江苏省溧阳市南渡中学2013届高三一轮复习物理学案 牛顿运动定律-

实验 验证牛顿第二定律（总18）

一、实验目的

1．学会用控制变量法研究物理规律． 2．验证牛顿第二定律．

3．掌握利用图象处理数据的方法． 二、实验原理

控制变量法

1．保持研究对象即小车的质量不变，研究加速度a和力F的关系． 2．保持力F不变，改变小车的质量M，研究加速度a和质量M的关系． 三、实验器材

附有定滑轮的长木板；薄木板；小车；细线；小桶及砂；打点计时器；低压交流电源；导线；天平(带一套砝码)；砝码；毫米刻度尺；纸带及复写纸等． 四、实验步骤 （略） 五、注意事项：

1．一定要做好 的工作，也就是调出一个合适

的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力．

2．每条纸带必须在满足小车的质量 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．

3．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 ，再放开 ，且应在小车到达滑轮前按住小车．

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．

五、实验误差来源及分析

1．因实验原理不完善引起的误差．本实验用砂和砂桶的总重力(m’+ M’)g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于砂和砂桶的总重力．

2．摩擦力平衡不准确；质量测量不准；记数点间距测量不准；纸带拉线不严格与木板平行．

【例1】 在做“验证牛顿第二定律实验”时，按实验要求装置好器材后，应按一定的步骤进行实验，下列给出供选择的操作步骤：

A. 保持小桶和砂的质量不变，在小车里加砝码，测出加速度，重复几次 B. 保持小车质量不变，改变小桶里砂子的质量，测出加速度，重复几次 C. 用天平测出小车和小桶的质量

1D. 在长木板没有滑轮的一端垫上厚度合适的垫木，平衡摩擦力

E. 根据测出的数据，分别画出a-F和a-m的图线 F. 用秒表测出小车运动的时间

G. 将装有砂子的小桶用细线通过滑轮系到小车上，接通电源，释放小车，在纸带上打下一系列的点

以上步骤中，不必要的步骤是 ，正确步骤的合理顺序是 .（填写代表字母） 【例2】在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验课上，有甲、乙、丙、丁四位同学分别根据自己所测得的实验数据，在同一个a—F坐标系中画出了四条不同的a—F图象，如图所示，试根据此图完成以下各题． (1)实验中有两位同学忘记了一重要实验步骤。此步骤是 ，这两位同学是 ；其余两位同学中对本实验步骤操作恰当的是 ，另一同学的失误是使长木板的倾角 (填“过大”或“过小”)．

(2)实验中 三位同学所用小车的质量相等，而 同学所用小车的质量 (填“较大”或“较小”)．

(3)若实验中小车所受到的阻力Ff与小车的质量M满足关系式Ff=μMg，则甲同学实验中的μ甲与丁同学实验中的μ乙之间的关系为 μ甲 μ乙(填“大于”、“小于”或“等于”)． 【例3】某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，图（a）为实验装置简图。(交流电的频率为50 Hz)

(1)图 (b)为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为 m/s2。 (保留两位有效数字)

(2)保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量m分别得到小车加速度a与质量m及对应的数据如下表：

1m

，

请在下图方格坐标纸中画出“a-关系式是 。

1m

”图线，并

1m

从图线求出小车加速度a与质量倒数之间的

(3)保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图线如上图所示。该图线不通过原点，其主要原因是 。

三、巩固练习：

1．“验证牛顿运动定律”的实验中，以下说法正确的是( ) A．平衡摩擦力时，小盘应用细线通过定滑轮系在小车上

B．实验中应始终保持小车和砝码的质量远远大于小盘和砝码的质量

C．实验中如果用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比

D．平衡摩擦力时，小车后面纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力

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？

答

__________________________________.

(2)若取M＝0.4 kg，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．m＝5 g B．m＝15 g C．m＝40 g D．m＝400 g

(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_______________________________．(用Δt1、Δt2、D、x表示)

2. 某同学设计了一个“探究物体质量一定时，加速度与物体所受合力F的关系”的实验.如图甲为实验装置简图，实验中，小车的合外力F可以用砂和砂桶总重量来代替.若保持小车的质量不变，改变砂和砂桶质量m，分别得到小车加速度与砂和砂桶质量m数据如下表：（重力加速度g取10 m/s2）

：

（1） 如图丙所示，该同学在第六次实验中，由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点的时间间隔为T=0.10 s，其中s1=5.12 cm,s2=5.74 cm，s3=6.4 cm，s4=7.05 cm，s5=7.68 cm，s6=8.33 cm，则数据表中，第六次实验的小车加速度为 m/s2.（计算结果保留两位有效数字）

（2） 根据上表数据，为直观反映小车加速度a与小车合外力F的关系，请按照图乙方格坐标纸中所选择的单位，描点作图.

（3） 根据a-F图线，该同学在实验中可能存在的问题是