届一轮复习人教版验证牛顿运动定律 学案Word下载.docx
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3.在小盘里放入适量的砝码,把砝码和小盘的质量m′记录在表格中。
4.保持小车的质量不变,改变砝码的质量,按上面步骤再做5次实验。
5.算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格中。
6.用纵坐标表示加速度a,横坐标表示合外力,即砝码和小盘的总重力m′g,根据实验数据在坐标平面上描出相应的点,作图线。
7.用纵坐标表示加速度a,横坐标表示小车质量的倒数,在坐标系中根据实验数据描出相应的点并作图线。
五、数据处理
1.利用Δx=aT2及逐差法求a。
2.以a为纵坐标,F为横坐标,根据各组数据描点,如果这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比。
3.以a为纵坐标,
为横坐标,描点、连线,如果该线过原点,就能判定a与m成反比。
六、误差分析
1.因实验原理不完善引起的误差:
本实验用小盘和砝码的总重力m′g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。
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。
七、注意事项
1.平衡摩擦力:
适当垫高木板的右端,使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车受到的阻力。
在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细绳系在小车上,让小车拉着打点的纸带匀速运动。
2.不重复平衡摩擦力。
3.实验条件:
m≫m′。
4.一先一后一按:
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,再释放小车,且应在小车到达滑轮前按住小车。
典例精析
1、某同学用如图所示的实验装置验证牛顿第二定律,请回答下列有关此实验的问题:
(1)该同学在实验前准备了图中所示的实验装置及下列辅助器材:
A.交流电源、导线
B.天平(含配套砝码)
C.秒表
D.刻度尺
E.细线、砂和小砂桶
其中不必要的器材是(填代号)。
(2)打点计时器在小车拖动的纸带上打下一系列点迹,以此记录小车的运动情况。
其中一部分纸带上的点迹情况如图甲所示,已知打点计时器打点的时间间隔T=0.02s,测得A点到B、C点的距离分别为x1=5.99cm、x2=13.59cm,则在打下点迹B时,小车运动的速度vB=m/s;
小车做匀加速直线运动的加速度a=m/s2。
(结果保留三位有效数字)
(3)在验证“质量一定,加速度a与合外力F的关系”时,某学生根据实验数据作出了如图乙所示的a-F图象,其中图线不过原点的原因是,图线在末端弯曲的原因是。
【答案】
(1)C
(2)0.6801.61(3)平衡摩擦力过度砂和小砂桶的总质量m不远小于小车和砝码的总质量M
【解析】
(1)由于打点计时器就是一个计时装置,所以不需要秒表;
(2)由图中知T=0.1s,匀变速直线运动的平均速度等于时间中点的瞬时速度,
=0.680m/s,由
知,
,解得
,由题中x1=5.99cm、x2=13.59cm,代入上式解得a=1.61m/s2。
(3)由题图乙知,当F=0时,a≠0,说明重力的分力产生了加速度,原因是平衡摩擦力过度,所以图线不过原点的原因是平衡摩擦力过度;
以小车、砂和小砂桶整体为研究对象得:
,以小车为研究对象得
,联立解得
,当
时
,在图线中,F越大,mg越大,就越不满足
的条件,所以图线在末端弯曲。
2、如图为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图。
盘和重物的总质量为m,小车和砝码的总质量为M。
实验中用盘和重物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,先调节长木板一端定滑轮的高度,使细线与长木板平行。
接下来还需要进行的一项操作是(填写所选选项的序号)。
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,使小车在盘和重物的牵引下运动,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
B.将长木板的右端垫起适当的高度,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,撤去盘和重物,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.将长木板的右端垫起适当的高度,撤去纸带以及盘和重物,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=20g,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、120
(3)如图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,量出相邻的计数点之间的距离分别为x1、x2、x3、x4、x5、x6。
已知相邻的计数点之间的时间间隔为T,关于小车的加速度a的计算方法,产生误差较小的算法是()
A.
B.
C.
D.
(1)B
(2)C(3)D
(1)平衡摩擦力既要平衡纸带和打点计时器之间的摩擦,还有平衡小车和木板之间的摩擦,所以平衡摩擦力时一定要连上纸带,在没有拉力作用下若能匀速直线运动,说明摩擦力已经平衡,要保证没有拉力,就要去除盘和重物。
(2)实验设计中以砝码和盘的重力作为小车合力,事实上,小车和砝码盘一起运动,加速度
,绳子拉力即小车合力
,只有当
时,绳子拉力才近似等于砝码和盘的重力,对照选项符合
只有选项C。
(3)根据
,纸带数据给出6个连续的间距,任意两个都可以计算出加速度,但是不够准确,有误差,所以选择六个数据都用上,
,
,整理可得
,选项D对。
对点训练
1.某实验小组在实验室做“验证牛顿运动定律”实验:
(1)甲同学在验证加速度和物体的质量的关系时,控制物体所受合外力不变。
①实验中,描
图象而不描a-m图象的理是。
②根据实验数据得到
图象如图所示,由此你得出的结论为。
(2)乙同学在保持小车质量不变的情况下,通过多次改变对小车的拉力,由实验数据作出的a–F图象如图乙所示,图象与a轴的截距的物理意义是;
小车的质量为g。
(保留两位有效数字)
(1)①a–m的图线为曲线、不便于发现规律,而
图线为直线,偏于发现规律②合外力不变时,加速度与质量成反比
(2)不加外力时,重力的分力与摩擦力的合力产生的加速度1.8(1.7~1.9均正确)
(1)①实验中,描
图象而不描a–m图象的理是,a–m的图线为曲线、不便于发现规律,而
图线为直线,便于发现规律;
图象如题图甲所示,由此得出的结论为,合外力不变时,加速度与质量成反比。
(2)图象与a轴的截距的物理意义是,不加外力时,重力的分力与摩擦力的合力产生的加速度。
图线的斜率的倒数为小车的质量,即
。
2.在“验证牛顿运动定律”的实验中,采用如图所示的实验装置,小车及车中砝码的质量用M表示,盘及盘中砝码的质量用m表示,小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出。
在利用打点计时器和小车做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时,
(1)下列说法中正确的是_____________。
A.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与长木板保持平行
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
(2)当M与m的大小关系满足________时,才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力。
(3)一组同学在做加速度与质量的关系实验时,保持盘及盘中砝码的质量一定,改变小车及车中砝码的质量,测出相应的加速度,采用图象法处理数据。
为了比较容易地检查出加速度a与质量M的关系,应该做a与________的图象。
(4)如图(a),甲同学根据测量数据做出的a-F图线,说明实验存在的问题是________。
(5)乙、丙同学用同一装置做实验,画出了各自得到的a-F图线,如图(b)所示,两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同的是________。
(1)BCD
(2)M≫m(3)
(4)平衡摩擦力时木板倾角过大(5)两小车及车上砝码的总质量不同
(1)平衡摩擦力时,应将绳从小车上拿去,轻轻推动小车,小车沿木板运动,通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动,故A错误;
若连接砝码盘和小车的细绳与长木板不保持平行,则细绳的拉力分力不等于小车的外力,这样导致误差增大,故B正确;
每次改变小车的质量时,小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消,以防摩擦力不再平衡,故C正确;
实验时,应先放开小车,再接通打点计时器电源,由于小车运动较快,可能会使打出来的点很少,不利于数据的采集和处理,同时要求开始小车要靠近打点计时器,故D正确。
(2)以整体为研究对象有
,以M为研究对象有细绳的拉力
,显然要有F=mg,必有M与m的大小关系满足M≫m,才能保证绳子的拉力等于砝码的重力。
(3)由牛顿第二定律可知加速度与质量成反比,而反比例函数图象是曲线,不容易判断自变量与因变量之间的关系,故不能做的图象。
但
,故a与
成正比,而正比例函数图象是过原点的一条直线,就比较容易判断自变量与因变量之间的关系,故作a–
的图象。
(4)图中没有拉力时产生了加速度,说明平衡摩擦力时木板倾角过大。
(5)由题中图(b)知在拉力相同的情况下,a乙>
a丙,根据F=ma,可得
,a–F图象的斜率等于物体的质量,且m乙<
m丙,故两同学的实验中小车及车上砝码的总质量不同。
3.某同学在实验室用如图所示的装置来研究牛顿第二定律的问题。
(1)为了尽可能减少摩擦力的影响,需要将长木板的右端垫高,直到在没有沙桶拖动下,小车拖动穿过计时器的纸带时,能在纸带上。
(2)在____________条件下,可以认为绳对小车的拉力近似等于沙和沙桶的总重力。
(3)在此实验中,此同学先接通计时器的电源,再放开纸带,如图是在m=100g,M=1g情况下打出的一条纸带,O为起点,A、B、C为过程中的三个相邻的计数点,相邻的计数点之间有四个点没有标出,有关数据如图所示,其中hA=42.05cm,hB=51.55cm,hC=62.00cm,则小车的加速度为a=m/s2。
(保留2位有效数字)
(4)在“验证牛顿运动定律”的实验中,在研究加速度a与小车的质量M的关系时,由于没有注意始终满足
(2)问的条件,结果得到的图象应是下图中的
(1)打出间距均匀的点
(2)沙桶质量远小于小车总质量
(3)0.95(4)D
(1)实验中要研究牛顿第二定律,需要平衡摩擦力,应通过右侧垫高的方法使小车受到的摩擦力与重力的分力相互平衡,平衡的依据就是在小车没有沙桶拖动下,小车做匀速直线运动,即小车拖动穿过计时器的纸带时,能在纸带上打出间距均匀的点;
(2)在沙桶质量远小于小车总质量条件下,可以认为细绳对小车的拉力近似等于沙和沙桶的总重力。
(3)小车的加速度为
(4)随着1/M增大,小车质量在减小,因此小车质量不再满足远大于砂和小砂桶的质量,加速度不可能一直均匀增大,加速度的增大幅度将逐渐减小,最后趋近与定值g,故ABC错误,D正确。
4、
(1)在研究小车的加速度a和小车的质量M的关系时,由于始终没有满足M远大于m(m为砂桶及砂桶中砂的质量)的条件,结果得到的图象应是如下图中的图___________。
(2)在研究小车的加速度a和拉力F的关系时,由于始终没有满足M远大于m的关系,结果应是下图中的图___________。
(1)D
(2)D
(1)当沙桶和沙的质量较小时,绳子的拉力可等于沙桶和沙的重力,当质量较大时,绳子的拉力与沙桶的总重力相差较大,所以加速度会偏小,并且质量越大,相差就越大,就会出现D中的情况。
(2)同理
(1)。
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