实验四验证牛顿运动定律导学案(含详解答案)

实验四 牛顿运动定律实验导学案

一、 考纲要求： 学会用控制变量法研究物理规律．

掌握灵活运用图象处理数据的方法．

二、实验原理

1．保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系． 2．保持合外力不变，探究加速度与质量的关系． 3．作出a －F 图象和a －1

m 图象，确定其关系．

三、实验器材

小车、砝码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、薄木块、打点计时器、低压交流电源、导线、纸带、复写纸、天平、刻度尺．

四、实验步骤 1．测量：用天平测量

2．安装：按照如实验原理图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)

3．平衡摩擦力：如何操作？ 4．操作

(1)小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码． (2)保持 不变，改变 ，重复步骤(1)． (3)在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a . (4)描点作图，作a －F 的图象．

(5)保持 不变，改变 ，重复步骤(1)和(3)，作a －1

m 图象．

例1：某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系．

(1)下列做法正确的是________ (选填字母代号)．

A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行

B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上

C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源

D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度

(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量________木块和木块上砝码的总质量．(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)

(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图中甲、乙两条直线．设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图可知，m甲________ m乙，μ甲________ μ乙．(选填“大于”“小于”或“等于”)

变式1.(2018·潍坊月考)在探究加速度与力、质量的关系活动中，某小组设计了如图甲所示的实验装置．图中上下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，然后同时停止．

(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使____________________；在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量____________小车的质量(选填“远大于”“远小于”或“等于”)．

(2)本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是因为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________.

(3)实验中获得的数据如下表所示：

小车Ⅰ、Ⅱ的质量约为200 g.

空格处．通过分析，可知表中第__________次实验数据存在明显错误，应舍弃．

例2.(2018·宁夏石嘴山高三月考)在“探究加速度与质量的关系”的实验中

(1)备有器材：A.长木板；B.电磁打点计时器、低压交流电源、纸带；C.细绳、小车、砝码；D.装有细砂的小桶；E.薄木板；F.毫米刻度尺．还缺少的一件器材是________．

(2)实验得到如图(a)所示的一条纸带，相邻两计数点的时间间隔为T；B、C间距s2和

D、E间距s4已量出，利用这两段间距计算小车加速度的表达式为__________．

(3)同学甲根据实验数据画出如图(b)所示a－1

m图线，从图线可得砂和砂桶的总质量为

______kg.(g取10 m/s2)

(4)同学乙根据实验数据画出了图(c)，从图线可知乙同学操作过程中可能__________________．

误差分析

你认为引起实验误差的原因有哪些？

1、

2、

牛顿运动定律实验导学案答案

例1[解析] (1)实验中细绳要保持与长木板平行，A 项正确；平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上，这样无法平衡摩擦力，B 项错误；实验时应先接通电源再放开木块，C 项错误；平衡摩擦力后，改变木块上的砝码的质量后不再需要重新平衡摩擦力，D 项正确．

(2)由整体法和隔离法得到细绳中的拉力F ＝Ma ＝M mg M ＋m

＝1

1＋m M mg ，可见，当砝码桶

和桶内砝码的总质量m 远小于木块和木块上砝码的总质量M 时，可得F ≈mg .

(3)不平衡摩擦力，则F －μmg ＝ma ，a ＝F

m －μg ，图象的斜率大的木块的质量小，纵轴

截距绝对值大的动摩擦因数大，因此m 甲<m 乙，μ甲>μ乙．

[答案] (1)AD (2)远小于 (3)小于 大于

变式1：解析：(1)拉小车的水平细线要与轨道平行．只有在砝码盘和砝码的总质量远小于小车质量时，才能认为砝码盘和砝码的总重力等于细线拉小车的力．

(2)对初速度为零的匀加速直线运动，时间相同时，根据运动学公式：x ＝12at 2，得a 1a 2＝x 1

x 2.

(3)刻度尺的最小刻度是1 mm ，要估读到毫米的下一位，读数为23.86 cm －0.50 cm ＝23.36 cm .

答案：(1)细线与轨道平行(或水平) 远小于

(2)两小车从静止开始做匀加速直线运动，且两小车的运动时间相等 (3)23.36(23.34～23.38均对) 3

例2：解析：(1)本题要测量小车的质量，则需要天平，所以还缺少的一件器材是天平． (2)根据逐差法得：s 4－s 2＝2aT 2 解得a ＝s 4－s 2

2T 2

.

(3)根据牛顿第二定律可知，a ＝F m ，则F 即为a －1

m 图象的斜率，所以砂和砂桶的总重力

m ′g ＝F ＝2.4

12 N ＝0.2 N ，

解得m ′＝0.02 kg .

(4)由图(c)可知，图线不通过坐标原点，当F 为某一值时，加速度为零，可知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

答案：(1)天平 (2)a ＝s 4－s 2

2T 2

(3)0.02(0.018～0.022均正确) (4)未平衡摩擦力或平衡

摩擦力不足