验证牛顿第二定律的六个创新实猃

招术一．高中物理运动学宝典•学习物理好记星概念规律方法新•运动情况很复杂简化建模添信心•路程速率和时间都是标量记心间•位移速度加速度都是矢量要记住•直线运动两模型匀速变速要分清•一个实验两公式图像解题助推器•巧记推论方法多学好物理没话说作者：胡明会招术二．受力分析要领•场力一定有弹力看四周•分析摩擦力不忘已知力•受力分析有方法隔离假设整体法•分析外力性质力状态明白才安逸•受力分析要整对状态过程要核对•要想结果弄对头定理定律方法牛招术三．高一统考复习绝招•经典力学要学好三个定律少不了•运动状态要改变外力来把殷情献•变化快慢两因素合力质量来帮助•相互作用同性质等大共存有价值•第二定律是核心解题步骤要记清•只要师生齐努力期末统考出奇迹验证牛顿运动定律（几个拓展实验）1.吊物垫块打点法2.吊物气垫电门法3.科学传感电门法4.定位测力测时法5.吊物比较位移法6.吊物剪线电门法(1)实验时先不挂钩码，反复调整垫木的左右位置，直到小车做匀速直线运动，这样做的目的是.【例1】用如图所示装置做“验证牛顿第二定律”的实验．实验时保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车受到的合力，用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度．平衡小车运动中所受的摩擦阻力1.吊物垫块打点法解析(1)使平面轨道的右端垫起，让小车重力沿斜面方向的分力与它受的摩擦阻力平衡，才能认为在实验中小车受的合外力就是钩码的拉力，所以这样做的目的是平衡小车运动中所受的摩擦阻力．(2)图为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出各计数点到A点之间的距离，如图所示．已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值a＝________m/s2.(结果保留两位有效数字)1.0解析(2)由Δx＝aT2和逐差法可知a＝xDE＋xCD－xAB－xBC4T2＝xCE－xAC4T2＝(21.60－8.79－8.79)×10－24×(0.1)2m/s2＝1.0m/s2(3)实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度．根据测得的多组数据画出a－F关系图线，如图所示．此图线的AB段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是________．(选填下列选项的序号)A．小车与平面轨道之间存在摩擦B．平面轨道倾斜角度过大C．所挂钩码的总质量过大D．所用小车的质量过大C解析(3)在实验中认为细绳的张力F就是钩码的重力mg实际上，细绳张力F′＝Ma，mg－F′＝ma即F′＝MM＋m·mga＝1M＋m·mg＝1M＋mF所以当拉力F变大时，m必定变大，1M＋m必定减小．当M≫m时，a－F图象为直线，当不满足M≫m时，便有a－F图象的斜率逐渐变小，选项C正确．【例题2】为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验．其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录，滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为x，牵引砝码的质量为m.回答下列问题：(1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？解析：如果气垫导轨水平，则不挂砝码时，M应能在任意位置静止不动，或推动M后能使M匀速运动(Δt1=Δt2)．2.吊物气垫电门法(2)若取M＝0.4kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是__________．A．m1＝5gB．m2＝15gC．m3＝40gD．m4＝400g解析：应满足M≫m，故m4＝400g不合适．D(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，求得的加速度的表达式为__________．由：v1＝D/Δt1，v2＝D/Δt2，v22－v12＝2axa=()－()DΔt22DΔt122x可得：例题3、如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门B，在滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连(力传感器可测得细线上的拉力大小)，力传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放。气垫导轨使滑块与导轨之间的摩擦很小3.科学传感电门法(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d＝________mm。2.25(2)下列不必要的一项实验要求是____(填正确答案标号)。A.应使A位置与光电门间的距离适当大些B.应将气垫导轨调节水平C.应使细线与气垫导轨平行D.应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量D(3)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是__________。滑块在A位置时遮光条到光电门的距离vB2-0=2ax(4)为探究滑块的加速度与力的关系，改变钩码质量，测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，通过描点要作出它们的线性关系图象，处理数据时纵轴为F，横轴应为________(填正确答案标号)。A．tB．t2C1/tD.1/t2D例题4.请完成以下两小题。（1）某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系。弹簧秤固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接。在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d，开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧秤的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小。再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数F1，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t。4.定位测力测时法①木板的加速度可以用d、t表示为a＝2d/t2；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是（一种即可）______________________②改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度与弹簧秤示数F1的关系。下列图象能表示该同学实验结果的是c保持F1不变，重复实验多次测量，求平均值③用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是_______a.可以改变滑动摩擦力的大小b．可以更方便地获取多组实验数据c．可以比较精确地测出摩擦力的大小d．可以获得更大的加速度以提高实验精度BC例题5．在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”活动中，某小组设计了如图甲所示的实验装置。图中上下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，然后同时停止。（1）在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使；在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量小车的质量（选填“远大于”、“远小于”、“等于”）。小车Ⅱ小车Ⅰ细线滑轮砝码盘和砝码图甲控制装置细线与轨道平行（或水平）远小于5.吊物比较位移法（3）实验中获得数据如下表所示：实验次数小车拉力F/N位移s/cm1Ⅰ0.1Ⅱ0.246.512Ⅰ0.229.04Ⅱ0.343.633Ⅰ0.341.16Ⅱ0.444.804Ⅰ0.436.43Ⅱ0.545.56小车Ⅰ、Ⅱ的质量m均为200g（2）本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是因为。两小车从静止开始作匀加速直线运动，且两小车的运动时间相等见下页在第1次实验中小车Ⅰ从图乙中的A点运动到B点，请将测量结果填到表中空格处（）。通过分析，可知表中第次实验数据存在明显错误，应舍弃。图乙cm24232201AB23.36±0.023例题6.某同学利用如图甲所示的装置探究“小车的加速度与所受合外力的关系”，具体实验步骤如下：6.吊物剪线电门法A.按照图示安装好实验装置，挂上砂桶(含少量砂子)；B.调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车沿长木板向下运动，且通过两个光电门的时间相等；C.取下细绳和砂桶，测量砂子和桶的总质量m，并记下；D.保持长木板的倾角不变，不挂砂桶，将小车置于靠近滑轮的位置，由静止释放小车，记录小车先后通过光电门甲和乙时显示的时间；E.重新挂上细绳和砂桶，改变砂桶中砂子的质量，重复B、C、D步骤。(1)若砂桶和砂子的总质量为m，小车的质量为M，重力加速度为g，则步骤D中小车加速下滑时所受合力大小为。(忽略空气阻力)(2)如图乙所示，用游标卡尺测得小车上遮光片的宽度为____mm。(3)若遮光片的宽度为d，光电门甲、乙之间的距离为l，通过光电门甲和乙时显示的时间分别为t1、t2，则小车的加速度a＝。(4)有关本实验的说法正确的是。A.砂桶和砂子的总质量必须远小于小车的质量B.小车的质量必须远小于砂桶和砂子的总质量C.平衡摩擦力时要取下细绳和砂桶D.平衡摩擦力时不能取下细绳和砂桶解析(1)根据题述实验步骤B可知取下细绳和砂桶后，小车匀速下滑，小车加速下滑时所受合力大小等于砂桶和砂子的总重力mg。(2)根据游标卡尺读数规则，遮光片宽度为6mm＋15×0.05mm＝6.75mm。(3)遮光片通过两个光电门的速度分别为v1＝dt1、v2＝dt2，由v22－v21＝2al解得a＝12l[(dt2)2－(dt1)2]；(4)设平衡摩擦力时木板的倾角为θ，则mg＋μMgcosθ＝Mgsinθ，可以看出m与M之间只需满足上式即可，选项A、B错误；由于此题中实验步骤B在砂桶拉力作用下小车平衡，取下细绳和砂桶后，小车加速下滑时所受合力大小等于砂桶和砂子的总重力mg，平衡摩擦力时不能取下细绳和砂桶，小车重力沿斜面的分力必须与砂桶和砂子的总重力以及小车向下运动所受摩擦力之和相等，选项C错误，D正确。答案(1)mg(2)6.75(3)12l[(dt2)2－(dt1)2](4)D