实验四验证牛顿运动定律实验四验证牛顿运动定律注意事项注意事项1.实验方法：实验方法：控制变量法。控制变量法。2.平衡摩擦力：平衡摩擦力：不悬挂小盘，但小车连着纸带不悬挂小盘，但小车连着纸带3.不重复不重复：不重复平衡摩擦力。：不重复平衡摩擦力。4.实实验验条条件件：Mm。小小盘盘和和砝砝码码的的总总重重力力才才可可视视为为小小车车受受到到的的拉力。拉力。5.一一先先一一后后一一按按住住：先先接接通通电电源源，后后放放小小车车，且且在在小小车车到到达达滑滑轮轮前按住小车。前按住小车。6.作图作图：作图时两轴标度比例要适当，各量须采用国际单位。：作图时两轴标度比例要适当，各量须采用国际单位。误差分析误差分析1.因因实实验验原原理理不不完完善善引引起起的的误误差差：本本实实验验用用小小盘盘和和砝砝码码的的总总重重力力mg代代替替小小车车的的拉拉力力，而而实实际际上上小小车车所所受受的的拉拉力力要要小小于于小小盘和砝码的总重力。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。确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。热点一教材原型实验热点一教材原型实验【例【例1】为了为了“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”，现提供如图，现提供如图1所所示的实验装置：示的实验装置：图图1(1)以下实验操作正确的是以下实验操作正确的是()A.将将木木板板不不带带滑滑轮轮的的一一端端适适当当垫垫高高，使使小小车车在在砝砝码码及及砝砝码码盘盘的牵引下恰好做匀速运动的牵引下恰好做匀速运动B.调节滑轮的高度，使细线与木板平行调节滑轮的高度，使细线与木板平行C.先接通电源，后释放小车先接通电源，后释放小车D.实验中小车的加速度越大越好实验中小车的加速度越大越好图图2(2)在在实实验验中中得得到到一一条条如如图图2所所示示的的纸纸带带，已已知知相相邻邻计计数数点点间间的的时时间间间间隔隔为为T0.1 s，且且间间距距x1、x2、x3、x4、x5、x6已已量量出出分分别别为为3.09 cm、3.43 cm、3.77 cm、4.10 cm、4.44 cm、4.77 cm，则小车的加速度，则小车的加速度a_m/s2。(结果保留结果保留2位有效数字位有效数字)(3)有有一一组组同同学学保保持持小小车车及及车车中中的的砝砝码码质质量量一一定定，探探究究加加速速度度a与与所所受受外外力力F的的关关系系，他他们们在在轨轨道道水水平平及及倾倾斜斜两两种种情情况况下下分分别别做做了了实实验验，得得到到了了两两条条aF图图线线，如如图图3所所示示。图图线线_是是在在轨轨道道倾倾斜斜情情况况下下得得到到的的(填填“”或或“”)；小小车车及及车车中中砝砝码码的总质量的总质量m_kg。图图3解解析析(1)将将不不带带滑滑轮轮的的木木板板一一端端适适当当垫垫高高，在在不不挂挂钩钩码码的的情情况况下下使使小小车车恰恰好好做做匀匀速速运运动动，以以使使小小车车的的重重力力沿沿斜斜面面的的分分力力和和摩摩擦擦力力抵抵消消，那那么么小小车车的的合合力力就就是是细细线线的的拉拉力力，故故选选项项A错错误误；细细线线的的拉拉力力为为小小车车的的合合力力，所所以以应应调调节节定定滑滑轮轮的的高高度度使使细细线线与与木木板板平平行行，故故选选项项B正正确确；实实验验时时，应应使使小小车车靠靠近近打打点点计计时时器器由由静静止止释释放放，先先接接通通电电源源，后后释释放放小小车车，故故选选项项C正正确确；实实验验时时，为为了了减减小小实实验验的的误误差差，小小车车的的加加速速度度应应适适当当大大一一些些，但不是越大越好，故选项但不是越大越好，故选项D错误。错误。答案答案(1)BC(2)0.34(3)0.5【变变式式训训练练1】(2017淮淮南南模模拟拟)某某实实验验小小组组利利用用如如图图4甲甲所所示的装置进行示的装置进行“探究加速度与合外力的关系探究加速度与合外力的关系”的实验。的实验。(1)在在实实验验中中必必须须平平衡衡摩摩擦擦力力，以以_平平衡衡摩摩擦擦力力，当当小小车车_运动时，摩擦力恰好被平衡。运动时，摩擦力恰好被平衡。(2)为为了了减减小小误误差差，在在平平衡衡摩摩擦擦力力后后，每每次次实实验验必必须须通通过过改改变变钩钩码码的的个个数数来来改改变变小小车车所所受受合合外外力力，获获取取多多组组数数据据。若若小小车车质质量量为为400 g，实实验验中中每每次次所所用用的的钩钩码码总总质质量量范范围围应应选选_组会比较合理。组会比较合理。(填选项前的字母填选项前的字母)A.1040 gB.200400 gC.1 0002 000 g(3)实实验验中中打打点点计计时时器器所所使使用用的的是是_(选选填填“交交流流”或或“直直流流”)电源，频率为电源，频率为50 Hz，图图乙乙中中给给出出的的是是实实验验中中获获取取的的纸纸带带的的一一部部分分：1、2、3、4、5是是计计数数点点，每每相相邻邻两两计计数数点点间间还还有有4个个打打点点未未标标出出，每每两两个个计计数数点点间间的的时时间间间间隔隔是是_s，由由该该纸纸带带可可求求得得小小车的加速度车的加速度a_m/s2。(结果保留结果保留2位小数位小数)(4)改改变变钩钩码码的的个个数数重重复复实实验验，得得到到加加速速度度a与与合合外外力力F的的关关系系如如 图图 丙丙 所所 示示 ， 分分 析析 线线 段段 OA， 可可 得得 出出 实实 验验 的的 结结 论论 是是_。答答案案(1)倾倾斜斜木木板板匀匀速速直直线线(2)A(3)交交流流0.11.07(4)在质量不变的条件下，物体的加速度与合外力成正比在质量不变的条件下，物体的加速度与合外力成正比图图4热点二实验拓展创新热点二实验拓展创新1.实验器材的改进实验器材的改进图图5(2)利用光电门测速度利用光电门测速度(如图如图6)图图6(3)利用位移传感器测位移利用位移传感器测位移(如图如图7)图图72.数据测量的改进数据测量的改进3.实验的拓展延伸实验的拓展延伸 以以“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”为背景测量物块与木板间为背景测量物块与木板间的动摩擦因数。的动摩擦因数。【例例2】在在用用DIS研研究究小小车车加加速速度度与与外外力力的的关关系系时时，某某实实验验小小组组先先用用如如图图8a所所示示的的实实验验装装置置，重重物物通通过过滑滑轮轮用用细细线线拉拉小小车车，在在小小车车和和重重物物之之间间接接一一个个不不计计质质量量的的微微型型力力传传感感器器，位位移移传传感感器器(发发射射器器)随随小小车车一一起起沿沿水水平平轨轨道道运运动动，位位移移传传感感器器(接接收收器器)固固定定在在轨轨道道一一端端，实实验验中中力力传传感感器器的的拉拉力力为为F，保保持持小小车车包包括括位位移移传传感感器器(发发射射器器)的的质质量量不不变变，改改变变重重物物重重力力重重复复实实验验若若干次，得到加速度与外力的关系如图干次，得到加速度与外力的关系如图b所示。所示。图图8解解析析(1)根根据据图图象象可可知知，当当F0.67 N时时，小小车车开开始始有有加加速速度度，则则Ff0.67 N。(1)小车与轨道间的滑动摩擦力小车与轨道间的滑动摩擦力Ff_N。(2)从从图图象象中中分分析析，小小车车包包括括位位移移传传感感器器(发发射射器器)的的质质量量为为_kg。(3)该该实实验验小小组组为为得得到到a与与F成成正正比比的的关关系系，应应将将斜斜面面的的倾倾角角调调整到整到tan _。(3)为得到为得到a与与F成正比的关系，则应该平衡摩擦力，则有：成正比的关系，则应该平衡摩擦力，则有：Mgsin Mgcos 解得解得tan ，所以所以tan 0.1。答案答案(1)0.67(2)0.67(3)0.1【变变式式训训练练2】甲甲、乙乙两两同同学学均均设设计计了了测测动动摩摩擦擦因因数数的的实实验验。已知重力加速度为已知重力加速度为g。图图9(1)甲甲同同学学所所设设计计的的实实验验装装置置如如图图9甲甲所所示示。其其中中A为为一一质质量量为为M的的长长直直木木板板，B为为木木板板上上放放置置的的质质量量为为m的的物物块块，C为为物物块块右右端端连连接接的的一一轻轻质质弹弹簧簧测测力力计计。实实验验时时用用力力将将A从从B的的下下方方抽抽出出，通通过过C的的读读数数F1即即可可测测出出动动摩摩擦擦因因数数。则则该该设设计计能能测测出出_(填填“A与与B”或或“A与与地地面面”)之之间间的的动动摩摩擦擦因因数数，其其表表达达式为式为_。1.(2017威威海海模模拟拟)某某实实验验小小组组利利用用如如图图10所所示示的的装装置置进进行行验验证证：当当质质量量m一一定定时时，加加速速度度a与与力力F成成正正比比的的关关系系，其其中中Fm2g，mm1m2(m1为为小小车车及及车车内内砝砝码码的的总总质质量量，m2为为桶桶及及桶桶中中砝砝码码的的总总质质量量)。具具体体做做法法是是：将将小小车车从从A处处由由静静止止释释放放，用用速速度度传传感感器器测测出出它它运运动动到到B处处时时的的速速度度v，然然后后将将小小车车内内的的一一个个砝砝码码拿拿到到小小桶桶中中，小小车车仍仍从从A处处由由静静止止释释放放，测测出出它它运运动动到到B处处时时对对应应的的速速度度，重重复复上上述述操操作作。图图中中A、B相相距距x。图图10(3)下列哪些措施能够减小本实验的误差下列哪些措施能够减小本实验的误差_。A.实验中必须保证实验中必须保证m2m1B.实验前要平衡摩擦力实验前要平衡摩擦力C.细线在桌面上的部分应与长木板平行细线在桌面上的部分应与长木板平行D.图中图中A、B之间的距离之间的距离x尽量小些尽量小些(1)设加速度大小为设加速度大小为a，则，则a与与v及及x间的关系式是间的关系式是_。(2)如果实验操作无误，四位同学根据实验数据做出了下列图如果实验操作无误，四位同学根据实验数据做出了下列图象，其中哪一个是正确的象，其中哪一个是正确的()解解析析(1)小小车车做做初初速速度度为为零零的的匀匀加加速速直直线线运运动动，由由匀匀变变速速直直线运动的速度线运动的速度位移公式得位移公式得v22ax。答案答案(1)v22ax(2)A(3)BC2.(2017清清远远二二模模)在在用用DIS研研究究小小车车加加速速度度与与外外力力的的关关系系时时，某某实实验验小小组组先先用用如如图图11a所所示示的的实实验验装装置置。重重物物通通过过滑滑轮轮用用细细线线拉拉小小车车，位位移移传传感感器器(发发射射器器)随随小小车车一一起起沿沿倾倾斜斜轨轨道道运运动动，位位移移传传感感器器(接接收收器器)固固定定在在轨轨道道一一端端。实实验验时时将将重重物物的的重重力力作作为为拉力拉力F，改变重物重力重复实验四次，列表记录四组数据：，改变重物重力重复实验四次，列表记录四组数据：a/(ms2)2.012.984.025.01F/N1.002.003.004.00图图11(1)在图在图c所示的坐标纸上作出小车加速度所示的坐标纸上作出小车加速度a随拉力随拉力F变化的图线。变化的图线。(2)从从所所得得图图线线分分析析该该实实验验小小组组在在操操作作过过程程中中的的不不当当之之处处_。(3)如果实验时，在小车和重物之间接一不计质量的微型力传如果实验时，在小车和重物之间接一不计质量的微型力传感器来测量拉力感器来测量拉力F，实验装置如图，实验装置如图b所示，从理论上分析，该所示，从理论上分析，该实验图线的斜率将实验图线的斜率将_。(填填“变大变大”“变小变小”或或“不变不变”)(2)由由图图象象可可知知，当当小小车车拉拉力力为为零零时时，已已经经产产生生了了加加速速度度，故故在在操作过程中轨道的倾角过大，平衡摩擦力过度。操作过程中轨道的倾角过大，平衡摩擦力过度。解解析析(1)根根据据已已知知数数据据，画画出出小小车车加加速速度度a和和拉拉力力F的的关关系系图图线如图所示。线如图所示。答答案案(1)见见解解析析图图(2)轨轨道道倾倾角角过过大大(或或平平衡衡摩摩擦擦力力过过度度)(3)变大变大3.为为了了探探究究加加速速度度与与力力、质质量量的的关关系系，甲甲、乙乙、丙丙三三位位同同学学分分别别设设计计了了如如图图12所所示示的的实实验验装装置置，小小车车总总质质量量用用M表表示示(乙乙图图中中M包包括括小小车车与与传传感感器器，丙丙图图中中M包包括括小小车车和和与与小小车车固固连连的的滑滑轮轮)，钩码总质量用钩码总质量用m表示。表示。图图12(1)(1)为为便便于于测测量量合合外外力力的的大大小小，并并得得到到小小车车总总质质量量一一定定时时，小小车车的的加加速速度度与与所所受受合合外外力力成成正正比比的的结结论论，下下列列说说法法正正确确的的是是()A.三组实验中只有甲需要平衡摩擦力三组实验中只有甲需要平衡摩擦力B.三组实验都需要平衡摩擦力三组实验都需要平衡摩擦力C.三三组组实实验验中中只只有有甲甲需需要要满满足足所所挂挂钩钩码码的的总总质质量量m远远小小于于小小车车的总质量的总质量M的条件的条件D.三三组组实实验验都都需需要要满满足足所所挂挂钩钩码码的的总总质质量量m远远小小于于小小车车的的总总质质量量M的条件的条件(2)图图丁丁是是用用图图甲甲装装置置中中打打点点计计时时器器所所打打的的纸纸带带的的一一部部分分，O、A、B、C、D和和E为为纸纸带带上上六六个个计计数数点点，加加速速度度大大小小用用a表表示示。则则OD间间的的距距离离为为_cm。图图戊戊是是根根据据实实验验数数据据绘绘出出的的st2图图线线(s为为各各计计数数点点至至同同一一起起点点的的距距离离)，则则加加速速度度大大小小a_m/s2(保留保留3位有效数字位有效数字)。(3)若乙、丙两位同学发现某次测量中力传感器和弹簧测力计若乙、丙两位同学发现某次测量中力传感器和弹簧测力计读数相同，通过计算得到小车加速度均为读数相同，通过计算得到小车加速度均为a，g为当地重力加为当地重力加速度，则乙、丙两位同学实验时所用小车总质量之比为速度，则乙、丙两位同学实验时所用小车总质量之比为_。(3)由由于于图图乙乙、丙丙中中力力传传感感器器示示数数与与弹弹簧簧测测力力计计示示数数相相同同，则则丙丙中中小小车车拉拉力力是是乙乙中中的的2倍倍，而而小小车车加加速速度度相相同同，由由此此可可知知乙乙、丙两位同学所用小车质量比为丙两位同学所用小车质量比为12。答案答案(1)BC(2)1.200.934(0.9320.935均可均可)(3)1 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