2019-2020年高中物理一轮复习 第3章 第3讲 实验：验证牛顿运动定律学案 新人教版必修1

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1、2019-2020年高中物理一轮复习第3章第3讲实验：验证牛顿运动定律学案新人教版必修1实验目的：1、学会用控制变量法验证牛顿第二定律2、掌握利用图像处理实验数据的方实验原理：控制变量法研究三者之间的关系。实验器材：小车，砝码，小桶，砂，细线，附有定滑轮的长木板，垫块，，，导线两根，纸带，托盘天平及砝码，米尺。一、实验原理1．如图3-3-1所示装置，保持小车质量M不变，改变小桶内砂的质量m，从而改变细线对小车的牵引力F(当m<

2、a-F图线，验证加速度是否与外力成正比.2．保持小桶和砂的质量不变，在小车上加减砝码，改变小车的质量M，测出小车的对应加速度a，由多组a、M数据作出加速度和质量倒数的关系a-M-1图线，验证加速度是否与质量成反比.二、实验步骤1．用调整好的天平测出小车和小桶的质量M和m，把数据记录下来.2．按如图装置把实验器材安装好，只是不把挂小桶用的细线系在小车上，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上垫块，反复移动垫块的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态（可以从纸带上打的点是

3、否均匀来判断）.4．在小车上加放砝码，小桶里放入适量的砂，把砝码和砂的质量M'和m'记录下来.把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，取下纸带，在纸带上写上编号.5．保持小车的质量不变，改变砂的质量（要用天平称量），按步骤4再做5次实验.6．算出每条纸带对应的加速度的值.7．用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F，即砂和桶的总重力(m+m')g，根据实验结果在坐标平面上描出相应的点，作图线.若图线为一条过原点的直线，就证明了研究对象质量不变时其加速度与它所受作用力

4、成正比.8．保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，并做好记录，求出相应的加速度，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车和车内砝码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果描出相应的点并作图线，若图线为一条过原点的直线，就证明了研究对象所受作用力不变时其加速度与它的质量成反比.二、实验中的注意事项1．砂和小桶的总质量要远远小于小车和砝码的总质量.在实验中一定要使重物的质量远小于小车和砝码的质量，目的是减小本实验原理导致的系统误差.在小车加速运动时，重物不可能是平衡的（如图3-3-2所示），它具有与小车

5、同样大小的加速度.设车与重物的加速度大小均为a，绳对车和重物的拉力大小为T.对重物有m重物-T=m重物a对车有T=M车+砝码a所以T=因此，在探究加速度与合外力的关系时，若在实验中把所挂重物的重力当成作用于小车上的合外力，会作出如图6-2-18所示的a-F图象，从图中可以看出，F较大（所挂重物质量较大）时，a与F不成正比.只有重物质量远小于车和砝码的总质量时，有，此时有T≈m重物g，可以近似地认为细绳对小车的牵引力等于重物的重力.2．在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源.用手给小车一个初速度，

6、如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡.3．作图时应该使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能对称地分布在直线的两侧，但如遇个别特别偏离的点可舍去.三、实验中的误差分析1、质量的测量误差，纸带上打点计时器间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差.2、因实验原理不完善造成误差：本实验中用重物的重力代替小车受到的拉力（实际上受到的拉力要小于重物的重力），存在系统误差.重物的质量越接近小车的质量，误差越大，反之，重物的质量越小于小车的质量，误差

7、就越小.3、平衡摩擦力不准造成误差.【例题】．现要验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一物理规律.给定的器材如下：一倾角可以调节的长斜面（如图3-3-4）、小车、计时器一个、米尺.（１）填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤（不考虑摩擦力的影响）：①小车自斜面上方一固定点Ａ1从静止开始下滑至斜面底端Ａ2，记下所用的时间②用米尺测量Ａ1与Ａ2之间的距离s，则小车的加速度____________.③用米尺Ａ1相对于Ａ2的高h.设小车所受重力为mg，则小车所受的合外力Ｆ＝________.④改

8、变_________________，重复上述测量.⑤以h为横坐标，为纵坐标，根据实验数据作用作图.如能得到一条过原点的直线，则可以验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律.（２）在探究如何消除上述实验中摩擦阻力影响的过程中，某同学设计的方案是：①调节斜面倾角，使小车在斜面上匀速下滑.测量此时Ａ1点相对于斜面底端Ａ2的高度ho.②进行（1）中的