加速度是否与质量成反比.

二、实验步骤

1．用调整好的天平测出小车和小桶的质量M和m，把数据记录下来.2．按如图装置把实验器材安装好，只是不把挂小桶用的细线系在小车上，即不给小车加牵引力.3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫块，反复移动垫块的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态（可以从纸带上打的点是否均匀来判断）.

4．在小车上加放砝码，小桶里放入适量的砂，把砝码和砂的质量M\'和m\'记录下来.把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，取下纸带，在纸带上写上编号.

5．保持小车的质量不变，改变砂的质量（要用天平称量），按步骤4再做5次实验.6．算出每条纸带对应的加速度的值.

7．用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F，即砂和桶的总重力(m+m\')g，根据实验结果在坐标平面上描出相应的点，作图线.若图线为一条过原点的直线，就证明了研究对象质量不变时其加速度与它所受作用力成正比.

8．保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，并做好记录，求出相应的加速度，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车和车内砝码总质量的倒数

对重物有m重物-T=m重物a 对车有T=M车+砝码a 所以T=

m重物M车砝码

m重物M车砝码

因此，在探究加速度与合外力的关系时，若在实验中把所挂重物的重力当成作用于小车上的合外力，会作出如图6-2-18所示的a-F图象，从图中可以看出，F较大（所挂重物质量较大）时，a与F不成正比.

只有重物质量远小于车和砝码的总质量时，有

M车砝码

1，此时有

m重物M车砝码

，在坐标平面上根据

MM

实验结果描出相应的点并作图线，若图线为一条过原点的直线，就证明了研究对象所受作用力不变时其加速度与它的质量成反比.【实验中的注意事项】

1．砂和小桶的总质量要远远小于小车和砝码的总质量.

在实验中一定要使重物的质量远小于小车和砝码的质量，目的是减小本实验原理导致的系统误差.在小车加速运动时，重物不可能是平衡的（如图3-3-2所示），它具有与小车同样大小的加速度.设车与重物的加速度大小均为a，绳对车和重物的拉力大小为T.

第章第节第页名言警句

T≈m重物g，可以近似地认为细绳对小车的牵引力等于重物的重力.

2．在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，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．作图时应该使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能对称地分布在直线的两侧，但如遇个别特别偏离的点可舍去.【实验中的误差分析】

1、质量的测量误差，纸带上打点计时器间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差.

2、因实验原理不完善造成误差：

本实验中用重物的重力代替小车受到的拉力（实际上受到的拉力要小于重物的重力），存在系统误差.重物的质量越接近小车的质量，误差越大，反之，重物的质量越小于小车的质量，误差就越小.

3、平衡摩擦力不准造成误差.：

【例题】．现要验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一物理规律.给定的器材如下：一倾角可以调节的长斜面（如图3-3-4）、小车、计时器一个、米尺.（１）填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤（不考虑摩擦力的影响）： ① 小车自斜面上方一固定点Ａ1从静止开始下滑至斜面底端Ａ2，记下所用的时间t

② 用米尺测量Ａ1与Ａ2之间的距离s，则小车的加速度a____________.③ 用米尺Ａ1相对于Ａ2的高h.设小车所受重力为mg，则小车所受的合外力Ｆ＝________.④ 改变_________________，重复上述测量.

⑤ 以h为横坐标，1/t为纵坐标，根据实验数据作用作图.如能得到一条过原点的直线，则可以验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律.

（２）在探究如何消除上述实验中摩擦阻力影响的过程中，某同学设计的方案是：

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① 调节斜面倾角，使小车在斜面上匀速下滑.测量此时Ａ1点相对于斜面底端Ａ2的高度ho.② 进行（1）中的各项测量.

③ 计算与作图时用（h－ho）代替h.对此方案有以下几种评论意见：Ａ、方案正确可行

Ｂ、方案的理论依据正确，但利用所给的器材无法确定小车在斜面上是否做匀速运动.Ｃ、方案的理论依据有问题，小车所受摩擦力与斜面倾角有关.其中合理的意见是________.【变式训练】、在探究加速度与物体质量、物体受力的关系实验中，实验装置如图3-3-5（甲）所示：一木块放在水平光滑长木板上，左侧拴有一不可伸长的细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连，重物的质量为m .木块右侧与穿过打点计时器的纸带相连，在重物牵引下，木块在木板上向左做匀加速运动.图3-3-5（乙）给出了打点计时器在纸带上打出的一些连续的点，它们之间的距离分别为S

1、S

2、S

3、S

4、S

5、S6，打点计时器所用交流电周期为T.根据给以上数据求：（1）木块的加速度a=.（2）细线对木块的拉力T=.（3）为了减少误差，你认为应采取什么措施？

3、在“探究加速度与作用力的关系”的实验中，有位同学按照图3-3-6的装置（将长木板平放在水平桌面上）做五次实验.他在做第一次实验时，钩码总质量为m，小车质量M=30m，以后每次增加一个钩码，这五次实验中，若用钩码的总重力表示绳子的拉力F，则第次实验的误差较大；按这五组数据画出的a-F图像是图3-3-7中的图；该图象存在截距的原因是；图线斜率的物理含义是.

4、在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时,采用如图3-3-8所示的实验装置，小车及车中的砝码质量用M表示，盘及盘中的砝码质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计数器打上的点计算出：(1)当M与m的大小关系满足

时才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力.(2 )一组同学在先保持盘及盘中的砝码质量一定，探究做加速度与质量的关系，以下做法错误的是：()

A、平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上

B、每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力 C、实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源

D、小车运动的加速度可用天平测出m以及小车质量M，直接用公式a＝mｇ/Ｍ求出.（3）在保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度与所受合外力的关系时，由于平衡摩擦力时操作不当，二位同学得到的a―Ｆ关系

分别如图3-3-9中的甲、乙所示（a是小车的加速度，Ｆ是细线作用于小车的拉力）.其原因分别是：甲图：乙图：

【课时训练】

【当堂检测】

1、为了更直观地反映物体的加速度a与物体质量m的关系，往往用二者的关系图象表示出来，该关系图象应选用（） A．a-m图象

B．m-a图象

C．a

图象m

D．

a图象 m

2、在本实验中，下列说法正确的是（）

A、平衡摩擦力时，小桶应用细线通过定滑轮系在小车上，但小桶内不能装沙 B、实验中无需始终保持小车和砝码的质量远远大于沙和小桶的质量

C、实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比

D、平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力

(2)小车受到的平均阻力大小为N.2.“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示.

（1）在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸袋如图乙所示。计时器大点的时间间隔为0.02s.从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度a=______m/s

2.（结果保留两位有效数字）

乙

甲

图3-3-1

1（2）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：

请根据实验数据作出a-F的关系图像.图3-3-12

（3）根据提供的试验数据作出的a-F图线不通过原点，请说明主要原因。

3.某同学为了探究物体在斜面上的运动时摩擦力与斜面倾角的关系，设计实验装置如图。长直平板一端放在水平桌面上，

另一端架在一物块上。在平板上标出A、B两点，B点处放置一光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间。

图3-3-1

3实验步骤如下：

① 用游标卡尺测量滑块的挡光长度d，用天平测量滑块的质量m；

② 用直尺测量AB之间的距离s，A点到水平桌面的垂直距离h1，B点到水平桌面的垂直距离h2； ③ 将滑块从A点静止释放，由光电计时器读出滑块的挡光时间t1 ④ 重复步骤③数次，并求挡光时间的平均值；

⑤ 利用所测数据求出摩擦力f和斜面倾角的余弦值cos；

⑥ 多次改变斜面的倾角，重复实验步骤②③④⑤，做出f-cos关系曲线。

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（1）用测量的物理量完成下列各式（重力加速度为g）：

① 斜面倾角的余弦cos=； ② 滑块通过光电门时的速度v=； ③ 滑块运动时的加速度a=； ④ 滑块运动时所受到的摩擦阻力f=；

图3-3-1

4（2）测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图所示，读得d=。

4.如图为“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”的实验装置。

（1）在该实验中必须采用控制变量法，应保持___________不变，用钩码所受的重力作为

___________，用DIS测小车的加速度。

（2）改变所挂钩码的数量，多次重复测量。在某次实验中根据测得的

数

据可画出

a-F关系图线（如图所示）。 ①分析此图线的

段可得出的实验结论是_________________________________。

图3-3-1

5②（单选题）此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是（

）

（A）小车与轨道之间存在摩擦（B）导轨保持了水平状态（C）所挂钩码的总质量太大

（D）所用小车的质量太大

5.物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数。实验装置如图，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接。打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz。开始实验时，在托盘中放入适量砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点。

图3-3-16

（1）上图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：0、

1、

2、

3、

4、

5、

6、7是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。根据图中数据计算的加速度a(保留三位有效数字)。

(2)回答下列两个问题：

①为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有。（填入所选物理量前的字母）A.木板的长度lB.木板的质量m1

C.滑块的质量m2D.托盘和砝码的总质量m3E.滑块运动的时间t

②测量①中所选定的物理量时需要的实验器材是。