必修1 第三章 实验四 验证牛顿运动定律-2022新高考物理【步步高】大一轮复习讲义题库（粤教版 广东）配套word

实验四　验证牛顿运动定律 一、基本原理与操作 原理装置图 操作要领 探究方法——控制变量法 (1)平衡：必须平衡摩擦力(改变小车或重物质量，无需重新平衡摩擦力) (2)质量：重物的总质量远小于小车质量(若使用力传感器，或以小车与重物的系统为研究对象无需满足此要求) (3)要测量的物理量 ①小车与其上砝码的总质量(天平) ②小车受到的拉力(约等于重物的重力) ③小车的加速度(根据纸带用逐差法或根据光电门数据计算加速度) (4)其他：细绳与长木板平行；小车从靠近打点计时器的位置释放，在到达定滑轮前按住小车，实验时先接通电源，后释放小车 二、数据处理和实验结论 (1)利用Δs＝aT2及逐差法求a。 (2)以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，如图1甲所示，说明a与F成正比。 图1 (3)以a为纵坐标，为横坐标，描点、连线，如果该线为过原点的直线，如图乙所示，就能判定a与M成反比。 注意事项 (1)平衡摩擦力的方法：在长木板无滑轮的一端垫上小木块，使其适当倾斜，利用小车重力沿斜面方向的分力与摩擦力平衡。 (2)判断小车是否做匀速直线运动，一般可目测，必要时可通过打点纸带，看上面各点间的距离是否均匀。 (3)平衡摩擦力时要注意以下几点 ①平衡摩擦力时不能在轻绳的另一端挂托盘 ②平衡摩擦力必须让小车连上纸带，且让打点计时器处于工作状态 ③平衡摩擦力时可借助纸带上点迹是否均匀来判断 误差分析 (1)质量的测量、纸带上计数点间距离的测量、拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差。 (2)实验原理不完善引起误差。 通过适当的调节，使小车所受的阻力被平衡，当小车做加速运动时，可以得到a＝，只有当Mm时，才可近似认为小车所受的拉力FT等于mg，所以本实验存在系统误差。 mg＝g，FT＝ (3)平衡摩擦力不准确会造成误差。 　教材原型实验 命题角度　实验原理与实验操作 【例1】 (1)我们已经知道，物体的加速度a同时跟合外力F和质量M两个因素有关。探究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是____________。 (2)某同学的实验方案如图2所示，他想用沙和沙桶的总重力表示小车受到的合外力F，为了减小这种做法带来的实验误差，他先做了两方面的调整措施： 图2 ①用小木块将长木板不带定滑轮的一端垫高，目的是____________。 ②使沙和沙桶的总质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于__________________。 (3)该同学利用实验中打出的纸带求加速度时，处理方案有两种： A.利用公式a＝计算； B.根据a＝，利用逐差法计算。 两种方案中，你认为选择方案________比较合理。 解析　(1)探究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是控制变量法。 (2)想用沙和沙桶的总重力表示小车受到的合外力F，为了减小这种做法带来的实验误差，应使沙和沙桶的总质量远小于小车的质量；还要用小木块将长木板不带定滑轮的一端垫高，目的是平衡摩擦力。 (3)利用实验中打出的纸带求加速度时，需要根据a＝，利用逐差法计算，选项B正确。 答案　(1)控制变量法　(2)①平衡摩擦力　②沙和沙桶的总重力　(3)B 拓展训练1 如图3所示，某学生实验小组定量探究加速度与力、质量的关系。实验时使小车在砝码和托盘的牵引下运动。 图3 (1)实验室准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸及如图所示的器材。若要完成该实验，必需的实验器材还有________________。 (2)为达到平衡摩擦力的目的，取下细绳和托盘，通过调节垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做________运动。 (3)实验开始时，先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行。这样做的目的是________(填选项前的字母)。 A.避免小车在运动过程中发生抖动 B.可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰 C.可以保证小车最终能够实现匀速直线运动 D.可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力 答案　(1)天平、刻度尺　(2)匀速直线　(3)D 拓展训练2 为了探究加速度与力、质量的关系，甲、乙、丙三位同学分别设计了如图4所示的实验装置，小车质量用M表示(乙图中M包括小车与传感器，丙图中M包括小车和与小车固连的滑轮)，钩码总质量用m表示。 甲 乙 丙 图4 (1)为便于测量合外力的大小，并得到“小车质量一定时，小车的加速度与所受合外力成正比”的结论，下列说法正确的是________(填选项前的字母)。 A.三组实验中只有甲同学的实验需要平衡摩擦力 B.三组实验都需要平衡摩擦力 C.三组实验中只有甲同学的实验需要满足所挂钩码的总质量m远小于小车的质量M的条件 D.三组实验都需要满足所挂钩码的总质量m远小于小车的质量M的条