高三物理(鲁科版)一轮复习配套课件：实验4验证牛顿运动定律

实验四 验证牛顿运动定律

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注意事项

1.实验方法：控制变量法。2.平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要悬挂小盘，但小车 应连着纸带且接通电源。用手给小车一个初速度，如果 在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻 力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。

3.不重复平衡摩擦力：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。

4.实验条件：M m只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。要点整合 热点聚焦

5.一先一后一按住：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，后放开 小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。 6.作图：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。

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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。 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。

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热点一【 例 1】

实验原理与基本操作图1为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图。砂

和砂桶的总质量为m,小车和砝码的总质量为M。实验中

用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。

图1要点整合 热点聚焦

(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________(填正确答案标号)。 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，使小车在砂 和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀

速运动B.将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过 打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，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.将长木板的一端垫起适当的高度，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要点整合 热点聚焦

(2)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是 ________(填正确答案标号)。

A.M=200 g,m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gB.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、40 g D.M=400 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g

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(3)图2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，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。 量出相邻的计数点之间的距离分别为：sAB=4.22 cm、sBC= 4.65 cm、sCD=5.08 cm、sDE=5.49 cm,sEF=5.91 cm,sFG=

6.34 cm。已知打点计时器的工作频率为50 Hz,则小车的加速度a=________m/s2。(结果保留二位有效数字)。

图2

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解析

(1)小车在运动过程中受到重力、支持力、纸带的拉力、

木板对小车的摩擦力和细线拉力的作用。为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合力，因此应把木板的一端垫起适当的高 度，以使重力、支持力、纸带的拉力和摩擦力的合力为零，即

小车做匀速运动，因此在进行这一操作时，不应挂砂桶，小车应连接纸带，A、C项错误；B项正确。 (2)由于绳子的拉力不易测量，本实验中用砂和砂桶的总重力来 代替绳的拉力，而砂桶做加速运动，设加速度大小为a,则F= m(g-a),当砂桶的加速度很小时，F近似等于mg,因此实验中 应控制实验条件，使砂桶的加速度很小。只有当小车的质量远 大于砂和砂桶的总质量时，小车和砂桶的加速度才很小，绳的 拉力才近似等于砂和砂桶的总重力。C项正确。要点整合 热点聚焦

(3)相邻两计数点间的时间 T= 0.1 s,由Δ s= aT2 可得 a= (sFG+sEF+sDE)-(sCD+sBC+sAB) ,代入数据解得 a= 2 (3T) 0.42 m/s2。

答案

(1)B

(2)C

(3)0.42

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【变式训练】

1.如图3所示，为某同学安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置，在小车的前端固定一个传感器，和砂桶连接的细 线接在传感器上，通过传感器可显示出细线的拉力。在 图示状态下开始做实验。

图3要点整合 热点聚焦

(1)从图上可以看出，该同学在装置和操作中的主要错误是

______________________________________________________________________________________________________。 (2)若砂和砂桶的质量为m,小车和传感器的总重量为M,做 好此实验__________(填“需要”或“不需要”)M m的条件。 解析 答案 (2)不加传感器时将砂和砂桶的重力作为细线的拉 (1)未平衡摩擦力；细线与木板不平行；开始实验 (2)不需要

力，而接了传感器后细线的拉力可以直接读出。时，小车离打点计时器太远

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热点二

实验数据处理与误差分析

【例2】

(2014· 新课标全国卷Ⅰ,22)某同学利用图4(a)所示

实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的 质量m的对应关系图，如图(b)所示。实验中小车(含发射 器)的质量为200 g,实验时选择了不可伸长的轻质细绳和 轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及

与之相连的计

算机得到。回答下列问题：

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图4

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(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成 _____

(填“线性”或“非线性”)关系。(2)由图(b)可知，a-m图线不经过原点，可能的原因是 ________________________________________。 (3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小 车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重

力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是________________________________________________, 钩码的质量应满足的条件是__________________________。

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解析

(1)把图(b)中的点用平滑线连接后，可以看出，a-m

图线是曲线即非线性。(2)由图象可知，当拉力一定时，加速度不等0,所以除拉力 外小车还受到摩擦力的作用。

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