打点计时器、用打点计时器测速度和加速度以及用打点计时器验证牛顿第二定律
浅析高考物理实验复习之“打点计时器”
浅析高考物理实验复习之“打点计时器”【摘要】近几年高考物理实验试题中力学部分主要是与打点计时器相关的实验，本文通过“打点计时器”的点连出“力学实验”复习的线，通过一条纸带可以解读各类直线运动、牛顿运动定律、动能定理、机械能守恒定律等动力学的问题。
对于“打点计时器”的考点复习形成复习网络，以提高学生对知识点间联系与运用掌握的优化程度，真正提高课堂复习的实效性，从而才利于学生更快、更好形成系统化的知识网络，提高复习整体的实效性。
【关键词】高考；物理实验；打点计时器物理实验是高考必考内容，按照考查主要知识点可归为：力学实验和电学实验；历年高三复习教学实践中，教师为力学实验复习要求做到深刻性透彻性与学生学习时感到力学实验变化多端、零散之间的矛盾而犯愁。
在高三教学实践中，笔者发现打点计时器仪器——这一重要高中实验仪器复习能将有关的物理量、实验原理、测量方法与之联系起来，如可以测量许多物理量：时间、位移、速度与加速度等；打点计时器还可与牛顿第二定律、动能定理和机械能守恒定律等力学规律相结合考查，考查涵盖了力学实验大部分内容，是高三力学实验复习中尤为重要复习线索，通过“打点计时器”点连出“力学实验”复习的线，以形成复习网络，以提高学生对知识点间联系与运用掌握的优化程度，如：1 根据打点计时器打出的纸带可以测量的物理量例1：（1）下图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。
①已知打点计时器电源频率为50Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为___。
②ABCD是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出。
从图中读出A、B两点间距是______；C点对应的速度是____（计算结果保留三位有效数字）。
分析：时间、位移等物理量是可以用通过直接测量得到；速度、加速度等是间接测量物理量。
2 纸带与匀变速运动联系起来，可以探究小车的运动规律例2：在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图1所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G 7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出，电火花计时器接220V、50Hz交流电源.经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时物体的瞬时速度如下表：（1）设电火花计时器的周期为T，计算vF的公式为vF=____；（2）根据（1）中得到的数据，以A点对应的时刻为t=0，试在图2所示的坐标系中合理选择好标度，作出v-t图象，利用该图象求物体的加速度a=m/s2；（保留两位有效数字）（3）当时电网中交变电流的频率变为60Hz电压变为210V，但该同学并不知道，那么做实验的这个同学测得的物体加速度的测量值与实际值相比（选填：“偏大”、“偏小”或“不变”）。
赢在高考答案(含解析)物理(人教版)3检测
阶段检测评估(三)(时间:90分钟 满分:100分)第Ⅰ卷(选择题 共40分)一、本题10小题,每小题4分,共40分.在每小题给出的四个选项中,有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确,全选对的得4分,选对但不全的得2分.有选错或不答的得0分. 1.首先指出亚里士多德的观点是错误的,而提出力不是维持物体运动的科学家是 ( ) A.笛卡儿 B.伽利略 C.牛顿 D.惠更斯 【答案】 B2.关于力学单位制说法中正确的是( ) A.kg 、m/s 、N 是导出单位 B.kg 、m 、J 是基本单位C.在国际单位制中,质量的基本单位是kg,也可以是gD.只有在国际单位制中,牛顿第二定律的表达式才是F=ma 【答案】 D3.(2012广东韶关月考)如图所示,小球静止在小车中的光滑斜面A 和光滑竖直挡板B 之间,原来小车向左匀速运动.现在小车改为向左减速运动,那么关于斜面对小球的弹力A N 的大小和挡板B 对小球的弹力B N 的大小,以下说法正确的是 ( )A.A N 不变B N ,减小B.A N 增大B N ,不变C.B N 有可能增大D.A N 可能为零【解析】 分析小球受力如图所示,竖直方向:A N cos mg θ=,水平方向:A N sin B N ma θ-=,可知A N ,不变B N ,减小,选项A 正确.【答案】 A4.(2012浙江杭州月考)如图所示,在光滑的水平面上有一质量为M 、倾角为θ的光滑斜面体,它的斜面上有一质量为m 的物块沿斜面下滑.关于物块下滑过程中对斜面压力大小的解答,有如下四个表达式.要判断这四个表达式是否合理,你可以不必进行复杂的计算,而根据所学的物理知识和物理方法进行分析,从而判断解的合理性或正确性.根据你的判断,下述表达式中可能正确的是( )A.2sin sin Mmg M m θθ-B.2sin sin Mmg M m θθ+C.2cos sin Mmg M m θθ-D.2cos sin Mmg M m θθ+【解析】 用特殊值判断,当0θ=时,物块下滑过程中对斜面压力大小应为mg,代入判断知选项C 、D 符合要求,当θ为一定值时,C 项的分母可以为零,显然不符实际情况,所以只有选项D 正确. 【答案】 D5.如图所示,固定斜面倾角为θ,整个斜面长分为AB 、BC 两段,AB=2BC.小物块P(可视为质点)与AB 、BC 两段斜面间的动摩擦因数分别为1μ、2μ.已知P 由静止开始从A 点释放,恰好能滑动到C 点而停下,那么θ、1μ、2μ间应满足的关系是( )A.tan 1223μμθ+=B.tan 122μμθ+=C.tan 122θμμ=-D.tan 212θμμ=- 【解析】AB段:1a g=sin1gθμ-cos212B AB v a s BCθ,=,段:2a g =sin 2g θμ-cos 222B BC v a s θ,-=,又2AB BC s s =,解以上各式得tan 1223μμθ+=,选B.【答案】 B6.在2008年北京奥运会上,我国体操运动员何雯娜取得女子蹦床项目金牌的优异成绩.通过传感器将弹簧床面与运动员间的弹力随时间的变化规律在计算机上绘制出如图所示的曲线,假设表演时运动员仅在竖直方向运动,当地重力加速度取10 m/s 2,依据图象给出的信息可知,运动过程中运动员的质量和离开弹簧床上升的最大高度为 ( )A.250 kg 1.6 mB.50 kg 3.2 mC.250 kg 4.8 mD.50 kg 5 m【解析】 由图象可知运动员运动前 0500mg F == N m=50 kg由图象可知运动员运动稳定后每次腾空时间为: t=11 s-9.4 s=1.6 s运动员离开弹簧床上升的最大高度为2122()3t H g ==.2 m.选项B 正确. 【答案】 B7.如图1所示,当A 、B 两物块放在光滑的水平面上时,用水平恒力F 作用于A 的左端,使A 、B 一起向右做匀加速直线运动时的加速度大小为1a A ,、B 间的相互作用力的大小为1N .如图2所示,当A 、B 两物块放在固定光滑斜面上时,此时在恒力F 作用下沿斜面向上做匀加速直线运动时的加速度大小为2a A ,、B 间的相互作用力的大小为2N ,则有关12a a ,和1N 、2N 的关系正确 的是 ( )A.12a a >B.12a a =C.12N N >D.12N N =【解析】 图1:对整体1()A B F m m a ,=+,对11B B N m a ,=;图2:对整体()A B F m m g,-+sin2()A B m m a θ=+,对2B B N m g,-sin2B m a θ=,解得1212BA Bm m m a a N N F +>,==,选项rmA 、D 正确.【答案】 AD8.(2011新课标卷,21)如图,在光滑水平面上有一质量为1m 的足够长的木板,其上叠放一质量为2m 的木块.假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等.现给木块施加一随时间t 增大的水平力F=kt(k 是常数),木板和木块加速度的大小分别为1a 和2a ,下列反映1a 和2a 变化的图线中正确的是( )【解析】 木块和木板之间相对静止时,所受的摩擦力为静摩擦力.在达到最大静摩擦力前,木块和木板以相同加速度运动,根据牛顿第二定律1212kt m m a a +==,木块和木板相对运动时211m g m a μ,=恒定不变22ktm a g μ,=-.所以正确选项是A.【答案】 A9.如图所示,一粗糙的水平传送带以恒定的速度1v 沿顺时针方向运动,传送带的左、右两端皆有一与传送带等高的光滑水平面,一物体以恒定的速度2v 沿水平面分别从左、右两端滑上传送带,下列说法正确的是( )A.物体从右端滑到左端所需的时间一定大于物体从左端滑到右端的时间B.若21v v <,物体从左端滑上传送带必然先做加速运动,再做匀速运动C.若21v v <,物体从右端滑上传送带,则物体可能到达左端D.若21v v <,物体从右端滑上传送带又回到右端,在此过程中物体先做减速运动再做加速运动 【解析】 如果物体的初速远大于传送带的速度,不论从右端还是从左端滑上去,所受的摩擦力都可能一直是阻力,这样物体的加速度是一样的,时间相同,A 错;若21v v <,物体从左端滑上传送带必然先做加速运动,如果能加速到与传送带速度相同,就做匀速运动,但也有可能加速到右端,仍小于传送带速度,这样从左端到右端就一直加速了,B 错;若 21v v <, 物体从右端滑上传送带,开始做减速运动,当传送带长度较小时,则物体可能到达左端,C 对;若21v v <,物体从右端滑上传送带又回到右端,在此过程中物体先做减速运动再做加速运动,D 对. 【答案】 CD10.如图所示,A 、B 两条直线是在A 、B 两地分别用竖直向上的拉力F 拉质量分别是A m 和B m 的物体实验时得出的两个加速度a 与拉力F 的关系图线,由图分析可知( ) A.比较两地的重力加速度,有A B g g > B.比较两物体的质量,有A B m m > C.比较两地的重力加速度,有A B g g = D.比较两物体的质量,有A B m m <【解析】 由牛顿第二定律得:0F mgF mm a g F -==-,=时,a=-g 为纵轴上的截距,由图线知,截距相等,所以A g =B g ,图线的斜率为1mA ,的斜率大于B 的斜率,所以A B m m <.【答案】 CD第Ⅱ卷(非选择题 共60分)二、本题共包括2个小题,共16分.把答案填到题中横线上或按要求作答.11.(8分)(1)如图所示为某同学所安装的”验证牛顿第二定律”的实验装置,若在图示状态下开始做实验,请从该同学的装置和操作中指出存在的问题或错误_____________________________.(2)下图是(1)中更正后实验打出的一条纸带,已知打点计时器的打点周期是0.02 s,求出小车运动加速度的大小为_______m/s 2(,计算结果保留两位有效数字)【解析】 (1)”验证牛顿第二定律”的实验中,通过打点计时器测量加速度,而打点计时器需要使用交流电源;小车运动中受到摩擦力,故需要使木板形成斜面以平衡摩擦力,连接小车的细绳要平行于木板;为了便于实验,小车应放在打点计时器左端附近. (2)小车运动加速度需要利用”逐差法”计算,即有6543212()()(3)4s s s s s s T a ++-++==.0 m/s 2.【答案】 (1)用交流电源;细绳要平行于木板;木板右侧垫起以平衡摩擦力;小车应放在打点计时器左端附近(4分) (2)4.0(4分)12.(8分)请完成以下两小题.某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系.弹簧秤固定在一合适的木板上,桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮,细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接.在桌面上画出两条平行线MN 、PQ,并测出间距d.开始时将木板置于MN 处,现缓慢向瓶中加水,直到木板刚刚开始运动为止,记下弹簧秤的示数0F ,以此表示滑动摩擦力的大小.再将木板放回原处并按住,继续向瓶中加水后,记下弹簧秤的示数1F ,然后释放木板,并用秒表记下木板运动到PQ 处的时间t.(1)木板的加速度可以用d 、t 表示为a= ;为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是(一种即可) .(2)改变瓶中水的质量重复实验,确定加速度a 与弹簧秤示数1F 的关系.下列图象能表示该同学实验结果的是 .(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比,它的优点是 . A.可以改变滑动摩擦力的大小 B.可以更方便地获取多组实验数据 C.可以比较精确地测出摩擦力的大小D.可以获得更大的加速度以提高实验精度【解析】 (1)木板做初速度为零的匀加速运动,有22at d =,得22dt a =.为减少测量的偶然误差,可采用多次测时间取平均的办法.(2)题中”再将木板放回原处按住……示数1F ,然后释放木板”表明将瓶和水的重力Mg 看做等于细绳的拉力F,而当木板运动后F<Mg,随着水的质量的增加,加速度变大,F 和Mg 的差别变大,而加速度F mg F mm a g μμ-==-,式中的F 采用瓶和水的重力M,比实际的大,作一平行于横轴的线,可知随着水的质量的增加,aF 图象按c 项图示发生弯曲. (3)水的质量变化可以很小,选项B 、C 正确.【答案】 22(1)(2dt分) 可采用多次测时间取平均的办法(2分) (2)c(2分) (3)BC(2分)三、本题包括4小题,共44分.解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值的单位.13.(10分)如图所示,在倾角为37θ=○的足够长的固定的斜面底端有一质量m=1.0 kg 的物体,物体与斜面间动摩擦因数0μ=.25.现用轻细绳将物体由静止沿斜面向上拉动,拉力F=10.0 N,方向平行斜面向上.经时间t=4.0 s 绳子突然断了,求:(1)绳断时物体的速度大小.(2)从绳子断了开始到物体再返回到斜面底端的运动时间.(sin37○=0.60,cos37○=0.80,g 取10 m/s 2) 【解析】 (1)第一阶段:物体在拉力F 作用下沿斜面向上做匀加速运动 加速度sin mgcos 1F mg ma θμθ--=1011006025110081-⨯⨯.-.⨯⨯⨯.= m/s 2=2 m/s 2(2分)位移2211112224s a t ==⨯⨯ m=16 m (1分) 绳断时物体速度1124v a t ==⨯ m/s=8 m/s. (1分)(2)第二阶段:绳断后物体沿斜面向上做匀减速运动到最高点,加速度2a g =sin g θμ+cos 100θ=⨯.6 m/s 2+0.25⨯100⨯.8 m/s 28= m/s 2 (1分)时间12828v a t == s=1 s (1分)位移1822221v s t ==⨯ m=4 m (1分) 第三阶段:物体沿斜面向下做匀加速运动返回底端加速度3a g =sin g θμ-cos 100θ=⨯.6 m/s 20-.25100⨯⨯.8 m/s 24= m/s 2 (1分)根据2112332s s a t += 有时间1232()2(164)34s s a t +⨯+==s 10=s (1分)所以从绳断到返回斜面底端,物体运动时间t′23(110)t t =+= s. (1分)【答案】 (1)8 m/s (2)(110) s 14.(10分)(2012河南卫辉高三月考)如图所示,质量为4 kg 的小球用细绳拴着吊在行驶的汽车后壁上,绳与竖直方向夹角37θ=○.已知g=10 m/s 2,sin37○=0.6,cos37○=0.8,求:(1)汽车匀速运动时,小球对细线的拉力大小和对车后壁的压力大小;(2)当汽车以a=10 m/s 2向右匀减速行驶时,细线对小球的拉力大小和小球对车后壁的压力大小. 【解析】 (1)匀速运动时,由平衡条件得: Tsin N F θ= (1分) Tcos mg θ= (1分)代入数据得:T=50 N N F ,=30 N (1分)根据牛顿第三定律可得:小球对细线的拉力为50 N,小球对车后壁的压力大小为30 N. (1分)(2)当汽车向右匀减速行驶时,设车后壁弹力为0时的加速度为0(a 临界条件),由牛顿第二定律得:Tsin 0ma T θ=,cos mg θ=. (2分)代入数据得:0a g =tan 3410θ=⨯ m/s 27=.5 m/s 2. (1分) 因为a=10 m/s 20a >,所以小球不再和车后壁接触,所以小球对车后壁的压力N 'F =0. (2分) 对细线的拉力T′22()()402mg ma =+= N=56.56 N. (1分)【答案】 (1)T=50 N N F ,=30 N (2)N 'F =0,T′=56.56 N15.(12分)(2012江苏无锡调研)传送带以恒定速度v=4 m/s 顺时针运行,传送带与水平面的夹角 θ=37○.现将质量m=2 kg 的小物品轻放在其底端(小物品可看成质点),平台上的人通过一根轻绳用恒力F=20 N 拉小物品,经过一段时间物品被拉到离地高为H=1.8 m 的平台上,如图所示.已知物品与传送带之间的动摩擦因数0μ=.5,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,已知g 取10 m/s 2,sin37○=0.6,cos37○=0.8.(1)物品从传送带底端运动到平台上所用的时间是多少?(2)若在物品与传送带达到同速瞬间撤去恒力F,求物品还需多少时间离开传送带? 【解析】 (1)物品在与传送带速度v=4 m/s 相等前,有: F mg μ+cos37○-mgsin37○1ma = (1分) 解得18a = m/s 2(1分) 由11v a t =得10t =.5 s (1分) 位移211111x a t == m (1分) 随后有:F mg μ-cos37○-mgsin37○2ma = (1分) 解得20a =,即物品随传送带匀速上升, 位移2x H =/sin37○12x -= m (1分)22t x =/v=0.5 s (1分)总时间为121t t t =+= s. (1分)(2)撤去F 后mg μ,cos37○-mgsin37○3ma = (1分)32a =- m/s 2 (1分)假设物品向上匀减速到速度为零时,通过的位移为3x23324v a x -== m>2 m (1分)由2123332x vt a t =+得:3(2t = s 或3(2t = s>0.5 s(舍去). (1分)【答案】 (1)1 s (2)(2) s16.(12分)(2011山东实验中学期中)物体A 的质量M=1 kg,静止在光滑水平面上的平板车B 的质量为m=0.5 kg 、长L=1 m.某时刻A 以04v =m/s 向右的初速度滑上木板B 的上表面,在A 滑上B 的同时,给B 施加一个水平向右的拉力.忽略物体A 的大小,已知A 与B 之间的动摩擦因数0μ=.2,试求:(1)若F=5 N,物体A 在小车上运动时相对小车滑行的最大距离; (2)如果要使A 不至于从B 上滑落,拉力F 大小应满足的条件.【解析】 (1)物体A 滑上木板B 以后,做匀减速运动,有 mg μ=A ma 得2A a g μ== m/s 2(1分)木板B 做加速运动,有B F mg Ma μ+=,得:14B a = m/s 2 (1分)两者速度相同时,有0A B v a t a t -=,得:t=0.25 s (1分)A 滑行距离:20A A s v t a t =-/2=15/16 m (1分)B 滑行距离:2B B s a t =/2=7/16 m (1分) 最大距离:∆0A B s s s =-=.5 m. (1分)(2)物体A 不滑落的临界条件是A 到达B 的右端时,A 、B 具有共同的速度1v ,则:22201122ABv v v a a L -=+(1分) 又:011ABv v v a a -=(1分)可得:6B a = m/s 2由211B F m a m g μ=-= N (1分)若F<1 N,则A 滑到B 的右端时,速度仍大于B 的速度,于是将从B 上滑落,所以F 必须大于或等于1 N. (1分)当F 较大时,在A 到达B 的右端之前,就与B 具有相同的速度,之后,A 必须相对B 静止,才不会从B 的左端滑落.即有F=11()m m a m g m a μ+,= (1分) 所以F=3 N若F 大于3 N,A 就会相对B 向左滑下.综上,力F 应满足的条件是:1 N 3F ≤≤ N. (1分) 【答案】 (1)0.5 m (2)1 N 3F ≤≤ N。
实验：用打点计时器测量物体的速度和加速度
Ⅰ.课堂导入考点分析：(1)考查重点：利用打点计时器测出物体运动速度，得到v-t图像，从而分析物体运动情况。
(2)2016高考考向前瞻：运动图像。
考查从图线斜率、面积、正负等判断物体的运动情况，并近而延伸至对受力和功能关系的综合分析。
Ⅱ.同步讲解一、要点提纲:打点计时器1. 仪器介绍打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，它每隔打一个点（由于电源频率是50Hz）。
纸带上的点表示了相应运动物体在不同时刻的位置，研究纸带上所打点的间隔，就可以了解物体运动的情况。
2. 分类实验一：用打点计时器测速度1.根据平均速度定义式,当很小时，可以认为表示t时刻的瞬时速度。
2.下图所示为用打点计时器打出的一条纸带，相邻两点间的时间间隔为T，则A,B,C三点对应的速度为:3.纸带的处理①判断物体的运动规律②计算变速直线运动中某段的平均速度纸带在某段时间内的平均速度[试一试]下图所示为同一打点计时器打出的4条纸带，其中，平均速度最大的是哪一条（）解析：选A。
由于打点计时器打点的时间间隔相等，在打下相同个数点的过程中，所用的时间相同，而纸带A的位移最大，所以纸带A的平均速度最大。
③用打点计时器测量瞬时速度D、F两点离E越近，算出的平均速度越接近E点的瞬时速度。
然而D、F两点过小则测量误差增大。
应该根据实际情况选取这两个点。
1.打点计时器所用电源的频率为50 Hz，某次实验中得到的一条纸带，用毫米刻度尺测量的情况如图所示，纸带在A、C间的平均速度为________m/s，在A、D间的平均速度为________m/s，B点的瞬时速度更接近于________m/s.(保留两位有效数字)解析：由题意知，相邻两点间的时间间隔为 s．AC间的距离为14 mm＝ m，AD间的距离为25 mm＝ m.由公式得：m/s＝ m/s，＝m/s＝ m/s.B点的瞬时速度更接近于 m/s.答案：4.用图象表示速度通过对纸带的计算，我们只能粗略得知纸带在有些间断的点的速度，如表1，要想形象的了解纸带的速度变化规律我们还要借助于v-t图象（见下图）。
2021届高考物理必考实验四：验证牛顿第二定律【含答案】
2021届高考物理必考实验四：验证牛顿第二定律1.实验原理(1)保持质量不变,探究加速度与合力的关系。
(2)保持合力不变,探究加速度与质量的关系。
(3)作出a-F图象和a-图象,确定其关系。
2.实验器材打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。
3.实验步骤(1)测量:用天平测量小盘和砝码的质量m',小车的质量m。
(2)安装:按照如图所示的装置把实验器材安装好,但是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(不给小车牵引力)。
(3)平衡摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,使小车能匀速下滑。
(4)操作:①小盘通过细绳绕过定滑轮系在小车上,先接通电源,后放开小车,打点结束后先断开电源,再取下纸带。
②保持小车的质量m不变,改变小盘和砝码的质量m',重复步骤①。
③在每条纸带上选取一段比较理想的部分,测加速度a。
④描点作图,以m'g作为拉力F,作出a-F图象。
⑤保持小盘和砝码的质量m'不变,改变小车质量m,重复步骤①和③,作出a-图象。
4.数据分析(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,如果该线为过原点的直线,就能判定a与m成反比。
5.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和纸带受到的阻力。
在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细绳系在小车上,让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。
(2)不重复平衡摩擦力。
(3)实验条件:m≫m'。
(4)“一先一后一按”:改变拉力或小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,后释放小车,且应在小车到达滑轮前按住小车。
【最新高考真题解析】1.（2020年北京卷）在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究：（1）为猜想加速度与质量的关系，可利用图1所示装置进行对比实验。
验证牛顿第二定律—实验数据的处理
- 1 -验证牛顿第二定律〖实验目的〗：验证牛顿第二定律。
即①质量一定时，加速度与作用力成正比；②作用力一定时，加速度与质量成反比。
〖实验原理〗：1．保持研究对象的质量不变，改变小桶里砂的质量，即改变牵引力，用打点计时器打出测算小车运动的加速度，用图象法验证加速度是否与作用力成正比。
2．保持小桶及其中砂的质量不变，即保持牵引力不变，改变研究对象的质量，即在小车上加放砝码，用打点计时器打出纸带测算小车运动的加速度，用图象法验证加速是否与质量成反比。
〖注意事项〗：1．平衡摩擦力时不要挂小桶，应连着纸带，且接通电源，判断小车是否作匀速直线运动。
可用直接观察法，也可用打点计时器打出纸带判定（各点间距相等） 2．小车应打点计时器，且接通电源后待打点计时器稳定后才能放手。
3．本实验存在系统误差，为了减小系统误差必须：小车与钩码的总质量远远大于砂与砂桶的总质量，即：（M+m ）>>（)m M '+'分析：对于砂和砂桶整体分析：a m M F g m M )()('+'=-'+' 对于小车与钩码整体分析：a m M F )(+=联立上面两式求解得：)()()(m M m M gm M a '+'++'+'=拉小车的力F ：)()(1)()(m M m M gm M a m M F +'+'+'+'=+=当（M+m ）>>（)m M '+'时：g m M F )(+=4．画F a --和mM a +--1图象时应使所描的点尽量多地位于直线上，不在直线上的点尽量均匀分布在直线的两侧。
5．在验证a 与（M+m ）成反比时，横坐标选用mM +1，而不是（M+m ），原因是a——（M+m ）图线是曲线，不便直接观察a 与（M+m ）是否存在反比关系。
〖习题选编〗1．在验证牛顿第二定律的实验中，平衡摩擦力是： A 、不能将装砂的小桶通过滑轮系在小车上；B 、小车后的纸带必须连好，但打点计时器可以不打点；C、应使打点计时器打在小车所带纸带上的点迹间的距离相等；D每次改变小车的质量时，必须两再次平衡摩擦力。
验证牛顿第二定律实验需要明确的两个问题
ʏ亓 双在利用控制变量的方法验证牛顿第二定律的实验中,验证 小车的质量不变,小车的加速度跟它受到的合外力成正比 时,有些同学会不理解 为什么要平衡小车受到的摩擦力 , 为什么有时需要小车的质量远大于砂和砂桶的总质量,有时又不需要小车的质量远大于砂和砂桶的总质量 这两个问题,下面我们就一起来探讨吧㊂一㊁为什么要平衡小车受到的摩擦力如图1所示,放在长木板上的小车运动时受到重力㊁木板的支持力㊁滑动摩擦力㊁细绳的拉力(拉力方向和木板平行)四个力作用㊂设小车的质量为m ,把长木板没有定滑轮的一端垫起适当高度,使长木板的倾角θ满足m g s i n θ=μm g c o s θ,即用重力的下滑分力平衡了小车受到的滑动摩擦力㊂图1平衡摩擦力的目的:让细绳对小车的拉力等于小车受到的合外力㊂二㊁为什么有时需要小车的质量远大于砂和砂桶的总质量,有时又不需要小车的质量远大于砂和砂桶的总质量1.需要小车的质量远大于砂和砂桶的总质量的实验情形㊂利用如图1所示的装置实验时,接通电源,待计时器打点稳定后释放小车㊂小车做匀加速直线运动,砂和砂桶也做匀加速直线运动㊂选平衡了摩擦力的小车为研究对象,设其质量为M ,细绳的拉力为F ,则F =M a ㊂选砂和砂桶为研究对象,设其总质量为m ,则m g -F =ma ㊂联立以上两式解得F =Mm +Mm g ㊂若满足小车的质量M 远大于砂和砂桶的总质量m ,则Mm +M ʈ1,F ʈm g ,即可以把砂和砂桶的总重力当成小车受到的合外力㊂若小车的质量M 与砂和砂桶的总质量m 相差不多,则不能把砂和砂桶的总重力当成小车受到的合外力㊂例1 某实验小组利用如图2所示的装置探究加速度与力㊁质量的关系㊂图2(1)下列做法正确的是( )㊂A.调节滑轮的高度,使牵引木块的细绳与长木板保持平行B .在调节木板倾斜角度平衡木块受到的滑动摩擦力时,将装有砝码的砝码桶跨过定滑轮拴在木块上C .实验时,先放开木块,再接通打点计时器的电源D .通过增减木块上的砝码改变质量时,不需要重新调节木板的倾斜角度(2)为使砝码桶和桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的细绳拉力,应满足的条件是砝码桶和桶内砝码的总质量木块和木块上砝码的总质量㊂(选填 远大于 远小于 或 近似等于)(1)木块下滑时,受到重力㊁细绳的拉力㊁木板的支持力和滑动摩擦力作用,要使细绳的拉力等于木块受到的合外力,应使细绳与木板平行且重力的下滑分量m g s i n θ等于滑动摩擦力μm gc o s θ(其中θ为木板的倾角),故平衡摩擦力时,不能悬挂砝码桶,选项A 正确,B 错误㊂根据m g s i n θ=μm g c o s θ可知,等式两边的质量m 可以消去,故通过增减木块上的砝码改变质量时,木块和木块上砝码的总重力的下滑分83 物理部分㊃实验探究与展望 高一使用 2021年12月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.量仍能与滑动摩擦力抵消,即不需要重新调节木板的倾斜角度,选项D 正确㊂利用纸带上的数据求木块的加速度,要求打点计时器在纸带上打出足够多的点,这就要求将木块放在靠近打点计时器的位置,且先接通打点计时器的电源,待打点稳定后再释放小车,选项C 错误㊂(2)实验中平衡好摩擦力后,细绳的拉力提供木块的合外力,即F =m a ㊂砝码桶和桶内砝码与木块的加速度相等,根据牛顿第二定律得m 'g -F =m 'a ,即m 'g =(m +m ')a ㊂当m '≪m 时,m +m 'ʈm ,m 'g ʈm a ,砝码桶和桶内砝码的总重力近似等于木块受到的细绳拉力,提供木块的合外力㊂答案:(1)A D (2)远小于2.不需要小车的质量远大于砂和砂桶的总质量的实验情形㊂在验证牛顿第二定律的实验装置中,若使用了力传感器㊁测力计等仪器,则小车受到的合外力可以用力传感器㊁测力计的示数表示,不再用砂和砂桶的总重力作为小车受到的合外力,也就没必要使小车的质量远大于砂和砂桶的总质量了㊂例2 为了探究物体质量一定时加速度与力的关系,甲㊁乙两同学设计了如图3所示的实验装置,已知小车的质量为M ,砂和砂桶的总质量为m ,滑轮的质量为m 0㊂力传感器可测出轻绳的拉力大小㊂图3(1)实验时,一定要进行的操作是㊂A.用天平测出砂和砂桶的总质量B .将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡小车受到的摩擦力C .将小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录力传感器的示数D .为了减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的总质量m 远小于小车的质量M(2)甲同学以力传感器的示数F 为横坐标,以小车的加速度a 为纵坐标,画出的a -F 图像是一条直线,如图4所示,图像与横坐标的夹角为θ,求得图像的斜率为k ,则小车的质量M =㊂A .1t a n θB .1t a n θ-m 0C .2k-m 0 D .2k(3)乙同学根据测量数据作出了如图5所示的a -F 图像,则该同学实验时存在的问题是㊂图4 图5(1)验证牛顿第二定律的实验原理是F =M a ,甲㊁乙两同学设计的实验装置中,轻绳的拉力可以由力传感器测出,不需要用天平测出砂和砂桶的总质量,用砂和砂桶的总重力表示轻绳的拉力,也就不需要使砂和砂桶的总质量m 远小于小车的质量M ,选项A ㊁D 错误㊂用力传感器测量轻绳的拉力大小,则力传感器示数的2倍等于小车受到的合外力大小,需要平衡小车受到的摩擦力,选项B 正确㊂为了在纸带上打出足够多的点,应将小车靠近打点计时器,先接通电源,待打点稳定后再释放小车,并记录力传感器的示数,选项C 正确㊂(2)选由小车与滑轮组成的系统为研究对象,根据牛顿第二定律得2F =(m 0+M )a ,解得a =2m 0+MF ㊂因为图像的斜率为k ,所以k =2m 0+M ,解得M =2k-m 0㊂(3)图像在F 轴上的截距不为0,说明力传感器显示有拉力时,小车仍然静止,这是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够造成的㊂答案:(1)B C (2)C (3)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够作者单位:山东省沂源县第一中学(责任编辑 张 巧)93物理部分㊃实验探究与展望 高一使用 2021年12月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.。
有关高中物理打点计时器的实验总结
瞬时速度：利用了某一段时间内的平均速度和这一段 特别注意： 时间中间时刻的瞬时速度相等。 （1）给数据的方法； （2）时间间隔； 加速度：1）ΔS = aT² （3）统一单位； 2）逐差法 3）图像法
（4）有效数字的位数。
练习一：(2010· 广东高考) 某同学在做匀变速直线运动实验
中获得的一条纸带．
1.20 ① OD间的距离为________cm 。 ② 图15是根据实验数据绘出的s-t² 图线（s为各计数点至同一起点的距离），斜率 1.00 二分之一加速度 ，其加速度a大小为________m/s² 表示__________________ （保留三位有效数 字）。
真题再现2： 2008年广东高考物理
2、熟知各类实验的基本原理； 3、基于基础实验，灵活处理实验变式问题。
四、探究动能定理实验（1）
1、装置（探究合外力做功与速度的关系）
2、纸带特点：
3、注意事项：1）平衡摩擦力； 2）测小车速度时应选取打点均匀的部分（匀速运动段） 3）小车质量尽量大一点。
练习五、 (多选)在“探究功与物体速度变化的关系”实验 中， 下列叙述正确的是（ D F ）
A．实验中所用的橡皮筋原长必须相同，粗细可以不同； B．放小车的长木板应该尽量使其水平; C．在正确操作下，小车释放后先做匀加速运动，再做匀速运动； D．实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都要相同; √ E． 求小车速度应使用纸带上第一点到最后一点的距离来计算;
练习二 ：(2010· 全国Ⅱ)利用图中所示的装置 可以研究自由落体运动．实验中需要调 整好仪器，接通打点计时器的电源，松 开纸带，使重物下落，打点计时器会在 纸带上打出一系列的小点． (1) 为 了 测 得 重 物 下 落 的 加 速 度 ， 还 需 要 的 实 验 器 材 有
2021高三物理学案：第三章 实验四验证牛顿运动定律 含答案
实验四验证牛顿运动定律ZHI SHISHU LI ZI CE GONG GU知识梳理·自测巩固一、实验目的1．学会用控制变量法研究物理规律.2．学会灵活运用图象法处理物理问题。
3．探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律.二、实验原理如图所示，在探究加速度a与合力F及质量M的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制小车的质量M不变，讨论加速度a与力F的关系;再控制小盘和盘中砝码的质量m不变，即力F 不变,改变小车的质量M，讨论加速度a与质量M的关系。
三、实验步骤(1）称量质量：用天平测量小盘的质量和小车的质量M。
(2)安装器材:按图把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力）.(3)平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车匀速下滑.这时，小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力沿斜面向下的分力平衡。
（4）小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码。
（5)保持小车的质量M不变，改变小盘和盘中砝码的质量m，重复步骤（4).（6)保持小盘和盘中砝码的质量m不变，改变小车质量M，重复步骤(4）。
四、数据处理(1)在“探究加速度与力的关系”实验中，以加速度a为纵坐标、力F为横坐标建立坐标系，根据各组数据在坐标系中描点。
如果这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比；（2）在“探究加速度与质量的关系”实验中，“a与M成反比”实际上就是“a与错误!成正比”，以a为纵坐标、以错误!为横坐标建立坐标系，如果a－错误!图线是一条过原点的直线，就能判断a与M 成反比——“化曲为直”法。
注意：两个图象斜率的物理意义：a－F图线的斜率表示小车和车中砝码质量的倒数,即错误!;a－错误!图线的斜率表示小车受到的合力,即小盘和盘中砝码的重力mg.五、注意事项(1）平衡摩擦力中的“不重复”：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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
打点计时器、用打点计时器测速度和加速度以及
牛顿第二定律实验探究
一，打点计时器
打点计时器有电磁打点计时器和电火花计时器两种。
它们使用交流电源，电磁打点计时器由学生电源供电，工作电压6V以下，电火花计时器工作电压220v。
当电源频率是50H Z 时，它每隔0.02s打一个点。
当每5个点取一个计数点，或说每隔4个点取一个计数点时时间间隔为0.1s。
电火花计时器比电磁打点计时器阻力小。
二，用打点计时器测速度
因为匀变速直线运动在某段时间内的平均速度等于这段时间中点的瞬时速度，所以第n个相同时间T秒末的速度υn=（x n+x n+1）/2T
如图第3个计数点的速度υ3=（x3+x4）/2T
有时为了减小误差可用υ3=（x1+x2+x3+x4+x5+x6）/6T来计算
三，测加速度
加速度为a的匀加速直线运动，在连续相等的时间内的位移分别为x1、x2、x3····则Δx=x2—x1=x3—x2=······=aT2，a=Δx/ T2
如图a=（X
-X1）/ T2=（X3-X2）/ T2=（X4-X3）/ T2等等
2
有时为了减小误差
a={（X2-X1）/ T2+（X3-X2）/ T2+（X4-X3）/ T2+（X5-X4）/ T2+（X6-X5）/ T2}
=（X6-X1）/ 5T2
或a={（X4+X5+X6）-(X1+X2+X3)}/9T2 (逐差法)
四，牛顿第二定律实验
1，器材，步骤、方法
（1），小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。
（2）用木块将木板的带有打点计时器的一端垫高，以补偿打点计时器对小车的阻力;调节木板的倾斜度，使小车不受牵引力时能拖动纸带沿木板匀速运动。
(3)用天平测出盘和重物的总质量，求出总重。
它近似于小车运动时所受的拉力。
（4），用刻度尺测出纸带上计数点之间的距离，求出小车运动的加速度。
（5），使用限制变量法研究加速度和力与质量的关系。
2，a---F图线与纵坐标交于原点之上原因是平衡摩擦力过度或没有考虑砝码盘的重力。
a---F图线与横坐交于原点之右原因是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。
a—1/M图线与纵坐标交于原点之上为平衡摩擦力过度，a—1/M图线与横标交于原点之右原因是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足.
3，在验证牛顿第二定律的实验中，在研究加速度a与小车质量M的关系时，由于没有注意满足M m的条件，结果得到的图像应像下图
原因是：根据牛顿第二定律，对小车F=Ma 对砝码mg-F=ma 所以F=mg/（1+m/M）由此式1/M增大F减小，F=Ma F减小，a变小4，比较初速度为零的不同物体的匀加速直线运动加速度大小的关系可根据
a1/a2=X1/X2
因为X1=a1t2X2=a2t2a1=2X1/t2a1=2X1/t2
t相同a1/a2=X1/X2。