高考物理一轮复习 实验四 验证牛顿运动定律课件

五、数据处理
(1)保持小车质量不变时，计算各次小盘和砝码的重力(作
为小车的合力)及对应纸带的加速度填入表(一)中。
表(一)
实验次数
加速度a/(m·s－2)
小车受力F/N
1
2
3
4
(2)保持小盘内的砝码个数不变时，计算各次小车和砝码 的总质量及对应纸带的加速度，填入表(二)中。
表(二)
实验次数
加速度a/(m·s－2)
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，撤去砂和砂桶，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，撤去纸带以及砂和 砂桶，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________。
连接好电路。
(3)平衡摩擦力：小车的尾部挂上纸带，纸带穿过打点计时器的 限位孔，将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，使小车在不挂小盘和 砝码的情况下，能沿木板做匀速直线运动。这样小车所受重力沿木 板的分力与小车所受摩擦力平衡。在保证小盘和砝码的质量远小于 小车质量的条件下，可以近似认为小盘和砝码的总重力大小等于小 车所受的合外力的大小。
三、实验器材
电磁打点计时器、复写纸片和纸带、一端有定滑轮的长木
板、小车、小盘、低压交流电源、天平、砝码、刻度尺、导线。
四、实验步骤
(1)用天平测量小盘的质量 m0 和小
车的质量 M0。
(2)把一端附有滑轮的长木板放在实 验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计
图实－4－1
时器固定在长木板上远离滑轮的一端，
小车和砝码的 总质量M/kg
1
2
3
4
(3)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，用纵坐标表示加速度 a，横 坐标表示总质量的倒数M1 ，描点画 a－M1 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。
本实验用小盘和砝码的总重力 mg 代替小车的拉力，而实际上 小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。小盘和砝码的总质量 越接近于小车的质量，误差越大；反之，小盘和砝码的总质量越小 于小车的质量，由此引起的误差就越小。因此，满足小盘和砝码的 总质量远小于小车的质量的目的就是为了减小因实验原理不完善 而引起的误差。
(3)图实－4－3 是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、 F、G 为 7 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：sAB＝4.22 cm， sBC＝4.65 cm，sCD＝5.08 cm，sDE＝5.49 cm，sEF＝5.91 cm， sFG＝6.34 cm。已知打点计时器的工作效率为 50 Hz，则小车的 加速度 a＝________m/s2。(结果保留 2 位有效数字)
(4)把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电源， 再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。
(5)改变小盘内砝码的个数，重复步骤(4)，并多做几次。 (6)保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小 车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带。 (7)改变小车上砝码的个数，重复步骤(6)。
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
六、注意事项 (1)平衡摩擦力时，调节长木板形成一个合适的斜面，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，并要让小车拖着纸带运动。 (2)每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大 于小盘及盘内砝码总质量的条件下打出。只有如此，小盘及盘内 砝码重力才可视为小车受到的拉力。 (3)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。
(4)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。
(5)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。
七、误差分析 1．系统误差 以小车、小盘和砝码整体为研究对象得 mg＝(M＋m)a；以小 车为研究对象得 F＝Ma；求得 F＝MM＋m·mg＝1＋1Mm·mg<mg。
图实－4－2
(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外 力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行。接 下来还需要进行的一项操作是________。
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，使小车在砂和砂 桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
2．偶然误差 摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、 纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。
实验原理与操作 [例 1] (2012·安徽高考)图实－4－2 为“验证牛顿第二定律”的 实验装置示意图。砂和砂桶的总质量为 m，小车和砝码的总质量为 M。实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。
实验四 验证牛顿运动定律
一、实验目的 (1)学会用控制变量法研究物象处理问题的方法。
二、实验原理 控制变量法：在所研究的问题中，有两个以上的参量在 发生牵连变化时，可以控制某个或某些量不变，只研究其中 两个量之间的变化关系的方法，这也是物理学中研究问题时 经常采用的方法。 本实验中，研究的参量为 F，m 和 a，可以控制参量 m 一定，研究 a 与 F 的关系，也可控制参量 F 一定，研究 a 与 m 的关系。