第3章 实验四 验证牛顿第二定律（教师word）-2023老教材老高考物理【导学教程】新编大一轮总复习（人教版）

实验四　验证牛顿第二定律 [对应学生用书P44] 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aF图象和a图象，确定其关系。 2．实验器材 小车、砝码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺。 3．实验步骤 (1)测量：用天平测量小盘和砝码的质量m′和小车的质量m。 (2)安装：按照如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块，使小车能匀速下滑。 (4)操作：①小盘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，改变小盘和砝码的质量m′，重复步骤①。 ③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a。 ④描点作图，作aF的图象。 ⑤保持小盘和砝码的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a图象。 4．注意事项 (1)平衡摩擦力：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。在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。 (2)不用重复平衡摩擦力。 (3)实验条件：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。 5．误差分析 (1)实验原理不完善：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。 6．数据处理 (1)利用Δx＝aT2及逐差法求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。 [对应学生用书P45] 热点一　原型实验 [例1]　(2021·重庆高三月考)小华利用如图甲所示装置探究力与运动的关系，内装n个质量均为m0的砝码的盒子与砝码盘由绕过光滑定滑轮的细绳相连，纸带与打点计时器的摩擦不计，桌面水平。重力加速度取g＝10 m/s2，电源频率为50 Hz。 (1)轻推盒子后，发现打出的纸带点距相等，然后测得装有砝码的盒子的总质量为m1、砝码盘的质量为m2，则盒子与桌面间的动摩擦因数为________。 (2)将一个砝码由盒子中转移到砝码盘中，无初速度释放盒子，打出的纸带如图乙所示，相邻计数点间还有四个点未画出，其中x1＝7.05 cm、x2＝7.68 cm、x3＝8.33 cm、x4＝8.95 cm、x5＝9.61 cm、x6＝10.26 cm，则盒子运动的加速度为__________ m/s2，上述m0与m1的比值为__________(填数字)。 (3)依次将2个、3个……砝码由盒子中转移至砝码盘中，分别进行实验并求出加速度，利用描点连线法画出加速度a随转移的砝码个数k(k≤n)变化的图象，则图象可能为________。 解析　 (1)纸带点距相等，说明盒子和砝码盘做匀速运动，有μm1g＝m2g，得μ＝； (2)由逐差公式有(x4＋x5＋x6)－(x1＋x2＋x3)＝a(3T)2，由题意知T＝0.1 s，代入数据得a＝0.64 m/s2，根据牛顿第二定律有(m2＋m0)g－μ(m1－m0)g＝(m1＋m2)a，解得m0∶m1＝＝0.064； (3)根据牛顿第二定律有(m2＋km0)g－μ(m1－km0)g＝(m1＋m2)a，解得a＝k，即a与k成正比，因此选A。 答案　(1)　(2)0.64　0.064　(3)A 热点二　创新实验 [例2]　(2021·广州高三月考)伽利略在《两种新科学的对话》一书中，提出猜想：物体沿斜面下滑是一种匀变速直线运动，同时他还用实验验证了该猜想。某小组依据伽利略描述的实验方案，设计了如图所示的装置，探究物体沿斜面下滑是否做匀变速直线运动，实验操作步骤如下： ①让滑块从距离挡板s处由静止沿倾角为θ的斜面下滑，并同时打开装置中的阀门，让水箱中的水流到量筒中； ②当滑块碰到挡板的同时关闭阀门(假设水流均匀稳定)； ③记录下量筒收集的水量V； ④改变s，重复以上操作； ⑤将测得的数据记录在表格中。 次数 1 2 3 4 5 6 s/m 4.50 3.90 3.00 2.10 1.50 0.90 V/mL 90 84 62 52 40 (1)该实验用量筒中收集的水量来表示___________