第三章 实验四 验证牛顿运动定律-【导与练】2022高考物理一轮总复习教师用书word（教科版）

实验四　验证牛顿运动定律 [footnoteRef:2] [2: ●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.实验条件:小车的质量M远大于小盘和砝码的总质量m。 3.操作要领: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。 ●误差分析 1.因为实验原理不完善引起的实验误差。以小车、小盘和砝码整体为研究对象得mg=(M+m)a;以小车为研究对象得F=Ma;求得F=·mg=·mg<mg,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。] 题型一　常规实验 [例1] (2020·天津联考)在探究加速度与物体所受合力和质量间的关系时,采用如图所示的实验装置,小车及车中的砝码质量用M表示,盘及盘中的砝码质量用m表示,小车的加速度可由纸带上打点计时器打出的点计算出。 (1)当M与m的大小关系满足　　　　　时,才可以认为细线对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力。  (2)一组同学在保持盘及盘中的砝码质量一定的情况下,探究加速度与小车质量的关系,以下做法正确的是　　　　。  A.平衡摩擦力时,应将盘及盘中的砝码用细线绕过定滑轮系在小车上 B.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力 C.实验时,先放开小车,再接通打点计时器电源 D.小车运动的加速度可用天平测出m和M,直接用公式a=求出 (3)在保持小车及车中的砝码质量M一定,探究加速度与所受合力的关系时,由于平衡摩擦力时操作不当,两位同学得到的aF关系分别如图(甲)、(乙)所示(a是小车的加速度,F是细线作用于小车的拉力)。 其原因分别是: 图(甲):　 ;  图(乙):　 。  解析:(1)对盘及盘中砝码有mg-F=ma;对小车有F=Ma,联立可得a=,F=mg,只有当m≪M时,才可认为F≈mg。 (2)平衡摩擦力时,先去掉盘、盘中砝码和细线,只让小车拖着纸带在重力沿斜面方向的分力作用下向左运动,当小车能匀速运动时,重力沿斜面方向的分力和摩擦力平衡,A错误;调好后,当再次改变小车质量时,无需再平衡摩擦力,B正确;实验时,要先接通打点计时器的电源,使打点计时器正常工作,再释放小车,C错误;小车的加速度是通过处理纸带确定的,D错误。 (3)由图(甲)可看出F=0时,a≠0,说明平衡摩擦力过大,重力沿斜面方向的分力大于摩擦力;由图(乙)可看出,只有当F达到一定值时,才会有加速度,说明平衡摩擦力不足或没有平衡摩擦力。 答案:(1)m≪M　(2)B　(3)平衡摩擦力过大　平衡摩擦力不足或没有平衡摩擦力 (1)改变小车质量时,不需要重新平衡摩擦力。 (2)平衡摩擦力后,还需满足小盘和砝码的质量远小于小车和砝码的质量,这样细线的拉力才能近似等于小盘和砝码的总重力。 (3)由实验数据作出aF图像或a 图像,图线一般为直线且通过原点,若不过原点,一般为平衡摩擦力时操作不当。 [例2] 用如图(甲)所示装置做“探究物体的加速度与力的关系”的实验。实验时保持小车的质量不变,用钩码的重力作为小车受到的合力,用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度。 (1)实验时先不挂钩码,反复调整垫块的左右位置,直到小车做匀速直线运动,这样做的目的是　 。  (2)图(乙)为实验中打出的一条纸带的一部分,从比较清晰的点迹起,在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E,相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出,测出各计数点到A点之间的距离,如图所示。已知打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源两端,则此次实验中小车运动的加速度a=　　　　 m/s2。(结果保留两位有效数字)  (3)实验时改变所挂钩码的质量,分别测量小车在不同外力作用下的加速度。根据测得的多组数据作出aF关系图像,如图(丙)所示。此图像的AB段明显偏离直线,造成此现象的主要原因可能是　　　　。(填选项字母)  A.小车与平面轨道之间存在摩擦 B.平面轨道倾斜角度过大 C.所挂钩码的总质量过大 D.所用小车的质量过大 解析:(1)把平面轨道的右端垫起,让小车重力沿斜面方向的分力与它受到的摩擦力平衡,才能认为在实验中小车受的合力就是钩码的重力,所以这样做的目的是平衡小车运动中所受到