第四章 专题强化 实验：验证牛顿第二定律-2022-2023学年高一新教材物理必修第一册【步步高】学习笔记（人教版）津鲁琼云晋皖黑吉桂贵粤辽渝鄂冀湘甘赣豫新青藏宁蒙陕

实验：验证牛顿第二定律 [学习目标]　1.进一步理解探究加速度与力、质量的关系的实验方法.2.会利用牛顿第二定律分析实验数据和实验误差． 在“验证牛顿第二定律”实验中需注意以下几个方面： 1．补偿阻力：适当垫高木板的右端，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，在补偿阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车拉着纸带匀速运动． 2．不重复补偿阻力． 3．实验条件：小车的质量m远大于槽码的质量m′. 4．一先一后一按：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，后释放小车，且应在小车到达定滑轮前按住小车． 5．作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能均匀分布在所作直线两侧． 6．作图时两轴标度比例要选择适当．各量需采用国际单位． 例1　某实验小组利用如图甲所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．在调节木板倾斜度来补偿木块受到的阻力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上 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________(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)木块和木块上砝码的总质量． (3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套如图甲所示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有补偿阻力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图乙中甲、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．(均选填“大于”“小于”或“等于”) 答案　(1)AD　(2)远小于　(3)小于　大于 解析　(1)实验中细绳要保持与长木板平行，A项正确；补偿阻力时不能将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上，B项错误；实验时应先接通打点计时器的电源再放开木块，C项错误；通过增减木块上的砝码改变质量时不需要重新补偿阻力，D项正确． (2)由整体法和隔离法得到细绳中的拉力F＝Ma＝M＝mg，可知，当砝码桶及桶内砝码的总质量m远小于木块和木块上砝码的总质量M时，可得F≈mg. (3)没有补偿阻力，则F－μmg＝ma，a＝－μg，a－F图像的斜率表示，则斜率大的木块的质量小，纵轴截距绝对值大的动摩擦因数大，因此m甲小于m乙，μ甲大于μ乙． 例2　某同学用如图所示的实验装置“验证牛顿第二定律”，请回答下列有关此实验的问题： (1)该同学在实验前准备了图中所示的实验装置及下列辅助器材： A．交变电源、导线 B．天平(含配套砝码) C．秒表 D．刻度尺 E．细线、砂和小砂桶 其中不必要的器材是________(填字母代号) (2)打点计时器在小车拖动的纸带上打下一系列点迹，以此记录小车的运动情况，其中一部分纸带上的点迹情况如图甲所示，已知打点计时器打点的时间间隔为0.02 s，测得A点到B、C点的距离分别为x1＝5.99 cm、x2＝13.59 cm，则在打下点迹B时，小车运动的速度vB＝________ m/s；小车做匀加速直线运动的加速度a＝________ m/s2.(结果均保留三位有效数字) (3)在“探究质量一定，加速度a与合外力F的关系”时，某学生根据实验数据作出了如图乙所示的a－F图像，其中图线不过原点的原因是______________________________________ _______________________________________________________________________________； 图线在末端弯曲的原因是_________________________________________________________ ______________________________________________________________________________. 答案　(1)C　(2)0.680　1.61　(3)补偿阻力过度　砂和小砂桶的总质量m不远小于小车和砝码的总质量M 解析　(1)由于打点计时器就是一个计时装置，所以不需要秒表． (2)由题图甲知T＝0.1 s，匀变速直线运动某段位移的平均速度等于该段位移中间时刻的瞬时速度，vB＝≈0.680 m/s，由Δx＝aT2知，(x2－x1)－x1＝aT2，解得a＝，代入数据解得a＝1.61 m/s2. (3)由题图乙知，当F＝0时，a≠0，说明重