高中物理34第4讲实验四验证牛顿运动定律

第4讲实验四验证牛顿运动定律,误差分析1因实验原理不完善引起的误差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,注意事项1实验方法：控制变量法2平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要悬挂小盘，但小车应连着纸带且接通电源用手给小车一个初速度，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不重复平衡摩擦力：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,4实验条件：mm只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力5一先一后一按：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，后放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车6作图：作图时两轴标度比例要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,热点对实验过程及实验数据处理的考查【典例1】(2012大纲全国卷，23)如图3-4-1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50Hz的交流电源，打点的时间间隔用t表示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，物体的加速度与其质量间的关系”,图3-4-1,(1)完成下列实验步骤中的填空：平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列_的点按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量m.按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤.在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点测量相邻计数点的间距s1，s2，.求出与不同m相对应的加速度a.,(2)完成下列填空：本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是_设纸带上三个相邻计数点的间距分别为s1、s2和s3.a可用s1、s3和t表示为a_.图3-4-2为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况，由图可读出s1_mm，s3_mm，由此求得加速度的大小a_m/s2.,图3-4-2,图3-4-3为所得实验图线的示意图设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为_，小车的质量为_,图3-4-3,【变式跟踪1】某同学设计了一个探究小车的加速度a与小车所受拉力F及质量m关系的实验，图3-4-4(a)为实验装置简图(所用交流电的频率为50Hz)图3-4-4,(1)为了研究加速度和质量的关系，在实验中必须采用控制变量法，应保持_不变，用砂桶及砂所受的重力作为_，图(b)为某次实验得到的纸带，实验数据如图，图中相邻计数点之间还有4个点未画出，根据纸带可求出小车的加速度大小为_m/s2.(保留三位有效数字)(2)在本次实验中，实验小组通过改变小车质量共做了8组实验，得到下表所示的实验数据，通过分析表中数据，你得出的结论是：_.,现需通过图象进一步验证你的结论，可利用表格数据作图，应在坐标纸中画出_图线(3)在某次实验中为研究加速度和力的关系，根据测得的多组数据可画出aF关系图线，如图3-4-5所示此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是()A小车与木板之间存在摩擦B木板保持了水平状态C所挂砂桶及砂的总质量太大D所用小车的质量太大,图3-4-5,【典例2】如图3-4-6所示为某同学探究加速度与力和质量关系的实验装置，两个相同质量的小车放在光滑水平板上，前端各系一条细绳，绳的一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可放砝码两小车后端各系一条细绳，一起被夹子夹着使小车静止打开夹子，两小车同时开始运动；关上夹子，两小车同时停下来，用刻度尺测出两小车的位移，下表是该同学在几次实验中记录的数据,图3-4-6,请回答下述问题：(1)在每一次实验中，甲、乙两车的位移之比等于_之比，请简要说明实验原理：_；(2)第一次实验控制了_不变，在实验误差允许范围内可得出的结论是_；(3)第二次实验控制了_不变，在实验误差允许范围内可得出的结论是_；(4)第三次实验时，该同学先测量了甲车的位移，再根据前两次实验结论，计算出乙车应该发生的位移，然后再测量了乙车的位移，结果他高兴地发现，理论的预言与实际符合得相当好请问，他计算出的乙车位移应该是_,答案(1)加速度见解析(2)小车质量小车加速度与拉力成正比(3)小车所受拉力小车加速度与质量成反比(4)30cm,【变式跟踪2】(2013苏北四市调研)某实验小组利用如图3-4-7甲所示的气垫导轨实验装置来探究合力一定时，物体的加速度与质量之间的关系(1)做实验时，将滑块从图甲所示位置由静止释放，由数字计时器(图中未画出)可读出遮光条通过光电门1、2的时间分别为t1、t2；用刻度尺测得两个光电门中心之间的距离x，用游标卡尺测得遮光条宽度d，则滑块经过光电门1时的速度表达式v1_；经过光电门2时的速度表达式v2_.滑块加速度的表达式a_.(以上表达式均用已知字母表示)如图乙所示，若用20分度的游标卡尺测量遮光条的宽度，其读数为_mm.,图3-4-7,(2)(多选)为了保持滑块所受的合力不变，可改变滑块质量M和气垫导轨右端高度h(见图甲)关于“改变滑块质量M和气垫导轨右端的高度h”的正确操作方法是_AM增大时，h增大，以保持二者乘积增大BM增大时，h减小，以保