2013版物理一轮精品复习学案：实验四验证牛顿运动定律(必修1)剖析.doc

实验四 验证牛顿运动定律【考纲全景透析】一、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.二、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，探究加速度a与力F的关系；再控制小盘和砝码的质量不变，即力F不变，探究加速度a与小车质量m的关系.三、实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码. 【热点难点全析】一、实验步骤 1.用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0. 2.把一端附有定滑轮的长木板放在实验台上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，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. 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.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(一)中. 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. 7.改变小车上砝码的个数，重复步骤6，并将所对应的质量和加速度填入表(二)中. 8.因实验原理不完善引起的误差（1） 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 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.（2）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. 【例1】在利用打点计时器和小车来做“验证牛顿运动定律”的实验时，下列说法中不正确的是(　　) ．平衡摩擦力时，应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上B．连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行C．平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动D．小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车【答案】【详解】本题考查实验过程中应注意的事项，选项中平衡摩擦力时，不能将砝码盘及盘内砝码(或小桶)通过细绳拴在小车上，错；选项B、C、D符合正确的操作方法，B、C、D对，错．二、注意事项 1.一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜面，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.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.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. 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. 7.为提高测量精度 (1)应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，每五个点标出一个计数点，则相邻计数点间的时间间隔为T=0.1 s.【例2】在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时,采用如图所示的实验装置，小车及车中的砝码质量用M表示，盘及盘中的砝码质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计数器打上的点计算出： (1)当M与m的大小关系满足　　　　　时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力。

（2）一组同学在先保持盘及盘中的砝码质量一定,探究做加速度与质量的关系,以下做法错误的是:( ) ．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上 B．每次改变小车的质量时，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用天平测出m以及小车质量M，直接用公式 a＝mg/M求出3）在保持小车及车中的砝码质量质量M一定，探究加速度与所受合外力的关系时，由于平衡摩擦力时操作不当，二位同学得到的a―F关系 分别如下图C、D所示(a是小车的加速度.F是细线作用于小车的拉力)其原因分别是： C图： ，D图： 。

答案：⑴m<