第三章 实验四 验证牛顿运动定律-2022新高考物理【步步高】大一轮复习讲义（粤教版 广东）配套word

实验四　验证牛顿运动定律 目标要求　1.理解实验的原理，明确实验过程并能进行数据处理.2.了解实验的注意事项，会对实验进行误差分析.3.能对实验进行创新改进． 实验技能储备 1．实验原理 (1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系． (2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系． (3)作出a－F图象和a－图象，确定a与F、m的关系． 2．实验器材 小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、导线、纸带、天平、刻度尺、坐标纸． 3．实验过程 (1)测量：用天平测量槽码的质量m′和小车的质量m. (2)安装：按照如图1所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)． 图1 (3)平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑． (4)操作：①槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带，编号码． ②保持小车的质量m不变，改变槽码的质量m′，重复步骤①. ③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，计算加速度a. ④描点作图，作a－F的图象． ⑤保持槽码的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－图象． 4．数据处理 (1)利用逐差法或v－t图象法求a. (2)以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明a与F成正比． (3)以a为纵坐标，为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比． 5．注意事项 (1)开始实验前首先平衡摩擦阻力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力．在平衡摩擦阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动． (2)实验过程中不用重复平衡摩擦力． (3)实验必须保证的条件：m≫m′. (4)一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应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：本实验用槽码的总重力m′g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的总重力． (2)平衡摩擦阻力不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差． 考点一　教材原型实验 例1　(2020·山东模拟)某同学利用如图2甲所示的装置探究加速度与物体受力、物体质量的关系．实验时，把数据记录在表格中，数据是按加速度大小排列的，第8组数据中小车质量和加速度数据漏记． 图2 组号 F/N m/kg a/(m·s－2) 1 0.29 0.86 0.34 2 0.14 0.36 0.39 3 0.29 0.61 0.48 4 0.19 0.36 0.53 5 0.24 0.36 0.67 6 0.29 0.41 0.71 7 0.29 0.36 0.81 8 0.29 9 0.34 0.36 0.94 (1)该同学又找到了第8组数据对应的纸带以及小车质量，纸带如图乙所示．已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出来的点未画出．请你帮助该同学求出第8组中的加速度a＝________ m/s2； (2)如果要研究加速度与物体受力的关系，需取表格中____________组数据(填组号)，作a－F图象；如果要研究加速度与物体质量的关系，需取表格中____________组数据(填组号)，作a－m图象．这种研究方法叫作________法； (3)作出的a－m图象如图丙所示，由图象________(填“可以”或“不可以”)判断a与m成反比． 答案　(1)0.90(0.89～0.92)　(2)2、4、5、7、9　1、3、6、7、8　控制变量　(3)不可以 解析　(1)每两个相邻点之间还有4个打出来的点未画出，故相邻点之间的时间间隔为：T＝0.02×5 s＝0.1 s 根据逐差法可得s34－s12＝2a1T2，s23－s01＝2a2T2 故加速度为a＝＝＝＝×10－2 m/s2＝0.90 m/s2. (2)研究加速度与物体受力的关系，需要保证物体质量不变，选取2、4、5、7、9组数据． 研究加速度与物体质量的关系时，需要控制力F不变，选取1、3、6、7、8组数据． 涉及多个变量时，需要控制其他变量恒定，改变其中一个变量，这种方法为控制变量法． (3)分析题图丙可知，a－m图线为曲线，并不能说明a与m成反比，故应作a－图象，研究a与成正比关系，即a与m成反比． 1．(2019·湖北武汉市四月调研)某同学用如图3所示装置来探究“在外力一定时，物体的加速度与其质量之间的关系”． 图3