《高考風向標》高考物理一輪復習 專題三 第4講 實驗：驗證牛頓運動定律課件

第4講實驗：驗證牛頓運動定律考點驗證牛頓第二定律

1．實驗目的：驗證牛頓第二定律，即物體的質(zhì)量一定時，加速度與作用力成正比；作用力一定時，加速度與質(zhì)量成反比．控制變量遠大于 圖3－4－1

本實驗第一部分保持小車的質(zhì)量不變，改變m的大小，測出相應的a，驗證a與F的關系；第二部分保持m不變，改變M的大小，測出小車運動的加速度a，驗證a與M的關系．3．實驗器材

打點計時器，紙帶及復寫紙，小車，一端附有滑輪的長木板，小桶，細繩，砂，低壓交流電源，兩根導線，天平，刻度尺，砝碼．4．實驗步驟及器材調(diào)整(1)用天平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3－4－2所示把實驗器材安裝好．圖3－4－2

(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，反復移動其位置，直至不掛砂桶的小車剛好在斜面上保持勻速運動為止.

(4)將砂桶通過細繩系在小車上，接通電源放開小車，使小車運動，用紙帶記錄小車的運動情況，取下紙帶，并在紙帶上標上號碼．

(5)保持小車的質(zhì)量不變，改變砂桶中的砂量重復步驟(4)，每次記錄必須在相應的紙帶上做上標記，列表格將記錄的數(shù)據(jù)填寫在表內(nèi)．

(6)建立坐標系，用縱坐標表示加速度，橫坐標表示力，在坐標系上描點，畫出相應的圖線以驗證a與F的關系. (7)保持砂及小桶的質(zhì)量不變，改變小車的質(zhì)量(在小車上增減砝碼)，重復上述步驟(5)、(6)驗證a與M的關系．5．注意事項

(1)在本實驗中，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．在位置確定以后，不能再更換傾角．(2)改變m和M的大小時，每次小車開始釋放時應盡量靠近打點計時器，而且先通電再放小車.(3)每次利用紙帶確定a時，應求解其平均加速度．6．數(shù)據(jù)處理及誤差分析(1)該實驗原理中T＝mg·

11＋m/M，可見要在每次實驗中均要求M?m，只有這樣，才能使牽引小車的牽引力近似等于砂及砂桶的重力． (2)在平衡摩擦力時，墊起的物體的位置要適當，長木板形成的傾角既不能太大也不能太小，同時每次改變M時，不再重復平衡摩擦力． (3)在驗證a與M的關系時，作圖時應將橫軸用1/M表示，這樣才能使圖象更直觀.

1．(雙選)(東莞五校2011屆高三聯(lián)考)某同學設計了一個探究小車加速度

a與小車所受拉力F及質(zhì)量m關系的實驗，圖3－4－3為實驗裝置簡圖．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驗誤差，你認為下列哪兩項說法是正確的是()ACA．要平衡摩擦力B．實驗時不需要平衡摩擦力C．鉤碼的重力要遠小于小車的總重力D．實驗進行時應先釋放小車再接通電源圖3－4－32．用如圖3－4－4(甲)所示的實驗裝置來驗證牛頓第二定律，為消除摩擦力的影響，實驗前必須平衡摩擦力．圖3－4－4

(1)某同學平衡摩擦力時是這樣操作的：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3－4－4(乙)，直到小車由靜止開始沿木板向下滑動為止．請問這位同學的操作是否正確？如果不正確，應當如何進行？答：_________________________________________________________________________________________________.

(2)如果這位同學先如(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________(將選項代號的字母填在橫線上)．(3)打點點計時時器使使用的的交流流電頻頻率f＝50Hz.圖3－－4－－5是是某某同學在在正確確操作作下獲獲得的的一條條紙帶帶，A、B、C、D、E每兩點點之間還有有4個個點沒沒有標標出．．寫出出用s1、s2、s3、s4以及f來表示示小車加速速度的的計算算式：：a＝______________________________.根根據(jù)紙帶所所提供供的數(shù)數(shù)據(jù)，，算得得小車車的加速速度大大小為為________m/s2(結(jié)果保留留兩位位有效效數(shù)字字)．．圖3－4－5解析：：(1)平衡摩摩擦力的的要點點是把把有打打點計計時器器的那那一端端適當抬高高，給給小車車一個個初速速度，，小車車能勻勻速下下滑，，則小小車所所受摩摩擦力和和小車車的重重力沿沿斜面面向下下的分分力平平衡，，則可可認為為小車車所受受繩子的的拉力力等于于小車車所受受的合合外力力，達達到平平衡摩摩擦力力的作作用．．熱點１１驗驗證牛牛頓第第二定定律【例1】(廣東五五校2011屆高三三聯(lián)考考)某同學學設計計了一一個探探究加速速度a與物體體所受受合力力F及質(zhì)量量m關系的的實驗驗，圖圖3－4－6為為實驗驗裝置置簡圖圖．(交流流電的的頻率率為50Hz，，打點點時間間間隔隔為0.02秒秒)圖3－4－6(1)圖3－－4－－7為為某某次實實驗得得到的的紙帶，根根據(jù)紙紙帶可可求出出小車的的加加速速度度大大小小為為________m/s2.(保保留留兩兩位位有有效效數(shù)數(shù)字字)圖3－－4－－7(2)保保持持砂砂和和砂砂桶桶質(zhì)質(zhì)量量不不變變，，改改變變小小車車質(zhì)質(zhì)量量m，分分別別得得到到小小車加加速速度度a與質(zhì)質(zhì)量量m及對對應應的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，，如如何何利利用用這這些些數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)才才能能比比較直直觀觀地地確確定定小小車車加加速速度度a與質(zhì)質(zhì)量量m之間間的的關關系系呢呢？？_____________________________________________.(3)保保持持小小車車質(zhì)質(zhì)量量不不變變，，改改變變砂砂和和砂砂桶桶質(zhì)質(zhì)量量，，甲甲、、乙乙兩兩位位同同學根根據(jù)據(jù)實實驗驗數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)分分別別作作出出了了加加速速度度a隨合合力力F的變變化化圖圖線線如如圖圖3－－4－－8所所示示．．圖圖3－－4－－8甲甲中中的的圖圖線線上上部部出出現(xiàn)現(xiàn)了了彎彎曲曲偏偏離離了了原原來的的直直線線，，其其主要要原原因因是是_______．．圖圖3－－4－－6乙乙中中的的圖圖線線不不通通過原原點點，，其其主主要要原原是是____________________________________.圖3－4－8(2)在驗驗證證小小車車加加速速度度a與小小車車質(zhì)質(zhì)量量m的關關系系時時，，為為使使圖圖象象更直直觀觀，，作作圖圖時時應應將將橫橫軸軸用用1/m表示示，，即即作作加加速速度度與與小小車車質(zhì)質(zhì)量量倒數(shù)數(shù)之之間間的的關關系系圖圖象象．．(3)圖3－4－8甲中中圖圖線線后后半半段段偏偏離離直直線線是是沒沒有有滿滿足足砂砂和和砂砂桶的的質(zhì)質(zhì)量量要要遠遠小小于于車車的的質(zhì)質(zhì)量量這這個個條條件件造造成成的的；；圖圖3－4－8乙乙圖圖線存存在在明明顯顯的的橫橫截截距距，，說說明明實實驗驗前前未未平平衡衡摩摩擦擦力力或或平平衡衡摩摩擦擦力力不充充分分．．驗證證牛牛頓頓第第二二的的實實驗驗一一般般都都會會利利用用打打點點計計時時器器和和小車車來來進進行行，，考考察察的的重重點點是是利利用用紙紙帶帶運運算算加加速速度度、、平平衡衡摩摩擦擦力力及誤誤差差分分析析．．1．．(2011年廣廣州州一一模模)用圖圖3－－4－－9所所示示的的實實驗驗裝裝置置來來驗驗證證牛頓頓第第二二定定律律圖3－－4－－9(1)為為清清除除摩摩擦擦力力的的影影響響，，實實驗驗前前平平衡衡摩摩擦擦力力的的具具體體操操作作為為：：取下下______，，把把木木板板不不帶帶滑滑輪輪的的一一端端適適當當墊墊高高并并反反復復調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)，，直直到輕輕推推小小車車后后，，小小車能能沿沿木木板板做做______運運動動．．4.01.23.61.12.00.61.40.41.00.3圖3－4－10答案案：：(1)砂砂桶桶勻速速直直線線(2)描描點點、、連連線線如如圖圖15所所示示0.30(0.28～～0.32均均可可)圖15熱點點2動力力學學實實驗驗新新題題型型【例例2】(2009年年全全國國卷卷ⅠⅠ)某同同學學為為了了探探究究物物體體在在斜斜面面上運動動時時摩摩擦擦力力與與斜斜面面傾傾角角的的關關系系，，設設計計實實驗驗裝裝置置如如圖圖3－－4－－11.長直直平平板板一一端端放放在在水水平平桌桌面面上上，，另另一一端端架架在在一一物物塊塊上上．．在在平平板板上標出A、B兩點，B點處放置一一光電門，，用光電計計時器記錄錄滑塊通過光電電門時擋光光的時間．．圖3－4－11實驗步驟如如下：①用游標卡卡尺測量滑滑塊的擋光光長度d，用天平測測量滑塊的的質(zhì)量m；②用直尺測測量A、B之間的距離離s，A點到水平桌桌面的垂直直距離h1，B點到水平桌桌面的垂直直距離h2；③將滑塊從從A點靜止釋放放；由光電計時時器讀出滑滑塊的擋光光時間t；④重復步驟驟③數(shù)數(shù)次，并求求擋光時間間的平均值值t；⑤利用所測測數(shù)據(jù)求出出摩擦力f和斜面傾角角的余弦值值cosα；⑥多次改變變斜面的傾傾角，重復復實驗步驟驟②③④⑤⑤做出f－cosα關系曲線．．(1)用測測量的物理理量完成下下列各式(重力加速速度為g)①斜面傾角角的余弦cosα＝________________；②滑塊通過過光電門時時的速度v＝______________；③滑塊運動動時的加速速度a＝______________；④滑塊運動動時所受到到的摩擦阻阻力f＝____________；解析：(1)物塊在斜面面上做初速速度為零的的勻加速直直線運動，，受重力、支支持力、滑滑動摩擦力力作用．①根據(jù)三角形形關系可得得到(2)測量量滑塊擋光光長度的游游標卡尺讀讀數(shù)如圖3－4－－12所所示，讀得d＝______________.圖3－4－12(2)在游標卡尺尺中，主尺尺上是3.6cm，在游標尺尺上恰好是是第2條刻度線與與主尺對齊齊，再考慮慮到卡尺是是10分度度，所以讀讀數(shù)為3.6cm＋0.2×1mm＝3.62cm.2．(2010年浙江溫州州十校聯(lián)考考)現(xiàn)要測定木木塊與長木木板之間的動摩擦因數(shù)，給給定的器材材如下：一一傾角可以以調(diào)節(jié)的長長木板(如圖3－4－13)、木塊、、計時器一一個、米尺尺．圖3－4－13(1)填入入適當?shù)墓交蛭淖肿郑晟埔砸韵聦嶒灢讲襟E：①讓木塊從從斜面上方方一固定點點D從靜止開始始下滑到斜斜面底端A