高考物理一轮复习学案 第12讲 实验：验证牛顿运动定律(解析卷+原卷)

第三部分 牛顿运动定律 第12讲 实验:验证牛顿运动定律（解析版） 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的方法． 3．探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律． 一、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。 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图象和a－图象，确定其关系． 二、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、电磁打点计时器（或电火花打点计时器）、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺． 三、实验步骤 1．用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0。 2．把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好电路。 图1 3．平衡摩擦力：小车的尾部挂上纸带，纸带穿过打点计时器的限位孔，将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，使小车在不挂小盘和砝码的情况下，能沿木板做匀速直线运动。这样小车所受重力沿木板的分力与小车所受摩擦力平衡。在保证小盘和砝码的质量远小于小车质量的条件下，可以近似认为小盘和砝码的总重力大小等于小车所受的合外力的大小。 4．把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。 5．改变小盘内砝码的个数，重复步骤(4)，并多做几次。 6．保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带。 7．改变小车上砝码的个数，重复步骤(6)。 要点一、数据处理 1．保持小车质量不变时，计算各次小盘和砝码的重力(作为小车的合力)及对应纸带的加速度（利用Δs＝aT2及逐差法求a），填入表(一)中。 表(一) 实验次数 加速度a/(m·s－2) 小车受力F/N 1 2 3 4 2．保持小盘内的砝码个数不变时，计算各次小车和砝码的总质量及对应纸带的加速度，填入表(二)中。 表(二) 实验次数 加速度a/(m·s－2) 小车和砝码的总质量M/kg 小车和砝码的总质量的倒数M/kg-1 1 2 3 4 3．需要记录各组对应的加速度a与小车所受牵引力F，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F，描点画a－F图象，如果图象是一条过原点的直线，便证明加速度与作用力成正比。再记录各组对应的加速度a与小车和砝码总质量M，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示总质量的倒数，描点画a－图象，如果图象是一条过原点的直线，就证明了加速度与质量成反比。 要点二、注意事项 1．平衡摩擦力时，调节长木板形成一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力。在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着纸带运动。 2．每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘及盘内砝码总质量的条件下打出。只有如此，小盘及盘内砝码重力才可视为小车受到的拉力。 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，且应在小车到达滑轮前按住小车。 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。 要点三、误差分析 1．系统误差 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＝·mg＝·mg