《高考物理一轮复习考点全攻关》专题（17）实验四 验证牛顿运动定律（解析版）

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2021 年高考物理一轮复习考点全攻关
专题（17）实验四 验证牛顿运动定律（解析版）
基本实验要求
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，确定其关系．
2.要测量的物理量
(1)小车与其上砝码的总质量；
(2)小车受到的拉力；
(3)小车的加速度.
3．实验器材
小车、砝码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、 低压交流电源、导线两根、纸
带、天平、米尺．
4．实验步骤
(1)测量：用天平测量小盘和砝码的质量 m′和小车的质量 m.
(2)安装：按照如图 1所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上 (即不给小车牵引
力)．
图1
(3)平衡摩擦力：在长木板的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．
1
(4)操作：①小盘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，改变小盘和砝码的质量 m′，重复步骤①.
③ 在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度 a.
④ 描点作图，作 a－F的图象．
⑤ 保持小盘和砝码的质量 m′不变，改变小车质量 m，重复步骤①和③，作 a－图象．
基本实验方法
1．注意事项
(1)平衡摩擦力：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平衡小车和纸带受
到的阻力．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速
运动．
(2)不用重复平衡摩擦力．
(3)实验条件：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．
2．误差分析
(1)实验原理不完善：本实验用小盘和砝码的总重力 m′g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于
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．
3．数据处理
(1)利用 Δx＝aT2及逐差法求 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.
命题热点一：教材原型实验
【例 1】小张和小杨同学在实验室中进行探究“加速度与力的关系”实验.
为提高实验的准确度，他们设计了如图 2所示的实验方案.将力传感器固定在小车上，通过力传感器可以直
2
接显示细线拉力的大小.
图2
(1)采用力传感器测量细线拉力与用重物重力代替拉力的方法相比，下列说法正确的是______.
A.可以不用平衡摩擦力
B.利用此实验装置还需要测量重物的质量
C.重物的质量要远远小于小车和力传感器的总质量
D.直接测量出小车(包括力传感器)所受的拉力，可以减小误差
(2)图3是某同学在此实验中获得的一条纸带，其中两相邻计数点间有四个点未画出，已知打点计时器用的
交流电源的频率为50 Hz，则小车运动的加速度
a
＝________ m/s2.
图3
(3)保持小车和力传感器的总质量一定，改变重物的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据 .请根
据测量数据在图 4中作出
a
－
F
图象.
图4
(4)根据作出的
a
－
F
图线，分析实验可能存在的问题是________.
A.平衡摩擦力时长木板的倾角过大
B.平衡摩擦力不足
3
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