第3章 实验4 验证牛顿运动定律-2022新高考物理一轮复习【名师导航】配套Word教参(新高考·湖北专用)

实验四　验证牛顿运动定律 1．实验目的 (1)会用控制变量法研究物理规律。 (2)探究加速度与力、质量的关系。 (3)会运用图象处理实验数据。 2．实验原理 用控制变量法探究加速度a与力F、质量M的关系，可以先保持F不变，研究a和M的关系，再保持M不变，研究a和F的关系。 3．实验器材 带定滑轮的长木板、低压交流电源、复写纸片和纸带、小车、小盘、电磁打点计时器、天平、砝码、刻度尺、导线。 4．实验步骤 (1)测质量：用天平测出小车的质量M，小盘和砝码的总质量m。 (2)放长木板：按图把实验器材安装好，先不要把悬挂小盘的细绳系在车上。 (3)平衡摩擦力：在木板的一端下面垫一簿木块，移动簿木块的位置，直至小车拖着纸带在斜面上做匀速运动。 (4)打点：小盘绕过滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，打完点后切断电源，取下纸带。 (5)重复：保持小车的质量M不变，改变砝码和小盘的质量m，重复步骤(4)五次。 (6)求a：在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a。 (7)作a­F的图象：若图象为一过原点的直线，证明加速度与力成正比。 (8)验证a∝图象，若图象为一过原点的直线，证明加速度与质量成反比。 ：保持砝码和小盘的质量m不变，改变小车质量M，重复步骤(4)和(6)，作a­ 5．注意事项 (1)安装器材时，要调整滑轮的高度，使拴小车的细绳与木板平行。 (2)平衡摩擦力时，小车连着穿过打点计时器的纸带，但不要把悬挂小盘的细线系在小车上。改变砝码的质量后，不需要重新平衡摩擦力。 (3)只有小车的质量远大于小盘和砝码的总质量，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。 (4)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，在小车到达滑轮前按住小车。 6．误差分析 (1)实验原理不完善：本实验用小盘和砝码的总重力m′g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。 教材原型实验 1．在“验证牛顿运动定律”实验中，采用如图所示的装置图进行实验。 (1)对小车进行“平衡摩擦力”操作时，下列必须进行的是________(填字母序号)。 A．取下砂和砂桶 B．在空砂桶的牵引下，轻推一下小车，小车能做匀速直线运动 C．小车拖着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时，打点计时器的电源应断开 D．把长木板没有定滑轮的一端垫起适当高度 (2)实验中，已经测出小车的质量为M，砂和砂桶的总质量为m，若要将砂和砂桶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______________________________________。 (3)在实验操作中，下列说法正确的是________。 A．求小车运动的加速度时，可用天平测出砂和砂桶的质量M′和m′，以及小车质量M，直接用公式a＝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 [解析]　(1)平衡摩擦力时使小车所受重力沿木板方向分力与小车所受摩擦力平衡，故A、D项正确，B项错误；为确定小车是否为匀速运动，需要通过纸带上点迹是否均匀来判断，故C项错误。 (2)根据牛顿第二定律得，mg＝(M＋m)a， 解得a＝，＝，则绳子的拉力F＝Ma＝ 可知当砂和砂桶的总质量远小于小车质量时，小车所受的拉力大小等于砂和砂桶的总重力，所以应满足的条件是砂和砂桶的总质量远小于小车的质量。 (3)本实验是“验证牛顿运动定律”，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，应该先接通电源，后释放纸带，故B正确；平衡摩擦力后有μ＝tan θ，小车质量改变时，总满足mgsin θ＝μmgcos θ，与小车质量无关，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。 [答案]　(1)AD　(2)砂和砂桶的总质量远小于小车的质量　(3)BD 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。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。 INCLUDEPICTURE "backup/22W3-133.TIF" \* MERGEFORMAT 甲　　　　　　　　　　乙 (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，