《验证牛顿第二定律》

重点专题复习验证牛顿第二定律【重点知识提示】 1实验目的、原理 实验目的验证牛顿第二定律，即物体的质量一定时，加速度与作用力成正比；作用力一定时，加速度与质量成反比实验原理：利用砂及砂桶通过细线牵引小车做加速运动的方法，采用控制变量法研究上述两组关系如图46所示，通过适当的调节，使小车所受的阻力忽略，当M和优做加速运动时，可以得到 当Mm时，可近似认为小车所受的拉力T等于mg 本实验第一部分保持小车的质量不变，改变m的大小，测出相应的a，验证a与F的关系；第二部分保持m不变，改变M的大小，测出小车运动的加速度a，验证a与M的关系 2实验器材 打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木板，小桶，细绳，砂，低压交流电源，两根导线，天平，刻度尺，砝码 3实验步骤及器材调整 (1)用天平测出小车和小桶的质量M和 m，把数值记录下来 (2)按图47所示把实验器材安装好 (3)平衡摩擦力：在长木板的不带滑轮的 一端下面垫上一块薄木板，反复移动其位置， 直至不挂砂桶的小车刚好在斜面上保持匀速 运动为止 (4)将砂桶通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，使小车运动，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带，并在纸带上标上号码 (5)保持小车的质量不变，改变砂桶中的砂量重复步骤(4)，每次记录必须在相应的纸带上做上标记，列表格将记录的数据填写在表内 (6)建立坐标系，用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，在坐标系上描点，画出相应的图线以验证倪与F的关系 (7)保持砂及小桶的质量不变，改变小车的质量(在小车上增减砝码)，重复上述步骤(5)、(6)验证a与M的关系 4注意事项 (1)在本实验中，必须平衡摩擦力，方法是将长木板的一端垫起，而垫起的位置要恰当在位置确定以后，不能再更换倾角 (2)改变m和M的大小时，每次小车开始释放时应尽量靠近打点计时器，而且先通电再放小车 (3)每次利用纸带确定a时，应求解其平均加速度 5数据处理及误差分析 (1)该实验原理中T=，可见要在每次实验中均要求Mm，只有这样，才能使牵引小车的牵引力近似等于砂及砂桶的重力 (2)在平衡摩擦力时，垫起的物体的位置要适当，长木板形成的倾角既不能太大也不能太小，同时每次改变M时，不再重复平衡摩擦力 (3)在验证a与M的关系时，作图时应将横轴用lM表示，这样才能使图象更直观 【典型范例导析】 【例1】 在验证牛顿第二定律的实验中，在研究作用力一定时加速度与质量成反比的结论时，下列说法中错误的是 ( ) A平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上 B每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力 C实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源 D小车运动的加速度，可从天平测出装砂小桶和砂的质量m及小车质量M，直接用公式a=求出(mm Bc和d则没有把握好实验条件Mm Ca同学长木板的倾角太小，而b同学长木板角度太大 Da、b、c三同学中，c同学较好地完成了平衡摩擦力的操作 3用斜面、小车、砂桶、砝码等器材做验证牛顿第二定律的实验，如图411为实验中打出的一条纸带，相邻记数点的时间间隔为T，且间距s1、s2、s6已量出： (1)请写出三个不同的计算加速度的表达式； (2)如图412是某同学根据测量的数据画出的a一F图线，表明实验的问题是 4某同学在做“当外力一定时，加速度和质量的关系”的实验时，得到如图413表格中的实验数据： (1)请用图象来处理这些数据； (2)根据作出的图象，可以得到小车受到的外力F=_N 5验证牛顿第二定律的实验对象是_ (1)如图414为小车质量不变实验所得a一F图象，从图象上可以看到直线不过原点，其原因是_，由图可知，小车质量为_ (2)研究作用力一定，加速度与质量间关系时，不作a一m图线，而用a一1/m图线，其原因是_ 6在验证牛顿第二定律实验中，下面的说法中正确的是 ( ) A平衡摩擦力时，小桶应用细线通过法滑轮系在小车上，但小桶内不能装砂 B实验中应始终保持小车和砝码的质量远大于砂和小桶的质量 C实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上，即可证明加速度与质量成反比 D平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力 7关于验证牛顿第二定律的实验，下列说法中符合实际的是_。A通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系B通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系C通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系D先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出速度、力、质量三者之间的关系8本实验中，以下说法正确的是_。A平衡摩擦力时，小桶应用细线通过定滑轮系在小车上，但小桶内不能装砂B实验中应始终保持小车和砝码的质量远远大于砂和小桶的质量C实验中如果用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比D平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力9在做“验证第二运动定律的实验”时，首先要细心地调整装置，以使小车做匀速运动，然后才进行实验，这样做的目的何在：A平衡摩擦力 B。方便实验 C.减小摩擦力 D.增大阻力4小车所受的拉力等于砂和桶的总重力相比A.小于重力，因为砂桶处于失重状态 ； B.大于重力，因为砂桶处于超重状态。C.等于重力因为砂桶处于平衡状态。 D.都有可能。10在做验证牛顿第二运动定律的实验时，某学生将实验装置如图1-9安装，准备接通电源后开始做实验，但他的装置图中有两个明显的错误：（1）_；（2）_11做“验证牛顿第二定律”实验时，按实验要求装置好器材后，应按一定的步骤进行实验，下列给出供选择的操作步骤。A保持小桶和砂的质量不变，在小车里加砝码，测出加速度，重复几次B保持小车质量不变，改变小桶里砂子的质量，测出加速度，重复几次C用天平测出小车和砂子的质量D在长木板没有定滑轮的一端垫上厚度合适的垫木，平衡摩擦力F用秒表测出小车运动的时间G将装有砂子的小桶用细线通过定滑轮系到小车上，接通电源，释放小车，在纸带上打出一系列的点以上步骤中，不必要的步骤是_，正确步骤的合理顺序是_（填写代表字母）。12用打点计时器记录纸带运动的时间，计时器所用的电源的频率为50Hz。图1-10为做匀变速直线运动的小车带动的纸带上记录的一些点，在每相邻的两个点中间都有四个点未画出，按时间顺序取0、1、2、3、4、5六个点，用米尺量出1、2、3、4、5点到0点的距离分别是（单位：cm）：8.78，16.08，21.87，26.16，28.94。由此测出小车加速度的大小为_ms2，方向_。13. 在图47的验证牛顿第二定律实验中，如果砂和砂桶的质量比较大，你如何验证牛顿第二定律？我的的思路是：_.重点专题复习验证牛顿第二定律答案 1O71kg(小车质量研由a-F图线的倒数确定) 2A、B、C、D(图线为直线，表明M研；a-F图线与F交于原点右侧表明f平衡不够，a-F图线与a交于原点上方，表明f平衡过甚；a-F图线过原点，表明f平衡恰当)3(1)；(2)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够4(1)首先计算出每组的1/m值，再作a一1/m图象，如图415；(2)F=12N 5小车 (1)未平衡摩擦力或不够，kg (2)a一1/m图线是直线便于观察 6B、D(Mm是为了减小系统误差平衡摩擦力时必须将小车后面的纸带连好)