第三章 实验四　验证牛顿运动定律（知识讲解）-2021锁定高考物理一轮总复习（Word）

【实验四】　验证牛顿运动定律 实验要点·梳理归纳 —————————理清实验要点　把握实验细节————————— 一、实验目的 验证牛顿第二定律；学会用控制变量法研究物理规律；学会利用图象处理数据． 二、实验原理 保持作用力不变，确定加速度与质量的大小关系；保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系；作出a－F图象和a－图象，确定其关系． 三、实验器材 小车，砝码，小盘，细线，附有定滑轮的长木板，垫木，打点计时器，低压交流电源，导线两根，纸带，复写纸，托盘天平，米尺． 四、实验过程 1. 实验步骤 (1)称量质量——用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0. (2)安装器材——按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)． (3)平衡摩擦力——在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，反复移动薄木块的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态． (4)让小车靠近打点计时器，挂上小盘和砝码，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带．计算小盘和砝码的重力，即为小车所受的合外力，由纸带计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度填入表中． (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．计算砝码和小车的总质量M，并由纸带计算出小车对应的加速度，并将所对应的质量和加速度填入表中． (7)改变小车上砝码的个数，重复步骤(6)，并多做几次． 2. 数据处理 (1)计算加速度——先在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，根据逐差法计算各条纸带对应的加速度． (2)作图象找关系——根据记录的各组对应的加速度a与小车所受牵引力F，建立直角坐标系，描点画a－F图象，如果图象是一条过原点的倾斜直线，便证明加速度与作用力成正比．再根据记录的各组对应的加速度a与小车和砝码总质量M，建立直角坐标系，描点画a－图象，如果图象是一条过原点的倾斜直线，就证明了加速度与质量成反比． 五、误差分析 1. 测量误差 (1)质量的测量． (2)打点间隔距离的测量． 2. 操作误差 (1)拉线或纸带与木板不平行． (2)倾斜角度不当，平衡摩擦力不准． 3. 原理误差 本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力)，存在系统误差． 六、注意事项 1. 平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，且要让小车拖着纸带匀速运动． 2. 不重复平衡摩擦力：整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总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． 3. 实验条件：每条纸带都必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出．只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力． 4. 一先一后一按住：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，且应在小车到达定滑轮前按住小车． 5. 作图：作图时，两坐标轴的比例要适当，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称地分布在所作直线两侧． 实验考点·分类展示 —————————细划实验考向　明确核心考点————————— |考点1|　实验原理与操作 　　(2020·安徽晥江名校联盟第一次联考)如图甲所示为某实验小组“探究物体加速度与所受合外力关系”的实验装置．他们调整长木板和滑轮，使长木板水平放置且细线平行于长木板；在托盘中放入适当的砝码，接通电源，释放物块，多次改变托盘中砝码的质量，记录传感器的读数F，求出加速度a. 请回答下列问题： (1)实验中得到如图乙所示的一条纸带，已知交流电频率为50 Hz，两计数点间还有四个点没有画出，根据纸带可求出物块的加速度为 2.00 m/s2(结果保留三位有效数字)． (2)以力传感器的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a－F图象是一条直线，如图丙所示，求得图线的斜率为k，横轴截距为F0，若传感器的质量为m0，则物块的质量为 ．－m0 ．若已知重力加速度为g，物块与长木板间的动摩擦因数为μ＝ (3)该实验需不需要满足钩码质量远远小于物块和传感器的总质量？ 不需要 (填“需要”或“不需要”)． 解析　(1)根据Δx＝aT2，运用逐差法得a＝＝ m/s2≈2.00 m/s2 (2)由牛顿第二定律得F－F0＝(m＋m0)a，则a＝.－m0，由图象可知，物块与木板之间的摩擦力为F0，则F0＝μ(m＋m0)g，即μ＝，所以物块的质量为m＝，a－F图象的斜率k＝F－ (3)由于传感器测得的是真实拉力，不需要满足此条件． |考点2|　实验数据处理与误差分析3年2考 　　(2019·全国Ⅱ卷)如