实验04 验证牛顿运动定律（课件）-2020高考物理【师说】高中全程复习方略

教材回扣·夯实基础 ●注意事项 1．实验方法：控制变量法． 2．平衡摩擦力：不悬挂小盘，但小车连着纸带． 3．不重复：不重复平衡摩擦力． 4．实验条件：M≫m.小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力． 5．一先一后一按住：先接通电源，后放小车，且在小车到达滑轮前按住小车． 6．作图：作图时两轴标度比例要适当，各量须采用国际单位． ●误差分析 1．因实验原理不完善引起的误差：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． 2．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． 透析考点·多维突破 考点一　教材原型实验 实验原理与操作 例 eq \a\vs4\al\co1(,1) 在“探究加速度和力、质量的关系”实验中，采用如图所示的装置图进行实验： (1)实验中，需要在木板的右端垫上一个小木块，其目的是 _____________________________________. (2)实验中，已经测出小车的质量为M，砝码(包括砝码盘)的总质量为m，若要将砝码(包括砝码盘)的总重力大小作为小车所受拉力F的大小．这样做的前提条件是________. 平衡摩擦力 m≪M (3)在实验操作中，下列说法正确的是________(填序号)． A．求小车运动的加速度时，可用天平测出小盘和砝码的质量M′和m′，以及小车质量M，直接用公式a＝eq \f(M′＋m′,M)g求出 B．实验时，应先接通打点计时器的电源，再放开小车 C．每改变一次小车的质量，都需要改变垫入的小木块的厚度 D．先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系 BD 解析：(1)本实验木板表面不可能光滑，摩擦力会影响实验结果，所以要平衡摩擦力． (2)根据牛顿第二定律得：mg＝(M＋m)a，解得a＝eq \f(mg,M＋m)，则绳子的拉力F＝Ma＝eq \f(Mmg,M＋m)＝eq \f(mg,1＋\f(m,M))，可知当砝码(包括砝码盘)的总质量远小于小车质量时，小车所受的拉力等于砝码(包括砝码盘)的总重力，所以应满足的条件是砝码(包括砝码盘)的总质量远小于小车的质量． (3)本实验的目的是：探究加速度和力、质量的关系，所以不能把牛顿第二定律当成已知的公式来使用，故A错误；使用打点计时器时，都应该先接通电源，后释放纸带，故B正确；平衡摩擦力后μ＝tanθ，与重物的质量无关，所以不用再次平衡摩擦力，故C错误；本实验采用控制变量法，故D正确． 实验数据处理与分析 例 eq \a\vs4\al\co1(,2) 某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验．下图甲为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有细砂的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车的拉力F等于细砂和小桶的总重力，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得． (1)图乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50 Hz.根据纸带可求出电火花计时器打B点时的速度为________m/s，小车的加速度大小为________m/s2.(结果均保留两位有效数字) (2)在“探究加速度a与质量m的关系”时，某同学按照自己的方案将实验数据在坐标系中进行了标注，但尚未完成图象(如图(1)所示)．请继续帮助该同学作出坐标系中的图象． 1.6 　3.2 见解析 (3)在“探究加速度a与合力F的关系”时，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图(2)，该图线不通过坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因___________________． 实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 解析：(1)AC这段位移的平均速度等于AC这段时间中间时刻的瞬时速度，即B点的瞬时速度，故 vB＝eq \f(AB＋BC,4T)＝eq \f(6.19＋6.70×10－2,4×0.02) m/s＝1.6 m/s. 由逐差法求解小车的加速度， a＝eq \f(CD＋DE－AB＋BC,4×2T2) ＝eq \f(7.21＋7.72－6.19－6.70×10－2,4×2×0.022) m/s2 ＝3.2 m/s2. (2)将坐标系中各点连成一条直线，连线时应使直线过尽可能多的点，不在直线上的点应大致对称地分布在直线的两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑，连线如图所示： (3)图线与横轴有截距，说明实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够． 考点二　实验的拓展与创新 实验器材的改进 例 eq \a\vs4\al\co1(,3) 某同学利用如图甲所示装置探究加速度与合外力的关系．利用力传感器测量细