高中物理实验 验证牛顿第二定律

9.保持砂和小桶的质量不变,在小车上加砝码,重复上 面的实验,用纵坐标表示加速度a,横坐标表示小车 和砝码总质量的倒数,根据实验结果在坐标平面上 画出相应的点.如果这些点是在一条过原点的直线 上,就证明了加速度与质量成反比.
自主探究·基础备考
1.如果
a

1 m
图象是通过原点的一条直线,则说明(
)
A.物体的加速度a与质量m成正比
名师在线:利用图象处理数据是一种常用的重要方法.将实验 中得到的数据通过描点作出图象,可以非常直观地看出两 个物理量之间的关系,也可以有效地减小实验误差,确定并 排除实验中测得的一些错误数据.
在探究加速度与力的关系的实验中,以加速度a为纵坐标,力F 为横坐标,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.
B.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力
C.实验时,先放开小车,再接通打点计时器电源
D.求小车运动的加速度时,可用天平测出装砂小桶和砂的质量
(m和m‘)以及小车质量M,直接用公式
答案:ACD
a (m m) g M
求出
疑难点一.实验中应注意哪些问题? 名师在线:1.实验中一定要平衡摩擦力以减小实验误差. 2.在实验中一定要注意使砂和小砂桶的总质量远小于小车和
四､实验步骤及数据 1.用天平测出小车和砝码的总质量M,把数值记录下来. 2.按图3-3-1所示把实验器材安装好,只是不把悬挂小桶的细绳
系在车上,即不给小车加牵引力.
3.平衡摩擦力:在长木板的不带定滑轮的一端下面垫一块木板. 反复移动木板的位置,直至小车在斜面上可以保持匀速直 线运动状态.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.
实验:验证牛顿第二定律
一､实验目的 1.学会用控制变量法研究物理规律. 2.验证牛顿第二定律. 3.掌握利用图象处理数据的方法.
二､实验原理 探究加速度a与力F及质量m的关系时,应用的基本方法是控制
变量法,即先控制一个参量如小车的质量m不变,讨论加速 度a与力F的关系,再控制小桶和砂的质量不变,即力F不变, 改变小车质量m,讨论加速度a与质量m的关系. 三､实验器材 打点计时器,纸带,复写纸片,小车,一端附有定滑轮的长木板,小 桶,砂,夹子,细绳,低压交流电源,导线,天平(带有一套砝码), 刻度尺.
6.重复步骤(5)三次,得到三条纸带. 7.在每条纸带上都选取一段比较理想的部分,标明计数点,测量
计数点间的距离,算出每条纸带上的加速度的值.
8.用纵坐标表示加速度a,横坐标表示作用力F,作用力 的大小F等于小桶和砂的总重力,根据实验结果在 坐标平面上画出相应的点,如果这些点是在一条过 原点的直线上,便证明了加速度与作用力成正比.
解析:实验中绳的张力 F Mmg ,
则小车加速度
a
mg
M m ,
M m 实验时若保持小车质量不变,横轴为
1,
则
略,
a
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M
1
M m
m图象必a 过m原g点, a,为直1线.当满足M
MM
m时,m可忽
图象还可以满足图象是过原点的直线.当小车质量较小,不满
足M m时,图象会弯曲,故选D项.
解析:由于
所以 a
1
a

1 M
m
图象应是一条过原点的直线,所以数据处理时,常作出a与
1
的图象.
m
1 答案: M
(3)如图3-3-4(a)所示为甲同学根据测量数据作出的a-F图线, 此图线说明实验存在的问题是_____________________.
解析:没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够. 答案:没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够
砝码的总质量.
3.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,再放开小车,且在小车到达定滑轮前 应按住小车.
4.各纸带的加速度,都应是该纸带的平均加速度. 5.作图象时,要使尽可能多的点在所作直线上,不在直线上的点
应尽可能对称分布在所作直线的两侧.
疑难点二.本实验中为何采用图象法处理实验数据?
在探究加速度与质量的关系实验中,“加速度a与质量m成反比”
1 实加系际速,根上度据a就为a是纵“坐1加标速,以图度质象a与量是质的不量倒是的数过倒原数m点1 的为直m横线坐,就成标能正建判比立断”坐a与,标以
m m是否成反比.
易错点拨
自我诊断在“探究加速度与力､质量的关系”的实验中,在研 究加速度a与小车的质量M的关系时,由于没有注意始终满 足M m的条件,结果得到的图象应是图3-3-2中的( )
4.把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶,先接通电源再放开 小车,打点计时器在纸带上打下一系列的点,打完点后切断 电源,取下纸带,在纸带上标上纸带号码.
5.保持小车和砝码的质量不变,在小桶里放入适量的砂,使小桶 和砂的总质量远小于小车和砝码的总质量,把小桶和砂的 总质量m'记录下来,重复步骤(4).在小桶内再放入适量砂,记 录下小桶和砂的总质量m″,再重复步骤(4).
B.物体的加速度a与质量m成反比
C.物体的质量m与加速度a成正比
D.物体的质量m与加速度a成反比
解析:只能说明加速度a与质量m成反比,而不能说质量与加速 度成反比,要明确a与m的主从关系.
答案:B
2.关于“探究加速度与力､质量的关系”的实验,以下做法错 误的是( )
A.平衡摩擦力时,应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车 上
解析:(1)只有M与m满足M»m时,才能使绳对小车的拉力近似 等于盘及盘中砝码的重力. 答案:(1)M»m
(2)一组同学在做加速度与质量的关系实验时,保持盘及盘中 砝码的质量一定,改变小车及车中砝码的质量,测出相应的 加速度,采用图象法处理数据.为了比较容易地检查出加速 度a与质量M的关系,应该作a与________________的图象.
答案:D
题型研练
题型一
实验原理和数据处理
【例1】 在“验证牛顿运动定律”的实验中,采用如图3-3-3 所示的实验装置,小车及车中砝码的质量用M表示,盘及盘 中砝码的质量用m表示,小车的加速度可由小车后拖动的纸 带上打的点计算出.
(1)当M与m的大小关系满足___________时,才可以认为绳 对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力.