資源簡介

(共40張PPT)
實驗四　驗證牛頓運動定律
1.實驗器材
打點計時器、紙帶、復寫紙、小車、一端附有定滑輪的長木板、托盤、夾子、細繩、　　　　　　　、導線、天平、刻度尺、砝碼.
低壓交流電源
2.實驗過程
（1）稱量質量：用天平測量托盤的質量m0和小車的質量M0.
（2）儀器安裝：按照如圖所示裝置把實驗器材安裝好，只是不把懸掛托盤的細線系在小車上（即不給小車牽引力）.
（3）平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪
的一端下面墊上一塊薄木塊，使小車在斜
面上做　　　　 運動.
勻速直線
（4）操作過程：
①把細繩系在小車上并繞過滑輪懸掛托盤，托盤里放砝碼，先_________　　　　再　　　　，取紙帶，編號碼.
②保持小車的質量M0不變，改變托盤中砝碼的質量，重復步驟①.由紙帶計算出小車的加速度，并把力和對應的加速度填入設計的表格中.
③保持托盤和砝碼質量m不變，改變小車和砝碼的總質量M，重復以上步驟.并將所對應的質量和加速度填入設計的表格中.
接通電源　
釋放小車
3.注意事項
（1）平衡摩擦力：平衡摩擦力時小車不要掛托盤，平衡后掛托盤無須再平衡.
（2）實驗條件：M m.用彈簧測力計或傳感器直接測拉力時無須滿足此條件.
（3）一先一后：改變拉力和小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通電源，后放開小車，且應在小車到達定滑輪前按住小車.
命題一　課標教材原型實驗?。刍A考查］
例1?。?024年甘肅卷）用圖甲所示實驗裝置探究外力一定時加速度與質量的關系.
（1）以下操作正確的是　　　　.
A.使小車質量遠小于槽碼質量
B.調整墊塊位置以補償阻力
C.補償阻力時移去打點計時器和紙帶
D.釋放小車后立即打開打點計時器
B　
【解析】（1）為了使小車所受的合外力大小近似等于槽碼的總重力，故應使小車質量遠大于槽碼質量，A錯誤；為了保證小車所受細線拉力等于小車所受合力，則需要調整墊塊位置以補償阻力，也要保持細線和長木板平行，B正確；補償阻力時不能移去打點計時器和紙帶，需要通過紙帶上點跡是否均勻來判斷小車是否做勻速運動，C錯誤；根據操作要求，應先打開打點計時器再釋放小車，D錯誤.
（2）保持槽碼質量不變，改變小車上砝碼的質量，得到一系列打點紙帶.其中一條紙帶的計數點如圖乙所示，相鄰兩點之間的距離分別為s1，s2，…，s8，時間間隔均為T.下列加速度算式中，最優的是　　　　.
D
反比
槽碼
變式1　某實驗小組利用圖1所示的裝置探究加速度與力、質量的關系.
（1）（多選）下列做法正確的是　　　　（填字母代號）.
A.調節滑輪的高度，使牽引木塊的細繩與長木板保持平行
B.在調節木板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時，將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上
C.實驗時，先放開木塊，再接通打點計時器的電源
D.通過增減木塊上的砝碼改變質量時，不需要重新
調節木板傾斜度
AD
（2）為使砝碼桶及桶內砝碼的總重力在數值上近似等于木塊運動時受到的拉力，應滿足的條件是砝碼桶及桶內砝碼的總質量　　　　（填“遠大于”“遠小于”或“近似等于”）木塊和木塊上砝碼的總質量.
遠小于
（3）甲、乙兩同學在同一實驗室，各取一套如圖1所示的裝置放在水平桌面上，木塊上均不放砝碼，在沒有平衡摩擦力的情況下，研究加速度a與拉力F的關系，分別得到圖2中甲、乙兩條直線.設甲、乙用的木塊質量分別為m甲、m乙，甲、乙用的木塊與木板間的動摩擦因數分別為μ甲、μ乙，由圖2可知，m甲 　　　　m乙，μ甲 　　　　μ乙.（兩空均填“大于”“小于”或“等于”）
小于
大于
命題二　拓展創新實驗?。勰芰疾椋?br/>實驗創新方向
過程
創新
器材
創新
利用位移傳感器與計算機相連，直接得出小車的加速度
（1）用光電門代替打點計時器，結合遮光條的寬度可測滑塊的速度；
（2）利用氣墊導軌代替長木板，無須平衡摩擦力；
（3）由力傳感器測滑塊受到的拉力，無須滿足m M
原
理
創
新 此裝置不要求鉤碼的質量遠小于小車的質量
例2?。?023年上海卷）如圖所示，是某小組同學“用DIS研究加速度與力的關系”的實驗裝置，實驗過程中可近似認為鉤碼受到的總重力等于小車所受的拉力.先測出鉤碼所受的重力為G，之后改變繩端的鉤碼個數，小車每次從同一位置釋放，測出擋光片通過光電門的時間Δt.
（1）實驗中　　　　測出小車質量m車.
A.必須　　　　　　B.不必
B
【解析】（1）實驗是研究加速度與力的關系，研究加速度與合力成正比關系，只需控制小車質量不變即可，不必測出小車的質量，故選B.
（2）為完成實驗還需要測量①　　　　　 　??；②　　　　　 　　.
（3）實際小車受到的拉力小于鉤碼的總重力，原因是 _______________
__________________________.
（4）若軌道保持水平，滑輪偏低導致細線與軌道不平行，則細線平行時加速度a1，與不平行時加速度a2相比，a1　　　　a2.（填“大于”“小于”或“等于”）
小車釋放點到光電門的距離x　
遮光條的寬度D
鉤碼有向下的
加速度，拉力小于重力
大于
變式2　為了探究加速度與力、質量的關系，某物理興趣小組設計了如圖甲所示的實驗裝置.將表面粗糙、一端裝有定滑輪的長木板固定在水平實驗臺上，木板左端固定有打點計時器，滑塊右側固定一個輕質小滑輪.鉤碼和拉力傳感器通過繞在滑輪上的輕細繩相連，細繩與長木板平行.先接通電源，計時器開始打點，再靜止釋放滑塊，滑塊在鉤碼的作用下開始在長木板上運動（忽略滑輪與細繩間的摩擦，重力加速度g取10 m/s2）.
（1）某次實驗時，小組成員將打點計時器接到頻率為50 Hz的交流電源上，實驗中，拉力傳感器顯示的示數為5.7 N，得到一條紙帶，打出的部分計數點如圖乙所示（每相鄰兩個計數點間還有4個點，圖中未畫出），其中s1=3.59cm，s2=4.41cm，s3=5.19cm，s4=5.97cm，s5=6.78cm，s6=7.64cm，則滑塊的加速度a=　　　m/s，此次實驗中懸掛鉤碼的質量m=　　　kg.（結果均保留2位有效數字）
0.80
0.68
（2）小組成員在實驗中保持滑塊質量M不變，通過增減懸掛鉤碼的數目進行多次實驗，通過分析紙帶求出相應實驗時滑塊的加速度，得到多組拉力傳感器示數F和滑塊加速度a的數據，作出如圖丙所示的a-F圖像.由圖像可求得滑塊的質量M=　　　kg，滑塊與長木板間的動摩擦因數μ=　　　.（結果均保留2位有效數字）
0.29
0.14
知識鞏固練
1.某學習小組利用如圖甲實驗裝置“探究小車的加速度與力的關系”.
（1）要用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力，則應先平衡摩擦力，同時使鉤碼的質量　　　 ?。ㄌ睢斑h小于”“等于”或“遠大于”）小車的質量.
（2）保持小車質量不變，改變鉤碼（質量均為m）的個數n，測出小車對應的加速度a.
（本欄目對應學生用書P358~359）
遠小于
（3）作出a-n圖像如圖乙所示，則說明在小車質量一定時，加速度與合力成　　　.
（4）若該圖線斜率為k，當地重力加速度為g，則小車的質量M=　　　，測量值　　　?。ㄌ睢按笥凇薄暗扔凇被颉靶∮凇保┱鎸嵵?
正比

大于
2.某同學設計了如圖所示的裝置來“探究加速度與力的關系”，彈簧測力計固定在一合適的木塊上，桌面的右邊緣固定一個光滑的定滑輪，細繩的兩端分別與彈簧測力計的掛鉤和礦泉水瓶連接.在桌面上畫出兩條平行線P、Q，并測出間距D.開始時將木塊置于P處，現緩慢向瓶中加水，直到木塊剛剛開始運動為止，記下彈簧測力計的示數F0，以此表示滑動摩擦力的大小.再將木塊放回原處并按住，繼續向瓶中加水后，記下彈簧測力計的示數F，然后釋放木塊，并用秒表記下木塊從P運動到Q處所用的時間t.
（1）木塊的加速度可以用D和t表示為a=　　　　.

（2）改變瓶中水的質量重復實驗，確定加速度a與彈簧測力計示數F的關系.下圖中能表示該同學實驗結果的是　　　　.
C　
（3）（多選）用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，它的優點是　　　　.
A.可以改變滑動摩擦力的大小
B.可以更方便地獲取更多組實驗數據
C.可以更精確地測出摩擦力的大小
D.可以獲得更大的加速度以提高實驗精度
BC
綜合提升練
3.某實驗小組應用如圖所示裝置“探究加速度與物體受力的關系”，已知小車的質量為M，砝碼及砝碼盤的總質量為m，所使用的打點計時器所接的交變電流的頻率為50 Hz.實驗步驟如下：
A.按圖所示安裝好實驗裝置，其中與定滑輪及彈簧測力計相連的細線豎直；
B.調節長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下勻速運動；
C.掛上砝碼盤，接通電源后，再放開小車，打出一條紙帶，由紙帶求出小車的加速度；
D.改變砝碼盤中砝碼的質量，重復步驟C，求得小車在不同合力作用下的加速度.
根據以上實驗過程，回答以下問題：
（1）對于上述實驗，下列說法正確的是_________.
A.小車的加速度與砝碼盤的加速度大小相等
B.實驗過程中砝碼盤處于超重狀態
C.與小車相連的輕繩與長木板一定要平行
D.彈簧測力計的示數應為砝碼和砝碼盤總重力的一半
E.砝碼和砝碼盤的總質量應遠小于小車的質量
C
（2）實驗中打出的一條紙帶如圖所示，由該紙帶可求得小車的加速度約為　　　　m/s2.（結果保留2位有效數字）
0.16　
（3）由本實驗得到的數據作出小車的加速度a與彈簧測力計的示數F的關系圖像，與本實驗相符合的是　　　　.
A
4.某同學利用如圖甲所示的實驗裝置測量物塊與長木板間的動摩擦因數μ.長木板固定在水平桌面上，左端安裝遮光片的物塊通過細繩跨過定滑輪與重物連接，光電門固定在靠近定滑輪處，物塊（含遮光片）的質量為M，重物的質量為m.靜止釋放物塊，記錄物塊剛釋放時與光電門的距離s及遮光片通過光電門的遮光時間t，改變物塊的釋放位置，重復多次實驗.
（1）下列操作對實驗是必要的有　　　　.
A.調節定滑輪的高度，使細繩與長木板平行
B.用天平測出物塊（含遮光片）和重物的質量
C.為減小實驗誤差，物塊剛釋放時與光電門的距離s盡可能近一點
（2）利用游標卡尺測量遮光片的寬度D，如圖乙所示，應利用游標卡尺
　　　部分進行測量（填圖乙中字母代號），讀數為D=　　　　　mm.
AB
B
11.70
【解析】（1）為了減小誤差，繩子拉力應沿著水平方向，需要調節定滑輪的高度，使細繩與長木板平行，A正確；本實驗利用牛頓第二定律測動摩擦因數，需要用天平測出物塊（含遮光片）和重物的質量，B正確；為減小實驗誤差，物塊剛釋放時與光電門的距離s適當遠一些，C錯誤.
（2）由圖可知，應利用游標卡尺B部分進行測量，讀數為D=11 mm+14×0.05 mm=11.70 mm.

展開更多......

收起↑