高中物理34第4讲实验四验证牛顿运动定律

单击此处编辑母版文本样式,基本实验要求,实验热点聚焦,拓展创新实验,随堂基础演练,第,4,讲实验四验证牛顿运动定律,误差分析,1,因,实验原理不完善引起的误差,本实验用小盘和砝码的总重力,mg,代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力,2,摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差,注意事项,1,实验方法：,控,制变量法,2,平衡摩擦力：,在,平衡摩擦力时，不要悬挂小盘，但小车应连着纸带且接通电源用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡,3,不重复平衡摩擦力：,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,4,实验条件：,m,m,只,有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力,5,一先一后一按：,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，后放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车,6,作图：,作图,时两轴标度比例要适当各量须采用国际单位这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些,热点对实验过程及实验数据处理的考查,【,典例,1,】,(2012,大纲全国卷，,23),如,图,3-4-1,为验证牛顿第二定律的实验装,置示意图图中打点计时器的电源,为,50 Hz,的交流电源，打点的时间间,隔用,t,表示在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来探究,“,在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系,”,图,3-4-1,(1),完成下列实验步骤中的填空：,平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列,_,的点,按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码,打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量,m,.,按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤,.,在每条纸带上清晰的部分，每,5,个间隔标注一个计数点测量相邻计数点的间距,s,1,，,s,2,，,.,求出与不同,m,相对应的加速度,a,.,(2),完成下列填空：,本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是,_,设纸带上三个相邻计数点的间距分别为,s,1,、,s,2,和,s,3,.,a,可用,s,1,、,s,3,和,t,表示为,a,_.,图,3-4-2,为用米尺测量某一纸带上的,s,1,、,s,3,的情况，由图可读出,s,1,_ mm,，,s,3,_ mm,，由此求得加速度的大小,a,_ m/s,2,.,图,3-4-2,图,3-4-3,为所得实验图线的示意图设图中直线的斜率为,k,，在纵轴上的截距为,b,，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为,_,，小车的质量为,_,图,3-4-3,【,变式跟踪,1,】,某,同学设计了一个探究小车的加速度,a,与小车所受拉力,F,及质量,m,关系的实验，图,3-4-4(a),为实验装置简图,(,所用交流电的频率为,50 Hz),图,3-4-4,(1),为了研究加速度和质量的关系，在实验中必须采用控制变量法，应保持,_,不变，用砂桶及砂所受的重力作为,_,，图,(b),为某次实验得到的纸带，实验数据如图，图中相邻计数点之间还有,4,个点未画出，根据纸带可求出小车的加速度大小为,_ m/s,2,.(,保留三位有效数字,),(2),在本次实验中，实验小组通过改变小车质量共做了,8,组实验，得到下表所示的实验数据，通过分析表中数据，你得出的结论是：,_.,实验序号,1,2,3,4,5,6,7,8,小车加速度,a,/(m,s,2,),0.633,0.572,0.497,0.418,0.332,0.250,0.167,0.101,小车质量,m,/kg,0.25,0.29,0.33,0.40,0.50,0.71,1.00,1.67,现需通过图象进一步验证你的结论，,可利用表格数据作图，应在坐标纸,中画出,_,图线,(3),在某次实验中为研究加速度和力,的关系，根据测得的多组数据可画,出,aF,关系图线，如图,3-4-5,所示此图线的,AB,段明显偏离直,线，造成此误差的主要原因是,(,),A,小车与木板之间存在摩擦,B,木板保持了水平状态,C,所挂砂桶及砂的总质量太大,D,所用小车的质量太大,图,3-4-5,【,典例,2,】,如,图,3-4-6,所示为某,同学探究加速度与力和质,量关系的实验装置，两个,相同质量的小车放在光滑水平板上，前端各系一条细绳，绳的一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可放砝码两小车后端各系一条细绳，一起被夹子夹着使小车静止打开夹子，两小车同时开始运动；关上夹子，两小车同时停下来，用刻度尺测出两小车的位移，下表是该同学在几次实验中记录的数据,图,3-4-6,实验,次数,车,号,小车质,量,(g),小盘质,量,(g),车中砝,码质量,(g),盘中砝码,质量,(g),小车位,移,(cm),1,甲,50,10,0,0,15,乙,50,10,0,10,30,2,甲,50,10,0,10,27.5,乙,50,10,50,10,14,3,甲,50,10,0,0,18,乙,50,10,10,10,请回答下述问题：,(1),在每一次实验中，甲、乙两车的位移之比等于,_,之比，请简要说明实验原理：,_,；,(2),第一次实验控制了,_,不变，在实验误差允许范围内可得出的结论是,_,；,(3),第二次实验控制了,_,不变，在实验误差允许范围内可得出的结论是,_,；,(4),第三次实验时，该同学先测量了甲车的位移，再根据前两次实验结论，计算出乙车应该发生的位移，然后再测量了乙车的位移，结果他高兴地发现，理论的预言与实际符合得相当好请问，他计算出的乙车位移应该是,_,答案,(1),加,速度见解析,(2),小车质量小车加速度与拉力成正比,(3),小车所受拉力小车加速度与质量成反比,(4)30 cm,【,变式跟踪,2,】,(2013,苏北四市调研,),某实验小组利用如图,3-4-7,甲所示的气垫导轨实验装置来探究合力一定时，物体的加速度与质量之间的关系,(1),做实验时，将滑块从图甲所示位置由静止释放，由数字计时器,(,图中未画出,),可读出遮光条通过光电门,1,、,2,的时间分别为,t,1,、,t,2,；用刻度尺测得两个光电门中心之间的距离,x,，用游标卡尺测得遮光条宽度,d,，则滑块经过光电门,1,时的速度表达式,v,1,_,；经过光电门,2,时的速度表达式,v,2,_.,滑块加速度的表达式,a,_.(,以上表达式均用已知字母表示,),如图乙所示，若用,20,分度的游标卡尺测量遮光条的宽度，其读数为,_mm.,图,3-4-7,(2),(,多选,),为了保持滑块所受的合力不变，可改变滑块质量,M,和气垫导轨右端高度,h,(,见图甲,),关于,“,改变滑块质量,M,和气垫导轨右端的高度,h,”,的正确操作方法是,_,A,M,增大时，,h,增大，以保持二者乘积增大,B,M,增大时，,h,减小，以保持二者乘积不变,C,M,减小时，,h,增大，以保持二者乘积不变,D,M,减小时，,h,减小，以保持二者乘积减小,预测高考命题视角,以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性、设计性等特点,见,Word,版活页训练,