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1、第三节实验 验证牛顿运动定律【考点知识梳理】实验目的：1、学会用控制变量法验证牛顿第二定律2、掌握利用图像处理实验数据的方法实验原理：控制变量法研究力质量加速度三者之间的关系。实验器材：小车，砝码，小桶，砂，细线，附有定滑轮的长木板，垫块，打点计时器，电源，导线两根，纸带，托盘天平及砝码，米尺。【考点知识解读】一、实验原理1如图 3-3-1 所示装置，保持小车质量M不变，改变小桶内砂的质量m，从而改变细线对小车的牵引力F(当mM时，F=mg近似成立)，测出小车的对应加速度a，由多组 a、F 数据作出加速度和力的关系a-F 图线，验证加速度是否与外力成正比.2保持小桶和砂的质量不变，在小车上加减
2、砝码，改变小车的质量M，测出小车的对应加速度a，由多组a、M数据作出加速度和质量倒数的关系a-M-1图线，验证加速度是否与质量成反比.二、实验步骤1用调整好的天平测出小车和小桶的质量M 和 m，把数据记录下来.2按如图装置把实验器材安装好，只是不把挂小桶用的细线系在小车上，即不给小车加牵引力.3平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫块，反复移动垫块的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态（可以从纸带上打的点是否均匀来判断）.4在小车上加放砝码，小桶里放入适量的砂，把砝码和砂的质量M 和m 记录下来.把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带
3、上打下一系列点，取下纸带，在纸带上写上编号.5保持小车的质量不变，改变砂的质量（要用天平称量），按步骤4 再做 5 次实验.6算出每条纸带对应的加速度的值.7用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F，即砂和桶的总重力(m+m)g，根据实验结果在坐标平面上描出相应的点，作图线.若图线为一条过原点的直线，就证明了研究对象质量不变时其加速度与它所受作用力成正比.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，并做好记录，求出相应的加速度，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车和车内砝码总质量的倒数MM1，在坐标平面上根据实验结果描出相应的点并作图线，若图线为一条过原点的直线，就证明了研究对
4、象所受作用力不变时其加速度与它的质量成反比.二、实验中的注意事项1砂和小桶的总质量要远远小于小车和砝码的总质量.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.用手给小车一个初速度，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 4 页 -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作图时应该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对称地分布在直线的两侧，但如遇个别特别偏离的点可舍去.三、实验中的误差分析1、质量的测量误差，纸带上打点计时器间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差.2、因实验原
5、理不完善造成误差：本实验中用重物的重力代替小车受到的拉力（实际上受到的拉力要小于重物的重力），存在系统误差.重物的质量越接近小车的质量，误差越大，反之，重物的质量越小于小车的质量，误差就越小.3、平衡摩擦力不准造成误差.：【例题】现要验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一物理规律.给定的器材如下：一倾角可以调节的长斜面（如图 3-3-4）、小车、计时器一个、米尺.（）填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤（不考虑摩擦力的影响）：小车自斜面上方一固定点1从静止开始下滑至斜面底端2，记下所用的时间t 用米尺测量1与2之间的距离s，则小车的加速度a_.用米尺1相对于2的高h
6、.设小车所受重力为mg，则小车所受的合外力_.改变 _，重复上述测量.以 h 为横坐标，2/1 t为纵坐标，根据实验数据作用作图.如能得到一条过原点的直线，则可以验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律.（）在探究如何消除上述实验中摩擦阻力影响的过程中，某同学设计的方案是：调节斜面倾角，使小车在斜面上匀速下滑.测量此时1点相对于斜面底端2的高度ho.进行（1）中的各项测量.计算与作图时用（hho）代替 h.对此方案有以下几种评论意见：、方案正确可行、方案的理论依据正确，但利用所给的器材无法确定小车在斜面上是否做匀速运动.、方案的理论依据有问题，小车所受摩擦力与斜面倾
7、角有关.其中合理的意见是_.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 4 页 -实战演练提升1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2(2010 江苏单科)为了探究受到空气阻力时，物
8、体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置(如图所示)实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力(1)往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车_(选填“之前”或“之后”)接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点(2)从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t 与速度 v 的数据如下表：时间 t/s00.501.001.502.002.50 速度 v/(m s1)0.120.190.230.260.280.29 请根据实验数据作出小车的v-t 图象(3)通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加
9、，小车所受的空气阻力将变大你是否同意他的观点？请根据v-t 图象简要阐述理由3(2008 宁夏理综)物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数实验装置如图所示，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接.打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz.开始实验时，在托盘中放入适量砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 4 页 -(1)下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分，0、1、2、3、4、5、6、7 是计数点，每相邻两计数点间还有4 个打点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示根据图中数据计算的加速度 a_(保留三位有效数字)(2)回答下列两个问题：为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有_(填入所选物理量前的字母)A木板的长度lB木板的质量m1C滑块的质量m2D托盘和砝码的总质量m3E滑块运动的时间t测量中所选定的物理量时需要的实验器材是_(3)滑块与木板间的动摩擦因数 _(用被测物理量的字母表示，重力加速度为g)与真实值相比，测量的动摩擦因数_(填“偏大”或“偏小”)写出支持你的看法的一个论据：_.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 4 页 -