人教2023年高考物理一轮复习(全国版) 第3章 实验4　验证牛顿运动定律.docx

实验四　验证牛顿运动定律
目标要求　1.理解实验的原理，明确实验过程并能进行数据处理.2.了解实验的注意事项，会对实验进行误差分析.3.能对实验进行创新改进．
实验技能储备
1．实验原理
(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a与F、m的关系．
2．实验器材
小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、导线、纸带、天平、刻度尺、坐标纸．
3．实验过程
(1)测量：用天平测量槽码的质量m′和小车的质量m.
(2)安装：按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)．
(3)补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑．
(4)操作：①槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带，编号码．
②保持小车的质量m不变，改变槽码的质量m′，重复步骤①.
③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，计算加速度a.
④描点作图，作a－F的图象．
⑤保持槽码的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－图象．
4．数据处理
(1)利用逐差法或v－t图象法求a.
(2)以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明a与F成正比．
(3)以a为纵坐标，为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比．
5．注意事项
(1)开始实验前首先补偿阻力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好补偿小车和纸带受到的阻力．在补偿阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动．
(2)实验过程中不用重复补偿阻力．
(3)实验必须保证的条件：m≫m′.
(4)一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．
6．误差分析
(1)实验原理不完善：本实验用槽码的总重力m′g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的总重力．
(2)补偿阻力不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差．
考点一　教材原型实验
例1　某实验小组采用如图甲所示的实验装置，研究小车质量不变时，其加速度a与所受合力F的关系．
(1)在补偿阻力这步操作中，______(选填“需要”或“不需要”)通过细绳把砂桶挂在小车上．
(2)实验中得到的一条纸带如图乙所示，相邻的两计数点之间还有 4 个点未画出，用毫米刻度尺测量出来的数据已在图中标出．已知打点计时器的打点周期为 0.02 s，则该小车运动的加速度大小为
________ m/s2(计算结果保留两位有效数字)．
(3)该实验小组把砂和砂桶的总重力当成小车的合力F，根据实验得出的数据，采用图象法处理数据，画出a－F图象如图丙所示，发现图线上端弯曲，其原因可能是________________
______________________________________________________________________________.
(4)关于本实验存在的误差，以下说法正确的是________．
A．在图乙中，每个测量数据均存在偶然误差
B．把砂和砂桶的总重力当成小车的合力导致实验中存在系统误差
C．实验中用图象法处理数据可以减少系统误差
答案　(1)不需要　(2)0.39　(3)小车质量没有远远大于砂和砂桶的总质量　(4)AB
解析　(1)在补偿阻力这步操作中，不需要通过细绳把砂桶挂在小车上．
(2)相邻的两计数点之间还有 4 个点未画出，则T＝0.1 s；根据Δx＝aT2可得该小车运动的加速度大小为
a＝＝ m/s2≈0.39 m/s2
(3)图线上端弯曲，其原因可能是小车质量没有远远大于砂和砂桶的总质量．
(4)在题图乙中，每个测量数据均存在偶然误差，选项A正确；因砂和砂桶加速下降，失重，则细绳的拉力小于砂和砂桶的总重力，即把砂和砂桶的总重力当成小车的合力导致实验中存在系统误差，选项B正确；实验中用图象法处理数据可以减少偶然误差，选项C错误．
例2　用如图所示的装置验证牛顿第二定律．
(1)除了图中所给器材以及交流电源和导线外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是________(选填正确选项的字母)．
A．秒表 B．天平(含砝码)
C．弹簧测力计 D．刻度尺
(2)实验前补偿阻力的做法是：把实验器材安装好，先不挂重物，将小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带