高考物理总复习 第3章 5讲 实验 验证牛顿第二定律课件 新人教版

(2)一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及 盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相 应的加速度，采用图象法处理数据．为了比较容易地确定出 加速度a与质量M的关系，应该作a与______的图象．
(3)如图(a)为甲同学根据测量数据作出的a－F图线，说明
实验存在的问题是___________________________________．
请根据实验数据作出a－F的关系图象．
(3)根据提供的实验数据作出的a－F图线不通过原点．请 说明主要原因．
【思维点拨】物体的加速度可以由纸带利用逐差法求
得．由(2)可知，F为砝码的重力，小车受的合力还应包括砝
码盘的重力．
【自主解答】(1)x3－x1＝2aT2，T＝0.02×5 s＝0.1 s x3－x1 2 a＝ ≈ 0.16 m/s . 2T2 (2)如图 (3)未计入砝码盘的重力．
F、m、a三个参量，研究加速度 a与 F及m的关系时，我们先 控制一个参量．该实验要求先控制小车的质量 m 不变，讨论 a与F的关系；再控制重物的质量不变，即 F 不变，改变小车 的质量m，讨论a与m的关系．
2．要测量的物理量 小车与其上砝码的总质量M——用天平测量． 小车受的拉力F——用 天平 测出重物的质量m，由F＝ mg算出．
明了加速度与作用力成 正比 ．
8 ．保持重物的质量不变，在小车上依次加砝码 (也需做 好记录)．重复上述步骤4和步骤6.用纵坐标表示加速度 a，横 坐标表示小车及砝码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验
结果画出相应的点，如果这些点是在一条直线上，就证明加
速度与质量成 反比 ． 四、误差分析 1．质量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距离的 测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差．
t3应约为________. 重物质量m m0 2m0 3m0 信号次数n 40 60 70 运动时间t/s 2.00 1.73 t3
解析：(1)小车经过的位移大小等于相同时间里圆形光 栅转动通过的弧长，设相邻两光栅的距离为L，由关系可 得：s＝nL，A正确． (2)重物质量远小于小车质量，可近似认为细线拉力F 等于重物重力，设小车质量为M，可得：F＝mg，s＝
5．保持小车的质量不变．该重物的重量： m′，m″，… 再重复步骤 4 ， m′ ， m″， m (或表格内)． ， … 的数值都要记录在纸带上
6．在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，按“测定
匀变速直线运动的加速度”实验中的方法算出每条纸带的加 速度a. 7．用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，根据实验结果 在坐标平面上画出相应的点．若这些点在一条直线上，便证
一、实验数据的处理 1．需要计算各种情况下所对应的小车加速度，可使用 “研究匀变速直线运动”的方法：先在纸带上标明计数 Δx 点，测量各计数点间的距离，根据公式a＝ 2 计算加速度． T
2．需要记录各组对应的加速度a与小车所受牵引力F， 然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示 作用力F，描点画a－F图象，如果图象是一条过原点的直 线，便证明加速度与作用力成正比．再记录各组对应的加 速度a与小车和砝码总质量M，然后建立直角坐标系，用纵 1 坐标表示加速度a，横坐标表示总质量的倒数 M ，描点画a 1 － M 图象，如果图象是一条过原点的直线，就证明了加速 度与质量成反比．
(2012上海测试)某同学为验证牛顿第二定律中“力与
加速度”的关系，采用光电门系统来代替位移和时间测量工
具，实验装置如图所示．光滑导轨水平放置，细线绕过可转 动的圆形光栅连接小车与重物(重物质量远小于小车质量)， 挡板可以在小车到达的时候使小车停下并粘住．光电门在每 次有红外线通过光栅时会记下1次信号，如图所示，圆形光栅
2 2
1 2
n at ，F＝Ma，s＝nL联立可得：t ∝ m ，由表格数据可得t3应 约为1.53 s(或 7 s) 3
答案：(1)A
(2)1.53 s(或
7 s) 3
(3) 图 (a) 甲同学根据测量数据作出的 a － F 图线没有过原 点，图象交于 F 轴上一点，说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦 力不够． (4) 乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的 a
－ F 图线，两图象的斜率不同，说明两个同学做实验时的小
车及车上砝码的总质量不同． 答案： (1)M≫m 擦力不够 (2)1/M (3) 没有平衡摩擦力或平衡摩 (4)小车及车上的砝码的总质量不同
(4)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a －F图线如图(b)所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取 值不同？____________________________________________.
【规范解答】(1)当M ≫m时，才可以认为绳对小车的 拉力大小等于盘及盘中砝码的重力． (2)因由实验画的a－M图象是一条曲线，难以判定它所 对应的函数式，从而难以确定a与M的定量关系，所以在实 1 验中应作a－M图象而不是a－M图象来分析实验结果．
把图线画成过各点的折线．
二、实验注意事项
1．一定要做好平衡摩擦力的工作，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．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在 小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点 的纸带运动．
2．整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝
答案：(1)0.16(0.15 也算对) (2)见自主解答图 (3)未计入砝码盘的重力
【方法归纳】验证牛顿第二定律实验主要是验证力、加 速度与质量三者间的关系，可以将实验数据分别通过数学公 式验证是否符合牛顿第二定律即可，也可将实验数据描绘在 图象中，结合实验数据和实验操作仔细分析实验中存在的系
统误差和偶然误差．偏离直线太大的数据为无效数据，不要
为T＝0.1 s.
在验证牛顿第二定律的实验中，采用如图所示的实验 装置，小车及车中砝码的质量用 M表示，盘及盘中砝码的质
量用 m 表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计
时器打上的点计算出．
(1) 当 M 与 m的大小关系满足 ______ 时，才可以认为绳对 小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力．
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上．挂
上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，
测量小车的加速度．小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F 的实验数据如下表： 砝码盘中砝码总 0.196 0.392 0.588 0.784 0.980 重力F/N 加速度a/(m·s－2) 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70
码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平 衡摩擦力．
3．每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远 大于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． 4．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，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到
2．因实验原理不完善造成误差
本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力 (实
际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力 )，存在系统 误差．小盘和砝码的总质量越接近小车的质量，误差就 越大 ；反之，小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，误 差就 越小 ．
3．平衡摩擦力不准造成误差
在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟正式实 验一样 ( 比如要挂好纸带、接通打点计时器 ) ，匀速运动的标 相等 志是打点计时器打出的纸带上各点的距离 .
达滑轮前按住小车．
5．作图象时，要使尽可能多的点分布在所作直线上，不 在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧． 6．作图时两轴标度比例要选择适当，各量须采用国际单 位．这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些．
7．为提高测量精度
(1)应舍掉纸带上开头比较密集的点，在后边便于测量的 地方找一个起点． (2)可以把每打五次点的时间作为时间单位，即从开始点 起，每五个点标出一个计数点，而相邻计数点间的时间间隔
“验证牛顿第二定律”的实验装置如图(甲)所示．
(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条
纸带如图(乙)所示．计时器打点的时间间隔为0.02 s．从比较
清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的 距离．该小车的加速度 a ＝ ________m/s2.( 结果保留两位有效 数字)
第五讲
实验：验证牛顿第二定律
1．学会用控制变量法研究物理规律． 2．能验证牛顿第二定律． 3．掌握利用图象法处理数据的方法．
一、实验原理 1．采用控制变量法 当研究对象有两个以上的参量发生牵连变化时，我们设 法控制某些参量使之不变，而研究其中两个参量之间的变化
关系的方法，是物理实验中经常采取的一种方法．本实验有
每转过1圈将会记下10次信号．不计一切摩擦，每次都将小车
静止释放，在小车停止后，记下重物质量m、信号次数n、小 车运动时间t.
(1)小车经过的位移s与光电门记下的信号次数n的关系 应是________ A．s∝n C．s∝n
2
1 B ． s ∝n 1 D．s∝ 2 n
(2)若实验后得到了下表所示的数据，试分析，运动时间
小车的加速度a——通过打点计时器打出的纸带测算出．
二、实验器材 打点计时器、纸带及复写纸片、小车、一端附有定滑轮 的长木板、重物、细绳、低压交流电源、两根导线、天平(带 有一套砝码)、 刻度尺 、砝码．
三、实验步骤
1 ．用天平测出小车和重物的质量 M 和 M′ ，把数值记录 下来． 2．按图所示把实验器材安装好，只是不把悬挂重物的细 绳系在小车上(即不给小车加牵引力)．
3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上 一块薄木板，反复移动木板的位置，直至小车在斜面上运动
时以保持匀速运动状态，这时小车拖着纸带运动时受到的摩
擦力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力 平衡 ． 4．把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂重物．先接通电源 再放开小车，取下纸带，在打点纸带上标上纸带号码．