牛顿第二定律相关实验-2023-2024学年学考冲刺讲义

牛顿第二定律相关实验 【知识梳理】 一．实验器材 小车、砝码、小桶、砂、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平． 二．实验原理 实验的基本思想——控制变量法 1．保持研究对象即小车的质量不变，改变小桶内砂的质量，即改变作用力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力． 2．保持小桶中砂的质量不变，即保持作用力不变，改变研究对象的质量，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比于质量． 三．实验方案的设计 1．三个物理量的测量方法——近似法 放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动(装置如图所示) (1)小车质量的测量 利用天平测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量． (2)拉力的测量 当小桶和砂的质量远小于小车的质量时，可以认为小桶和砂的重力近似等于对小车的拉力，即F≈mg. (3)加速度的测量：逐差法． 2．实验数据的处理方法——图象法、“化曲为直”法 (1)研究加速度a和力F的关系 以加速度a为纵坐标，以力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如图所示，若图象是一条通过原点的直线，就能说明a与F成正比． (2)研究加速度a与物体质量m的关系 如图甲所示，因为a－m图象是曲线，检查a－m图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难．若a和m成反比，则a与必成正比．我们采用“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以为横坐标，作出a－图象，若a－图象是一条过原点的直线，如图乙所示，说明a与成正比，即a与m成反比． 四．实验步骤 1．用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来． 2．按图所示的装置把实验器材安装好． 3．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，多次移动木块位置，直到轻推小车，使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止． 4．在小桶里放入适量的砂，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，并记录下来．接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带． 5．保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4再做5次实验． 6．在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格的相应位置． 7.用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的a－F图象，从而得出a－F的关系． 8．保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，并设计表格如下．根据实验结果画出小车运动的a－图象，从而得出a－M的关系. 9.整理实验器材，结束实验． 五．注意事项 1．实验中应先接通电源后释放小车． 2．在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源．用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡． 3．改变砂的质量过程中，要始终保证砂桶(包括砂)的质量远小于小车的质量． 4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能地分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去． 【冲刺练习】 一、实验题 1．（2022·浙江学业考试）如图所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置图。 （1）某同学按图乙装配，请指出两处装配有误的地方 ； 。 （2）有关本实验的安装要求及操作细节，正确的是 。 A．此实验必须把没有滑轮的一端垫高以“平衡摩擦力” B．为了让实验效果更好一些，钩码重量越大越好 C．实验时应先释放小车，再接通打点计时器的电源 D．实验中牵引小车的细线不用与木板表面平行 （3）某次实验后得到的纸带如图丙所示，每隔4个点取一个计数点，交流电的频率为50Hz，则小车运动过程中的加速度a＝ m/s2（保留两位小数）。 2．（2021·浙江学业考试）小明用如图甲所示的装置进行“探究加速度与力、质量的关系”实验。 ①关于该实验，以下说法正确的是 A．细线应跟长木板平行 B．槽码质量m应该远小于小车和钩码的总质量M C．实验中应适当调整长木板的倾斜度，以补偿小车受到的阻力 D．本实验不需要补偿小车受到的阻力，因为阻力是恒定不变的 ②实验中得到一条如图乙所示的纸带，点A、B、C是纸带上3个计数点（每打5个点取一个计数点）。已知打点计时器电源频率为50Hz，打B点时小车的速度大小是 m/s。（计算结果保留两位有效数字） 3．（2023·辽宁模拟）某同学用如图所示装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验。 （1） 关于实验的要点，下列说法正确的是 。 A．每次改变小车质量时，应重新补偿阻力 B．补偿阻力时，应将悬挂重物的细线系在小车