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1、实验四 验证牛顿运动定律基础过关一、实验目的1.学会用①控制变量法研究物理规律。2.探究加速度与力、质量的关系。3.掌握灵活运用图像处理问题的方法。二、实验原理本实验的实验装置图如图所示:1.保持②质量不变,探究加速度跟物体受力的关系。2.保持物体所受的③力不变,探究加速度与物体质量的关系。3.作出a-F图像和a-图像,确定其关系。三、实验器材小车、砝码、小盘、细绳、一端有定滑轮的长木板、薄木块、打点计时器、交流电源、导线、纸带、复写纸、天平、刻度尺。四、实验步骤1.测量:用④天平测量小盘和砝码的总质量m'和小车的质量m。2.安装:按照实验装置图把实验器材安装好,只是不把悬挂小盘的细绳系
2、在小车上(即不给小车牵引力)。3.平衡摩擦力:在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一薄木块,使小车在不挂砝码和小盘的情况下能⑤匀速下滑。4.实验操作(1)将小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上,小车停在打点计时器处,先⑥接通电源后⑦放开小车,打出一条纸带,取下纸带编号码。并计算出小盘和砝码的总重力,即小车所受的合外力。(2)保持小车的质量m不变,改变砝码和小盘的总质量m’,重复步骤(1)。(3)在每条纸带上选取一段比较理想的部分,测加速度a。(4)描点作图,作a-F图像。(5)保持砝码和小盘的总质量m'不变,改变小车质量m,重复步骤(1)和(3),作a-图像。五、数据处理1.计算小车的加速度时
3、,可使用“研究匀变速直线运动”的方法。利用打出的纸带,采用逐差法求加速度。2.作a-F图像、a-图像找关系。六、注意事项1.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,要让小车拖着纸带运动。2.实验步骤2、3不需要重复,即整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车的质量,都不需要重新平衡摩擦力。3.每条纸带必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出。只有如此,小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。4.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、5.作图像时,要使尽可能多的点落在所作直线上,不在直线上的点应尽可能均匀分布在所作直线两侧。6.作图时两轴标度比例要选择适当,各量须采用国际单位制中的单位。这样作图线时,坐标点间距不会过密,误差会小些。7.为提高测量精度(1)应舍掉纸带上开头比较密集的点,在后边便于测量的地方找一个起点。(2)可以把每打五次点的时间作为时间单位,即从开始点起,每五个点标出一个计数点,而相邻计数点间的时间间隔为T=0.1s。七、误差分析1.质量的测量误差,纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差,细绳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:本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力
5、(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力),存在系统误差。小盘和砝码的总质量越接近小车的质量,误差就越大;反之,小盘和砝码的总质量越小于小车的质量,误差就越小。3.平衡摩擦力不准造成误差:在平衡摩擦力时,除了不挂小盘外,其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器),匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等。考点一 实验原理和实验操作例1某实验小组利用如图(a)所示的装置探究加速度与物体质量、物体受力的关系。(1)下列做法正确的是(选填字母代号)。考点突破图(a)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
6、,将装有砝码的砝码桶通过细绳绕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动时受到的拉力,应满足的条件是:砝码桶及桶内砝码的总质量(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)木块和木块上砝码的总质量。(3)甲、乙两同学在同一实验室,各取一套图示的装置放在水平桌面上,木块上均不放砝码,在没有平衡摩擦力的情况下,研究加速度a与拉力F的关系,分别得到图(b)中甲、乙两条直线。设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙,甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙,
7、由图可知,m甲m乙,μ甲μ乙。(均选填“大于”“小于”或“等于”)图(b)解析(1)实验中细绳要与长木板保持平行,A项正确;平衡摩擦力时,不应该将装有砝码的砝码桶通过细绳绕过定滑轮拴在木块上,B项错误;实验时应先接通电源再放开木块,C项错误;平衡摩擦力后,通过增减木块上的砝码改变质量时不需要再重新平衡摩擦力,D项正确。(2)设木块和木块上砝码的总质量为M,砝码桶及桶内砝码的总质量为m,则细绳上的拉力为F=Ma=M=mg,可见,当砝码
