实验四 验证牛顿运动定律

实验四验证牛顿运动定律第三章牛顿运动定律评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律一、实验目的1．学会用控制变量法研究物理规律．2．探究加速度与力、质量的关系．3．掌握灵活运用图象处理问题的方法．二、实验原理(见实验原理图)1．保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系．2．保持合外力不变，探究加速度与质量的关系．3．作出a－F图象和a－1m图象，确定其关系．评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律三、实验器材小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺．四、实验步骤1．测量：用天平测量小盘和砝码的质量m′和小车的质量m.2．安装：按照如实验原理图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑．评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律4．操作：(1)小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码．(2)保持小车的质量m不变，改变砝码和小盘的质量m′，重复步骤(1)．(3)在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.(4)描点作图，作a－F的图象．(5)保持砝码和小盘的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤(1)和(3)，作a－1m图象．评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律一、数据处理1．保持小车质量不变时，计算各次小盘和砝码的重力(作为小车的合力)及对应纸带的加速度，填入表(一)中．表(一)实验次数加速度a/(m·s－2)小车受力F/N1234评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律2.保持小盘内的砝码个数不变时，计算各次小车和砝码的总质量及对应纸带的加速度，填入表(二)中．表(二)实验次数加速度a/(m·s－2)小车和砝码的总质量m/kg1234评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律3.利用Δx＝aT2及逐差法求a.4．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．5．以a为纵坐标，1m为横坐标，描点、连线，如果该线过原点，就能判定a与m成反比．评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律二、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，不重复平衡摩擦力．2．实验条件：m≫m′.3．一先一后一按：每次打点前小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达定滑轮前按住小车．4．作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上．不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧．5．作图时两轴标度比例要选择适当，各量需采用国际单位．评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律三、误差分析1．系统误差：本实验用小盘和砝码的总重力m′g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．偶然误差：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．评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律实验原理与实验操作某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系．评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律(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．(填“远大于”、“远小于”或“近似等于”)AD远小于评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的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μ甲、μ乙，由图可知，m甲__________m乙，μ甲________μ乙．(填“大于”、“小于”或“等于”)小于大于评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律[解析](1)实验中细绳要保持与长木板平行，A项正确；平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上，这样无法平衡摩擦力，B项错误；实验时应先接通电源再放开木块，C项错误；平衡摩擦力后，改变木块上的砝码的质量后不再需要重新平衡摩擦力，D项正确．(2)由整体法和隔离法得到细绳中的拉力F＝Ma＝MmgM＋m＝11＋mMmg，可见，当砝码桶和桶内砝码的总质量m远小于木块和木块上砝码的总质量M时，可得F≈mg.评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律(3)不平衡摩擦力，则F－μmg＝ma，a＝Fm－μg，图象的斜率大的木块的质量小，纵轴截距绝对值大的动摩擦因数大，因此m甲m乙，μ甲μ乙．评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律1．实验中，满足mM10即可．2．a－F图象不过原点的原因是平衡摩擦没有做好，但仍是直线．3．a－F图象的斜率表示小车的质量的倒数.评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律数据处理与误差分析(2016·河北模拟)某同学用图甲所示的实验装置验证牛顿第二定律：评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律(1)通过实验得到如图乙所示的a－F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．偏大小于M≫m评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律(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50Hz.A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点．Δx＝xDG－xAD＝________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)1.805.0评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律[解析](1)根据所给的a－F图象可知，当F＝0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夹角偏大造成的．(2)根据牛顿定律，对小车F＝Ma，对砝码和盘mg－F＝ma，解得F＝MmgM＋mmg，只有当M≫m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xAD＝2.10cm，xDG＝3.90cm，所以Δx＝xDG－xAD＝1.80cm，根据Δx＝aΔt2，解得a＝5.0m/s2.评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律高考命题对本实验可从下列几个方面创新：1．实验器材的改进：(1)气垫导轨替代长木板；(2)光电门替代打点计时器．2．实验方法的改进：(1)用力传感器或弹簧秤测量对小车的拉力；(2)在验证a与F的关系时，保持小车、钩码和桶的总质量不变．3．数据处理方法的改进：小车的加速度可以利用传感器，借助于计算机来处理．评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律(2016·大连二模)如图所示的实验装置可以验证牛顿运动定律，小车上固定一个盒子，盒子内盛有砂子．砂桶的总质量(包括桶以及桶内砂子质量)记为m，小车的总质量(包括车、盒子及盒内砂子质量)记为M.评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律(1)验证在质量不变的情况下，加速度与合力成正比．从盒子中取出一些砂子，装入砂桶中，称量并记录砂桶的总重力mg，将该力视为合力F，对应的加速度a则从打下的纸带中计算得出．多次改变合力F的大小，每次都会得到一个相应的加速度．本次实验中，桶内的砂子取自小车中，故系统的总质量不变．以合力F为横轴，以加速度a为纵轴，画出a－F图象，图象是一条过原点的直线．①a－F图象斜率的物理意义是____________．②你认为把砂桶的总重力mg当做合力F是否合理？答：__________．(选填“合理”或“不合理”)合理1M＋m评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律否③本次实验中，是否应该满足M≫m这样的条件？答：__________(选填“是”或“否”)；理由是____________________________________________________．(2)验证在合力不变的情况下，加速度与质量成反比．保持桶内砂子质量m不变，在盒子内添加或去掉一些砂子，验证加速度与质量的关系．本次实验中，桶内的砂子总质量不变，故系统所受的合力不变．用图象法处理数据时，以加速度a为纵轴，应该以__________的倒数为横轴．因为实验的研究对象是整个系统,系统受到的合力就等于mgM＋m评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律[解析](1)将小车内的砂子转移到桶中，就保证了M＋m不变，即系统的总质量不变，研究对象是整个系统，a＝F合M＋m＝mgM＋m，可见a－F图象斜率的物理意义是1M＋m，系统的合力就等于所悬挂砂桶的总重力mg，不必满足M≫m这样的条件．(2)向小车内添加或去掉部分砂子，是改变系统的总质量M＋m，而系统的合力仍等于所悬挂砂桶的总重力mg，保证了合力不变．评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律本题的创新之处是对实验方法进行了改进．在验证a与F的关系中，把小车、砂、砂桶构成的系统作为研究对象，桶及桶内砂受到的总重力即为系统所受合外力，消除了原实验中出现的系统误差，作出的a－F图象为一条直线．评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律评析创新实验展示经典例题储备基础理论演练知能优化栏目导引第三章牛顿运动定律本部分内容讲解结束按ESC键退出全屏播放