第三讲实验四验证牛顿运动定律

第三讲实验四：验证牛顿运动定律第三讲实验四：验证牛顿运动定律1学会用控制学会用控制变变量法研究物理量法研究物理规规律律2验证验证牛牛顿顿运运动动定律定律3掌握利用掌握利用图图象象处处理数据的方法理数据的方法探究加速度探究加速度a与力与力F及及质质量量m的关系的关系时时，应应用的基本方法是控制用的基本方法是控制变变量量法，即先控制一个参量法，即先控制一个参量小小车车的的质质量量m不不变变，讨论讨论加速度加速度a与力与力F的关的关系，再控制小系，再控制小盘盘和砝和砝码码的的质质量不量不变变，即力，即力F不不变变，改，改变变小小车质车质量量m，讨论讨论加速度加速度a与与m的关系的关系打点打点计时计时器、器、纸带纸带，复写，复写纸纸、小、小车车、一端附有定滑、一端附有定滑轮轮的的长长木板、小木板、小盘盘、夹夹子、子、细绳细绳、低、低压压交流交流电电源、源、导线导线、天平、刻度尺、砝、天平、刻度尺、砝码码一、实验步骤一、实验步骤1用用天天平平测测出出小小车车和和砝砝码码的的总总质质量量M，小小盘盘和和砝砝码码的的总总质质量量m，把把测测量量结结果果记录记录下来下来2把把一一端端附附有有滑滑轮轮的的长长木木板板放放在在实实验验桌桌上上，并并使使滑滑轮轮伸伸出出桌桌面面，把打点把打点计时计时器固定在器固定在长长木板上木板上远远离滑离滑轮轮的一端，的一端，连连接好接好电电路路3平平衡衡摩摩擦擦力力：小小车车的的尾尾部部挂挂上上纸纸带带，纸纸带带穿穿过过打打点点计计时时器器的的限限位位孔孔，将将木木板板无无滑滑轮轮的的一一端端稍稍微微垫垫高高一一些些，使使小小车车在在不不挂挂小小盘盘和和砝砝码码的的情情况况下下，能能沿沿木木板板做做匀匀速速直直线线运运动动这这样样小小车车所所受受重重力力沿沿木木板板的的分分力力与与小小车车所所受受摩摩擦擦力力平平衡衡在在保保证证小小盘盘和和砝砝码码的的质质量量远远小小于于小小车车质质量量的的条条件件下下，可可以以近近似似认认为为小小盘盘和和砝砝码码的的总总重重力力大大小小等等于于小小车车所所受受的的合合外外力力的的大大小小4把把小小车车停停在在打打点点计计时时器器处处，挂挂上上小小盘盘和和砝砝码码，先先接接通通电电源源，再再让让小小车车拖拖着着纸纸带带在在木木板板上上匀匀加加速速下下滑滑，打打出出一一条条纸纸带带计计算算小小盘盘和和砝砝码码的重力，即的重力，即为为小小车车所受的合外力，由所受的合外力，由纸带计纸带计算出小算出小车车的加速度的加速度5改改变变小小盘盘内砝内砝码码的个数，重复步的个数，重复步骤骤4，并多做几次，并多做几次6保保持持小小盘盘内内的的砝砝码码个个数数不不变变，在在小小车车上上放放上上砝砝码码改改变变小小车车的的质质量量，让让小小车车在在木木板板上上滑滑动动打打出出纸纸带带计计算算砝砝码码和和小小车车的的总总质质量量M，并并由由纸带计纸带计算出小算出小车对应车对应的加速度的加速度7改改变变小小车车上砝上砝码码的个数，重复步的个数，重复步骤骤6.1一一定定要要做做好好平平衡衡摩摩擦擦力力的的工工作作，也也就就是是调调出出一一个个合合适适的的斜斜面面，使使小小车车的的重重力力沿沿着着斜斜面面方方向向的的分分力力正正好好平平衡衡小小车车受受的的摩摩擦擦阻阻力力在在平平衡衡摩摩擦擦力力时时，不不要要把把悬悬挂挂小小盘盘的的细细线线系系在在小小车车上上，即即不不要要给给小小车车加加任任何何牵牵引力，并要引力，并要让让小小车车拖着打点的拖着打点的纸带纸带运运动动2实实验验步步骤骤2、3不不需需要要重重复复，即即整整个个实实验验平平衡衡了了摩摩擦擦力力后后，不不管管以以后后是是改改变变小小盘盘和和砝砝码码的的总总质质量量还还是是改改变变小小车车和和砝砝码码的的总总质质量量，都都不不需需要重新平衡摩擦力要重新平衡摩擦力3每每条条纸纸带带必必须须在在满满足足小小车车与与车车上上所所加加砝砝码码的的总总质质量量远远大大于于小小盘盘和和砝砝码码的的总总质质量量的的条条件件下下打打出出，只只有有如如此此，小小盘盘和和砝砝码码的的总总重重力力才才可可视视为为小小车车受到的拉力受到的拉力4改改变变拉拉力力和和小小车车质质量量后后，每每次次开开始始时时小小车车应应尽尽量量靠靠近近打打点点计计时时器，并器，并应应先接通先接通电电源，再放开小源，再放开小车车，且，且应应在小在小车车到达滑到达滑轮轮前按住小前按住小车车1质质量量的的测测量量误误差差，纸纸带带上上打打点点计计时时器器打打点点间间隔隔距距离离的的测测量量误误差差，拉拉线线或或纸带纸带不与木板平行等都会造成不与木板平行等都会造成误误差差2因因实验实验原理不完善造成原理不完善造成误误差差本本实验实验中用小中用小盘盘和砝和砝码码的的总总重力代替小重力代替小车车受到的拉力受到的拉力(实际实际上小上小车车受到的拉力要小于小受到的拉力要小于小盘盘和砝和砝码码的的总总重力重力)，存在系，存在系统误统误差小差小盘盘和砝和砝码码的的总质总质量越接近小量越接近小车车的的质质量，量，误误差就越大差就越大 3平衡摩擦力不准造成平衡摩擦力不准造成误误差差在在平平衡衡摩摩擦擦力力时时，除除了了不不挂挂小小盘盘外外，其其他他的的都都跟跟正正式式实实验验一一样样(比比如如要要挂挂好好纸纸带带、接接通通打打点点计计时时器器)，匀匀速速运运动动的的标标志志是是打打点点计计时时器器打打出出的的纸带纸带上各点的距离相等上各点的距离相等某某实验实验小小组设计组设计了如了如图图(a)所示的所示的实验实验装置研究加速度和力的关系装置研究加速度和力的关系(1)在在该该实实验验中中必必须须采采用用控控制制变变量量法法，应应保保持持_不不变变，用用钩钩码码所所受受的的重重力力作作为为_，用用DIS测测小小车车的的加加速速度度通通过过改改变变钩钩码码的的数数量量，多多次次重重复复测测量量，可可得得小小车车运运动动的的加加速速度度a和和所所受受拉拉力力F的的关关系系图图象象在在轨轨道道水水平平和和倾倾斜斜的的两两种种情情况况下下分分别别做做了了实实验验，得得到到了了两两条条aF图图线线，如如图图(b)所示所示(2)图图线线_(选选填填“”或或“”)是是在在轨轨道道右右侧侧抬抬高高成成为为斜斜面面情情况况下得到的下得到的(3)随随着着钩钩码码的的数数量量增增大大到到一一定定程程度度时时图图(b)中中的的图图线线明明显显偏偏离离直直线线，造成此造成此误误差的主要原因是差的主要原因是_A小小车车与与轨轨道之道之间间存在摩擦存在摩擦B导轨导轨保持了水平状保持了水平状态态C所挂所挂钩码钩码的的总质总质量太大量太大D所用小所用小车车的的质质量太大量太大(4)小小车车和和位位移移传传感感器器发发射射部部分分的的总总质质量量m_kg；滑滑块块和和轨轨道道间间的的动动摩擦因数摩擦因数_(g取取10 m/s2)解解析析：(1)探探究究加加速速度度与与力力和和质质量量关关系系的的实实验验方方法法是是控控制制变变量量法法，在在探探究究加加速速度度与与力力的的关关系系的的实实验验中中是是保保持持小小车车的的总总质质量量不不变变，用用钩钩码码所所受的重力作为小车所受的拉力受的重力作为小车所受的拉力(2)轨轨道道水水平平时时一一定定受受到到摩摩擦擦力力为为未未平平衡衡摩摩擦擦力力时时的的图图线线，所所以以为轨道倾斜时的图线为轨道倾斜时的图线答案：答案：(1)小小车车的的总质总质量小量小车车所受拉力所受拉力(2)(3)C(4)0.50.2“探探究究加加速速度度与与物物体体质质量量、物物体体受受力力的的关关系系”的的实实验验装装置置如如图图甲甲所所示示(1)在在平平衡衡小小车车与与桌桌面面之之间间摩摩擦擦力力的的过过程程中中，打打出出了了一一条条纸纸带带如如图图乙乙所所示示计计时时器器打打点点的的时时间间间间隔隔为为0.02 s从从比比较较清清晰晰的的点点起起，每每5个个点点取取一一个个计计数数点点，量量出出相相邻邻计计数数点点之之间间的的距距离离该该小小车车的的加加速速度度a_m/s2.(结结果保留两位有效数字果保留两位有效数字)(2)平衡摩擦力后，将平衡摩擦力后，将5个相同的砝个相同的砝码码都放在小都放在小车车上挂上砝上挂上砝码盘码盘，然后每次从小然后每次从小车车上取一个砝上取一个砝码码添加到砝添加到砝码盘码盘中，中，测测量小量小车车的加速度小的加速度小车车的加速度的加速度a与砝与砝码盘码盘中砝中砝码总码总重力重力F的的实验实验数据如下表：数据如下表：砝砝码盘码盘中砝中砝码总码总重力重力F(N)0.1960.3920.5880.7840.980加速度加速度a(ms2)0.691.181.662.182.70请请根据根据实验实验数据作出数据作出aF的关系的关系图图象象(3)根据提供的根据提供的实验实验数据作出的数据作出的aF图线图线不通不通过过原点，原点，请说请说明主要明主要原因原因解析：解析：根据根据xaT2，可计算小车的加速度，可计算小车的加速度，a0.16 m/s2，运用，运用表格中给出的数据可绘出图象，图象不过原点的主要原因是未计入砝码表格中给出的数据可绘出图象，图象不过原点的主要原因是未计入砝码盘的重力盘的重力答案：答案：(1)0.16(0.15也可也可)(2)见见下下图图(3)未未计计入砝入砝码盘码盘的重力的重力练规范、练技能、练速度