實驗四驗證牛頓運動定律

過程分析導引實驗典例精析實驗四驗證牛頓運動定律知識要點歸納知能優化演練知識要點歸納實驗目的1．學會用控制變量法研究物理規律．2．驗證牛頓運動定律．3．掌握利用圖象處理數據的方法．實驗原理探究加速度a與力F及質量M的關系時，應用的基本方法是控制變量法，即先控制一個參量——小車的質量M不變，討論加速度a與力F的關系，再控制砝碼和小盤的質量不變，即力F不變，改變小車質量M，討論加速度a與M的關系．實驗器材打點計時器、紙帶、復寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、砝碼、夾子、細繩、低壓交流電源、導線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺．過程分析導引一、實驗步驟1．用天平測量小盤的質量m0和小車的質量M0.2．把一端附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上遠離滑輪的一端，連接好電路．圖3－4－13．平衡摩擦力：小車的尾部掛上紙帶，紙帶穿過打點計時器的限位孔，將木板無滑輪的一端稍微墊高一些，使小車在不掛小盤和砝碼的情況下，能沿木板做勻速直線運動．這樣小車所受重力沿木板的分力與小車所受滑動摩擦力平衡．在保證小盤和砝碼的質量遠小于小車質量的條件下，可以近似認為小盤和砝碼的總重力大小等于小車所受的合外力的大?。?．把小車停在打點計時器處，掛上小盤和砝碼，先接通電源，再讓小車拖著紙帶在木板上勻加速下滑，打出一條紙帶．計算小盤和砝碼的重力，即為小車所受的合外力，由紙帶計算出小車的加速度，并把力和對應的加速度記錄在紙帶上(或表格中)．5．改變小盤內砝碼的個數，重復步驟4，并多做幾次．6．保持小盤內的砝碼個數不變，在小車上放上砝碼改變小車的質量，讓小車在木板上滑動打出紙帶．計算砝碼和小車的總質量M，并由紙帶計算出小車對應的加速度．7．改變小車上砝碼的個數，重復步驟6，所對應的質量和加速度也需記錄．二、數據處理1．把小車在不同力作用下產生的加速度填在下表中：實驗次數加速度a/(m·s－2)小車受力F/N1234由以上數據畫出它的a－F關系圖象如圖3－4－2所示．通過a－F關系圖象，我們可以得出小車的加速度a與力F成正比．圖3－4－22．把不同質量的小車在相同力作用下產生的加速度填在下表中：實驗次數加速度a/(m·s－2)小車質量M/kg1234圖3－4－3三、實驗驗中應注注意的事事項1．一定要要做好平平衡摩擦擦力的工工作，也也就是調調出一個個合適的的斜面，，使小車車的重力力沿著斜斜面方向向的分力力正好平平衡小車車受的摩摩擦阻力力．在平平衡摩擦擦力時，，不要把把懸掛小小盤的細細線系在在小車上上，即不不要給小小車加任任何牽引引力，并并要讓小小車拖著著打點的的紙帶運運動．2．實驗步步驟2、3不需要重重復，即即整個實實驗平衡衡了摩擦擦力后，，不管以以后是改改變小盤盤和砝碼碼的總質質量還是是改變小小車和砝砝碼的總總質量，，都不需需要重新新平衡摩摩擦力．．3．每條紙紙帶必須須在滿足足小車與與車上所所加砝碼碼的總質質量遠大大于小盤盤和砝碼碼的總質質量的條條件下打打出．只只有如此此，小盤盤和砝碼碼的總重重力才可可視為小小車受到到的拉力力．4．改變拉拉力和小小車質量量后，每每次開始始時小車車應盡量量靠近打打點計時時器，并并應先接接通電源源，再放放開小車車，且應應在小車車到達滑滑輪前按按住小車車．5．作圖象象時，要要使盡可可能多的的點在所所作直線線上，不不在直線線上的點點應盡可可能對稱稱分布在在所作直直線兩側側．6．作圖時時兩軸標標度比例例要選擇擇適當．．各量須須采用國國際單位位，這樣樣作圖線線時，坐坐標點間間距不至至于過密密，誤差差會小些些．7．為提高高測量精精度，可可以采取取下列措措施：(1)應舍掉紙紙帶上開開頭比較較密集的的點，在在后邊便便于測量量的地方方找一個個起點．．(2)可以把每每打五次次點的時時間作為為時間單單位，即即從開始始點起，，每隔四四個點標標出一個個計數點點，而相相鄰計數數點間的的時間間間隔為T＝0.1秒．四、誤差分析析及實驗改進進1．誤差分析(1)質量的測量誤誤差，紙帶上上打點計時器器打點間隔距距離的測量誤誤差，拉線或或紙帶不與木木板平行等都都會造成誤差差．(2)因實驗原理不不完善造成誤誤差：本實驗驗中用小盤和和砝碼的總重重力代替小車車受到的拉力力(實際上小車受受到的拉力要要小于小盤和和砝碼的總重重力)，存在系統誤誤差，小盤和和砝碼的總質質量越接近小小車的質量，，誤差就越大大；反之，小小盤和砝碼的的總質量越小小于小車的質質量，誤差就就越?。?3)平衡摩擦力不不準造成誤差差：在平衡摩摩擦力時，除除了不掛小盤盤外，其他的的都跟正式實實驗一樣(比如要掛好紙紙帶、接通打打點計時器)，勻速運動的的標志是打點點計時器打出出的紙帶上各各點的距離相相等．2．實驗改進本實驗中可以以用氣墊導軌軌來代替長木木板，這樣就就省去了平衡衡小車摩擦力力的麻煩，小小車的加速度度也可以利用用傳感器，借借助于計算機機來處理．實驗典例精析(2009年高考上海卷卷)如圖3－4－4所示為“用DIS(位移傳感器、、數據采集器器、計算機)研究加速度和和力的關系””的實驗裝置置．題型一實驗原理和誤差分析例1圖3－4－4(1)在該實驗中必必須采用控制制變量法，應應保持________不變，用鉤碼碼所受的重力力作為________，用DIS測小車的加速速度．(2)改變所掛鉤碼碼的數量，多多次重復測量量．在某次實實驗中根據測測得的多組數數據可畫出a－F關系圖線(如圖3－4－5所示)．圖3－4－5①分析此圖線線的OA段可得出的實實驗結論是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.②(單選題)此圖線的AB段明顯偏離直直線，造成此此誤差的主要要原因是()A．小車與軌道道之間存在摩摩擦B．導軌保持了了水平狀態C．所掛鉤碼的的總質量太大大D．所用小車的的質量太大【答案】(1)小車的總質量量(或：小車的質質量)小車所受外力力(或：外力、合合外力)(2)①在質量不變變的條件下，，加速度與合合外力成正比比②C(2011年成都模擬)某實驗小組利利用如圖3－4－6所示的實驗裝裝置來探究當當合外力一定定時，物體運運動的加速度度與其質量之之間的關系．．題型二實驗數據的處理例2圖3－4－6(1)由圖3－4－6中刻度尺讀出出兩個光電門門中心之間的的距離x＝24cm，由圖3－4－7中游標卡尺測測得遮光條的的寬度d＝________cm.該實驗小組在在做實驗時，，將滑塊從圖圖3－4－6所示位置由靜靜止釋放，由由數字計時器器可以讀出遮遮光條通過光光電門1的時間Δt1，遮光條通過過光電門2的時間Δt2，則滑塊經過過光電門1時的瞬時速度度的表達式v1＝________，滑塊經過光光電門2時的瞬時速度度的表達式v2＝________，則滑塊的加加速度的表達達式a＝________.(以上表達式均均用字母表示示)圖3－4－7(2)在本次實驗中中，實驗小組組通過改變滑滑塊質量總共共做了6組實驗，得到到如表所示的的實驗數據．．通過分析表表中數據后，，你得出的結結論是________．m(g)a(m/s2)2502.023001.653501.334001.255001.008000.63(3)現需通過圖象象進一步驗證證你的結論，，請利用表格格數據，在圖圖3－4－7所示坐標系中中描點作出相相應圖象．【解析】(1)由圖可知：d＝5mm＋