1、实验四 验证牛顿运动定律热点一教材原型实验【典例1】某同学用如图甲所示的装置探究“加速度与力和质量的关系”。(1)该实验开始前需要平衡摩擦力,在平衡摩擦力的时候_(选填“需要”或“不需要”)挂砂桶。(2)实验中打出的一条纸带的一部分如图乙所示。纸带上标出了连续的3个计数点A、B、C,相邻计数点之间还有4个点没有标出,打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上,则打点计时器打B点时,小车的速度vB=_m/s。(3)该同学探究“小车的加速度与所受合力的关系”时,通过测量和处理实验数据,得到如图丙所示的a-F图线,发现图线不过坐标原点,请分析其原因是:_,该图线斜率的物理意义是:_ _。【解析】(1
2、)平衡摩擦力的目的是使小车所受合力为绳的拉力,所以不需要挂砂桶;(2)B点的瞬时速度即为AC段的平均速度vB=0.44 m/s;(3)由图象可知,拉力F小于0.1 N时,小车没有加速度,所以未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足(斜面倾角过小),由牛顿第二定律可知,图象斜率为小车质量的倒数。答案:(1)不需要(2)0.44(0.430.45)(3)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足(斜面倾角过小)小车质量的倒数【解题通法】依据实验目的确定实验步骤。(1)若需要拉力作为合力,则需要平衡摩擦力。(2)若需要以砂桶和砂的重力近似等于拉力,则需要砂桶和砂的质量远小于小车质量。热点二创新型实验实验器材改进【典例2】(2
3、019衡水模拟)某学习小组用图甲所示的装置探究加速度与合力的关系。装置中的铝箱下端连接纸带,砂桶中可放置砂子以改变铝箱所受的外力大小,铝箱向上运动的加速度a可由打点计时器和纸带测出,现保持铝箱总质量不变,逐渐增大砂桶和砂的总质量进行多次实验,得到多组a、F值(F为力传感器的示数,等于悬挂滑轮绳子的拉力),不计滑轮的重力。(1)某同学根据实验数据画出了a-F关系图线如图乙所示,则由该图象可得铝箱总质量m=_,重力加速度g=_。(结果保留两位有效数字)(2)当砂桶和砂的总质量M较大导致a较大时,实际得到的加速度a的值可能是_(填选项前的字母)。A.120 m/s2B.10.0 m/s2C.5.0
4、m/s2D.6.0 m/s2【创新点分析】一是实验装置发生了较大的变化;二是力的测量方法变为应用力传感器测量。【解析】(1)对铝箱分析,应有T-mg=ma,对滑轮应有F=2T,联立可解得a=F-g,可知图线的斜率k=,解得m=0.20 kg,纵轴截距-g=-10,解得g=10 m/s2;(2) 对砂桶和砂分析,应有Mg-T=Ma,对滑轮应有F=2T,联立可解得a=g-F,当砂桶和砂的总质量较大时,加速度a 接近g,故实际得到的加速度a1,故=,比实际值偏小。答案:(1)C、D(2)=(3)偏小【创新角度】装置时代化求解智能化1.平衡摩擦力:靠小车重力的下滑分力平衡摩擦力气垫导轨减小摩擦力2.加速度测量方法:通过打点纸带求加速度测定通过的时间,由a=求出加速度小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到
