第三章 实验四 验证牛顿运动定律-2022高考物理【创新教程】大一轮高考总复习全程解决方案教师用书（人教版）

实验四　验证牛顿运动定律 ◆注意事项 1．实验方法：控制变量法． 2．平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要悬挂小盘，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．不重复平衡摩擦力：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． 4．实验条件：M≫m.只有如此，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：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，后放开小车，且应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．这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些． ◆误差分析 1．因实验原理不完善引起误差．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． 热点一　实验原理与实验操作 [典题例析] [典例1]　(2020·浙江卷，17(1))做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图1甲是教材中的实验方案；图1乙是拓展方案，其实验操作步骤如下： (ⅰ)挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑； (ⅱ)取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，测出加速度a； (ⅲ)改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到a ­F的关系． 图1 ①实验获得如图2所示的纸带，计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出，则在打d点时小车的速度大小vd＝____________m/s(保留两位有效数字)； 图2 ②需要满足条件M≫m的方案是____________(选填“甲”、“乙”或“甲和乙”)；在作a­F图像时，把mg作为F值的是____________(选填“甲”、“乙”或“甲和乙”)． [解析]　①打点计时器打点周期T＝0.1 s，由匀加速直线运动中，平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得，在打d点时小车的速度vd＝eq \f(xf－xb,4 T)＝eq \f(38.10－30.70×10－2,4×0.1)m/s≈0.19 m/s. ②在图甲的实验方案中，由托盘和砝码的重力提供拉力，让小车做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得mg＝(M＋m)a，则a＝eq \f(m,m＋M)·g，则绳子对小车的拉力F＝Ma＝eq \f(M,m＋M)·mg，当M≫m时，绳子拉力近似等于托盘和砝码的重力． 故甲需要满足M≫m. 在图乙的实验方案中，挂上托盘和砝码，小车匀速下滑，设斜面的倾斜角为θ，斜面和纸带对小车的摩擦力或阻力总和为f，则有Mgsin θ＝f＋mg，取下托盘和砝码，小车做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得Mgsin θ－f＝ma即mg＝Ma，故乙方案中，不需要满足M≫m.在甲乙方案中，均用托盘和砝码的重力mg作为小车匀加速的直线运动的合力F. [答案]　①0.19　②甲，甲和乙 [跟踪训练] 1．某实验小组利用图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系． (1)下列做法正确的是__________(填字母代号)． A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行 B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上 C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源 D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度 (2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量__________木块和木块上砝码的总质量．(填“远大于”“远小于”或“近似等于”) (3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图甲所示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到如图乙中甲、乙两条直线，设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图乙可知，m甲______m乙，μ甲______μ乙．(填“大于”“小于”或“等于”) 解析：(1)在探究加速度与力、质量的关系的实验中，平衡摩擦力时木板不通过定滑轮挂砝码桶，而要挂纸带，并且改变质量时不需要重新平衡摩擦力；在实验时应先接通电源再放开木块，故选项A、D均正确；B、C均错误． (2)选木块(M)、砝码桶及桶内的砝码(m)为研究对象， 则mg＝(M＋m)a① 选砝码桶及桶内的砝码为研究对象 则mg－FT＝ma② 联立①②得：FT＝mg－eq \f(m2g,M＋m)要使FT＝mg需要eq \f(m2g,M＋m)→0，