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Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,试验四：验证牛顿运动定律,第1页,1.试验目标,(1)学会用控制变量法来研究物理规律.,(2)学会灵活利用图象法处理物理问题方法.,(3)探究加速度与力、质量关系，进而验证牛顿第二定律.,第2页,2.试验原理,探究加速度,a,与力,F,及质量,m,关系时，应用基本方法,是控制变量法.,(1)控制小车质量,m,不变，讨论_与_,关系.,(2)控制桶和砂质量不变，即力,F,不变，改变_，,讨论_与_关系.,加速度,a,力,F,小车质量,m,加速度,a,小车质量,m,第3页,3.试验器材,低压交流,天平,刻度尺,打点计时器、纸带及复写纸、小车、一端附有滑轮长木,板、小桶、细绳、砂、_电源、_、_、,砝码.,4.试验步骤及器材调整,(1)用天平分别测出小车和小桶质量,M,和,m,，把数值统计,下来.,(2)按图 S4-1 所表示把试验器材安装好.,图 S4-1,第4页,(3)平衡摩擦力：在长木板不带滑轮一端下面垫上一块,薄木板，重复移动其位置，直至_(填“挂”或“不挂”),小桶小车刚好在斜面上保持_运动为止.,(4)将小桶经过细绳系在小车上，接通电源,放开小车，使小,车运动，用纸带统计小车运动情况，取下纸带，并在纸带上,标上号码.,不挂,匀速,(5)保持小车质量不变，改变小桶中砂量，测量砂和小,桶质量,m,，重复步骤(4)，每次统计必须在对应纸带上做上标,记，列表格将统计数据填写在表内.,第5页,(6)建立坐标系，用纵坐标表示_，横坐标表示,_，在坐标系上描点，画出对应图象以验证_与_,关系.,加速度,力,a,F,(7)保持砂及小桶质量不变，改变小车质量(在小车上增,减砝码)，重复上述步骤(5)、(6)，验证_与_,关系.,加速度,a,小车质量,M,第6页,5.数据处理,(1)利用,x,aT,2,及逐差法求,a,.,(2)以,a,为纵坐标，,F,为横坐标，依据各组数据描点，假如,这些点在一条过原点直线上，说明,a,与,F,成正比,.,(3)以,a,为纵坐标，,1,m,为横坐标，描点、连线，假如该线过,原点，就能判定,a,与,m,成反比.,第7页,6.注意事项,(1)平衡摩擦力：适当,垫高木板右端，使小车重力沿斜,面方向分力恰好平衡小车和纸带受到阻力,.在平衡摩擦力,时，不要把小桶系在小车上，而让小车拉着打点纸带匀速运,动，且在试验过程,中，,_重复平衡摩擦力.,(2)试验条件：每次试验中均要求小车质量,M,_砂和小,桶质量,m,，只有这么，才能使牵引小车牵引,力近似等于砂及,小桶重力.,不需要,第8页,(3)一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开始时，,小车应尽可能靠近打点计时器，并应先_，后,_，且应在小车抵达滑轮前按住小车.,(4)作图：作图象时，应使尽可能多点在所作直线上，,不在直线上点尽可能对称分布在所作直线两侧.,接通电源,释放小车,第9页,7.误差分析,(1)系统误差,以小车和小桶整体为研究对象得,mg,(,M,m,),a,；以小车为,总重力,mg,代替小车,拉力，而实际上小车所受拉力要小,于小桶和砂总重力,.,(2)偶然误差,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发误差.,第10页,考点,1,对试验原理与试验步骤考查,【典题,1,】,(,年山东泰安高三第二轮质检,),在“验证牛,顿第二定律”试验中，采取如图 S4-2 所表示试验装置，小车,及车中砝码质量用,M,表示，砂和砂桶质量用,m,表示，小车,加速度可由小车后面拖动纸带计算出.,图 S4-2,第11页,(1)试验中，为了使细线对小车拉力等于小车所受合外,力，先调整长木板一端滑轮高度，使细线与长木板平行.接下,来还需要进行一项操作是(,),A.将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器,纸带，给打点计时器通电.改变砂桶中砂多少，使小车在砂和,砂桶牵引下运动，从打出纸带判断小车是否做匀速运动,B.将长木板一端垫起适当高度，让小车连着已经穿过,打点计时器纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推,小车，从打出纸带判断小车是否做匀速运动,C.将长木板一端垫起适当高度，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,第12页,(2)试验中要进行质量,m,和,M,选取，以下最合理一组,是(,),A.,M,200 g，,m,10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、35 g、40 g,B.,M,200 g，,m,20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g,C.,M,400 g，,m,10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、35 g、40 g,D.,M,400 g，,m,20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g,第13页,(3)已知打点计时器使用交变电流频率为 50 Hz，每相邻,两个计数点间还有 4 个点未画出，利用如图 S4-3 所表示给出数,据可求出小车运动加速度,a,_m/s,2,.(计算结果保留 3,位有效数字),图 S4-3,第14页,解析：,(1)为了使细线对小车拉力等于小车所受合外,力，需要平衡摩擦力，其方法是：将长木板一端垫起适当,高度，让小车连着已经穿过打点计时器纸带，撤去砂和砂桶，,给打点计时器通电，轻推小车，从打出纸带判断小车是否做,匀速运动，故 B 正确.,(2)为了使砂和砂桶重力等于小车所受拉力，应满足,m,M,，故选 C.,答案：,(1)B (2)C (3)1.58,第15页,次序,1,2,3,4,5,质量,M,/g,100,140,180,200,240,加速度,a,/(ms,2,),1.00,0.67,0.53,0.48,0.40,10.00,7.14,5.56,_,4.17,考点,2,对数据处理和误差分析考查,【典题,2,】,在用图,S,4-4 所表示装置做“验证牛顿第二定律”,试验中：,(1)甲同学在外力,F,一定条件下，探究,a,与,M,关系时，,所得到试验结果以下表所表示：,外力,F,0.1 N,第16页,图 S4-4,图 S4-5,请你完善表中数据，并在图 S4-5 中给出坐标纸上画出,由图象可得到结论是_.,第17页,(2)乙同学在探究“加速度与外力关系”试验中得到,a,-,F,图象如图 S4-6 所表示，则该图象中图线不过原点原因是,_,_，小车质量为_kg(计算结果保留 2 位有效数字).,图 S4-6,第18页,第19页,答案：,(1)5.00,如图 D21 所表示.,图 D21,在外力一定情况下，物体加速度与质量成反比,0.28(0.260.29 均,(2)木板倾角过大(或平衡摩擦力过分),正确),第20页,【迁移拓展】,(,年新课标,卷,),某同学利用如图 S,4-7,甲所表示试验装置及数字化信息系统取得了小车加速度,a,与钩码,质量,m,对应关系图，如图乙所表示.试验中小车(含发射器),质量为 200 g，试验时选择了不可伸长轻质细绳和轻定滑轮，,小车加速度由位移传感器及与之相连计算机得到，回答下,列问题：,第21页,甲,乙,图,S4-7,(1)依据该同学结果，小车加速度与钩码质量成,_(填“线性”或“非线性”)关系.,(2)由图乙可知，,a,-,m,图线不经过原点，可能原因是,_.,第22页,(3)若利用本试验装置来验证“在小车质量不变情况下，,小车加速度与作用力成正比”结论，并直接以钩码所受重,力,mg,作为小车受到合外力，则试验中应采取改进办法是,_，钩码质量应满足条件是,_.,第23页,解析：,本题考查了验证牛顿第二定律试验.(1)依据图中描,出各点作出图象不是,一条直线，故小车加速度和钩码,质量成非线性关系,.(2)图象不过原点，小车受到拉力但没有加速,度，原因是有摩擦力影响.(3)平衡摩擦力之后，在满足钩码质,量远小于小车质量条件下，能够得,出在小车质量不变情况,下拉力与加速度成正比结论,.,答案：,(1),非线性,(2)存在摩擦力,(3)调整轨道倾斜度以平衡摩擦力,远小于小车质量,第24页,1.试验器材创新：,(1)利用光电门测滑块上遮光条经过光电门时间.,(2)利用气垫导轨代替长木板.,(3)利用力传感器测绳中拉力大小.,2.试验原理创新：,利用力传感器测出细线拉力或选取整体作为研究对象，消,除了因不满足,m,M,而带来试验误差.,3.数据处理方法创新：,第25页,考向,1,利用力传感器测量拉力大小,【典题,3,】,(,年广东江门模拟,),如图 S4-8 所表示是某同学,探究加速度与力关系试验装置.他在气垫导轨上安装了一,个光电门,B,.滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左,端定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块,都从,A,处由静止释放.,图 S4-8,第26页,(1)该同学用游标卡尺测量遮光条宽度,d,，如图 S4-9 所表示，,则,d,_mm.,图 S4-9,(2)试验时，将滑块从,A,位置由静止释放，由数字计时器读,出遮光条经过光电门,B,时间,t,，若要得到滑块加速度，还需,要测量物理量是_.,第27页,(3)以下无须要一项试验要求是_.(请填写选项前,对应字母),A.应使滑块质量远大于钩码和力传感器总质量,B.应使,A,位置与光电门间距离适当大些,C.应将气垫导轨调整水平,D.应使细线与气垫导轨平行,(4)改变钩码质量，测出对应力传感器示数,F,和遮光条,经过光电门时间,t,，经过描点作出线性图象，研究滑,块加速,度与力关系，处理数据时应作出,_图象.(填,“,t,2,-,F,”,第28页,解析：,(1)由题图知第 6 条刻度线与主尺对齐，,d,2 mm,60.05 mm2.30 mm.,(2)试验时，将滑块从,A,位置由静止释放，由数字计时器读,出遮光条经过光电门,B,时间,t,，滑块经过光电门时瞬时速度,可近似认为是滑块经过光电门平均速,度,.依据运动学公式得,若要得到滑块加速度，还需要测量物理量是遮光条到光电,门距离,L,.,第29页,(3)拉力是直接经过力传感器测量，故与小车质量和钩码,质量大小关系无关，故 A 项无须要；应使,A,位置与光电门间,距离适当大些，有利于减小误差，故 B 项必要；应将气垫导轨,调整水平，拉力才等于协力，故 C 项必要；要保持拉线方向与,木板平面平行，拉力才等于协力，故 D 项必要.故选 A.,第30页,答案：,(1)2.30,(2)遮光条到光电门距离,L,(3)A,第31页,考向,2,选择整体作为研究对象,【典题,4,】,(,年新课标,卷,),某物理课外小组利用图,S4-,10 中装置探究物体加速度与其所受合外力之间关系.图,中，置于试验台上长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；,轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上小滑车相连，另一端可悬,挂钩码,.本试验中可用钩码共有,N,5 个，每个质量均为,0.010 kg.试验步骤以下：,(1)将 5 个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当,厚度小物块，使小车(和钩码)能够在木板上匀速下滑.,第32页,图 S4-10,(2)将,n,(依次取,n,1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余,N,n,个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行.,释放小车，同时用传感器统计小车在时刻,t,相对于其起始位置,位移,s,，绘制,s,-,t,图象，经数据处理后可得到对应加速度,a,.,第33页,n,1,2,3,4,5,a,/(ms,2,),0.20,_,0.58,0.78,1.00,(3)对应于不一样,n,a,值见下表.,n,2 时,s,-,t,图象如图,S4-11 甲所表示；由图甲求出此时小车加速度(计算结果保留 2,位有效数字)，将结果填入下表.,(4)利用表中数据在图乙中补齐数据点，并作出,a,-,n,图象.,从图象能够看出：当物体质量一定时，物体加速度与,其所受,合外力成正比,.,第34页,甲,乙,图,S4-11,(5)利用,a,-,n,图象求得小车(空载)质量为_kg(计算,结果保留 2 位有效数字，重力加速度,g,取 9.8 m/s,2,).,第35页,(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，以下说法正确,是 _(填正确选项前序号).,A.,a,-,n,图线不再,是直线,B.,a,-,n,图线仍是,直线，但该直线不过原点,C.,a,-,n,图线仍是直线，但该直线斜率变大,当,t,2 s 时，,s,0.78 m，代入解得,a,0.39 m/s,2,.,(4)由题意知描点法作图所得必须是一条直线.,第36页,(5)对于挂在下面,n,个钩码，有,nmg,F,nma,；,对于小车(含剩下钩码)，有,F,M,(,N,n,),m,a,；,两式相加得,nmg,(,M,Nm,),a,；,第37页,(6)木板水平时要考虑摩擦力影响，对于挂在下面,n,个,钩码，有,nmg,F,nma,；,对于小车(含剩下钩码)，有,F,M,(,N,n,),m,g,M,(,N,n,),m,a,；,两式相加得,nmg,M,(,N,n,),m,g,(,M,Nm,),a,，,去中括号得,n,(,mg,mg,),(,M,Nm,),g,(,M,Nm,),a,，,移项化简得,n,(,mg,mg,)(,M,Nm,)(,a,g,)，,可见,a,-,n,图象仍是一,条直线，但其斜率要变大，且不过坐,标原点,.,第38页,答案：,(3)0.39(0.370.49 均正确),(4)如图 S4-12 所表示.,(5)0.45(0.430.47 均正确),(6)BC,图 S4-12,第39页,方法技巧：,本试验还能够从以下两个方面创新：,(1),试验目标创新：测木块与木板间动摩擦因数,.,(2),试验器材创新,利用位移传感器测物体位移,.,利用传感器测物体速度或加速度,.,第40页,
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