物理總第三章 牛頓運動定律 實驗四 驗證牛頓運動定律

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1、實驗四驗證牛頓運動定律實驗四驗證牛頓運動定律注意事項注意事項1.實驗方法：實驗方法：控制變量法?？刂谱兞糠?。2.平衡摩擦力：平衡摩擦力：不懸掛小盤，但小車連著紙帶不懸掛小盤，但小車連著紙帶3.不重復不重復：不重復平衡摩擦力。：不重復平衡摩擦力。4.實驗條件：實驗條件：Mm。小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的。小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力。拉力。5.一先一后一按住：一先一后一按?。合冉油娫矗蠓判≤?，且在小車到達滑輪先接通電源，后放小車，且在小車到達滑輪前按住小車。前按住小車。6.作圖作圖：作圖時兩軸標度比例要適當，各量須采用國際單位。：作圖時兩軸標度比例要適當，各量須采用國際單

2、位。誤差分析誤差分析1.因實驗原理不完善引起的誤差：本實驗用小盤和砝碼的總重因實驗原理不完善引起的誤差：本實驗用小盤和砝碼的總重力力mg代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于小代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力。盤和砝碼的總重力。2.摩擦力平衡不準確、質量測量不準確、計數(shù)點間距測量不準摩擦力平衡不準確、質量測量不準確、計數(shù)點間距測量不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差。確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差。熱點一教材原型實驗熱點一教材原型實驗【例【例1】為了為了“探究加速度與力、質量的關系探究加速度與力、質量的關系”，現(xiàn)提供如圖，現(xiàn)提供如圖1所

3、示的實驗裝置：所示的實驗裝置：圖圖1(1)以下實驗操作正確的是以下實驗操作正確的是()A.將木板不帶滑輪的一端適當墊高，使小車在砝碼及砝碼盤將木板不帶滑輪的一端適當墊高，使小車在砝碼及砝碼盤的牽引下恰好做勻速運動的牽引下恰好做勻速運動B.調節(jié)滑輪的高度，使細線與木板平行調節(jié)滑輪的高度，使細線與木板平行C.先接通電源，后釋放小車先接通電源，后釋放小車D.實驗中小車的加速度越大越好實驗中小車的加速度越大越好圖圖2(2)在實驗中得到一條如圖在實驗中得到一條如圖2所示的紙帶，已知相鄰計數(shù)點間的所示的紙帶，已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為時間間隔為T0.1 s，且間距，且間距x1、x2、x3、x4、x5、x

4、6已量出分已量出分別為別為3.09 cm、3.43 cm、3.77 cm、4.10 cm、4.44 cm、4.77 cm，則小車的加速度則小車的加速度a_m/s2。(結果保留結果保留2位有效數(shù)字位有效數(shù)字)(3)有一組同學保持小車及車中的砝碼質量一定，探究加速度有一組同學保持小車及車中的砝碼質量一定，探究加速度a與所受外力與所受外力F的關系，他們在軌道水平及傾斜兩種情況下分別的關系，他們在軌道水平及傾斜兩種情況下分別做了實驗，得到了兩條做了實驗，得到了兩條aF圖線，如圖圖線，如圖3所示。圖線所示。圖線_是在軌道傾斜情況下得到的是在軌道傾斜情況下得到的(填填“”或或“”)；小車及車中砝碼；小車及

5、車中砝碼的總質量的總質量m_kg。圖圖3解析解析(1)將不帶滑輪的木板一端適當墊高，在不掛鉤碼的情將不帶滑輪的木板一端適當墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運動，以使小車的重力沿斜面的分力況下使小車恰好做勻速運動，以使小車的重力沿斜面的分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是細線的拉力，故選項和摩擦力抵消，那么小車的合力就是細線的拉力，故選項A錯錯誤；細線的拉力為小車的合力，所以應調節(jié)定滑輪的高度使誤；細線的拉力為小車的合力，所以應調節(jié)定滑輪的高度使細線與木板平行，故選項細線與木板平行，故選項B正確；實驗時，應使小車靠近打點正確；實驗時，應使小車靠近打點計時器由靜止釋放，先接通電源，后釋放小

6、車，故選項計時器由靜止釋放，先接通電源，后釋放小車，故選項C正確；正確；實驗時，為了減小實驗的誤差，小車的加速度應適當大一些，實驗時，為了減小實驗的誤差，小車的加速度應適當大一些，但不是越大越好，故選項但不是越大越好，故選項D錯誤。錯誤。答案答案(1)BC(2)0.34(3)0.5【變式訓練【變式訓練1】(2017淮南模擬淮南模擬)某實驗小組利用如圖某實驗小組利用如圖4甲所示甲所示的裝置進行的裝置進行“探究加速度與合外力的關系探究加速度與合外力的關系”的實驗。的實驗。(1)在實驗中必須平衡摩擦力，以在實驗中必須平衡摩擦力，以_平衡摩擦力，當小平衡摩擦力，當小車車_運動時，摩擦力恰好被平衡。運動

7、時，摩擦力恰好被平衡。(2)為了減小誤差，在平衡摩擦力后，每次實驗必須通過改變?yōu)榱藴p小誤差，在平衡摩擦力后，每次實驗必須通過改變鉤碼的個數(shù)來改變小車所受合外力，獲取多組數(shù)據。若小車鉤碼的個數(shù)來改變小車所受合外力，獲取多組數(shù)據。若小車質量為質量為400 g，實驗中每次所用的鉤碼總質量范圍應選，實驗中每次所用的鉤碼總質量范圍應選_組會比較合理。組會比較合理。(填選項前的字母填選項前的字母)A.1040 gB.200400 gC.1 0002 000 g(3)實驗中打點計時器所使用的是實驗中打點計時器所使用的是_(選填選填“交流交流”或或“直直流流”)電源，頻率為電源，頻率為50 Hz，圖乙中給出的

8、是實驗中獲取的紙帶的一部分：，圖乙中給出的是實驗中獲取的紙帶的一部分：1、2、3、4、5是計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有是計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個打點未標出，個打點未標出，每兩個計數(shù)點間的時間間隔是每兩個計數(shù)點間的時間間隔是_s，由該紙帶可求得小，由該紙帶可求得小車的加速度車的加速度a_m/s2。(結果保留結果保留2位小數(shù)位小數(shù))(4)改變鉤碼的個數(shù)重復實驗，得到加速度改變鉤碼的個數(shù)重復實驗，得到加速度a與合外力與合外力F的關系的關系如 圖 丙 所 示 ， 分 析 線 段如 圖 丙 所 示 ， 分 析 線 段 O A ， 可 得 出 實 驗 的 結 論 是， 可 得 出 實 驗 的 結

9、論 是_。答案答案(1)傾斜木板勻速直線傾斜木板勻速直線(2)A(3)交流交流0.11.07(4)在質量不變的條件下，物體的加速度與合外力成正比在質量不變的條件下，物體的加速度與合外力成正比圖圖4熱點二實驗拓展創(chuàng)新熱點二實驗拓展創(chuàng)新1.實驗器材的改進實驗器材的改進圖圖5(2)利用光電門測速度利用光電門測速度(如圖如圖6)圖圖6(3)利用位移傳感器測位移利用位移傳感器測位移(如圖如圖7)圖圖72.數(shù)據測量的改進數(shù)據測量的改進3.實驗的拓展延伸實驗的拓展延伸 以以“探究加速度與力、質量的關系探究加速度與力、質量的關系”為背景測量物塊與木板間為背景測量物塊與木板間的動摩擦因數(shù)。的動摩擦因數(shù)?！纠纠?/p>

10、2】在用】在用DIS研究小車加速度與外力的關系時，某實驗小研究小車加速度與外力的關系時，某實驗小組先用如圖組先用如圖8a所示的實驗裝置，重物通過滑輪用細線拉小車，所示的實驗裝置，重物通過滑輪用細線拉小車，在小車和重物之間接一個不計質量的微型力傳感器，位移傳感在小車和重物之間接一個不計質量的微型力傳感器，位移傳感器器(發(fā)射器發(fā)射器)隨小車一起沿水平軌道運動，位移傳感器隨小車一起沿水平軌道運動，位移傳感器(接收器接收器)固定在軌道一端，實驗中力傳感器的拉力為固定在軌道一端，實驗中力傳感器的拉力為F，保持小車，保持小車包括包括位移傳感器位移傳感器(發(fā)射器發(fā)射器)的質量不變，改變重物重力重復實驗若干的

11、質量不變，改變重物重力重復實驗若干次，得到加速度與外力的關系如圖次，得到加速度與外力的關系如圖b所示。所示。圖圖8解析解析(1)根據圖象可知，當根據圖象可知，當F0.67 N時，小車開始有加速度，時，小車開始有加速度，則則Ff0.67 N。(1)小車與軌道間的滑動摩擦力小車與軌道間的滑動摩擦力Ff_N。(2)從圖象中分析，小車從圖象中分析，小車包括位移傳感器包括位移傳感器(發(fā)射器發(fā)射器)的質量為的質量為_kg。(3)該實驗小組為得到該實驗小組為得到a與與F成正比的關系，應將斜面的傾角成正比的關系，應將斜面的傾角調整到調整到tan _。(3)為得到為得到a與與F成正比的關系，則應該平衡摩擦力，則

12、有：成正比的關系，則應該平衡摩擦力，則有：Mgsin Mgcos 解得解得tan ，所以所以tan 0.1。答案答案(1)0.67(2)0.67(3)0.1【變式訓練【變式訓練2】甲、乙兩同學均設計了測動摩擦因數(shù)的實驗。甲、乙兩同學均設計了測動摩擦因數(shù)的實驗。已知重力加速度為已知重力加速度為g。圖圖9(1)甲同學所設計的實驗裝置如圖甲同學所設計的實驗裝置如圖9甲所示。其中甲所示。其中A為一質量為為一質量為M的長直木板，的長直木板，B為木板上放置的質量為為木板上放置的質量為m的物塊，的物塊，C為物塊為物塊右端連接的一輕質彈簧測力計。實驗時用力將右端連接的一輕質彈簧測力計。實驗時用力將A從從B的下

13、方抽的下方抽出，通過出，通過C的讀數(shù)的讀數(shù)F1即可測出動摩擦因數(shù)。則該設計能測出即可測出動摩擦因數(shù)。則該設計能測出_(填填“A與與B”或或“A與地面與地面”)之間的動摩擦因數(shù)，其表達之間的動摩擦因數(shù)，其表達式為式為_。1.(2017威海模擬威海模擬)某實驗小組利用如圖某實驗小組利用如圖10所示的裝置進行驗證：所示的裝置進行驗證：當質量當質量m一定時，加速度一定時，加速度a與力與力F成正比的關系，其中成正比的關系，其中Fm2g，mm1m2(m1為小車及車內砝碼的總質量，為小車及車內砝碼的總質量，m2為桶為桶及桶中砝碼的總質量及桶中砝碼的總質量)。具體做法是：將小車從。具體做法是：將小車從A處由靜

14、止釋處由靜止釋放，用速度傳感器測出它運動到放，用速度傳感器測出它運動到B處時的速度處時的速度v，然后將小，然后將小車內的一個砝碼拿到小桶中，小車仍從車內的一個砝碼拿到小桶中，小車仍從A處由靜止釋放，測處由靜止釋放，測出它運動到出它運動到B處時對應的速度，重復上述操作。圖中處時對應的速度，重復上述操作。圖中A、B相相距距x。圖圖10(3)下列哪些措施能夠減小本實驗的誤差下列哪些措施能夠減小本實驗的誤差_。A.實驗中必須保證實驗中必須保證m2m1B.實驗前要平衡摩擦力實驗前要平衡摩擦力C.細線在桌面上的部分應與長木板平行細線在桌面上的部分應與長木板平行D.圖中圖中A、B之間的距離之間的距離x盡量小

15、些盡量小些(1)設加速度大小為設加速度大小為a，則，則a與與v及及x間的關系式是間的關系式是_。(2)如果實驗操作無誤，四位同學根據實驗數(shù)據做出了下列圖如果實驗操作無誤，四位同學根據實驗數(shù)據做出了下列圖象，其中哪一個是正確的象，其中哪一個是正確的()解析解析(1)小車做初速度為零的勻加速直線運動，由勻變速直小車做初速度為零的勻加速直線運動，由勻變速直線運動的速度線運動的速度位移公式得位移公式得v22ax。答案答案(1)v22ax(2)A(3)BC2.(2017清遠二模清遠二模)在用在用DIS研究小車加速度與外力的關系時，某研究小車加速度與外力的關系時，某實驗小組先用如圖實驗小組先用如圖11a所

16、示的實驗裝置。重物通過滑輪用細線所示的實驗裝置。重物通過滑輪用細線拉小車，位移傳感器拉小車，位移傳感器(發(fā)射器發(fā)射器)隨小車一起沿傾斜軌道運動，位隨小車一起沿傾斜軌道運動，位移傳感器移傳感器(接收器接收器)固定在軌道一端。實驗時將重物的重力作為固定在軌道一端。實驗時將重物的重力作為拉力拉力F，改變重物重力重復實驗四次，列表記錄四組數(shù)據：，改變重物重力重復實驗四次，列表記錄四組數(shù)據：a/(ms2)2.012.984.025.01F/N1.002.003.004.00圖圖11(1)在圖在圖c所示的坐標紙上作出小車加速度所示的坐標紙上作出小車加速度a隨拉力隨拉力F變化的圖線。變化的圖線。(2)從所得

17、圖線分析該實驗小組在操作過程中的不當之處從所得圖線分析該實驗小組在操作過程中的不當之處_。(3)如果實驗時，在小車和重物之間接一不計質量的微型力傳如果實驗時，在小車和重物之間接一不計質量的微型力傳感器來測量拉力感器來測量拉力F，實驗裝置如圖，實驗裝置如圖b所示，從理論上分析，該所示，從理論上分析，該實驗圖線的斜率將實驗圖線的斜率將_。(填填“變大變大”“變小變小”或或“不變不變”)(2)由圖象可知，當小車拉力為零時，已經產生了加速度，故在由圖象可知，當小車拉力為零時，已經產生了加速度，故在操作過程中軌道的傾角過大，平衡摩擦力過度。操作過程中軌道的傾角過大，平衡摩擦力過度。解析解析(1)根據已知

18、數(shù)據，畫出小車加速度根據已知數(shù)據，畫出小車加速度a和拉力和拉力F的關系圖的關系圖線如圖所示。線如圖所示。答案答案(1)見解析圖見解析圖(2)軌道傾角過大軌道傾角過大(或平衡摩擦力過度或平衡摩擦力過度)(3)變大變大3.為了探究加速度與力、質量的關系，甲、乙、丙三位同學分別為了探究加速度與力、質量的關系，甲、乙、丙三位同學分別設計了如圖設計了如圖12所示的實驗裝置，小車總質量用所示的實驗裝置，小車總質量用M表示表示(乙圖中乙圖中M包括小車與傳感器，丙圖中包括小車與傳感器，丙圖中M包括小車和與小車固連的滑輪包括小車和與小車固連的滑輪)，鉤碼總質量用鉤碼總質量用m表示。表示。圖圖12(1)(1)為便

19、于測量合外力的大小，并得到小車總質量一定時，小為便于測量合外力的大小，并得到小車總質量一定時，小車的加速度與所受合外力成正比的結論，下列說法正確的是車的加速度與所受合外力成正比的結論，下列說法正確的是()A.三組實驗中只有甲需要平衡摩擦力三組實驗中只有甲需要平衡摩擦力B.三組實驗都需要平衡摩擦力三組實驗都需要平衡摩擦力C.三組實驗中只有甲需要滿足所掛鉤碼的總質量三組實驗中只有甲需要滿足所掛鉤碼的總質量m遠小于小車遠小于小車的總質量的總質量M的條件的條件D.三組實驗都需要滿足所掛鉤碼的總質量三組實驗都需要滿足所掛鉤碼的總質量m遠小于小車的總質遠小于小車的總質量量M的條件的條件(2)圖丁是用圖甲裝

20、置中打點計時器所打的紙帶的一部分，圖丁是用圖甲裝置中打點計時器所打的紙帶的一部分，O、A、B、C、D和和E為紙帶上六個計數(shù)點，加速度大小用為紙帶上六個計數(shù)點，加速度大小用a表示。表示。則則OD間的距離為間的距離為_cm。圖戊是根據實驗數(shù)據繪出的。圖戊是根據實驗數(shù)據繪出的st2圖線圖線(s為各計數(shù)點至同一起點的距離為各計數(shù)點至同一起點的距離)，則加速度大小，則加速度大小a_m/s2(保留保留3位有效數(shù)字位有效數(shù)字)。(3)若乙、丙兩位同學發(fā)現(xiàn)某次測量中力傳感器和彈簧測力計若乙、丙兩位同學發(fā)現(xiàn)某次測量中力傳感器和彈簧測力計讀數(shù)相同，通過計算得到小車加速度均為讀數(shù)相同，通過計算得到小車加速度均為a，g為當?shù)刂亓訛楫數(shù)刂亓铀俣?，則乙、丙兩位同學實驗時所用小車總質量之比為速度，則乙、丙兩位同學實驗時所用小車總質量之比為_。(3)由于圖乙、丙中力傳感器示數(shù)與彈簧測力計示數(shù)相同，則由于圖乙、丙中力傳感器示數(shù)與彈簧測力計示數(shù)相同，則丙中小車拉力是乙中的丙中小車拉力是乙中的2倍，而小車加速度相同，由此可知乙、倍，而小車加速度相同，由此可知乙、丙兩位同學所用小車質量比為丙兩位同學所用小車質量比為12。答案答案(1)BC(2)1.200.934(0.9320.935均可均可)(3)1 2