验证牛顿运动定律
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◆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：M?m.只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力． 5．一先一后一按住：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．
◆误差分析
1．因实验原理不完善引起误差．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
．
2
热点一 实验原理与实验操作
[典例赏析]
[典例1] (2019·湖南衡阳八中月考)在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时，采用如图所示的实验装置，小车及车中的砝码质量用M表示，盘及盘中的砝码质量用m表示，小车的加速度可由纸带上打点计时器打出的点计算出．
(1)当M与m的大小关系满足 ________ 时，才可以认为细线对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力．
(2)一组同学在保持盘及盘中的砝码质量一定的情况下，探究加速度与小车质量的关系，以下做法正确的是 ________ .
A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细线绕过定滑轮系在小车上 B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力 C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源
D．小车运动的加速度可用天平测出m和M，直接用公式a＝求出
(3)在保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度与所受合外力的关系时，由于平衡摩擦力时操作不当，两位同学得到的a－F关系分别如图中甲、乙所示(a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力)．
mgM
其原因分别是：
甲图：______________________________________________； 乙图：______________________________________________________. [解析] (1)对盘及盘中砝码：mg－F＝ma；对小车：F＝Ma，联立可得：a＝
mg，F＝m＋Mmg，只有当m?M时，才可认为F≈mg. M＋m(2)平衡摩擦力时，先去掉盘、盘中砝码和细线，只让小车在重力沿斜面方向的分力作用下向左运动，当小车能匀速运动时，重力沿斜面方向的分力和摩擦力平衡，A不正确；调好后，当再次改变小车质量时，无需再平衡摩擦力，B正确；实验时，要先接通打点计
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M时器的电源，使打点计时器正常工作，再释放小车，C不正确；小车的加速度是通过处理纸带确定的，D不正确．
(3)由甲图可看出F＝0时，a≠0，说明木板的倾角过大，重力沿斜面方向的分力大于摩擦力．由乙图可看出，只有当F达到一定值时，才会有加速度，说明平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力．
[答案] (1)m?M (2)B (3)木板的倾角过大 没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足
[题组巩固]
1．某实验小组利用图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系．
(1)下列做法正确的是 ________ (填字母代号)． 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，将装有砝码的砝码桶通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 ________ 木块和木块上砝码的总质量．(填“远大于”“远小于”或“近似等于”)
(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图甲所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，分别得到如图乙中甲、乙两条直线，设甲、乙用的木块质量分别为m动摩擦因数分别为μ乙．
甲
甲
、m乙
，甲、乙用的木块与木板间的
乙
、μ乙
，由图乙可知，m甲
________ m，μ甲 ________ μ(填“大于”“小于”或“等于”)
解析：(1)在探究加速度与力、质量的关系的实验中，平衡摩擦力时木板不通过定滑轮
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挂砝码桶，而要挂纸带，并且改变质量时不需要重新平衡摩擦力；在实验时应先接通电源再放开木块，故选项A、D均正确；B、C均错误．
(2)选木块(M)、砝码桶及桶内的砝码(m)为研究对象， 则mg＝(M＋m)a①
选砝码桶及桶内的砝码为研究对象 则mg－FT＝ma② 联立①②得：
m2gFT＝mg－
M＋mm2g要使FT＝mg需要→0，即M?m
M＋m③对木块由牛顿第二定律得：
F－μmg＝ma
1
即a＝F－μg.
m由上式与题图结合可知： 1
m甲m乙
＞1
，μ甲g＞μ乙g
即：m甲＜m乙，μ甲＞μ乙．
答案：(1)AD (2)远小于 (3)小于 大于
2．(2019·湖北襄阳四中模拟)某同学在实验室用如图甲所示的实验装置做“探究加速度与质量的关系”的实验．
(1)为了尽可能减少摩擦力的影响，打点计时器最好选用 ________ (填“电磁打点计时器”或“电火花计时器”)，同时需将长木板的右端垫高，轻推一下小车，使小车能拖动穿过打点计时器的纸带做 ________ .
(2)在 ____________________________ 条件下，可以认为绳对小车的拉力近似等于砂和砂桶的总重力，通过改变 ________ (填“砂和砂桶”或“小车”)的质量，可探究加速度与 ________ (填“小车”或“砂和砂桶”)质量的关系．
(3)如果某次实验打出的纸带如图乙所示，O为起点，A、B、C为过程中的三个相邻的计数点，相邻的计数点之间有四个点没有标出，A、B、C到O点的距离在图中已标出，所用交流电的频率为f，则测出小车运动的加速度为a＝ ____________________ .
解析：(1)电磁打点计时器的振针与纸带间存在一定的摩擦，因此为了尽可能减少摩擦
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2020高考物理一轮总复习第三章实验四验证牛顿运动定律讲义(含解析)新人教版
