第3章 第3讲 实验：验证牛顿运动定律（Word教参）-【创新方案】2024高考物理一轮复习（老教材 新高考）

第三讲　实验：验证牛顿运动定律 [把握经典实验方案] 一、基本原理与操作 原理装置图 探究方法——控制变量法 操作要领 (1)平衡：必须平衡摩擦力(改变小车或重物质量，无需重新平衡摩擦力) (2)质量：重物的总质量远小于小车质量(若使用力传感器，或以小车与重物的系统为研究对象无需满足此要求) (3)要测量的物理量：①小车与其上砝码的总质量(天平)；②小车受到的拉力(约等于重物的重力)；③小车的加速度(根据纸带用逐差法或根据光电门数据计算加速度) (4)其他：细绳与长木板平行；小车从靠近打点计时器的位置释放，在到达定滑轮前按住小车，实验时先接通电源，后释放小车 二、核心关键——数据处理 1．计算加速度 先在纸带上标记计数点，测量各计数点的距离，再利用Δx＝aT2及逐差法求a。 2．作图像长关系 (1)以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，如图甲所示，说明a与F成正比。 (2)以a为纵坐标，为横坐标，描点、连线，如果该线为过原点的直线，如图乙所示，就能判定a与M成反比。 [融通多彩实验方案] 粤教版新教材——探究加速度与力、质量的定量关系 　 实验装置图 [要点解读] 1．用气垫导轨替代长木板做实验，不用再平衡滑块的摩擦力。 2．利用光电门和数字计时器来计算滑块通过光电门的速度。 3．利用小桶内加入橡皮泥来改变滑块所受的合外力。 [归纳共性实验关键] 1．不变的实验原理 利用控制变量法来探究加速度与力、质量的定量关系。 2．必备的实验器材 天平、细绳 3．通用的数据处理方法 (1)利用a-F图线研究a与F的关系。 (2)利用a-图线研究a与M的关系。 4．共同的注意事项 (1)保证细绳与长木板或气垫导轨平行。 (2)满足M≫m，以确保细绳的拉力近似等于悬挂的槽码或小桶和橡皮泥的重力。 5．相近的误差分析思路 (1)偶然误差 ①质量测量及其他数据测量不准确。 ②描点、连线不准确。 (2)系统误差 本实验用槽码或小桶和橡皮泥的重力作为细绳的拉力属于实验原理不完善引起的误差。 考法一　实验原理与操作 1．某实验小组利用图1所示的装置验证牛顿运动定律。 　 (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，各取一套图1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2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2可知，m甲______m乙，μ甲______μ乙(均选填“>”“＝”或“<”)。 解析：(1)实验中细绳要保持与长木板平行，A项正确；平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上，这样无法平衡摩擦力，B项错误；实验时应先接通电源再放开木块，C项错误；平衡摩擦力后，改变木块上的砝码的质量时，不需要重新平衡摩擦力，D项正确。 (2)由整体法和隔离法得到细绳的拉力F＝Ma＝M＝mg，当砝码桶和桶内砝码的质量m远小于木块和木块上砝码的总质量M时，可得F≈mg。 (3)不平衡摩擦力，对于木块有F－μmg＝ma，a＝－μg，图像斜率大的木块质量小，纵轴截距绝对值大的动摩擦因数大，因此m甲＜m乙，μ甲＞μ乙。 答案：(1)AD　(2)远小于　(3)<　> [关键点拨] (1)长木板上滑轮的高度可以调节，以使牵引小车(木块)的细绳与长木板保持平行。 (2)平衡摩擦力：平衡摩擦力时，要调出一个合适的斜面，使小车(木块)的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车(木块)受到的摩擦阻力。此时，不要把悬挂砝码桶的细绳系在小车(木块)上，即不要给小车(木块)加任何牵引力，要让小车(木块)拖着纸带运动。 (3)实验条件：M≫m。只有如此，砝码桶和砝码的总重力mg才可视为小车(木块)受到的拉力。 (4)一先一后：改变拉力和小车(木块)质量后，每次开始时小车(木块)应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后放开小车(木块)，且应在小车(木块)到达滑轮前按住小车(木块)。 (5)如果没有平衡摩擦力，则其a-F图线将不是一条过原点的直线，而是一条与F轴有交点的倾斜直线。 考法二　数据处理和误差分析 2．利用力传感器研