实验四 验证牛顿运动定律

(3)相邻两计数点间的时间 T＝ 0.1 s，由Δ x＝ aT2 可得 a＝ （ xFG＋ xEF＋ xDE）－（ xCD＋ xBC＋ xAB） ，代入数据解得 a＝ （ 3T） 2 0.42 m/s2.
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验证牛顿运动定律
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试题
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1－1.如图所示，为某同学安装的“验证牛顿第二定律”的实 验装置，在小车的前端固定一个传感器，和沙桶连接的细线 接在传感器上，通过传感器可显示出细线的拉力．在图示状 态下开始做实验．
答案
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试题
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(3)图乙是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G 为七个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未 画出．量出相邻的计数点之间的距离分别为：xAB＝4.22 cm、 xBC＝4.65 cm、xCD＝5.08 cm、xDE＝5.49 cm，xEF＝5.91 cm， xFG＝6.34 cm.已知打点计时器的工作频率为50 Hz，则小车的 2.(结果保留两位有效数字)． 0.42 加速度a＝________m/s
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3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一 块薄木块，反复移动木块的位置，直至小车在斜面上运动 时可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小盘，先接通电源再 放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点．打点完 成后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码． 5．保持小车及车内砝码的质量不变，在小盘内放入质量为 m′的砝码，重复步骤(4)．在小盘内分别放入质量为m″、 m′′′、…的砝码，再重复步骤(4)．m′、m″、m′′′、…的数值 都要记录在纸带上(或表格内)．
答案
(2)不加传感器时将 沙和沙桶的重力作 为细线的拉力，而 接了传感器后细线 的拉力可以直接读 出．
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1－2.做“验证牛顿第二定律”实验时，按实验要求安装好器 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．保持小盘和其中砝码的质量不变，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，改变小盘里砝码的质量，测出加速 度，重复几次 C．用天平测出小车和小盘的质量 D．在长木板没有定滑轮的一端垫上厚度合适的垫木，平衡 摩擦力 1 E．根据测出的数据，分别画出 a－F 和 a－ 图象 M
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F．用秒表测出小车运动的时间 G．将装有砝码的小盘用细线通过定滑 轮系到小车上，接通电源，释放小车， 在纸带上打出一系列的点 F ， 以上步骤中，不必要的步骤是______ CDGBAE．(填 正确步骤的合理顺序是_________ 写代表字母)
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(1)小车在运动过程中受到重力、支持力、纸带的拉力、木板 对小车的摩擦力和细线拉力的作用．为了使细线对小车的拉 力等于小车所受的合力，因此应把木板的一端垫起适当的高 度，以使重力、支持力、纸带的拉力和摩擦力的合力为零， 即小车做匀速运动，因此在进行这一操作时，不应挂沙桶， 小车应连接纸带，A、C项错误，B项正确． (2)由于绳子的拉力不易测量，本实验中用沙和沙桶的总重力 来代替绳的拉力，而沙桶做加速运动，设加速度大小为a，
1 通过 a－M 和 a－ 关系图象，我们可以得出小车的加速度 a M 1 与质量 M 成反比，与质量的倒数 成正比． M
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误差分析 1．测量误差 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． 2．系统误差 本实验中用小盘和砝码的重力代替小车受到的拉力(实际 上小车和砝码受到的拉力要小于小盘和砝码的重力)，存 在系统误差．小盘和砝码的总质量越接近小车和砝码的质 量，误差就越大；反之，小盘和砝码的总质量越小于小车 和砝码的质量，误差就越小．
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6．在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数 点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度的值． 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，便证明 了加速度与作用力成正比． 8．保持砝码和小盘的质量不变，在小车上依次加砝码(也需 作好记录)，重复上述步骤，用纵坐标表示加速度a，横坐标 表示小车砝码总质量的倒数，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．
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(1)从图上可以看出，该同学在装置 未平衡摩擦 和操作中的主要错误是___________ 力；细线与木板不平行；开始实验 _______________________________ 时，小车离打点计时器太远 _________________________. (2)若沙和沙桶的质量为m，小车和 传感器的总重量为M，做好此实验 不需要 选填“需要”或“不需要 ________( ”) M≫m的条件．
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7．为提高测量精度，可以采取下列措施： (1)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，每隔四个点标出一个计数点，而相邻计数点间的时间 间隔为T＝0.1 s.
此实验中不需要 用秒表测量小车 的运动时间．
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1－3.(2013· 高考天津卷)某实验小组利用如图所示的装置探 究加速度与力、质量的关系．
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试题
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AD (1)下列做法正确的是________( 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 远小于 选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)木块 总质量________( 和木块上砝码的总质量．
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抓基础 双基夯实
实验器材 打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的 长木板，小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导 线、天平(带有一套砝码)、刻度尺．
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实验步骤 1．用天平测出小车和小盘的质量M和M′，把数值记录下 来． 2．按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂 小盘的细线系在小车上(即不给小车加牵引力)．
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数据处理 1．把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中：
实验次数 1
2 3 4
加速度a/(m· s－2)
小车受力F/N
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由以上数据画出它的a－F关系图象如图所示．通过a－F 关系图象我们可以得出，小车的加速度a与力F成正比．
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2．把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在 下表中： 实验次数 1 加速度a/(m· s－2) 小车质量M/kg
2
3 4
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1 由以上数据画出它的 a－M 图象及 a－ 图象， 如图甲、 乙所示． M
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3．必须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．只有如此，小盘和砝码的重力才可视为小 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 到达滑轮前按住小车． 5．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． 6．作图时两轴标度比例要选择适当．各量须采用国际单 位．这样作图时，坐标点间距不至于过密，误差会小些．
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验证牛顿运动定律 考点一 实验原理与操作
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研考向 考点探究 考点一 实验原理 与操作 考点二 数据处理 与误差分析
Fra Baidu bibliotek试题
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【典例1】 图甲为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意 图．沙和沙桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M.实验 中用沙和沙桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小．
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则FT＝m(g－a)，当沙桶的加速度很小时，FT近似等于mg， 因此实验中应控制实验条件，使沙桶的加速度很小．只有当 小车的质量远大于沙和沙桶的总质量时，小车和沙桶的加速 度才很小，绳的拉力才近似等于沙和沙桶的总重力．C项正 确．
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理要点 核心突破
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 志是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等． 注意事项 1．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 码质量，还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平 衡摩擦力．
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抓基础 双基夯实
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． 实验原理 探究加速度a与力F及质量M的关系时，应用的基本方法是 控制变量法，即先控制一个参量——小车的质量M不变， 讨论加速度a与力F的关系，再控制砝码和小盘的质量不 变，即力F不变，改变小车质量M，讨论加速度a与M的关 系．
考点三 设计
实验创新
(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合力， 先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下 B 填正确答案标号)． 答案 来还需要进行的一项操作是_____(
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A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的 纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在沙和沙 桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 B．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过 打点计时器的纸带，撤去沙和沙桶，给打点计时器通电， 轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及沙和沙 桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动 (2)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是 C ________( 填正确答案标号)． A．M＝200 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g B．M＝200 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g C．M＝400 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g D．M＝400 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g