实验：探究牛顿运动定律

小车Ⅱ
控 置制 装
砝码盘 和砝码
二.验证牛顿运动定律 1.实验装置
M m
2.实验器材 天平、低压交流电源、刻度尺
①使绳拉力等于车的合力 平衡摩擦力 3.实验准备： ②使砂和砂桶重力等于绳拉力 M》m 控制变量法 4.实验科学方法：
练习1．在“验证牛顿第二定律”的实验中备 有下列器材： A．打点计时器；B．天平(带 砝码)；C．秒表；D．低压直流电源；E．纸 带和复写纸；F．导线、细线 G．小车； H．砂和小桶；I．带滑轮长木板．其中多余 CD 的器材是 (填代号)． 低压交流电源 缺少的器材是 刻度尺 ．
mg- μ(M+m0-m)g=(m0+M)a
a (1 ) g M m0 g
CF=14.55cm
③ 在实验的数据处理过程中，该同学以片码m的质量为横轴，以 系统的加速度a为纵轴，绘制了如下图3所示的实验图线。 理论和实验均已证明，在滑动的条件下，a和m是一次函数关 系，即可以写成：a=km+c（式中的k和c为常数）的形式。 那么， (1 ) g -μg 本实验中的常数具体表达式k =_______，c =________； mm 结合本实验图线得出的滑块与 木板间的动摩擦因数 μ=_______。 μ=0.3 （g可以取10m/s2）
例2.在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”活动中，某 小组设计了如图所示的实验装置。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。关于这个实验，下列说法正确 的是（ ） A．实验的研究对象是小车、砝码和盘 B．实验中，砝码和盘的总质量应该比小车的质量要大或差不多 C．实验中，通过测出两个小车运动的位移关系，确定两个小车 的加速度关系 D．实验中，通过测出两个小车运动的时间关系，确定两个小车 的加速度关系 小车Ⅰ 细线 滑轮
v/(m﹒s-1)
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.1 0.2 0.3 +
怪异点， 舍！
t/s
图5
0.4
0.5
③ 最终该同学所得小车运动的a－F图线如图6所示， 从图中我们看出图线是一条经过原点的直线。根据图 线可以确定下列说法中不正确的是【 B 】 A．本实验中小车质量一定时，其加速度与所受合力 成正比 a/(m﹒s-2) B．小车的加速度 可能大于重力加速度g 0.4 C．可以确定小车的 质量约为0.50kg D．实验中配重的质量 0.2 m远小于小车的质量 M
验证牛顿运动定律
一、演示实验
二、学生实验
1.实验目的：研究a与F关系
2.实验原理：x=at2/2
3.科学方法：控制变量
4.数据处理：
（09海一）例1．图6甲是用来探究加速度和力之间关系的实验装置示意图，图3乙 是其俯视图。两个质量相等的小车，放在水平桌面上，前端各系一条细绳，绳的 另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里可放砝码。两个小车通过细线用夹子固定， 打开夹子，小盘和砝码牵引小车运动，合上夹子，两小车同时停止。实验中可以 通过在小盘中增减砝码来改变小车所受的拉力。为了探究加速度大小和力大小之 间的关系，下列做法中正确的是 B A．使小盘和砝码的总质量尽可能与小车质量相等 B．用刻度尺测量两小车通过的位移，通过比较位移来得知加速度大小与力大小之 间的关系 C．在两小盘内及两小车内分别放置相同质量的砝码进行实验 D．在两小盘内放置相同质量的砝码，在两小车内放置不同质量的砝码进行实验
图1
考察实验操作！！
例2．在“验证牛顿第二定律”的实验中，在研究 作用力一定时加速度与质量成反比的结论时，下列 A 说法错误的是【 C 】 A.平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细绳通过定滑 轮系在小车上。 B.每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力． C.实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源． D.小车运动的加速度，可从天平测出装砂小桶和砂 的质量m及小车质量时，直接用公式a=mg/M求出 (m<<M)。
纸带 打点计时器 垫木 配重
① 在步骤d中，该同学是采用v－t图象来求加速度的。 图4为实验中打出的一条纸带的一部分，纸带上标出 了连续的3个计数点，依次为B、C、D，相邻计数点 之间还有4个计时点没有标出。打点计时器接在频率 为50Hz的交流电源上。打点计时器打C点时，小车的 速度为 0.44 m/s；
例1．有关验证牛顿第二定律的实验，实验装置如图 所示，下列说法正确的是【 BCD 】 A.平衡运动系统的摩擦力时，应把装砂的小桶通过 定滑轮拴在小车上。 B.连接砂桶和小车的轻绳应和长木板保持平行。 C. 平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动。 D.小车应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放 小车。
0 0.1 0.2
F/N 0.3
（10海零摸）某同学用图所示装置做“验证牛顿第二定律”实验。 ①该同学从打出的纸带上比较清晰的点迹起，每5个点迹取一个计 数点（即相邻的两个计数点间都有4个未画出的点迹），标出了A、 B、C、D四个计数点，各计数点之间的距离如图12甲所示。已知 打点计时器打点的时间间隔为0.020s，则实验中该小车的加速度 1.8 a=____m/s2。（结果保留两位有效数字） ②该同学选用质量不同的A、B小车分别做实验，根据实验数据画 小于 出了图12乙所示的两条a-F图线，根据图线可知A车的质量____B 车的质量。（选填“大于”或“小于”。） 电源插头 纸带 打点计时器 a/ ms-2 小车
A车
砝码盘
图11
B车
A
B 3.53 5.33
甲
C
Байду номын сангаас
7.13
D
cm 乙
F/N
（10宣一摸）某同学设计了一个测定滑块与木板间动摩擦因数 的实验。装置如图1所示，其中M为滑块，m和m′是质量可调的 片码，细绳和滑轮的质量都可以忽略不计。实验过程中，该同 学在片码总质量m+m′=m0保持不变的条件下，改变m和m′的大 小，测出不同m下系统的加速度，然后通过实验数据的分析就 可以求出滑块和木板间的动摩擦因数。 ① 在实验器材方面，该同学选择了打点计时器、每片质量为 150g的片码总共10片、滑块、木板、滑轮各一个、细线若干。 除此以外根据本实验所要测量的物理量，你认为除了该同学已 选择的仪器以外，在下列备选仪器中还需要（ B D ）填写字 母代号即可）。 A.秒表 B.毫米刻度尺 C.学生用直流电源 D.学生用交 流电源
考察实验原理及操作！！
练习1．在验证“牛顿第二定律”的 实验中，当小车 质量m不变时，a-F图像如图2所示，则小车的质量 m=0.71kg （ ） 练习3．“验证牛顿第二定律”的实验研究对象 是 小车 ;(1)如图3为小车质量不变实验所得a—F图 像，从图像上可以看到直线不过原点，其原因 是 未平衡摩擦力 ，由图可知，小车质量为 3 / 3kg．(2) 研究作用力一定，加速度与质量间关系时，不作a一 m图线，而用a—1/m图线，其原因是（ ） a/ms-2 a/ms-2 a-m为曲
a
a
a
A
F
a
B
F
C
F
D
1/M
例4.（10西一模）某同学采用如图3所示的装置验证规律： “物体质量一定，其加速度与所受合力成正比”。 a．按图把实验器材安装好，不挂配重，反复移动垫木直到小 车做匀速直线运动； b．把细线系在小车上并绕过定滑轮悬挂配重，接通电源， 放开小车，打点计时器在被小车带动的纸带上打下一系列点， 取下纸带，在纸带上写上编号； c．保持小车的质量M不变，多次改变配重的质量m，再重复步 骤b； d．算出每条纸带对应的加速度的值； e．用纵坐标表示加速度a，横坐标表示配重受的重力mg（作 为小车受到的合力F），作出a－F图象。
4.23 2.28
1.41
0
图2
F/N
1 2 3
0
600 图3
F/N
线。无 法确定 二者定 量关系
练习4．“验证牛顿第二定律”的实验，在研究小车 的加速度和小车质量M的关系时，由于没有始终满足 M》m(m为砂桶及砂桶中砂的质量)的条件，结果得 到的图像应是图中的【 D 】 a a
a
A
1/M
a
B
1/M
B
3
C
5 6 7 8 9 10 11 12 13
D
14
15
4
cm
4.50cm
图4
8.40cm
13.30cm
② 其余各点的速度都标在了v－t坐标系中，如图5所 示。t=0.10s时，打点计时器恰好打B点。请你将①中 所得结果标在图5所示的坐标系中，并作出小车运动 的v－t图线；利用图线求出小车此次运动的加速度a 1.0 = _________m/s2；
② 以下是为了测量滑块的加速度，由实验得来的一 条纸带。从比较清晰的0点开始，该同学每数5个点 做为一个计数点，它们分别为：A、B、C、D、E、 F等，测量出各相邻计数点之间的距离，如图2所示。 根据这条纸带，求出这次实验时滑块的加速度为: m/s2(结果保留到小数点后两位）。 0.81
OC=7.26cm
C
1/M
D
1/M
练习5．在“验证牛顿第二定律”的实验中， 在研究小车的加速度a和拉力F的关系时，由于 没有始终满足M》m的关系，结果应是图中的 【 D 】
a a
a
A
F a
B
F
C
F
D
F
练习6．a，b，c，d四位同学做“验证牛顿第二定律”的实验， 设小车质量和车上砝码质量之和为M，砂及砂桶的总质量为m， 分别得出如图示的a，b，c，d四个图线，其中图a，b，c是a-F 图线，图d是a-1/M图线，则以下说法中正确的是【 ABCD 】 A.a和b较好地把握了实验条件M》m B．c和d则没有把握好实验条件M》m C．a同学木板的倾角太小，而b同学长木板角度太大 D．a、b、c三同学中，c同学较好地完成了平衡摩擦力的操作