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1、實驗四：驗證牛頓運動定律 知識要點歸納實驗?zāi)康?學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律；2驗證牛頓運動定律；3掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法 實驗原理1驗證牛頓運動定律的實驗依據(jù)是牛頓第二定律，即FMa，當(dāng)研究對象有兩個以上的參量發(fā)生變化時，設(shè)法控制某些參量使之不變，而研究另外兩個參量之間的變化關(guān)系的方法叫控制變量法本實驗中有力F、質(zhì)量M和加速度a三個變量，研究加速度a與F及M的關(guān)系時，先控制質(zhì)量M不變，討論加速度a與力F的關(guān)系；然后再控制力F不變，討論加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系 2實驗中需要測量的物理量和測量方法：小車及砝碼的總質(zhì)量M；用天平測出小車受到的拉力F認為等于托盤和砝碼的總重力m g.小車的加速度a

2、利用紙帶根據(jù)saT2計算 實驗器材打點計時器、紙帶、復(fù)寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、重物、夾子、細繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺 過程分析導(dǎo)引一、實驗步驟1用天平測出小車和砝碼的總質(zhì)量M，小盤和砝碼的總質(zhì)量m，把數(shù)值記錄下來2按如圖341所示把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細繩系在車上，即不給小車施加牽引力 圖341 3平衡摩擦力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一塊木板反復(fù)移動木板的位置，直至小車在斜面上運動時可以保持勻速直線運動狀態(tài)這時，小車拖著紙帶運動時受到的摩擦阻力恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分力平衡4把細繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小盤，先接通電源

3、再放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列的點，打完點后切斷電源，取下紙帶，在紙帶上標(biāo)上紙帶號碼 5保持小車和砝碼的質(zhì)量不變，在小盤里放入適量的砝碼，把小盤和砝碼的總質(zhì)量m 記錄下來，重復(fù)步驟4.在小桶內(nèi)再放入適量砝碼，記錄下小盤和砝碼的總質(zhì)量m ，再重復(fù)步驟4.6重復(fù)步驟5兩次，得到三條紙帶7在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，標(biāo)明計數(shù)點，測量計數(shù)點間的距離，算出每條紙帶上的加速度的值 8用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示作用力F，作用力F的大小等于小盤和砝碼的總重力，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標(biāo)平面上畫出相應(yīng)的點，如果這些點是在一條過原點的直線上，便證明了加速度與作用力成正比9保持小盤和砝碼的質(zhì)量不變

4、，在小車上加砝碼，重復(fù)上面的實驗，用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示小車和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標(biāo)平面上畫出相應(yīng)的點如果這些點是在一條過原點的直線上，就證明了加速度與質(zhì)量成反比 二、注意事項1一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是調(diào)出一個合適的斜面，使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車受的摩擦阻力，在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著打點的紙帶運動2實驗步驟2、3不需要重復(fù)，即整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力 3每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠

5、大于小盤和砝碼的總質(zhì)量的條件下打出只有如此，小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力4改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且應(yīng)在小車到達滑輪前按住小車5作圖象時，要使盡可能多的點分布在所作直線上，不在直線上的點應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè) 6作圖時兩軸標(biāo)度比例要選擇適當(dāng)，各量須采用國際單位這樣作圖線時，坐標(biāo)點間距不至于過密，誤差會小些7為提高測量精度，應(yīng)舍掉紙帶上開頭比較密集的點，在后邊便于測量的地方找一個起點可以把每打五次點的時間作為時間單位，即從開始點起，每五個點標(biāo)出一個計數(shù)點，而相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T0.1 s.三、誤差分析1質(zhì)量的

6、測量誤差，紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差，拉線或紙帶不與木板平行等都會造成誤差 2因?qū)嶒炘聿煌晟圃斐烧`差本實驗中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實際上小車受到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差小盤和砝碼的總質(zhì)量越接近小車的質(zhì)量，誤差就越大；反之，小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，誤差就越小3平衡摩擦力不準(zhǔn)造成誤差在平衡摩擦力時，除了不掛小盤外；其他的都跟正式實驗一樣(比如要掛好紙帶，接通打點計時器)，勻速運動的標(biāo)志是打點計時器打出的紙帶上各點的距離相等 實驗典例精析實驗原理和步驟的考查 在驗證牛頓運動定律的實驗中，采用如圖342所示的實驗裝置，小車及車中的砝碼質(zhì)

7、量用M表示，盤及盤中的砝碼質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶由打點計時器打上的點計算出： 圖342 (1)當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足_時，才可以認為繩子對小車的拉力大小等于盤和砝碼的重力(2)一組同學(xué)在先保持盤及盤中的砝碼質(zhì)量一定，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，以下做法錯誤的是()A平衡摩擦力時，應(yīng)將盤及盤中的砝碼用細繩通過定滑輪系在小車上B每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力C實驗時，先放開小車，再接通打點計時器電源D小車運動的加速度可用天平測出m以及小車質(zhì)量M，直接用公式am g/M求出 (3)做該實驗時，按實驗要求裝置好器材后，應(yīng)按一定的步驟進行實驗，下列給出供選擇的操作步驟：A

8、保持小盤和砝碼的質(zhì)量不變，在小車?yán)锛禹来a，測出加速度，重復(fù)幾次B保持小車質(zhì)量不變，改變小盤里砝碼的質(zhì)量，測出加速度，重復(fù)幾次C用天平測出小車的質(zhì)量D在長木板沒有定滑輪的一端墊上厚度合適的墊木，平衡摩擦力 【解析】(1)驗證牛頓運動定律實驗，為了減小系統(tǒng)誤差，必須滿足m M，才可以認為繩子對小車的拉力大小等于盤和砝碼的重力(2)平衡摩擦力時，不能將盤及盤中的砝碼用細繩通過定滑輪系在小車上，每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力，實驗時，應(yīng)先接通打點計時器電源，再放開小車，小車運動的加速度應(yīng)由打點計時器打出的紙帶求出，選項A、C、D錯誤(3)實驗中不需用秒表測出小車運動的時間，因此F是不必要的

9、步驟，實驗的順序是DCGABE. 【答案】(1)m M(2)ACD(3)FDCGABE【規(guī)律總結(jié)】對探究實驗重點要掌握其原理，引導(dǎo)學(xué)生動手完成實驗，體驗探究的過程是理解原理和掌握步驟的關(guān)鍵 實驗數(shù)據(jù)處理的考查 (2011年福建押題卷)某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在用打點計時器驗證牛頓運動定律的實驗中，不改變拉力，只改變物體的質(zhì)量，得到了如下表所示的幾組數(shù)據(jù)，其中第3組數(shù)據(jù)還未算出加速度，但對應(yīng)該組的紙帶打出了，如圖343所示(長度單位：cm)，圖中各點為每打5個點選出的計數(shù)點(兩計數(shù)點間還有4個點未標(biāo)出). 圖343 實驗序號1 2 3 4 5 6小車質(zhì)量/g 200 300 400 500 600 10

10、00小車加速度/(m/s2) 2.00 1.33 0.79 0.67 0.40小車質(zhì)量倒數(shù)/kg1 5.00 3.33 2.50 2.00 1.67 1.00 (1)請由紙帶上的數(shù)據(jù)，計算出缺少的加速度值并填入表中(小數(shù)點后保留兩位小數(shù))(2)請在如圖344所示坐標(biāo)系中，將表中各組數(shù)據(jù)用小黑點描在坐標(biāo)系上，并作出平滑的圖線圖344 (3)由圖象得出的結(jié)論是：_. (2)在坐標(biāo)紙上描點畫圖如圖345所示(3)在力F一定的情況下，由圖345知運動物體的加速度與物體質(zhì)量的倒數(shù)成正比圖345 【答案】見解析【規(guī)律總結(jié)】本題主要考查實驗數(shù)據(jù)的處理，逐差法是紙帶類問題計算加速度的常用方法，要分清紙帶上兩點

11、間距離的意義及兩點間的時間圖象法是實驗數(shù)據(jù)處理的常用方法，比較直觀形象，做圖時比例選取要適當(dāng)，點不要過密 創(chuàng)新實驗 (2010年高考山東理綜卷)某同學(xué)設(shè)計了如圖346所示的裝置來探究加速度與力的關(guān)系彈簧秤固定在一合適的木板上，桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪，細繩的兩端分別與彈簧秤的掛鉤和礦泉水瓶連接在桌面上畫出兩條平行線MN、PQ，并測出間距d.開始時將木板置于MN處，現(xiàn)緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開始運動為止，記下彈簧秤的示數(shù)F 0，以此表示滑動摩擦力的大小再將木板放回 原處并按住，繼續(xù)向瓶中加水后，記下彈簧秤的示數(shù)F1，然后釋放木板，并用秒表記下木板運動到PQ處的時間t.圖346 (1)木板的加速度可以用d、t表示為a_；為了減小測量加速度的偶然誤差可以采用的方法是(一種即可)_(2)改變瓶中水的質(zhì)量重復(fù)實驗，確定加速度a與彈簧秤示數(shù)F1的關(guān)系下列圖象能表示該同學(xué)實驗結(jié)果的是_圖347 (3)用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，它的優(yōu)點是_a可以改變滑動摩擦力的大小b可以更方便地獲取多組實驗數(shù)據(jù)c可以比較精確地測出摩擦力的大小d可以獲得更大的加速度以提高實驗精度 【規(guī)律總結(jié)】創(chuàng)新實驗一般是實驗裝置的改進，實驗數(shù)據(jù)處理方法和步驟的簡化，理解好實驗原理是完成實驗的前提