实验四验证牛顿运动定律

栏目导引,知能优化演练,创新实验评析,经典例题展示,基础理论储备,第三章牛顿运动定律,实验四验证牛顿运动定律,第三章牛顿运动定律,实验目的,1,学会用控制变量法研究物理规律,2,验证牛顿运动定律,3,掌握利用图象处理数据的方法,实验原理,探究加速度,a,与力,F,及质量,M,的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量,小车的质量,M,不变，讨论加速度,a,与力,F,的关系，再控制砝码和小盘的质量不变，即力,F,不变，改变小车质量,M,，讨论加速度,a,与,M,的关系,实验器材,打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平,(,带有一套砝码,),、刻度尺,实验步骤,1,用天平测量小盘的质量,m,0,和小车的质量,M,0,.,2,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：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，反复移动薄木块的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态，这时小车拖着纸带运动时受到的摩擦力恰好与小车所受重力在斜面方向上的分力平衡,4,把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小盘,小盘里放砝码,先接通电源再放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列的点,.,计算小盘和砝码的重力,在小盘和砝码的质量远小于小车质量的条件下，可以认为等于小车所受的合外力，由纸带计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度填入表,(,一,),中,5,改变小盘内砝码的个数，重复步骤,4,，并多做几次,6,保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带计算砝码和小车的总质量,M,，并由纸带计算出小车对应的加速度,7,改变小车上砝码的个数，重复步骤,6,，并将所对应的质量和加速度填入表,(,二,),中,表,(,一,),实验次数,1,2,3,4,5,a,/(ms,2,),小车受力,F,/N,表,(,二,),实验次数,1,2,3,4,5,a,/(ms,2,),小车、砝码总,质量,M,/kg,1/,M,(kg,1,),数据处理,1,由表,(,一,),数据画出,a,F,关系图象如图甲所示,通过,a,F,关系图象，我们可以得出小车的加速度,a,与力,F,成,正比,2,摩擦力平衡不准确造成误差，在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的均与正式实验一样,(,比如要挂好纸带、接通打点计时器,),，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各相邻两点间的距离相等,3,质量的测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差、细绳或纸带不与木板平行等都会引起误差,注意事项,1,平衡摩擦力,在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，即不要给小车加任何牵引力,且要让小车拖着纸带匀速运动,整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量,都不需要重新平衡摩擦力,.,2,实验条件,每条纸带都必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力,3,一先一后一按住,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，再放开小车，且应在小车到达定滑轮前按住小车,4,作图,作图时，两坐标轴的比例要适当，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称地分布在所作直线两侧,拓展创新,本实验中可以用气垫导轨来代替长木板，这样就省去了平衡小车摩擦力的麻烦，小车的加速度也可以利用传感器，借助于计算机来处理,对实验条件与实验操作的考查,(2013,高考天津卷,),某实验小组利用图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,),AD,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,_,木块和木块上砝码的总质量,(,填,“,远大于,”,、,“,远小于,”,或,“,近似等于,”,),(3),甲、乙两同学在同一实验室,各取一套图,示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,甲,、,乙,，由图可知，,m,甲,_ m,乙,，,甲,_,乙,(,填,“,大于,”,、,“,小于,”,或,“,等于,”,),远小于,小于,大于,对数据处理与误差分析的考查,甲同学设计了一个,“,探究加速度,a,与物体所受合力,F,及质量,m,的关系,”,实验如图为实验装置简图,A,为小车，,B,为电火花计时器,(,其接,50 Hz,的交流电,),C,为装有砝码的小盘,D,为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车的拉力,F,等于砝码和小盘的总重力，小车运动的加速度,a,可用纸带上的打点求得,(1),下图为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为,_m/s,2,.(,结果保留两位有效数字,),3.2,(2),在,“,探究加速度与质量的关系,”,时，保持砝码和小盘质量不变，改变小车质量,m,，分别得到小车加速度,a,与质量,m,的数据如下表：,实验次数,1,2,3,4,5,6,7,8,9,小车加速度,a,/(ms,2,),1.98,1.72,1.48,1.25,1.00,0.75,0.48,0.50,0.30,小车质量,m,/kg,0.25,0.29,0.33,0.40,0.50,0.71,0.75,1.00,1.67,根据上表数据，为直观反映,F,不变时,a,与,m,的关系，请在下图的方格坐标纸中选择恰当物理量建立坐标系，并作出图线,(,如有需要，可利用上表中的空格数据,),答案：,见解析图,(3),乙同学在,“,探究加速度与力的关系,”,时,保持小车的质量不变，改变小盘中砝码的质,量，根据实验数据在坐标纸上画出,a,F,关系,的点迹,(,如图所示,),经过分析，发现存在一,些问题，产生的主要原因可能是,(,),A,轨道与水平方向夹角太大,B,轨道保持了水平状态，没有平衡摩擦力,C,所挂钩码的总质量太大，造成上部点迹有向下弯曲趋势,D,所用小车的质量太大，造成上部点迹有向下弯曲趋势,BC,(3),图线直线部分没有过原点，说明,F,达到一定值时物体才开始运动产生的主要原因可能是轨道保持了水平状态,没有平衡摩擦力，选项,A,错误，,B,正确图线上部弯曲产生的主要原因是所挂钩码的总质量太大，造成上部点迹有向下弯曲趋势，选项,C,正确，,D,错误,范例,如图所示的实验装置可以,“,探究加速度与力、质量的关系,”,，小车上固定一个盒子，盒子内盛有砂子砂桶的总质量,(,包括桶以及桶内砂子质量,),记为,m,，小车的总质量,(,包括车、盒子及盒内砂子质量,),记为,M,.,(1),验证在质量不变的情况下，加速度与合力成正比,.,从盒子中取出一些砂子，装入砂桶中，称量并记录砂桶的总重力,mg,将该力视为合力,F,对应的加速度,a,则从打下的纸带中计算得出,.,多次改变合力,F,的大小，每次都会得到一个相应的加速度,.,本次实验中，桶内的砂子取自小车中，故系统的总质量不变以合力,F,为横轴，以加速度,a,为纵轴，画出,a,F,图象，图象是一条过原点的直线,a,F,图象斜率的物理意义是,_.,你认为把砂桶的总重力,mg,当做合力,F,是否合理？,答：,_.(,选填,“,合理,”,或,“,不合理,”,),本次实验中，是否应该满足,M,m,这样的条件？,答：,_(,选填,“,是,”,或,“,否,”,),；,理由是,_,(2),验证在合力不变的情况下，加速度与质量成反比保持桶内砂子质量,m,不变，在盒子内添加或去掉一些砂子，,验证加速度与质量的关系本次实验中，桶内的砂子总质量不变，故系统所受的合力不变用图象法处理数据时，以加速度,a,为纵轴，应该以,_,的倒数为横轴,合理,否,因为实验的研究对象是整个系统，系统受到的合力就等于,mg,M,m,思路点拨,将研究对象小车转移为小车与砂桶组成的系统进行研究,点评,(1),该实验的创新点是研究对象的变化，即以小车和砂桶组成的系统为研究对象,使实验原理更加完善,减小了系统误差,(2),由于系统所受合力,F,mg,，因此,a,F,图象为直线，不发生弯曲,本部分内容讲解结束,按,ESC,键退出全屏播放,