第3章 实验四 验证牛顿运动定律 -2023高考物理一轮复习【导与练】高中总复习第1轮教师用书word（老教材，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受到的总重力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受到的总 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] (2021·陕西西安模拟)图甲是探究加速度与力关系的实验装置。提供器材如下:带有刻度尺的气垫导轨、气泵、光电门2个、数字计时器、带挡光片的滑块(其上可放砝码)、砝码盘(质量5 g)、质量5 g的砝码5个。实验步骤如下: ①固定光电门,测出光电门间的距离;调节导轨水平,将滑块用细线跨过轻质滑轮与砝码盘相连; ②将5个砝码放到滑块上,释放滑块,测出其经过光电门1和2的挡光时间; ③取滑块上一个砝码放入砝码盘,释放滑块,测出挡光时间; ④再次取滑块上一个砝码,依次重复上述操作,直至将5个砝码全部转移到砝码盘。 (1)实验小组想用如图乙所示的游标卡尺测量挡光片的宽度,游标尺共有10格,与主尺的29格(29 mm)等长,则该游标卡尺的精确度为 　　mm。实验小组先用该尺练习读数,如图丙所示,读数为　　　　cm。 (2)描点作图分析加速度与力的关系。图丁是用实验数据绘制的a-F图像。错误图像形成的原因可能是　　　　。  A.滑块释放时具有一定的初速度 B.绘制a-F图像时,将砝码盘中的砝码所受重力作为合力F C.滑块上固定的挡光片发生倾斜 (3)依据图丙计算出滑块的质量为　　 　　g。(结果保留3位有效数字)  解析:(1)该游标卡尺的游标尺是将29 mm长度分成10格,则每格长度为2.9 mm,与主尺上的3 mm 长度相差0.1 mm,则精确度为0.1 mm;读数为1 cm+0.1 mm×5=1.05 cm。 (2)根据牛顿第二定律a=知,加速度和合外力成正比,a-F图像应该是过原点的一条直线。图丁不是过原点的一条直线,形成原因可能是绘制a-F图像时,将砝码盘中的砝码所受重力作为合力F,没有考虑砝码盘(质量5 g)本身的质量,使得实际的合力比绘制a-F图像时的合力偏大,故选B。 (3)设滑块的质量是M,砝码盘质量为m0,砝码的质量为m,细线上的拉力为T,根据牛顿第二定律,对砝码盘及砝码有(m+m0)g-T=(m+m0)a, 对滑块有T=Ma, 可得加速度a=+, 即图线斜率为, 有=≈4.48 kg-1, 变形为m+m0+M=0.223 kg=223 g, 由题知当F=25×10-2N时,即5个砝码全部转移到砝码盘,这时砝码盘及砝码的质量m+m0=30 g,所以滑块的质量M=193 g。 答案:(1)0.1　1.05　(2)B　(3)193 (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受到的总重力。 (3)由实验数据作出a-F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] (2021·天津一模)如图甲是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。 (1)关于这个实验,下列说法正确的是　　　。(多选)  A.调整滑轮高度,使细线与木板平行 B.砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量 C.电火花计时器和电磁打点计时器所用电源的电压和频率完全相同,但用电火花计时器能减小实验误差 D.保持砝码盘和砝码总质量不变,不断改变小车质量,就可以探究加速度与力的关系 (2)小明根据实验测量结果作出的a-F图像如图乙所示,图线不过坐标原点,这是因为他实验中遗漏了一个重要步骤,即　　　　　　;调整正确后,他作出的a-F图像如图丙所示,图线末端明显偏离直线,如果已知小车质量为M,某次对应砝码盘和砝码的总质量为m,重力加速度为g,则图中a2的表达式应为a2=　　　　　　(用M、m和g表示)。  解析:(1)调整滑轮高度,使细线与木板平行,以保证细线的拉力等于小车受到的合外力,A正确;砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量,以保证细线的拉力基本等于砝码和砝码盘受到的总重力,B正确;电火花计时器用220 V交流电源,而电磁打点计