实验四 验证牛顿运动定律
实验4 验证牛顿运动定律
图(a)
第三章
命题点一 命题点二
实验4 验证牛顿运动定律
必备知识 关键能力 对应演练
-16-
(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的 小物块,使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。 (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 时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s,绘制s-t图 象,经数据处理后可得到相应的加速度a。
第三章
实验4 验证牛顿运动定律
必备知识 关键能力 对应演练
-6-
七、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:m0≫m'。 4.一先一后一按:开始时小车应尽量靠近打点计时器,先接通电源, 后释放小车,在小车到达滑轮前按住小车。
;E 点的瞬时速度等于 DF 段的平均速度,故 =1.39 m/s;
1 1 1
=
③设小车质量为 M,小车受到拉力为 F,由牛顿第二定律有
F=(m+M)a;所以,������ =
������
+ ������ ,则������ -m 图象的斜率为������,故 F=������ ,纵轴截距
为 b= ������ =kM,所以,M=������ 。
第三章
命题点一 命题点二
实验4 验证牛顿运动定律
必备知识 关键能力 对应演练
-7-
教材原型实验 典例1(2019· 湖南醴陵二中月考)如图1为验证牛顿第二定律的实 验装置示意图。图中打点计时器的电源为50 Hz 的交流电源,在小 车质量未知的情况下,某同学设计了一种方法用来探究“在外力一 定的条件下,物体的加速命题点二
实验四： 验证牛顿运动定律
实验四： 验证牛顿运动定律, 注意事项1．平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，且要让小车拖着纸带匀速运动。
2．实验条件：小车的质量M 远大于小盘和砝码的总质量m 。
3．操作要领：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，且应在小车到达定滑轮前按住小车。
误差分析1．因实验原理不完善引起误差。
以小车、小盘和砝码整体为研究对象得mg ＝(M ＋m )a ；以小车为研究对象得F ＝Ma ；求得F ＝M M ＋m ·mg ＝11＋m M·mg ＜mg ，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。
考点一 教材原型实验考向1 实验原理与实验操作(2019·广东实验中学月考改编)某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系。
(1)实验中除了需要小车、砝码、托盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、两根导线、复写纸、纸带之外，还需要________、________。
(2)下列做法正确的是________。
A ．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行B ．在调节木板倾斜角度平衡小车受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的托盘通过定滑轮拴在小车上C ．实验时，先放开小车再接通打点计时器的电源D ．通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度E ．用托盘和盘内砝码的重力作为小车和车上砝码受到的合外力，为减小误差，实验中一定要保证托盘和砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量(3)某同学以小车和车上砝码的总质量的倒数1M为横坐标，小车的加速度a 为纵坐标，在坐标纸上作出的a -1M关系图线如图甲所示。
高中物理课件10-4 实验：验证牛顿运动定律
第4节 实验：验证牛顿运动定律
一、基本实验方法
5.数据处理 (1)利用Δx＝aT2及逐差法求加速度 a.
笔记
(2)以 a 为纵坐标，F 为横坐标，描点、画线，若该线为过原点的直线，说明 a 与 F 成正比．
(3)以 a 为纵坐标， 1 为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，则就能判定 a 与 M
10
第4节 实验：验证牛顿运动定律
第4节 实验：验证牛顿运动定律
一、基本实验方法 1.实验原理
笔记
(1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系．
(2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系．
(3)作出 a－F 图像和 a－ 1 图像，确定其关系． M
2.实验器材
小车、砝码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、
适当的位置垫上一块薄木块，反复移动木块的位置，
直至小车能沿长木板做匀速直线运动，打出点迹分
布分布均匀的纸带；
第4节 实验：验证牛顿运动定律
一、基本实验方法 (4)操作：
笔记
①小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源后，再取下纸
带，并对纸带进行编号；
②保持小车的质量 M 不变，改变小盘和砝码的总质量 m，重复步骤①；
第4节 实验：验证牛顿运动定律
二、实验考法总结
笔记
考法三：考法二的实验中，若不平衡摩擦力，可利用该实验装置测量滑块与木板间的动摩 擦因数.
实验原理：小车质量 M 保持不变，改变钩码的质量，测得多组数据，作出 F－a 图像，如 图所示.
对小车受力分析，由牛顿第二定律得 F－Ff＝Ma，解得 F＝Ma＋μMg， 由图像截距得 b＝μMg，解得μ＝ b .
实验4 验证牛顿运动定律
(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：xAB＝4.22 cm、xBC＝ 4.65 cm、xCD＝5.08 cm、xDE＝5.49 cm，xEF＝5.91 cm，xFG＝
6.34 cm。已知打点计时器的工作频探究高考命题视角 以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目， 不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性、设计性 等特点。 视角 1 实验器材的改进
替代 气垫导轨― ― → 长木板
视角2 数据处理方法的改进
小车的加速度可以利用传感器，借助于计算机来处理 视角3 实验方案的改进
m乙 x1 1 2 Ft2 (3)由 x＝ at 及 F＝ma，可得 m＝ ，故有 ＝ ，即 m 乙＝ 2 2x m甲 x2 x1 x1 m 甲· ，所以若以乙车的质量 m 为纵坐标、 为横坐标，该直 x2 x2 线的斜率为 m 甲，即甲车的质量。
答案
(1)反比
(2)平衡摩擦力
乙
(3)甲车
【变式训练】 3．如图7甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。
2
1 C. t
1 D. 2 t
解析
(1)游标卡尺读数等于固定刻度读数加上可动刻度读数，
由图知第5条刻度线与主尺对齐，d＝2 mm＋5×0.05 mm＝2.25 mm；(2)应使A位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误 差，选项A正确；应将气垫导轨调节水平，且保持拉线方向与 木板平面平行，此时拉力等于合力，选项B、C正确；拉力是直
①在两个小桶中装入适量细沙，并使两桶质量 (含沙子)相同； ②两车紧靠架子左边的挡板，在乙车上放一个砝码，同时释 放两车，当车运动一段时间后，用手机对整个装置进行拍照。
实验四 验证牛顿运动定律
4．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两侧． 5．作图时两轴标度比例要选择适当，各量需采用国际单位．
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第三章
牛顿运动定律
三、误差分析 1．系统误差：本实验用小盘和砝码的总重力 m′g 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．
理由是
因为实验的研究对象是整个系统,系统受到的合力就等于mg ． ____________________________________________________
(2)验证在合力不变的情况下，加速度与质量成反比．保持桶内 砂子质量 m 不变， 在盒子内添加或去掉一些砂子， 验证加速度 与质量的关系．本次实验中，桶内的砂子总质量不变，故系统 所受的合力不变．用图象法处理数据时，以加速度 a 为纵轴，
A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行 B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装 有砝码的砝码桶通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 板倾斜度 (2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运
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第三章
牛顿运动定律
(2016· 大连二模)
如图所示的实验装置可以验证牛顿运动定律，小车上固定一 个盒子，盒子内盛有砂子． 砂桶的总质量(包括桶以及桶内砂子质量)记为 m，小车的总 质量(包括车、盒子及盒内砂子质量)记为 M.
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第三章
牛顿运动定律
(1)验证在质量不变的情况下，加速度与合力成正比．从盒子 中取出一些砂子，装入砂桶中，称量并记录砂桶的总重力 mg，将该力视为合力 F，对应的加速度 a 则从打下的纸带中 计算得出．多次改变合力 F 的大小，每次都会得到一个相应 的加速度．本次实验中，桶内的砂子取自小车中，故系统的 总质量不变．以合力 F 为横轴，以加速度 a 为纵轴，画出 a －F 图象，图象是一条过原点的直线． 1
3-5-实验探究：验证牛顿运动定律
01
实验基础梳理
目录
CONTENTS
02
实验热点突破 热点一 教材原型实验
03
实验热点突破 热点二 实验拓展创新
04
@《创新设计》
备选训练
1
目录
实验基础梳理
“验证牛顿第二定律”实验装置示意图
打点计时器
M
纸
m
带
可重复点击播 放！
2
@《创新设计》
目录
实验基础梳理
一、基本原理与操作 原理装置图
的倒数，可知图线的斜率变大。
答案 (1)见解析图 (2)轨道倾角过大(或平衡摩擦力过度) (3)变大
24
@《创新设计》
目录
备选训练
3．为了探究加速度与力、质量的关系，甲、乙、丙三位同学分别设计了如图所示的实 验装置，小车总质量用M表示(乙图中M包括小车与传感器，丙图中M包括小车和与小车 固连的滑轮)，钩码总质量用m表示。
19
@《创新设计》
目录
备选训练
(3)下列哪些措施能够减小本实验的误差________。 A．实验中必须保证m2≪m1 B．实验前要平衡摩擦力 C．细线在桌面上的部分应与长木板平行 D．图中A、B之间的距离x尽量小些
解析 (1)小车做初速度为零的匀加速直线运动，由匀变速直线运动的速度—位移公式得 v2 ＝2ax。
探究方法——控制变量法
操作要领
(1)平衡：必须平衡摩擦力(改变小车或重物质量，无需重 新平衡摩擦力) (2)质量：重物的总质量远小于小车质量(若使用力传感 器，或以小车与重物的系统为研究对象无需满足此要求) (3)要测量的物理量 ①小车与其上砝码的总质量 ②小车受到的拉力(约等于小盘与砝码的重力) ③小车的加速度 (4)其他：细绳与长木板平行；小车靠近打点计时器的位 置释放；实验时先接通电源，后释放小车
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。
广东省新高考高三物理复习课件-实验四验证牛顿运动定律
(2)实验中________(选填“需要”或“不需要”)满足所挂钩码质量远小于小车质量.
光电门A、B之间的距离x
设小车所受拉力的真实值为F真，为了使系统误差
<5%，小车和砝码的总质量是M，则M与m应当满足的条件是 <______.
(2)安装好光电门，从图甲中读出两光电门之间的距离s＝________ cm：
解析 平衡摩擦力时，应不挂沙桶，只让小车拖着纸带在木板上做匀速运动， 选项A错误； 平衡摩擦力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器，选项B正确； 小车释放前应靠近打点计时器，且先接通打点计时器的电源后释放小车，选 项C错误；
(2)将沙和沙桶的总重力mg近似地当成小车所受的拉力F会给实验带来系统误 差的.总设质小量车是所M受，拉则力M的与真m实应值当为满F足真的，条为了件使是系Mm统<_误_0_.差0_5_m_g.F－真F真 <5%，小车和砝码
命题点一 教材原型实验
基础考点 自主悟透
例1 (2019·湖北武汉市四月调研)某同学用如图2所示装置来探究“在外力一 定时，物体的加速度与其质量之间的关系”.
图2 (1)下列实验中相关操作正确的是__B___. A.平衡摩擦力时，应先将沙桶用细线绕过定滑轮系在小车上 B.平衡摩擦力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器 C.小车释放前应靠近打点计时器，且先释放小车后接通打点计时器的电源
式求出加速度.
例2 (2019·安徽合肥市第二次质检)某课外小组利用图4甲装置探究物体的加 速度与所受合力之间的关系，请完善如下主要实验步骤. (1)如图乙，用游标卡尺测量遮光条的宽度d＝__0_.5_5_0___ cm；
图4 解析 由题图乙可知，该游标卡尺为20分度，精度为0.05 mm，读数为5 mm＋ 10×0.05 mm＝5.50 mm＝0.550 cm；
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验证 牛顿运动定律
一、实验原理
(1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系． (2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系．
二、实验要求
1.需要平衡摩擦力:目的是绳子的拉力表示小车所受合外力.
平衡摩擦力时①小车不系细线和小盘，
②让小车拉着纸带在开启打点计时器的情况下匀速运动.
③平衡摩擦力后，在实验过程中不再重复平衡摩擦力.
2.是否需要满足m<<M.(m 为小盘和砝码的质量，M 为小车的质量）
①若让绳子的拉力T=mg ，需满足m<<M.
②若不强调T=mg 或有测力计能直接测出绳子拉力T ，则不需要满足m<<M.
对小盘和砝码：mg-T=ma,对小车：T=Ma ，解得.m 1,M mg T M m mg
a +=+=当m<<M 时T=mg. 例.为了“探究加速度与力、质量的关系”，现提供如图甲所示实验装置．请思考探究思路并回答下列问题：
(1)为了消除小车与木板之间摩擦力的影响应采取的做法是( )
A ．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
B ．将木板带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
C ．使木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动
D ．使木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车能够静止在木板上
(2)在实验中，得到一条打点的纸带，如图乙所示，已知相邻计数点的时间间隔为T ，且间距s 1、s 2、s 3、s 4、s 5、s 6已量出，则小车加速度的表达式为a ＝________.
(3)有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度a 与所受外力F 的关系，他们在木板水平和倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条a -F 图线，如图丙所示．图线________是在木板倾斜情况下得到的(选填“①”或“②”)；小车及车中的砝码总质量m ＝________kg.
解析：（1）C 正确 （2）逐差法：.9921234562123456T s s s s s s a aT s s s s s s ---++=
⇒=---++ (3) 对小车F+（Mgsin θ-f ）=Ma,解得.1f sin g a F M
M M +-=θ 若木板水平（没平衡摩擦力）即θ=0，纵轴有负截距，横轴有正截距，如②图.
若木板倾斜且倾斜过度，平衡摩擦力过度，则Mgsin θ>f,纵轴有正截距，如①图.
若木板倾斜过小（平衡摩擦力不够），有Mgsin θ<f,纵轴有负截距，横轴有正截距，如②图.
在倾斜情况下，如②图，.kg 5.0121=⇒=⇒=
M M
M k 斜率
2. (实验方案的创新)为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，甲、乙同学设计了如图1所示的实验装置．其中M 为带滑轮的小车的质量，m 为沙和沙桶的质量，m 0为滑轮的质量．力传感器可测出轻绳中的拉力大小
(1)(多选)实验时，一定要进行的操作是________．
A ．用天平测出沙和沙桶的质量
B ．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力
C ．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 ．为减小误差，实验中一定要保证沙和沙桶的质量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，加速度a 为纵坐标，画出如图3的a -F 图象是一条直线，图线与横坐标的夹角为θ，求得图线的斜率为k ，则小车的质量为________．
A ．1tan θ
B ．1tan θ
－m 0 C ．2k －m 0 D ．2k
解析：（1）由于有测力计可以测出绳子拉力，不需测沙和桶的质量，也不必满足m<<M,故选BC.
（2）由（1）可知已经平衡摩擦力，由图1得.2)(200F M m a a M m F +=
⇒+= 由图3得,斜率.k
2200m M M m k -=⇒+=
故C 对.tan θ表示斜线的倾斜程度，但与斜率不相等. cm 单位：1图。