《驗(yàn)證牛頓第二定律》

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1、重點(diǎn)專(zhuān)題復(fù)習(xí)《驗(yàn)證牛頓第二定律》 【重點(diǎn)知識(shí)提示】 1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃? 實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證牛頓第二定律，即物體的質(zhì)量一定時(shí)，加速度與作用力成正比；作用力一定時(shí)，加速度與 質(zhì)量成反比．實(shí)驗(yàn)原理：利用砂及砂桶通過(guò)細(xì)線(xiàn)牽引小車(chē)做加速運(yùn)動(dòng)的方法，采用控制變量法研究上述兩組 關(guān)系．如圖4—6所示，通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，使小車(chē)所受的阻力忽略，當(dāng)M和優(yōu)做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以得到 當(dāng)M>>m時(shí)，可近似認(rèn)為小車(chē)所受的拉力T等于mg． 本實(shí)驗(yàn)第一部分保持小車(chē)的質(zhì)量不變，改變m的大小，測(cè)出相應(yīng)的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(cè)出小車(chē)

2、運(yùn)動(dòng)的加速度a，驗(yàn)證a與M的關(guān)系． 2．實(shí)驗(yàn)器材 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，紙帶及復(fù)寫(xiě)紙，小車(chē)，一端附有滑輪的長(zhǎng)木板，小桶，細(xì)繩，砂，低壓交流電源，兩根導(dǎo)線(xiàn)，天平，刻度尺，砝碼． 3．實(shí)驗(yàn)步驟及器材調(diào)整 (1)用天平測(cè)出小車(chē)和小桶的質(zhì)量M和 m，把數(shù)值記錄下來(lái)． (2)按圖4—7所示把實(shí)驗(yàn)器材安裝好． (3)平衡摩擦力：在長(zhǎng)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， 直至不掛砂桶的小車(chē)剛好在斜面上保持勻速 運(yùn)動(dòng)為止． (4)將砂桶通過(guò)細(xì)繩系在小車(chē)上，接通電源放開(kāi)小車(chē)，使小車(chē)運(yùn)動(dòng)，用紙帶記錄小車(chē)的運(yùn)

3、動(dòng)情況，取下紙帶，并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼． (5)保持小車(chē)的質(zhì)量不變，改變砂桶中的砂量重復(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(xiě)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(huà)出相應(yīng)的圖線(xiàn)以驗(yàn)證倪與F的關(guān)系． (7)保持砂及小桶的質(zhì)量不變，改變小車(chē)的質(zhì)量(在小車(chē)上增減砝碼)，重復(fù)上述步驟(5)、(6)驗(yàn)證a與M的關(guān)系． 4．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(zhǎng)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． (2)改變m和M的大小時(shí)，

4、每次小車(chē)開(kāi)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(chē)． (3)每次利用紙帶確定a時(shí)，應(yīng)求解其平均加速度． 5．?dāng)?shù)據(jù)處理及誤差分析 (1)該實(shí)驗(yàn)原理中T=，可見(jiàn)要在每次實(shí)驗(yàn)中均要求M>>m，只有這樣，才能使?fàn)恳≤?chē)的牽引力近似等于砂及砂桶的重力． (2)在平衡摩擦力時(shí)，墊起的物體的位置要適當(dāng)，長(zhǎng)木板形成的傾角既不能太大也不能太小，同時(shí)每次改變M時(shí)，不再重復(fù)平衡摩擦力． (3)在驗(yàn)證a與M的關(guān)系時(shí)，作圖時(shí)應(yīng)將橫軸用l／M表示，這樣才能使圖象更直觀(guān)． 【典型范例導(dǎo)析】 【例1】 在《驗(yàn)證牛頓第二定律》的實(shí)驗(yàn)中，在研究作用

5、力一定時(shí)加速度與質(zhì)量成反比的結(jié)論時(shí)，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是 ( ) A．平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將裝砂的小桶用細(xì)繩通過(guò)定滑輪系在小車(chē)上 B．每次改變小車(chē)質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力 C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開(kāi)小車(chē)，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源 D．小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度，可從天平測(cè)出裝砂小桶和砂的質(zhì)量m及小車(chē)質(zhì)量M，直接用公式a=求出(m<

6、，便于測(cè)量；小車(chē)加速度為實(shí)驗(yàn)測(cè)量的量，通過(guò)分析紙帶得到． 點(diǎn)評(píng) 本題主要是考察該實(shí)驗(yàn)的操作及數(shù)據(jù)處理，只要對(duì)這些有一定了解，應(yīng)該說(shuō)是不難選擇的． 【例2】 在《驗(yàn)證牛頓第二定律》的實(shí)驗(yàn)中備有下列器材： A．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；B．天平(帶砝碼)；C．秒表；D．低壓直流電源；E．紙帶和復(fù)寫(xiě)紙；F．導(dǎo)線(xiàn)細(xì)線(xiàn)；G．小車(chē)；H．砂和小桶；I．帶滑輪的長(zhǎng)木板． 其中多余的器材是________________(填代號(hào))、缺少的器材是__________。 解析 C、D；缺少的器材有低壓交流電源，刻度尺、砝碼． 點(diǎn)評(píng) 本題要求熟悉該實(shí)驗(yàn)的所需器材

7、． 【例3】 如圖4-8(a)為《驗(yàn)證牛頓第二定律》的實(shí)驗(yàn)中用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條較理想的紙帶．紙帶上A、B、C、D、E、F、G為七個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間是0．1 s，距離如圖，單位是cm，小車(chē)的加速度是________m/s2，在驗(yàn)證質(zhì)量一定時(shí)加速度以和合外力F的關(guān)系時(shí)，某學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如圖4—8(b)所示的a-F、圖象，其原因是_____． 解析 本題的答案為1．60 m/s2，平衡摩擦力過(guò)剩，a的計(jì)算利用逐差法． 點(diǎn)評(píng) 倪的計(jì)算用公式△s=at2，通過(guò)計(jì)算平均值確定a的大小，平均值的求

8、解用逐差法計(jì)算較為精確，a-F圖象的形狀為不過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)表明平衡摩擦力的操作存在問(wèn)題． 【能力跟蹤訓(xùn)練】 1．在《驗(yàn)證牛頓第二定律》的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)小車(chē)質(zhì)量 m不變時(shí)，a-F圖象如圖4—9所示，則小車(chē)質(zhì)量m=________. 2．a(chǎn)、b、c、d四位同學(xué)做《驗(yàn)證牛頓第二定律》的實(shí)驗(yàn)，設(shè)小車(chē)質(zhì)量和車(chē)上砝碼質(zhì)量之和為M，砂及砂桶的總質(zhì)量為M，分別得出如圖4—10中a、b、c、d一四個(gè)圖線(xiàn)，其中圖a、b、c是a-F圖線(xiàn)，圖d是a一1/M圖線(xiàn)，則以下說(shuō)法中正確的是 ( ) A．a(chǎn)和b較好地把握了實(shí)驗(yàn)條件M>>m B．c和d則沒(méi)有把握好實(shí)驗(yàn)條件M>>m

9、 C．a(chǎn)同學(xué)長(zhǎng)木板的傾角太小，而b同學(xué)長(zhǎng)木板角度太大 D．a(chǎn)、b、c三同學(xué)中，c同學(xué)較好地完成了平衡摩擦力的操作 3．用斜面、小車(chē)、砂桶、砝碼等器材做《驗(yàn)證牛頓第二定律》的實(shí)驗(yàn)，如圖4—11 為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶，相鄰記數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T(mén)，且間距s1、s2、…、s6已量出： (1)請(qǐng)寫(xiě)出三個(gè)不同的計(jì)算加速度的表達(dá)式； (2)如圖4—12是某同學(xué)根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)畫(huà)出的a一F圖線(xiàn)，表明實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題 是 ． 4．某同學(xué)在做“當(dāng)外力一定時(shí)，加速度和質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，得到如圖4—13表格中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： (1)請(qǐng)用圖

10、象來(lái)處理這些數(shù)據(jù)； (2)根據(jù)作出的圖象，可以得到小車(chē)受到的外力F=__________N． 5．《驗(yàn)證牛頓第二定律》的實(shí)驗(yàn)對(duì)象是___________． (1)如圖4—1．4為小車(chē)質(zhì)量不變實(shí)驗(yàn)所得a一F圖象，從圖象上可以看到直線(xiàn)不過(guò)原點(diǎn)，其原因是_________，由圖可知，小車(chē)質(zhì)量為_(kāi)_________． (2)研究作用力一定，加速度與質(zhì)量間關(guān)系時(shí)，不作a一m圖線(xiàn)，而用a一1/m圖線(xiàn)，其原因是____________． 6．在《驗(yàn)證牛頓第二定律》實(shí)驗(yàn)中，下面的說(shuō)法中正確的是 ( ) A．平衡摩擦力時(shí)，小桶應(yīng)用細(xì)線(xiàn)通

11、過(guò)法滑輪系在小車(chē)上，但小桶內(nèi)不能裝砂 B．實(shí)驗(yàn)中應(yīng)始終保持小車(chē)和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和小桶的質(zhì)量 C．實(shí)驗(yàn)中如用縱坐標(biāo)表示加速度，用橫坐標(biāo)表示小車(chē)和車(chē)內(nèi)砝碼的總質(zhì)量，描出相應(yīng)的點(diǎn)在一條直線(xiàn)上，即可證明加速度與質(zhì)量成反比 D．平衡摩擦力時(shí)，小車(chē)后面的紙帶必須連好，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)過(guò)程中紙帶也要受到阻力 7．關(guān)于驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法中符合實(shí)際的是____。 A．通過(guò)同時(shí)改變小車(chē)的質(zhì)量m及受到的拉力F的研究，能歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系 B．通過(guò)保持小車(chē)質(zhì)量不變，只改變小車(chē)的拉力的研究，就可以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系 C．通過(guò)

12、保持小車(chē)受力不變，只改變小車(chē)質(zhì)量的研究，就可以得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系 D．先不改變小車(chē)質(zhì)量，研究加速度與力的關(guān)系；再不改變力，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系 8．本實(shí)驗(yàn)中，以下說(shuō)法正確的是____。 A．平衡摩擦力時(shí)，小桶應(yīng)用細(xì)線(xiàn)通過(guò)定滑輪系在小車(chē)上，但小桶內(nèi)不能裝砂 B．實(shí)驗(yàn)中應(yīng)始終保持小車(chē)和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于砂和小桶的質(zhì)量 C．實(shí)驗(yàn)中如果用縱坐標(biāo)表示加速度，用橫坐標(biāo)表示小車(chē)和車(chē)內(nèi)砝碼的總質(zhì)量，描出相應(yīng)的點(diǎn)在一條直線(xiàn)上時(shí)，即可證明加速度與質(zhì)量成反比 D．平衡摩擦力時(shí)，小車(chē)后面的紙帶必須連好，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)過(guò)程中紙帶也要受到阻力 9．在做“驗(yàn)

13、證第二運(yùn)動(dòng)定律的實(shí)驗(yàn)”時(shí)，首先要細(xì)心地調(diào)整裝置，以使小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)，然后才進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣做的目的何在： A．平衡摩擦力 B。方便實(shí)驗(yàn) C.減小摩擦力 D.增大阻力 4．小車(chē)所受的拉力等于砂和桶的總重力相比 A.小于重力，因?yàn)樯巴疤幱谑е貭顟B(tài) ； B.大于重力，因?yàn)樯巴疤幱诔貭顟B(tài)。C.等于重力因?yàn)樯巴疤幱谄胶鉅顟B(tài)。 D.都有可能。 10．在做驗(yàn)證牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律的實(shí)驗(yàn)時(shí)，某學(xué)生將實(shí)驗(yàn)裝置如圖1-9安裝，準(zhǔn)備接通電源后開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)，但他的裝置圖中有兩個(gè)明顯的錯(cuò)誤：（1）____；（2）____ 11．做“驗(yàn)證牛頓第二定律”實(shí)驗(yàn)時(shí)，按實(shí)驗(yàn)要求裝置好器

14、材后，應(yīng)按一定的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，下列給出供選擇的操作步驟。 A．保持小桶和砂的質(zhì)量不變，在小車(chē)?yán)锛禹来a，測(cè)出加速度，重復(fù)幾次 B．保持小車(chē)質(zhì)量不變，改變小桶里砂子的質(zhì)量，測(cè)出加速度，重復(fù)幾次 C．用天平測(cè)出小車(chē)和砂子的質(zhì)量 D．在長(zhǎng)木板沒(méi)有定滑輪的一端墊上厚度合適的墊木，平衡摩擦力 F．用秒表測(cè)出小車(chē)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 G．將裝有砂子的小桶用細(xì)線(xiàn)通過(guò)定滑輪系到小車(chē)上，接通電源，釋放小車(chē)，在紙帶上打出一系列的點(diǎn) 以上步驟中，不必要的步驟是____，正確步驟的合理順序是____（填寫(xiě)代表字母）。 12．用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄紙帶運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，計(jì)時(shí)器所用的電源的頻率為50Hz。圖1-10為做勻變速

15、直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的小車(chē)帶動(dòng)的紙帶上記錄的一些點(diǎn)，在每相鄰的兩個(gè)點(diǎn)中間都有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，按時(shí)間順序取0、1、2、3、4、5六個(gè)點(diǎn)，用米尺量出1、2、3、4、5點(diǎn)到0點(diǎn)的距離分別是（單位：cm）：8.78，16.08，21.87，26.16，28.94。 由此測(cè)出小車(chē)加速度的大小為_(kāi)___m／s2，方向____。 13. 在圖4－7的驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)中，如果砂和砂桶的質(zhì)量比較大，你如何驗(yàn)證牛頓第二定律？ 我的的思路是：____________________ ____________________________________________________________________

16、_________________________________________________. 重點(diǎn)專(zhuān)題復(fù)習(xí)《驗(yàn)證牛頓第二定律》答案 1．O．71kg(小車(chē)質(zhì)量研由a-F圖線(xiàn)的倒數(shù) 確定．) 2．A、B、C、D(圖線(xiàn)為直線(xiàn)，表明M 》研；a-F圖線(xiàn)與F交于原點(diǎn)右側(cè)表明f平衡 不夠，a-F圖線(xiàn)與a交于原點(diǎn)上方，表明f平衡 過(guò)甚；a-F圖線(xiàn)過(guò)原點(diǎn)，表明f平衡恰當(dāng)．) 3．(1) ；(2)沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠． 4．(1)首先計(jì)算出每組的1/m值，再作a一1/m圖象，如圖4—15；(2)F=12N 5．小車(chē) (1)未平衡摩擦力或不夠，kg (2)a一1/m圖線(xiàn)是直線(xiàn)便于觀(guān)察． 6．B、D(M>>m是為了減小系統(tǒng)誤差．平衡摩擦力時(shí)必須將小車(chē)后面的紙帶連好)．