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1、重點專題復(fù)習(xí)《驗證牛頓第二定律》 【重點知識提示】 1．實驗?zāi)康?、原? 實驗?zāi)康尿炞C牛頓第二定律，即物體的質(zhì)量一定時，加速度與作用力成正比；作用力一定時，加速度與 質(zhì)量成反比．實驗原理：利用砂及砂桶通過細(xì)線牽引小車做加速運動的方法，采用控制變量法研究上述兩組 關(guān)系．如圖4—6所示，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，使小車所受的阻力忽略，當(dāng)M和優(yōu)做加速運動時，可以得到 當(dāng)M>>m時，可近似認(rèn)為小車所受的拉力T等于mg． 本實驗第一部分保持小車的質(zhì)量不變，改變m的大小，測出相應(yīng)的a，驗證a與F的關(guān)系；第二部分保持m不變，改變M的大小，測出小車

2、運動的加速度a，驗證a與M的關(guān)系． 2．實驗器材 打點計時器，紙帶及復(fù)寫紙，小車，一端附有滑輪的長木板，小桶，細(xì)繩，砂，低壓交流電源，兩根導(dǎo)線，天平，刻度尺，砝碼． 3．實驗步驟及器材調(diào)整 (1)用天平測出小車和小桶的質(zhì)量M和 m，把數(shù)值記錄下來． (2)按圖4—7所示把實驗器材安裝好． (3)平衡摩擦力：在長木板的不帶滑輪的 一端下面墊上一塊薄木板，反復(fù)移動其位置， 直至不掛砂桶的小車剛好在斜面上保持勻速 運動為止． (4)將砂桶通過細(xì)繩系在小車上，接通電源放開小車，使小車運動，用紙帶記錄小車的運

3、動情況，取下紙帶，并在紙帶上標(biāo)上號碼． (5)保持小車的質(zhì)量不變，改變砂桶中的砂量重復(fù)步驟(4)，每次記錄必須在相應(yīng)的紙帶上做上標(biāo)記，列表格將記錄的數(shù)據(jù)填寫在表內(nèi)． (6)建立坐標(biāo)系，用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示力，在坐標(biāo)系上描點，畫出相應(yīng)的圖線以驗證倪與F的關(guān)系． (7)保持砂及小桶的質(zhì)量不變，改變小車的質(zhì)量(在小車上增減砝碼)，重復(fù)上述步驟(5)、(6)驗證a與M的關(guān)系． 4．注意事項 (1)在本實驗中，必須平衡摩擦力，方法是將長木板的一端墊起，而墊起的位置要恰當(dāng)．在位置確定以后，不能再更換傾角． (2)改變m和M的大小時，

4、每次小車開始釋放時應(yīng)盡量靠近打點計時器，而且先通電再放小車． (3)每次利用紙帶確定a時，應(yīng)求解其平均加速度． 5．?dāng)?shù)據(jù)處理及誤差分析 (1)該實驗原理中T=，可見要在每次實驗中均要求M>>m，只有這樣，才能使?fàn)恳≤嚨臓恳频扔谏凹吧巴暗闹亓Γ? (2)在平衡摩擦力時，墊起的物體的位置要適當(dāng)，長木板形成的傾角既不能太大也不能太小，同時每次改變M時，不再重復(fù)平衡摩擦力． (3)在驗證a與M的關(guān)系時，作圖時應(yīng)將橫軸用l／M表示，這樣才能使圖象更直觀． 【典型范例導(dǎo)析】 【例1】 在《驗證牛頓第二定律》的實驗中，在研究作用

5、力一定時加速度與質(zhì)量成反比的結(jié)論時，下列說法中錯誤的是 ( ) A．平衡摩擦力時，應(yīng)將裝砂的小桶用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上 B．每次改變小車質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力 C．實驗時，先放開小車，再接通打點計時器電源 D．小車運動的加速度，可從天平測出裝砂小桶和砂的質(zhì)量m及小車質(zhì)量M，直接用公式a=求出(m<

6、，便于測量；小車加速度為實驗測量的量，通過分析紙帶得到． 點評 本題主要是考察該實驗的操作及數(shù)據(jù)處理，只要對這些有一定了解，應(yīng)該說是不難選擇的． 【例2】 在《驗證牛頓第二定律》的實驗中備有下列器材： A．打點計時器；B．天平(帶砝碼)；C．秒表；D．低壓直流電源；E．紙帶和復(fù)寫紙；F．導(dǎo)線細(xì)線；G．小車；H．砂和小桶；I．帶滑輪的長木板． 其中多余的器材是________________(填代號)、缺少的器材是__________。 解析 C、D；缺少的器材有低壓交流電源，刻度尺、砝碼． 點評 本題要求熟悉該實驗的所需器材

7、． 【例3】 如圖4-8(a)為《驗證牛頓第二定律》的實驗中用打點計時器打出的一條較理想的紙帶．紙帶上A、B、C、D、E、F、G為七個相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間是0．1 s，距離如圖，單位是cm，小車的加速度是________m/s2，在驗證質(zhì)量一定時加速度以和合外力F的關(guān)系時，某學(xué)生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了如圖4—8(b)所示的a-F、圖象，其原因是_____． 解析 本題的答案為1．60 m/s2，平衡摩擦力過剩，a的計算利用逐差法． 點評 倪的計算用公式△s=at2，通過計算平均值確定a的大小，平均值的求

8、解用逐差法計算較為精確，a-F圖象的形狀為不過原點的直線表明平衡摩擦力的操作存在問題． 【能力跟蹤訓(xùn)練】 1．在《驗證牛頓第二定律》的實驗中，當(dāng)小車質(zhì)量 m不變時，a-F圖象如圖4—9所示，則小車質(zhì)量m=________. 2．a(chǎn)、b、c、d四位同學(xué)做《驗證牛頓第二定律》的實驗，設(shè)小車質(zhì)量和車上砝碼質(zhì)量之和為M，砂及砂桶的總質(zhì)量為M，分別得出如圖4—10中a、b、c、d一四個圖線，其中圖a、b、c是a-F圖線，圖d是a一1/M圖線，則以下說法中正確的是 ( ) A．a(chǎn)和b較好地把握了實驗條件M>>m B．c和d則沒有把握好實驗條件M>>m

9、 C．a(chǎn)同學(xué)長木板的傾角太小，而b同學(xué)長木板角度太大 D．a(chǎn)、b、c三同學(xué)中，c同學(xué)較好地完成了平衡摩擦力的操作 3．用斜面、小車、砂桶、砝碼等器材做《驗證牛頓第二定律》的實驗，如圖4—11 為實驗中打出的一條紙帶，相鄰記數(shù)點的時間間隔為T，且間距s1、s2、…、s6已量出： (1)請寫出三個不同的計算加速度的表達(dá)式； (2)如圖4—12是某同學(xué)根據(jù)測量的數(shù)據(jù)畫出的a一F圖線，表明實驗的問題 是 ． 4．某同學(xué)在做“當(dāng)外力一定時，加速度和質(zhì)量的關(guān)系”的實驗時，得到如圖4—13表格中的實驗數(shù)據(jù)： (1)請用圖

10、象來處理這些數(shù)據(jù)； (2)根據(jù)作出的圖象，可以得到小車受到的外力F=__________N． 5．《驗證牛頓第二定律》的實驗對象是___________． (1)如圖4—1．4為小車質(zhì)量不變實驗所得a一F圖象，從圖象上可以看到直線不過原點，其原因是_________，由圖可知，小車質(zhì)量為__________． (2)研究作用力一定，加速度與質(zhì)量間關(guān)系時，不作a一m圖線，而用a一1/m圖線，其原因是____________． 6．在《驗證牛頓第二定律》實驗中，下面的說法中正確的是 ( ) A．平衡摩擦力時，小桶應(yīng)用細(xì)線通

11、過法滑輪系在小車上，但小桶內(nèi)不能裝砂 B．實驗中應(yīng)始終保持小車和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和小桶的質(zhì)量 C．實驗中如用縱坐標(biāo)表示加速度，用橫坐標(biāo)表示小車和車內(nèi)砝碼的總質(zhì)量，描出相應(yīng)的點在一條直線上，即可證明加速度與質(zhì)量成反比 D．平衡摩擦力時，小車后面的紙帶必須連好，因為運動過程中紙帶也要受到阻力 7．關(guān)于驗證牛頓第二定律的實驗，下列說法中符合實際的是____。 A．通過同時改變小車的質(zhì)量m及受到的拉力F的研究，能歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系 B．通過保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力的研究，就可以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系 C．通過

12、保持小車受力不變，只改變小車質(zhì)量的研究，就可以得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系 D．先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關(guān)系；再不改變力，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系 8．本實驗中，以下說法正確的是____。 A．平衡摩擦力時，小桶應(yīng)用細(xì)線通過定滑輪系在小車上，但小桶內(nèi)不能裝砂 B．實驗中應(yīng)始終保持小車和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于砂和小桶的質(zhì)量 C．實驗中如果用縱坐標(biāo)表示加速度，用橫坐標(biāo)表示小車和車內(nèi)砝碼的總質(zhì)量，描出相應(yīng)的點在一條直線上時，即可證明加速度與質(zhì)量成反比 D．平衡摩擦力時，小車后面的紙帶必須連好，因為運動過程中紙帶也要受到阻力 9．在做“驗

13、證第二運動定律的實驗”時，首先要細(xì)心地調(diào)整裝置，以使小車做勻速運動，然后才進行實驗，這樣做的目的何在： A．平衡摩擦力 B。方便實驗 C.減小摩擦力 D.增大阻力 4．小車所受的拉力等于砂和桶的總重力相比 A.小于重力，因為砂桶處于失重狀態(tài) ； B.大于重力，因為砂桶處于超重狀態(tài)。C.等于重力因為砂桶處于平衡狀態(tài)。 D.都有可能。 10．在做驗證牛頓第二運動定律的實驗時，某學(xué)生將實驗裝置如圖1-9安裝，準(zhǔn)備接通電源后開始做實驗，但他的裝置圖中有兩個明顯的錯誤：（1）____；（2）____ 11．做“驗證牛頓第二定律”實驗時，按實驗要求裝置好器

14、材后，應(yīng)按一定的步驟進行實驗，下列給出供選擇的操作步驟。 A．保持小桶和砂的質(zhì)量不變，在小車?yán)锛禹来a，測出加速度，重復(fù)幾次 B．保持小車質(zhì)量不變，改變小桶里砂子的質(zhì)量，測出加速度，重復(fù)幾次 C．用天平測出小車和砂子的質(zhì)量 D．在長木板沒有定滑輪的一端墊上厚度合適的墊木，平衡摩擦力 F．用秒表測出小車運動的時間 G．將裝有砂子的小桶用細(xì)線通過定滑輪系到小車上，接通電源，釋放小車，在紙帶上打出一系列的點 以上步驟中，不必要的步驟是____，正確步驟的合理順序是____（填寫代表字母）。 12．用打點計時器記錄紙帶運動的時間，計時器所用的電源的頻率為50Hz。圖1-10為做勻變速

15、直線運動的小車帶動的紙帶上記錄的一些點，在每相鄰的兩個點中間都有四個點未畫出，按時間順序取0、1、2、3、4、5六個點，用米尺量出1、2、3、4、5點到0點的距離分別是（單位：cm）：8.78，16.08，21.87，26.16，28.94。 由此測出小車加速度的大小為____m／s2，方向____。 13. 在圖4－7的驗證牛頓第二定律實驗中，如果砂和砂桶的質(zhì)量比較大，你如何驗證牛頓第二定律？ 我的的思路是：____________________ ____________________________________________________________________

16、_________________________________________________. 重點專題復(fù)習(xí)《驗證牛頓第二定律》答案 1．O．71kg(小車質(zhì)量研由a-F圖線的倒數(shù) 確定．) 2．A、B、C、D(圖線為直線，表明M 》研；a-F圖線與F交于原點右側(cè)表明f平衡 不夠，a-F圖線與a交于原點上方，表明f平衡 過甚；a-F圖線過原點，表明f平衡恰當(dāng)．) 3．(1) ；(2)沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠． 4．(1)首先計算出每組的1/m值，再作a一1/m圖象，如圖4—15；(2)F=12N 5．小車 (1)未平衡摩擦力或不夠，kg (2)a一1/m圖線是直線便于觀察． 6．B、D(M>>m是為了減小系統(tǒng)誤差．平衡摩擦力時必須將小車后面的紙帶連好)．