实验四 验证牛顿运动定律

热点 1 实验原理与注意事项 【典例1】(2012·安徽高考)图甲为“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。
（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 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 ()
A.M=200g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40g B.M=200g,m=20g、40g、60g、80g、100g、120g C.M=400g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40g D.M=400g,m=20g、40g、60g、80g、100g、120g
(3)图乙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=4.22cm、sBC=4.65cm、 sCD=5.08cm、sDE=5.49cm、sEF=5.91cm、sFG=6.34cm。已知打点计 时器的工作频率为50Hz，则小车的加速度a=______m/s2（结果保 留2位有效数字）。
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。计算砝码和小车的总质 量M，并由纸带计算出小车对应的加速度，并将所对应的质量 和加速度填入表2中。
7.改变小车上砝码的个数，重复步骤6，并多做几次。 表1
M
就证明了加速度与质量成反比。
【误差分析】
1.因实验原理不完善引起误差。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
M gmg Mm
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 1 m
gmg＜mg
本实验用小盘和砝M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
实验四 验证牛顿运动定律
实验目的和器材
实验原理
1.学会用控制变量法研究物理规 探究加速度a与力F及
实验 目的
律 2.验证牛顿第二定律 3.掌握利用图像处理数据的方法
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
打点计时器、纸带、复写纸、小 不变，探究加速度a与
实验 器材
车、一端附有定滑轮的长木板、 力F的关系；再控制小 小盘、夹子、细绳、低压交流电 盘和砝码的质量不变， 源、导线、天平、刻度尺、砝码、即力F不变，探究加速
薄木块
度a与小车质量M的关
系
【实验过程】 一、实验步骤 1.称量质量——用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0。
2.安装器材——按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不 把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)。
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 薄木块，反复移动薄木块的位置，直至小车在斜面上运动时可 以保持匀速运动状态。 4.让小车靠近打点计时器，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。计算小 盘和砝码的重力，即为小车所受的合外力，由纸带计算出小车 的加速度，并把力和对应的加速度填入表1中。
4.一先一后一按住 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，且应在小车到达定滑轮前 按住小车。 5.作图 作图时，两坐标轴的比例要适当，要使尽可能多的点落在所作 直线上，不在直线上的点应尽可能对称地分布在所作直线两侧。
【实验改进】 本实验中可以用气垫导轨来代替长木板,这样就省去了平衡摩 擦力的麻烦,小车的加速度也可以利用传感器来测量,借助于计 算机来处理。
实验次数 加速度a/m·s-2 小车受力F/N 1 2 3 4
实验次数 1
表2 小车和砝码的
加速度a/m·s-2 总质量M/kg
2
3
4
二、数据处理 1.计算加速度——先在纸带上标明计数点，测量各计数点间的 距离，根据逐差法计算各条纸带对应的加速度。 2.作图像找关系——根据记录的各组对应的加速度a与小车所 受牵引力F，建立直角坐标系，描点画a-F图像，如果图像是一 条过原点的倾斜直线，便证明加速度与作用力成正比。再根据 记录的各组对应的加速度a与小车和砝码总质量M，建立直角坐 标系，描点画a- 1 图像，如果图像是一条过原点的倾斜直线，
【注意事项】 1.平衡摩擦力 在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，即不要 给小车加任何牵引力，且要让小车拖着纸带匀速运动。 2.不重复平衡摩擦力 整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质 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.实验条件 每条纸带都必须在满足小车的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。
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减小因实验原
理不完善而引起的误差。
2.摩擦力平衡不准确造成误差。在平衡摩擦力时，除了不挂小 盘外，其他的均与正式实验一样（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相邻 两点间的距离相等。 3.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、细绳或纸带不与木板平行等都会引起误差。
【标准解答】（1）要使细线对小车的拉力等于小车所受的合