1、实验四：验证牛顿运动定律实验原理与操作数据处理与分析数据处理1利用xaT2及逐差法求a。2以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比。3以a为纵坐标，为横坐标，描点、连线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与M成反比。误差分析因实验原理不完善引起误差。以小车、小盘和砝码整体为研究对象得mg(Mm)a；以小车为研究对象得FMa；求得Fmgmgmg。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。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
2、纸带匀速运动。2不重复平衡摩擦力3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。4一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。5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。热点一实验原理与实验操作某实验小组利用下图所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)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
3、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。(选填“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，分别得到如图中甲、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
4、知，m甲_m乙，甲_乙。(选填“大于”“小于”或“等于”)解析：(1)在探究加速度与力、质量的关系的实验中，平衡摩擦力时木板不通过定滑轮挂砝码桶，而要挂纸带，并且改变质量时不需要重新平衡摩擦力；在实验时应先接通电源再放开木块，故选项A、D均正确，B、C均错误。(2)选木块(M)、砝码桶及桶内的砝码(m)为研究对象，则mg(Mm)a选砝码桶及桶内的砝码为研究对象则mgFTma联立得：FTmg要使FTmg需要接近于0即Mm(3)对木块由牛顿第二定律得：Fmgma即aFg。由上式与题图结合可知：，甲g乙g。即：m甲乙答案：(1)AD(2)远小于(3)小于大于热点二数据处理与误差分析(2017河北模拟
5、)某同学用图甲所示的实验装置验证牛顿第二定律：(1)通过实验得到如图乙所示的aF图象，造成这一结果的原因是：在平衡摩擦力时木板与水平桌面的夹角_(选填“偏大”或“偏小”)。(2)该同学在平衡摩擦力后进行实验，实际小车在运动过程中所受的拉力_砝码和盘的总重力(填“大于”“小于”或“等于”)，为了便于探究、减小误差，应使小车质量M与砝码和盘的总质量m满足_的条件。(3)该同学得到如图丙所示的纸带。已知打点计时器电源频率为50 Hz。A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点。xxDGxAD_cm。由此可算出小车的加速度a_m/s2。(结果保留两位有效数字)解析：(1)根据所给的a F图象可知，
6、当F0时，小车已经有了加速度a0，所以肯定是在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的倾角偏大造成的。(2)根据牛顿定律，对小车FMa，对砝码和盘mgFma，解得Fmg。只有当Mm时，小车受到的拉力才近似等于mg，从而减少误差。(3)由题图丙可读出xAD2.10 cm，xDG3.90 cm，所以xxDGxAD1.80 cm，根据xat2，解得a5.0 m/s2。答案：(1)偏大(2)小于Mm(3)1.805.0热点三实验原理的改进及实验器材的创新(2013全国新课标理综22题)创新点：1光电计时器代替打点计时器。遮光片结合光电门得初、末速度，由运动学公式求加速度。2运用该装置可以验证牛顿运动定律，该题目
7、则是结合牛顿第二定律，测量两接触面间的动摩擦因数。(2014全国新课标理综22题)创新点：1用传感器与计算机相连，得到小车加速度。2在图象处理数据中，用钩码质量m替代合力F，即用am图象替代aF图象。(2016全国丙卷23)某物理课外小组利用图(a)中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N5个，每个质量均为0.010 kg。实验步骤如下：(1)将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。(2
8、)将n(依次取n1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余Nn个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移x，绘制x t图象，经数据处理后可得到相应的加速度a。(3)对应于不同的n的a值见下表。n2时的x t图象如图(b)所示；由图(b)求出此时小车的加速度(保留2位有效数字)，将结果填入下表。n12345a/(ms2)0.200.580.781.00 (4)利用表中的数据在图(c)中补齐数据点，并作出a n图象。从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。(5)利用a n图象求得小车(空载)的质量
9、为_kg(保留2位有效数字，重力加速度取g9.8 ms2)(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是_(填入正确选项前的标号)Aa n图线不再是直线Ba n图线仍是直线，但该直线不过原点Ca n图线仍是直线，但该直线的斜率变大解析：(3)根据题图(b)可知，当t2.00 s时，位移x0.78 m，由xat2，得加速度a0.39 m/s2。(4)图象如图所示。(5)小车空载时，n5，加速度为a1.00 m/s2。由牛顿第二定律得nm0g(mnm0)a，代入数据得m0.44 kg。(6)若保持木板水平，则小车运动中受到摩擦力的作用，n的数值相同的情况下，加速度a变小，直线的斜率变
10、小。绳的拉力等于摩擦力时，小车才开始运动，图象不过原点，选项B正确。答案：(3)0.39(4)如图所示(5)0.44(6)B1(1)我们已经知道，物体的加速度a同时跟合外力F和质量m两个因素有关。要研究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是_。(2)某同学的实验方案如图所示，她想用砂桶的重力表示小车受到的合外力F，为了减小这种做法带来的实验误差，她先做了两方面的调整措施：a用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是_。b使砂桶的质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于_。(3)该同学利用实验中打出的纸带求加速度时，处理方案有两种：A利用公式a计算；B根据a利用逐差法计算。两种方案中，你认
11、为选择方案_比较合理。解析：要研究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是控制变量法。用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是平衡摩擦力，想用砂桶的重力表示小车受到的合外力F，为了减小这种做法带来的实验误差，应使砂桶的质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于砂桶的重力。利用实验中打出的纸带求加速度时，需要根据a利用逐差法计算，方案B比较合理。答案：(1)控制变量法(2)a.平衡摩擦力b砂桶的重力(3)B2(2017景德镇检测)如图是某同学用来探究“小车的加速度与外力关系”的实验装置，轨道上的B点固定一光电门，将连接小车的细线跨过滑轮系住小钩码，平衡摩擦力后在A点释放小车，测出小车上挡光片
12、通过光电门的时间为t。(1)若挡光片的宽度为d，挡光片前端距光电门的距离为L，则小车的加速度a_。(2)在该实验中，下列操作中正确的是_。A要用天平称量小车质量B每次改变钩码，都不需要测量其质量(或重力)C调节滑轮的高度，使细线与轨道平行D每次小车从A点出发允许有不同的初速度(3)由于挡光片有一定的宽度，则实验中测出的小车加速度值比真实值_。(填“偏大”“相等”或“偏小”)。答案：(1)(2)BC(3)偏大3(2014全国卷新课标22)某同学利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图(b)所示。实验中小车(含发射器)的质量为200 g，实验时选择
13、了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。回答下列问题：(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成_(填“线性”或“非线性”)关系。(2)由图(b)可知，am图线不经过原点，可能的原因是_。(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是_，钩码的质量应满足的条件是_。解析：这是探究牛顿第二定律的实验，即(2)是探究小车加速度与钩码质量的关系，所以该实验必须平衡摩擦力，并且要保证钩码的质量远小于小车的质量。(1)由图象可知小车的加速度与钩码的质量成非线性关系。(2)a m图线不经过原点，在m轴上有截距，即挂上小钩码后小车加速度仍为零，可能的原因是存在摩擦力。(3)本实验直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则应采取的措施是调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力，钩码的质量应满足的条件是远小于小车的质量。答案：(1)非线性(2)存在摩擦力(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力远小于小车的