专题02 验证牛顿第二定律—备战2022年高考物理实验专题强化训练

专题二 验证牛顿第二定律 知识点一、基本要求 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掌握利用图像处理数据的方法 2.实验器材： 打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码、薄木板 3.实验原理 先控制小车的质量M不变，探究加速度a与力F的关系；再控制小盘和砝码的质量不变，即力不变，探究加速度a与小车质量M的关系 4.实验步骤 （1）称量：用天平测量小盘的质量m和小车的质量M （2）安装：按照上图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上（即不给小车牵引力） （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板，使小车匀速下滑 （4）操作： ①小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码 ②保持小车的质量M不变，改变砝码和小车的质量m，重复步骤① ③保持砝码和小盘的质量m不变，改变小车的质量M，重复步骤① 知识点二、数据处理 1.探究加速度与力的关系 以加速度a为纵轴、F为横轴，先根据测量的数据描点，然后作出图像，看图像是否是通过原点的直线，就能判断a与F是否成正比。 2.探究加速度与质量的关系 以a为纵轴，m为横轴，根据各组数据在坐标系中描点，将会得到如图甲所示的一条曲线，由图线只能看出m增大时a减小，但不易得出a与m的具体关系。若以a为纵轴，为横轴，将会得到如图乙所示的一条过原点的切斜直线，据此可判断a与m成反比 知识点三、误差分析 1.因实验原理不完善引起的误差：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 知识点四、注意事项 1.平衡摩擦力 一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调整出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车所售的摩擦阻力.在平衡摩擦力时，不要悬挂小盘的细绳系在小车上，几不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动. 2.不需要重复平衡摩擦力 整个实验中平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车的质量，都不需要重新平衡摩擦力 3.实验条件 每条纸带必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出，只有如此，小车和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力 4.一先一后 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，再释放小车. 题型一、对实验原理和注意事项的考查 【经典例题1】（2013年天津卷）某实验小组利用图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，分别得到图中甲、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，由图可知，m甲 m乙， μ甲 μ乙。（填“大于”、“小于”或“等于”） 【答案】① AD ② 远小于 ③ 小于，大于 【解析】本题主要考查“验证牛顿第二定律”的实验。 ① 选择AD。 B选项错误，在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，不应悬挂“重物”； C选项错误，打点计时器要“早来晚走”即实验开始时先接通打点计时器的电源待其平稳工作后再释放木块，而当实验结束时应先控制木块停下再停止打点计时器。 ② 按照教材上的理论，若以砝码桶及砝码作为小木块的外力，则有 a=mg/ M ，而实际实验过程中砝码桶及砝码也与小木块一起做匀加速运动，即 对砝码桶及砝码有mg﹣T = ma，对小木块有T = Ma. 综上有：小物块的实际的加速度为 a= mg /(M+m) < mg/M ，只有当m<<M时，才能有效的保证实验的准确性。 ③ 当没有平衡摩擦力时有：T﹣f =ma，故a=T/m﹣μg ，即图线斜率为1 /m ，纵轴截距的大小为μg 。观察图线可知m甲小于m乙，μ甲大于μ乙 题型二、对数据处理和误差的考查 【经典例题2】（20