實驗《驗證牛頓第二定律》學習指導

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1、實驗《驗證牛頓第二定律》（高考必考） 一、實驗目的：本實驗的研究對象是小車，因此本實驗的目的就是通過實驗來驗證小車產(chǎn) 生的加速度大小是否真的是與小車受到的合力大小成正比，與小車的質量成反比。 二、實驗方法：控制變量法（即先保持小車的質量不變，驗證小車的加速度是否與它受到 的合力成正比；再保持小車所受的合力不變，驗證小車的加速度是否與它的質量成反比）， 實驗裝置如圖所示 三、 實驗應滿足的條件： 1、怎樣測量小車受到的合力？本實驗是直接將砝碼砝碼的重量作為小車所受到的合力的。 這此必須滿足以下兩個條件： 本來小車在水平方向受到的力有繩子的拉力和木板的摩擦力，但要直接測量拉力和摩擦 力

2、很困難，因此本實驗是直接將砝碼盤和砝碼的重量作為小車所受到的合力，為此做本實 驗必須滿足如下兩個條件：（1）須平衡掉小車所受到的摩擦力（平衡摩擦力的方法是：在 不掛上砝碼盤和砝碼的情況下，將墊在長木板下的小木墊反復移動，直到輕推一下小車， 小車恰能勻速下滑為止）（2）小車的質量M要遠遠大于砝碼盤和砝碼的質量m,即M>>m。 2、怎樣測量小車的加速度？用打點計時器來測量。 四、 實驗步驟與數(shù)據(jù)處理方法： （一） 先保持小車的質量不變，驗證加速度是否與合力成正比 1、 用天平測出小車的質量M和砝碼盤、砝碼的總質量m； 2、 平衡摩擦力：在不掛上砝碼盤和砝碼的情況下，將墊在長木板下的小木墊

3、反復移動，直 到輕推一下小車，小車恰能勻速下滑為止。平衡摩擦力只需做一次，不需每次都要平衡 摩擦力。 3、 掛上砝碼盤和砝碼，讓小車緊靠打點計時器，先接通電源，再釋放小車，讓打點計時器 在紙上打出一系列點，取下紙帶并在紙帶上標上該紙帶的號碼。 4、 保持小車的質量M不變，改變小車所受到的合力（即改變砝碼盤和砝碼的質量）再重 復上述步驟 5、 記錄出每次實驗時小車所受到的合力，并通過紙帶用逐差法計算出小車相應的加速度 6、 將每次測到的小車受到的合力F與小車的加速度a在a—F圖上描點，看能否作出一 條過原點的傾斜直線，若是表明a與F成正比。 （作圖線的方法：使盡量多的點落在一條直線上，

4、個別點分布在該直線的兩側，極個別偏 離直線較遠的點可去掉） （二） 保持小車所受的合力不變，驗證小車的加速度是否與它的質量成反比。 步驟的前3步與上述相同。只是第4步改為：保持小車所受的合力不變，通過不斷在小車 上面加上砝碼的方法來改變小車的質量。 五、 實驗誤差分析： 1、若根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描點后作出的圖象如圖1所示，原因是：平衡摩擦力時長木板的傾角過 大； 2、若根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描點后作出的圖象如圖2所示，原因是：沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力 時第木板被墊起的傾角過小 精選練習題 1．在探究加速度與物體所受合外力和質量間的關系時,采用如圖所示的實驗裝置，小 車及車中的祛碼質量

5、用M'表示，盤及盤中的砝碼質量用m、表示，小車的加速度可 由小車后拖動的紙帶由打點計數(shù)器打上的點計算出： (1) 實驗時首先要進行的步驟是——————————————————，具體方法是——————————— (2) 只有當M與m的大小關系滿 時，才可以認為繩子對 小車的拉力大小等于盤和砝碼的重力。 m 圖5 (3) 一組同學保持盤及盤中的砝碼質量一定，探究做加速度與質量的關系，以下做法錯誤 的是： A. 平衡摩擦力時，應將盤及盤中的砝碼用細繩通過定滑輪系在小車上 B. 每次改變小車的質量時，不需要重新平衡摩擦力 C. 實驗時，先放開小車，再接通打點計時器電源 D.

6、 小車運動的加速度可用天平測出m'以及小車質量M,直接用公式a=m' g/M求出。 (4) 在保持小車及車中的砝碼質量質量M一定，探究加速度與所受合外力的關系時，由于 平衡摩擦力時操作不當，二位同學得到的a ―― F關系分別如下圖C、D所示(a是小車 的加速度，F(xiàn)是細線作用于小車的拉力)。其原因分別是： C圖： D圖： (5)某同學做該實驗時打出如圖A所示的 一條紙帶，則小車的加速度的表達式為 (6)乙、丙同學用同一裝置實驗，畫出a-F圖象如圖B (b)所示，說明兩個同學做實驗時的哪一個 物理量取值不同？并比較其大小。 料―—K S?平S5平S6 〈ABCD E F G

7、 2、在探究加速度與物體質量、物體受力的關系實驗中，實驗裝置如圖乙所示：一木塊放在 水平光滑長木板上，左側拴有一不可伸長的細軟線，跨過固定在木板邊緣的滑輪與一重物 相連，重物的質量為m ?木塊右側與穿過打點計時器的紙帶相連，在重物牽引下，木塊在木 板上向左做勻加速運動.圖甲給出了打點計時器在紙帶上打出的一些連續(xù)的點，它們之間的 距離分別為耳、S2、S3、S4、S5、S6,打點計時器所用交流電周期為T.根據(jù)給以上數(shù)據(jù)求： (1) 木塊的加速度a= ? (2) 設長木板光滑，若牛頓第二定律成立，則細線對木塊的拉力為 F= ? (3) 若長木板不光滑，為了減少誤差

8、，你認為應采取什么措施？ 圖十一 3、某同學設計了一個探究加速度與物體所受合力F及質量m的關系實驗?如圖(a)為 裝置簡圖，A為小車，B為打點計時器，C砝碼，D為一端帶有定滑輪的長方形 0 木板，實驗中認為細繩對小車拉力F等于祛碼的總重量，小車運動加速度a可用紙帶上點 求得： 電源插頭 紙帶運動方向嚴 ⑴圖(b)為某次實驗得到的紙帶(交流電的周期為TO. 02S,試由圖中數(shù)據(jù)求出小車加速 度值為( ) ⑵保持砂和砂桶質量不變，改變小車質量m,分別得到小車加速度a與質量m及對應 的丄數(shù)據(jù)如下表: m 定量關系式是 . (3)保持小車質量不變，

9、改變砝碼的重量，該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力 F圖線，如圖(d)所示，該圖線不通過原點，明顯超出偶然誤差范圍，其主要原因是 4、和打點計時器一樣，光電計時器也是一種研究物體運動情況的常用計時儀器，其結構如 圖甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當有物體從a、b間通過時，光 電計時器就可以顯示物體的擋光時間.現(xiàn)利用如圖乙所示的裝置測量滑塊和長1 m左右 的木板間的動摩擦因數(shù)，圖中MN是水平桌面，Q是木板與桌面的接觸點，1和2是固定 在木板上適當位置的兩個光電門，與之連接的兩個光電計時器沒有畫出. 此外，在木板 頂端的P點還懸掛著一個鉛錘.讓滑塊d從木板的頂端滑下,光電門1、2各自連接的計 時器顯示的擋光時間分別為2.5X10-2 s和1.0X10-2S，小滑塊d的寬度為0.5 cm. (1)滑塊通過光電門1的速度V]= m/s,滑塊通過光電門2的速度v2= m/s. ⑵已知當?shù)氐闹亓铀俣葹間，V],v2和兩個光電子之間的距離為L已知，用提供的米尺測 出P點到桌面高度h；重錘在桌面上所指的點與Q點的距離a,動摩擦因數(shù)的表達式“ = (用字母表示).