試驗四：驗證牛頓運動定律第1頁1.試驗目標(1)學會用控制變量法來研究物理規(guī)律.(2)學會靈活利用圖象法處理物理問題方法.(3)探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系，進而驗證牛頓第二定律.第2頁2.試驗原理探究加速度a與力F及質(zhì)量m關(guān)系時，應用基本方法是控制變量法.(1)控制小車質(zhì)量m不變，討論__________與________關(guān)系.

(2)控制桶和砂質(zhì)量不變，即力F不變，改變___________，討論____________與____________關(guān)系.加速度a力F小車質(zhì)量m加速度a小車質(zhì)量m第3頁3.試驗器材低壓交流天平刻度尺

打點計時器、紙帶及復寫紙、小車、一端附有滑輪長木板、小桶、細繩、砂、__________電源、_______、_________、砝碼. 4.試驗步驟及器材調(diào)整 (1)用天平分別測出小車和小桶質(zhì)量M和m，把數(shù)值統(tǒng)計下來. (2)按圖S4-1所表示把試驗器材安裝好. 圖S4-1第4頁

(3)平衡摩擦力：在長木板不帶滑輪一端下面墊上一塊薄木板，重復移動其位置，直至________(填“掛”或“不掛”)小桶小車剛好在斜面上保持________運動為止. (4)將小桶經(jīng)過細繩系在小車上，接通電源放開小車，使小車運動，用紙帶統(tǒng)計小車運動情況，取下紙帶，并在紙帶上標上號碼.不掛勻速

(5)保持小車質(zhì)量不變，改變小桶中砂量，測量砂和小桶質(zhì)量m，重復步驟(4)，每次統(tǒng)計必須在對應紙帶上做上標記，列表格將統(tǒng)計數(shù)據(jù)填寫在表內(nèi).第5頁

(6)建立坐標系，用縱坐標表示__________，橫坐標表示____，在坐標系上描點，畫出對應圖象以驗證____與____關(guān)系.加速度力aF

(7)保持砂及小桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量(在小車上增減砝碼)，重復上述步驟(5)、(6)，驗證_________與___________關(guān)系.加速度a小車質(zhì)量M第6頁

5.數(shù)據(jù)處理 (1)利用Δx＝aT2及逐差法求a. (2)以a為縱坐標，F(xiàn)為橫坐標，依據(jù)各組數(shù)據(jù)描點，假如這些點在一條過原點直線上，說明a與F成正比.(3)以a為縱坐標，1m為橫坐標，描點、連線，假如該線過原點，就能判定a與m成反比.第7頁

6.注意事項 (1)平衡摩擦力：適當墊高木板右端，使小車重力沿斜面方向分力恰好平衡小車和紙帶受到阻力.在平衡摩擦力時，不要把小桶系在小車上，而讓小車拉著打點紙帶勻速運動，且在試驗過程中，__________重復平衡摩擦力. (2)試驗條件：每次試驗中均要求小車質(zhì)量M______砂和小桶質(zhì)量m，只有這么，才能使牽引小車牽引力近似等于砂及小桶重力.不需要?第8頁

(3)一先一后一按：改變拉力或小車質(zhì)量后，每次開始時，小車應盡可能靠近打點計時器，并應先________________，后________________，且應在小車抵達滑輪前按住小車. (4)作圖：作圖象時，應使盡可能多點在所作直線上，不在直線上點盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè).接通電源釋放小車第9頁7.誤差分析(1)系統(tǒng)誤差以小車和小桶整體為研究對象得mg＝(M＋m)a；以小車為總重力mg代替小車拉力，而實際上小車所受拉力要小于小桶和砂總重力. (2)偶然誤差 質(zhì)量測量不準確、計數(shù)點間距測量不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引發(fā)誤差.第10頁考點1對試驗原理與試驗步驟考查

【典題1】(

年山東泰安高三第二輪質(zhì)檢)在“驗證牛頓第二定律”試驗中，采取如圖S4-2所表示試驗裝置，小車及車中砝碼質(zhì)量用M表示，砂和砂桶質(zhì)量用m表示，小車加速度可由小車后面拖動紙帶計算出. 圖S4-2第11頁

(1)試驗中，為了使細線對小車拉力等于小車所受合外力，先調(diào)整長木板一端滑輪高度，使細線與長木板平行.接下來還需要進行一項操作是()

A.將長木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器紙帶，給打點計時器通電.改變砂桶中砂多少，使小車在砂和砂桶牽引下運動，從打出紙帶判斷小車是否做勻速運動 B.將長木板一端墊起適當高度，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器紙帶，撤去砂和砂桶，給打點計時器通電，輕推小車，從打出紙帶判斷小車是否做勻速運動 C.將長木板一端墊起適當高度，撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運動第12頁(2)試驗中要進行質(zhì)量m和M選取，以下最合理一組是(

)A.M＝200g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、35g、40gB.M＝200g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120gC.M＝400g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、35g、40gD.M＝400g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120g第13頁

(3)已知打點計時器使用交變電流頻率為50Hz，每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點未畫出，利用如圖S4-3所表示給出數(shù)據(jù)可求出小車運動加速度a＝________m/s2.(計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)圖S4-3第14頁

解析：(1)為了使細線對小車拉力等于小車所受合外力，需要平衡摩擦力，其方法是：將長木板一端墊起適當高度，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器紙帶，撤去砂和砂桶，給打點計時器通電，輕推小車，從打出紙帶判斷小車是否做勻速運動，故B正確. (2)為了使砂和砂桶重力等于小車所受拉力，應滿足m?M，故選C.答案：(1)B(2)C(3)1.58第15頁次序12345質(zhì)量M/g100140180200240加速度a/(m·s－2)1.000.670.530.480.4010.007.145.56____4.17考點2對數(shù)據(jù)處理和誤差分析考查

【典題2】在用圖S4-4所表示裝置做“驗證牛頓第二定律”試驗中： (1)甲同學在外力F一定條件下，探究a與M關(guān)系時，所得到試驗結(jié)果以下表所表示： 外力F＝0.1N第16頁圖S4-4圖S4-5

①請你完善表中數(shù)據(jù)，并在圖S4-5中給出坐標紙上畫出

②由圖象可得到結(jié)論是___________________________.第17頁

(2)乙同學在探究“加速度與外力關(guān)系”試驗中得到a-F圖象如圖S4-6所表示，則該圖象中圖線不過原點原因是__________________________________________________________，小車質(zhì)量為________kg(計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字).圖S4-6第18頁第19頁答案：(1)①5.00如圖D21所表示.

圖D21②在外力一定情況下，物體加速度與質(zhì)量成反比0.28(0.26～0.29均

(2)木板傾角過大(或平衡摩擦力過分)正確)第20頁

【遷移拓展】(年新課標Ⅰ卷)某同學利用如圖S4-7甲所表示試驗裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)取得了小車加速度a與鉤碼質(zhì)量m對應關(guān)系圖，如圖乙所表示.試驗中小車(含發(fā)射器)質(zhì)量為200g，試驗時選擇了不可伸長輕質(zhì)細繩和輕定滑輪，小車加速度由位移傳感器及與之相連計算機得到，回答下列問題：第21頁甲乙

圖S4-7 (1)依據(jù)該同學結(jié)果，小車加速度與鉤碼質(zhì)量成________(填“線性”或“非線性”)關(guān)系. (2)由圖乙可知，a-m圖線不經(jīng)過原點，可能原因是________________________________.第22頁

(3)若利用本試驗裝置來驗證“在小車質(zhì)量不變情況下，小車加速度與作用力成正比”結(jié)論，并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到合外力，則試驗中應采取改進辦法是____________________________，鉤碼質(zhì)量應滿足條件是________________________.第23頁

解析：本題考查了驗證牛頓第二定律試驗.(1)依據(jù)圖中描出各點作出圖象不是一條直線，故小車加速度和鉤碼質(zhì)量成非線性關(guān)系.(2)圖象不過原點，小車受到拉力但沒有加速度，原因是有摩擦力影響.(3)平衡摩擦力之后，在滿足鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量條件下，能夠得出在小車質(zhì)量不變情況下拉力與加速度成正比結(jié)論.

答案：(1)非線性 (2)存在摩擦力(3)調(diào)整軌道傾斜度以平衡摩擦力遠小于小車質(zhì)量第24頁

1.試驗器材創(chuàng)新： (1)利用光電門測滑塊上遮光條經(jīng)過光電門時間. (2)利用氣墊導軌代替長木板. (3)利用力傳感器測繩中拉力大小. 2.試驗原理創(chuàng)新： 利用力傳感器測出細線拉力或選取整體作為研究對象，消除了因不滿足m?M而帶來試驗誤差. 3.數(shù)據(jù)處理方法創(chuàng)新：第25頁考向1利用力傳感器測量拉力大小

【典題3】(

年廣東江門模擬)如圖S4-8所表示是某同學探究加速度與力關(guān)系試驗裝置.他在氣墊導軌上安裝了一個光電門B.滑塊上固定一遮光條，滑塊用細線繞過氣墊導軌左端定滑輪與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼，每次滑塊都從A處由靜止釋放. 圖S4-8第26頁(1)該同學用游標卡尺測量遮光條寬度d，如圖S4-9所表示，則d＝________mm.圖S4-9

(2)試驗時，將滑塊從A位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條經(jīng)過光電門B時間t，若要得到滑塊加速度，還需要測量物理量是__________________.第27頁(3)以下無須要一項試驗要求是________.(請?zhí)顚戇x項前對應字母)A.應使滑塊質(zhì)量遠大于鉤碼和力傳感器總質(zhì)量B.應使A位置與光電門間距離適當大些C.應將氣墊導軌調(diào)整水平D.應使細線與氣墊導軌平行

(4)改變鉤碼質(zhì)量，測出對應力傳感器示數(shù)F和遮光條經(jīng)過光電門時間t，經(jīng)過描點作出線性圖象，研究滑塊加速度與力關(guān)系，處理數(shù)據(jù)時應作出___________圖象.(填“t2--F”第28頁解析：(1)由題圖知第6條刻度線與主尺對齊，d＝2mm＋6×0.05mm＝2.30mm.

(2)試驗時，將滑塊從A位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條經(jīng)過光電門B時間t，滑塊經(jīng)過光電門時瞬時速度可近似認為是滑塊經(jīng)過光電門平均速度.依據(jù)運動學公式得若要得到滑塊加速度，還需要測量物理量是遮光條到光電門距離L.第29頁

(3)拉力是直接經(jīng)過力傳感器測量，故與小車質(zhì)量和鉤碼質(zhì)量大小關(guān)系無關(guān)，故A項無須要；應使A位置與光電門間距離適當大些，有利于減小誤差，故B項必要；應將氣墊導軌調(diào)整水平，拉力才等于協(xié)力，故C項必要；要保持拉線方向與木板平面平行，拉力才等于協(xié)力，故D項必要.故選A.第30頁答案：(1)2.30(2)遮光條到光電門距離L(3)A第31頁考向2選擇整體作為研究對象

【典題4】(年新課標Ⅲ卷)某物理課外小組利用圖S4-10中裝置探究物體加速度與其所受合外力之間關(guān)系.圖中，置于試驗臺上長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼.本試驗中可用鉤碼共有N＝5個，每個質(zhì)量均為0.010kg.試驗步驟以下： (1)將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當厚度小物塊，使小車(和鉤碼)能夠在木板上勻速下滑.第32頁圖S4-10

(2)將n(依次取n＝1,2,3,4,5)個鉤碼掛在輕繩右端，其余N－n個鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行.釋放小車，同時用傳感器統(tǒng)計小車在時刻t相對于其起始位置位移s，繪制s-t圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到對應加速度a.第33頁n12345a/(m·s－2)0.20______0.580.781.00

(3)對應于不一樣n

a值見下表.n＝2時s-t圖象如圖S4-11甲所表示；由圖甲求出此時小車加速度(計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表.

(4)利用表中數(shù)據(jù)在圖乙中補齊數(shù)據(jù)點，并作出a-n圖象.從圖象能夠看出：當物體質(zhì)量一定時，物體加速度與其所受合外力成正比.第34頁甲乙

圖

S4-11 (5)利用a-n圖象求得小車(空載)質(zhì)量為________kg(計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字，重力加速度g取9.8m/s2).第35頁(6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，以下說法正確是________(填正確選項前序號).A.a-n圖線不再是直線B.a-n圖線仍是直線，但該直線不過原點C.a-n圖線仍是直線，但該直線斜率變大當t＝2s時，s≈0.78m，代入解得a＝0.39m/s2. (4)由題