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高中物理实验基础与实战:4-验证牛顿第二定律 含答案

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【实验目的、原理】 验证牛顿第二定律,即保持物体质量不变,验证物体的加速度是否与所受外力成正比; 保持物体所受外力不变,验证物体的加速度是否与其质量成反比。 实验原理图如图 4-1 所示,实验中认为物体 m 的重力的大小等于小车 M 受到的拉力, 即小车受到的合力。实际上小车要受到摩擦力。即便不考虑摩擦力,系统的加速度也应该为 错误!未找到引用源。,小车受到的拉力为错误!未找到引用源。。所以实验中若认为物 体 m 重力的大小等于小车受到的拉力大小(也是合力大小) ,前提是: 1. 2. 【实验器材】 小车,砝码,小桶,砂,细线,附有定滑轮的长木板,垫木,低压交流电源,导线两 根,纸带,米尺。 实验中除了上述器材外,需要的器材还有: 【实验内容】 1.用天*测出小车和小桶的质量 M0 和 m0。 2.按图 4-2 把实验器材安装好,并*衡摩擦力。 。 ; 。 3.把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶,接通电源,放开小车,打点计时器在纸带 上打下一系列点,取下纸带,在纸带上写上编号。 4.保持小车的质量不变,多次改变砂的质量 m,重复步骤 3。并算出每条纸带对应的加 速度的值,填入表 4-3 中。 5.用纵坐标表示加速度 a,横坐标表示作用力 F,即砂和桶的总重力(m+ m0)g,作出 a -F 图象,验证加速度与合外力的关系。 贴坐标纸 M0= 序号 kg m0= 砂的质量 kg 表 4-3 加速度 砂和桶的总重力 (m+ m0)g/N m/g a/m·s -2 1 2 3 4 5 结论 1: 6.保持砂和小桶的质量不变,多次在小车上加放砝码以改变小车的总质量 M,重复步 骤 3,求出相应的加速度填入表 4-4 中,用纵坐标表示加速度 a,横坐标表示小车和车内砝 码总质量的倒数错误!未找到引用源。,描出相应的点并作图线,以验证加速度与质量的关 系。 贴坐标纸 m+m0= 序号 kg 表 4-4 加速度 小车的总质量 M/kg 1 2 3 4 5 a/m·s-2 结论 2: 【问题与讨论】 1. 砂和小桶的总质量要远远小于小车和砝码的总质量。为什么? 2. 如何*衡摩擦力? 3.a-F 图象与 a-错误!未找到引用源。图线的斜率的物理意义是什么? 注意事项 (1)在本实验中,必须*衡摩擦力,方法是将长木板的一端垫起,而垫起的位置要恰 当.在位置确定以后,不能再更换倾角;*衡摩擦力时不要挂小桶,应连着纸带,且接通电 源. (2)改变 m 和 M 的大小时,每次小车开始释放时应尽量靠*打点计时器,而且先通电再 放小车. (3)作图象时,要使尽可能多的点在所作的直线上,不在直线上的点应尽可能对称分布 在所作直线的两侧,个别误差较大的点应舍去. 数据处理及误差分析 1 (1)该实验原理中 T=mg· ,可见在每次实验中均要求 M? m,只有这样,才能使牵 m 1+ M 引小车的牵引力*似等于砂及小桶的重力. (2)在*衡摩擦力时,垫起的物体的位置要适当,长木板形成的倾角既不能太大也不能 太小,同时每次改变 M 时,不再重复*衡摩擦力. 1 (3)在验证 a 与 M 的关系时,作图时应将横轴用 表示,这样才能使图象更直观. M 【基础练*】 1.在验证牛顿第二定律的实验中,用改变砂的质量的办法来改变对小车的作用力 F,用打 点计时器测出小车的加速度 a,得出若干组 F 和 a 的数据。然后根据测得的数据作出如图 4 -5 所示的 a-F 图线。某同学根据所得的图线既不过原点,又不是直线,原因是 A.没有*衡摩擦力,且小车质量较大 B.*衡摩擦力时,所垫木板太高,且砂和小桶的质量较大 C.*衡摩擦力时,所垫木板太低,且砂和小桶的质量较大 D.*衡摩擦力时,所垫木板太高,且小车质量较大 2、某同学在做“物体所受外力不变,验证物体的加速度是否与其质量成反比”的实验时, 得到表 4-6 中的数据: (1)在坐标纸上用图象处理这些数据,以验证实验结论。 (2)根据作出的图象,可以求得小车受到的外力为 N 表 4-6 物体的质量 m/kg 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 物体的加速度 a/m.s 0.60 0.40 0.29 0.25 0.20 -2 【实战提升】 1. (2018 安徽卷). 【题号:3200001455】 (18 分)Ⅰ.(10 分)图 1 为“验证牛顿第二定 律”的实验装置示意图。砂和砂桶的总质量为 m ,小车和砝码的总质量为 M 。实验中用砂 和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。 (1)试验中, 为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力, 先调节长木板一滑轮的高度, 使细线与长木板*行。接下来还需要进行的一项操作是 A. 将长木板水*放置, 让小车连着已经穿过打点计时器的纸带, 给打点计时器通电, 调节 m 的大小,使小车在砂和砂桶的牵引下运动,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动。 B. 将长木板的一端垫起适当的高度,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,撤去砂和砂 桶,给打点计时器通电,轻推小车,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动。 C. 将长木板的一端垫起适当的高度,撤去纸带以及砂和砂桶,轻推小车,观察判断小车是 否做匀速运动。 (2)实验中要进行质量 m 和 M 的选取,以下最合理的一组是 A. M =200 g , m =10 g 、15 g 、20 g 、25 g 、30 g 、40 g B. M =200 g , m =20 g 、40 g 、60 g 、80 g 、100 g 、120 g C. M =400 g , m =10 g 、15 g 、20 g 、25 g 、30 g 、40 g D. M =400 g , m =20 g 40 g 、60 g 、80 g 、100 g 、120 g (3)图 2 是试验中得到的一条纸带, A 、 B 、C 、 D 、 E 、 F 、G 为 7 个相



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