實(shí)驗(yàn)四驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律課件

實(shí)驗(yàn)四：驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)會用控制變量法來研究物理規(guī)律；探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，進(jìn)而驗(yàn)證牛頓第二定律．智浪教育--普惠英才文庫

2．實(shí)驗(yàn)原理：利用沙及沙桶通過細(xì)線牽引小車做加速運(yùn)動(dòng)，采用控制變量法研究物體的加速度與合外力、物體的質(zhì)量關(guān)系．如圖S4－1所示，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，使小車所受的阻力忽略，使小車M和小桶m都做加速運(yùn)動(dòng)．圖S4－1智浪教育--普惠英才文庫

由④可知：當(dāng)M?m時(shí)，可近似認(rèn)為小車所受的拉力T＝mg，即小車所受的合外力F合＝mg.智浪教育--普惠英才文庫

本實(shí)驗(yàn)第一部分保持小車的質(zhì)量不變，改變m的大小，測出相應(yīng)的加速度a，驗(yàn)證a與F的關(guān)系；第二部分保持m不變，改變M的大小，測出小車運(yùn)動(dòng)的加速度a，驗(yàn)證a與M的關(guān)系．3．實(shí)驗(yàn)器材

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶及復(fù)寫紙、小車、一端附有滑輪的長木板、小桶、細(xì)繩、沙、低壓交流電源、天平、刻度尺、砝碼．智浪教育--普惠英才文庫4．實(shí)驗(yàn)步驟及器材調(diào)整(1)用天平分別測出小車和小桶的質(zhì)量M和m，把數(shù)值記錄下來．(2)按圖S4－2所示把實(shí)驗(yàn)器材安裝好．圖S4－2

(3)平衡摩擦力：在長木板的不帶滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，反復(fù)移動(dòng)其位置，直至不掛小桶的小車剛好在斜面上保持勻速運(yùn)動(dòng)為止.智浪教育--普惠英才文庫

(4)將小桶通過細(xì)繩系在小車上，接通電源放開小車，使小車運(yùn)動(dòng)，用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況，取下紙帶，并在紙帶上標(biāo)上號碼．

(5)保持小車的質(zhì)量不變，改變小桶中的沙量，重復(fù)步驟(4)，每次記錄必須在相應(yīng)的紙帶上做上標(biāo)記，列表格將記錄的數(shù)據(jù)填寫在表內(nèi)．

(6)建立坐標(biāo)系，用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示力，在坐標(biāo)系上描點(diǎn)，畫出相應(yīng)的圖線以驗(yàn)證a與F的關(guān)系. (7)保持沙及小桶的質(zhì)量不變，改變小車的質(zhì)量(在小車上增減砝碼)，重復(fù)上述步驟(5)、(6)，驗(yàn)證a與M的關(guān)系．智浪教育--普惠英才文庫5．注意事項(xiàng)

(1)在本實(shí)驗(yàn)中，必須平衡摩擦力，方法是將長木板的一端墊起，而墊起的位置要恰當(dāng)．在位置確定以后，不能再更換傾角；平衡摩擦力時(shí)不要掛小桶，應(yīng)連著紙帶，且接通電源．

(2)改變m和M的大小時(shí)，每次小車開始釋放時(shí)應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，而且先通電再放小車.

(3)作圖象時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)在所作的直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線的兩側(cè)，個(gè)別誤差較大的點(diǎn)應(yīng)舍去．智浪教育--普惠英才文庫智浪教育--普惠英才文庫

1．(雙選，東莞五校2011屆高三聯(lián)考)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究小車加速度a與小車所受拉力F及質(zhì)量m關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，圖S4－3為實(shí)驗(yàn)裝置簡圖．他想用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，為了減小這種做法帶來的實(shí)驗(yàn)誤差，你認(rèn)為下列哪兩項(xiàng)說法是正確的是()圖S4－3A．要平衡摩擦力B．實(shí)驗(yàn)時(shí)不需要平衡摩擦力C．鉤碼的重力要遠(yuǎn)小于小車的總重力D．實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)應(yīng)先釋放小車再接通電源答案：AC智浪教育--普惠英才文庫

2．如圖S4－4甲所示，物體放在不光滑水平面上，先施加一水平向右的恒力F，則物體所受的合外力為F嗎？若物體(具有一定的初速度)放在傾角為θ的斜面上，恰能勻速下滑，則物體所受的合外力為多少？若此時(shí)再加一個(gè)沿斜面向下的拉力F，如圖S4－4乙所示，此時(shí)物體受到的合力為F嗎？圖S4－4智浪教育--普惠英才文庫

答案：在圖甲中，物體由于還要受到摩擦力作用，合力不是F；而在圖乙中因?yàn)槲矬w已經(jīng)可以勻速下滑，由牛頓第一定律可知，物體所受合力為零，因此，再加一個(gè)力F就是物體受到的合力大?。抢私逃?-普惠英才文庫3．用如圖S4－5甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證牛頓第二定律，為消除摩擦力的影響，實(shí)驗(yàn)前必須平衡摩擦力．圖S4－5智浪教育--普惠英才文庫

(1)某同學(xué)平衡摩擦力時(shí)是這樣操作的：將小車靜止地放在水平長木板上，把木板不帶滑輪的一端慢慢墊高，如圖S4－5乙，直到小車由靜止開始沿木板向下滑動(dòng)為止．請問這位同學(xué)的操作是否正確？如果不正確，應(yīng)當(dāng)如何進(jìn)行？答：__________________________________________________________________________________________.智浪教育--普惠英才文庫

(2)如果這位同學(xué)先如(1)中的操作，然后不斷改變對小車的拉力F，他得到M(小車質(zhì)量)保持不變情況下的a－F圖線是下圖中的________(將選項(xiàng)代號的字母填在橫線上)．智浪教育--普惠英才文庫

(3)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率f＝50Hz.圖S4－6是某同學(xué)在正確操作下獲得的一條紙帶，A、B、C、D、E每兩點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)沒有標(biāo)出．寫出用s1、s2、s3、s4

以及f來表示小車加速度的計(jì)算式：a＝______________________________.根據(jù)紙帶所提供的數(shù)據(jù)，算得小車的加速度大小為________m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)．圖S4－6智浪教育--普惠英才文庫

解析：(1)平衡摩擦力的要點(diǎn)是把有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的那一端適當(dāng)抬高，給小車一個(gè)初速度，小車能勻速下滑，則小車所受摩擦力和小車的重力沿斜面向下的分力平衡，則可認(rèn)為小車所受繩子的拉力等于小車所受的合外力，達(dá)到平衡摩擦力的作用．

(2)該同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)際上是平衡摩擦力過度，故沒有拉力F之前已經(jīng)有加速度，故C正確．

(3)采用“逐差法”得計(jì)算加速度的表達(dá)式代入數(shù)據(jù)解得a＝0.60m/s2.1.0×104

[(s3＋s4)－(s1＋s2)]f2a=智浪教育--普惠英才文庫1.0×104

答案：(1)該同學(xué)的操作不正確，正確的操作應(yīng)該為給小車一個(gè)初速度，小車能夠勻速下滑

(2)C

[(s3＋s4)－(s1＋s2)]f2(3)0.60智浪教育--普惠英才文庫題型1驗(yàn)證牛頓第二定律

【例1】(廣東五校2011屆高三聯(lián)考)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，圖S4－7為實(shí)驗(yàn)裝置簡圖．(交流電的頻率為50Hz，打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s)圖S4－7智浪教育--普惠英才文庫(1)圖S4－8為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為________m/s2.(保留兩位有效數(shù)字)圖S4－8

(2)保持沙和沙桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別得到小車加速度a與質(zhì)量m及對應(yīng)的數(shù)據(jù)，如何利用這些數(shù)據(jù)才能比較直觀地確定小車加速度a與質(zhì)量m之間的關(guān)系呢？_________________________________________.智浪教育--普惠英才文庫

(3)保持小車質(zhì)量不變，改變沙和沙桶質(zhì)量，甲、乙兩位同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別作出了加速度a隨合力F的變化圖線如圖S4－9所示．圖S4－9甲中的圖線上部出現(xiàn)了彎曲偏離了原來的直線，其主要原因是______________________．圖S4－9乙中的圖線不通過原點(diǎn)，其主要原是________________________．圖S4－9智浪教育--普惠英才文庫智浪教育--普惠英才文庫(3)沙和沙桶的質(zhì)量沒有遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量實(shí)驗(yàn)前未平衡

備考策略：驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)一般都會利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考查的重點(diǎn)是利用紙帶求解速度、加速度及誤差分析與如何平衡摩擦力等．摩擦力(或平衡摩擦力不充分)智浪教育--普惠英才文庫1．(2011年廣州一模)用圖S4－10所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證牛頓第二定律

(1)為消除摩擦力的影響，實(shí)驗(yàn)前平衡摩擦力的具體操作為：取下_____，把木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高并反復(fù)調(diào)節(jié)，直到輕推小車后，小車能沿木板做__________運(yùn)動(dòng)．圖S4－10智浪教育--普惠英才文庫4.01.23.61.12.00.61.40.41.00.3圖S4－11智浪教育--普惠英才文庫答案：(1)沙桶勻速直線(2)描點(diǎn)、連線如圖20所示．0.30(0.28～0.32均可)圖20智浪教育--普惠英才文庫題型2涉及傳感器、光電門的實(shí)驗(yàn)新題型

【例2】(泰州2011屆高三一模)光電計(jì)時(shí)器是一種研究物體運(yùn)動(dòng)情況的常用計(jì)時(shí)儀器，其結(jié)構(gòu)如圖S4－12所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當(dāng)有物體從a、b間通過時(shí)，光電計(jì)時(shí)器就可以顯示物體的擋光時(shí)間．圖S4－12智浪教育--普惠英才文庫

現(xiàn)利用如圖S4－13所示裝置測量滑塊與長1m左右的木板間動(dòng)摩擦因數(shù)及被壓縮彈簧的彈性勢能，圖中木板固定在水平面上，木板的左壁固定有一個(gè)處于鎖定狀態(tài)的壓縮輕彈簧(彈簧長度與木板相比可忽略)，彈簧右端與滑塊接觸，1和2是固定在木板上適當(dāng)位置的兩個(gè)光電門，與之連接的兩個(gè)光電計(jì)時(shí)器沒有畫出．現(xiàn)使彈簧解除鎖定，滑塊獲得一定的初速度后，水平向右運(yùn)動(dòng)，光電門1、2各自連接的計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為2.0×10－2

s和5.0×10－2

s，已知小滑塊的寬度d＝5.50cm.圖S4－13智浪教育--普惠英才文庫(1)滑塊通過光電門1的速度v1

＝________m/s；滑塊通過光電門2的速度v2＝________m/s.

(2)若用米尺測量出兩個(gè)光電門之間的距離為l，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀贋間，則滑塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)表達(dá)式為________________(各量均用字母表示)．

(3)若用米尺測量出滑塊初始位置到光電門2的距離為s，為測量被壓縮彈簧的彈性勢能，還需測量的物理量是________________________________________________(說明其含義，并指明代表物理量的字母)，被壓縮彈簧的彈性勢能可表示為_________________(各量均用字母表示)．智浪教育--普惠英才文庫智浪教育--普惠英才文庫智浪教育--普惠英才文庫智浪教育--普惠英才文庫

備考策略：光電門、光電計(jì)時(shí)器及傳感器是粵教版教材新引進(jìn)的器材和實(shí)驗(yàn)，在未來高考命題中出現(xiàn)的幾率較大．本題敘述過程較復(fù)雜，主要涉及的過程：一是彈簧鎖定解除，滑塊彈出過程；二是滑塊運(yùn)動(dòng)并經(jīng)過光電門過程．涉及的知識點(diǎn)：①平均速度與瞬時(shí)速度的關(guān)系；②牛頓第二定律；③勻變速運(yùn)動(dòng)規(guī)律；④功能原理．本題是近年高考中經(jīng)常出現(xiàn)的信息題的一種，如何學(xué)會正確閱讀并找出有效信息和規(guī)律是近年高考命題者常思考的一個(gè)重要問題，專家們想通過這類命題來引導(dǎo)學(xué)生提高閱讀和理解能力，學(xué)會化繁為簡，這也是提高創(chuàng)新能力的重要途徑之一．智浪教育--普惠英才文庫

2．某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖S4－14所示的實(shí)驗(yàn)裝置來探究當(dāng)合外力一定時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的加速度與其質(zhì)量之間的關(guān)系．圖S4－14智浪教育--普惠英才文庫

(1)由圖S4－14中刻度尺讀出兩個(gè)光電門中心之間的距離s＝24cm，由圖S4－15中游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度d＝________cm.該實(shí)驗(yàn)小組在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，將滑塊從圖S4－14所示位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器可以讀出遮光條通過光電門1的時(shí)間Δt1，遮光條通過光電門2的時(shí)間Δt2，則滑塊經(jīng)過光電門1時(shí)的瞬時(shí)速度的表達(dá)式v1＝____________，滑塊經(jīng)過光電門2時(shí)的瞬時(shí)速度的表達(dá)式v2＝____________，則滑塊的加速度的表達(dá)式a＝____________.(以上表達(dá)式均用字母表示)圖S4－15智浪教育--普惠英才文庫m/g2502.023001.653504001.255001.008000.63

(2)在本次實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)小組通過改變滑塊質(zhì)量總共做了6組實(shí)驗(yàn)，得到如下表所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．其中當(dāng)滑塊的質(zhì)量是350g時(shí)，Δt1＝1.20×10－3

s，Δt2＝1.18×10－3

s，請根據(jù)(1)中得到的表達(dá)式計(jì)算出此時(shí)的加速度，并將結(jié)果填在下表中相應(yīng)位置.a/(m·s-2)智浪教育--普惠英才文庫

(3)通過計(jì)算分析上表數(shù)據(jù)后，你得出的結(jié)論是_________，如果想通過圖象法進(jìn)一步確認(rèn)自己的結(jié)論，簡要說出你的做法：_____________________________________________________.智浪教育--普惠英才文庫

1．(2011年浙江卷)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，已提供了小車，一端附有定滑輪的長木板、紙帶、帶小盤的細(xì)線、刻度尺、天平、導(dǎo)線．為了完成實(shí)驗(yàn)，還須從圖S4－16中選取實(shí)驗(yàn)器材，其名稱是______________________；并分別寫出所選器材的作用：_____________________________.圖S4－16智浪教育--普惠英才文庫答案：學(xué)生電源、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、鉤碼、砝碼或電火花計(jì)時(shí)器、鉤碼、砝碼

學(xué)生電源為電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器提供交流電源；電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(電火花計(jì)時(shí)器)記錄小車運(yùn)動(dòng)的位置和時(shí)間；鉤碼用以改變小車的質(zhì)量；砝碼用以改變小車受到拉力的大小，還可以用于測量小車的質(zhì)量．(如果選電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，則需要學(xué)生電源，如果選電火花計(jì)時(shí)器，則不需要學(xué)生電源)智浪教育--普惠英才文庫

2．(2011年上海卷)如圖

S4－17，為測量做勻加速直線運(yùn)動(dòng)小車的加速度，將寬度均為b的擋光片A、B固定在小車上，測得兩者間距為d.(1)當(dāng)小車勻加速經(jīng)過光電門時(shí)，測得兩擋光片先后經(jīng)過的時(shí)間Δt1

和Δt2，則小車加速度a＝________.圖S4－17智浪教育--普惠英才文庫)(2)(多選題)為減小實(shí)驗(yàn)誤差，可采取的方法是(