（江苏专用）高考物理一轮复习 第3章 牛顿运动定律 实验4 验证牛顿运动定律教案-人教版高三全册物理教案.doc

实验四验证牛顿运动定律

1．实验目的
(1)学会用控制变量法研究物理规律。
(2)探究加速度与力、质量的关系。
(3)掌握运用图象处理问题的方法。
2．实验原理
用控制变量法探究加速度a与力F、质量M的关系，可以先保持F不变，研究a和M的关系，再保持M不变，研究a和F的关系。
3．实验器材
带定滑轮的长木板、低压交流电源、复写纸片和纸带、小车、小盘、电磁打点计时器、天平、砝码、刻度尺、导线。

4．实验步骤
(1)测质量：用天平测出小车的质量M，小盘和砝码的总质量m。
(2)放长木板：按图把实验器材安装好，先不要把悬挂小盘的细绳系在车上。
(3)平衡摩擦力：在木板的一端下面垫一木块，移动木块的位置，直至小车拖着纸带在斜面上做匀速运动。
(4)打点：小盘绕过滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，打完点后切断电源，取下纸带。
(5)重复：保持小车的质量M不变，改变砝码和小盘的质量m，重复步骤(4)五次。
(6)求a：在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a。
(7)作a­F的图象：若图象为一过原点的直线，证明加速度与力成正比。
(8)验证a∝eq\f(1,M)：保持砝码和小盘的质量m不变，改变小车质量M，重复步骤(4)和(6)，作a­eq\f(1,M)图象，若图象为一过原点的直线，证明加速度与质量成反比。
5．注意事项
(1)安装器材时，要调整滑轮的高度，使拴小车的细绳与木板平行。
(2)平衡摩擦力时，小车连着穿过打点计时器的纸带，但不要把悬挂小盘的细线系在小车上。改变砝码的质量后，不需要重新平衡摩擦力。
(3)只有小车的质量远大于小盘和砝码的总质量，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。
(4)开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，在小车到达滑轮前按住小车。
实验原理与操作
本实验的难点是测量小车的合力，实验通过两个“替代”关系测量小车的合力，使小车合力的测量转化为对悬挂物重力的测量。
1．平衡摩擦力——用小车所受的拉力替代合力
小车受力为重力、拉力、阻力、支持力，平衡摩擦力后，使重力、阻力和支持力的合力为零，则小车所受的拉力等于小车的合力。
2．小车质量(M)远大于悬挂物质量(m)——用悬挂物重力替代小车所受的拉力
由牛顿第二定律：系统加速度a＝eq\f(m,M＋m)g，小车所受的拉力F＝Ma＝Meq\f(mg,M＋m)＝eq\f(1,1＋\f(m,M))mg，显然，当M≫m时，F≈mg。
eq\o([题组训练])
1．(2019·沭阳县修远中学高三月考)在探究“加速度与力和质量的关系”实验时，某老师对传统实验进行了改进，其实验操作如下：

①如图所示，先将沙和沙桶通过滑轮悬挂于小车一端，调节平板的倾角θ，使小车沿斜面向下做匀速直线运动，测出沙和沙桶的总质量m；
②保持平板倾角θ不变，去掉沙和沙桶，小车即在平板上沿斜面向下做匀加速直线运动，通过纸带测量其加速度a；
③保持小车质量M不变，多次改变沙和沙桶的总质量m，每次重复①②两步操作，得到小车加速度与合力的关系；
④多次改变小车的质量，进行适当的操作，得到小车加速度和质量的关系。
(1)在上述实验操作过程中，以下说法正确的是________。
A．可以用6V以下的直流电源给打点计时器供电
B．应在小车开始运动后再接通打点计时器的电源
C．要保持细绳与平板平行
D．应让小车从远离定滑轮处开始运动

AB

CD
(4)在操作②中，小车所受的合力大小________mg(选填“大于”或“等于”或“小于”)，实验中________(选填“需要”或“不需要”)满足沙和沙桶的总质量远小于小车质量。
[解析](1)打点计时器使用交流电源，故A错误。实验时应先接通电源，再释放小车，故B错误。实验时应保持细绳与平板平行，故C正确。要让小车从靠近定滑轮处开始运动，故D错误。
(2)因在操作①中满足：
Mgsinθ＝f＋mg，
则在操作④中，每次改变小车质量M后，需要重新调节平板的倾角θ。
(3)在合力不变的条件下，加速度与质量成反比，所以a­eq\f(1,M)图象是过原点的倾斜的直线，故A正确，B、C、D错误。
(4)因在操作①中满足
Mgsinθ＝f＋mg，
则在操作②中，小车所受的合力大小
F合＝Mgsinθ－f＝mg，
即小车所受的合力大小等于mg，
由于小车所受的合力等于悬挂的沙和沙桶的重力，则不需要满足沙和沙桶的质量远小于小车的总质量。
[答案](1)C(2)需要(3)A(4)等于不需要
2．(2019·广东实验中学月考改编)某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系。

(1)实验中除了需要小车、砝码、托盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、两根导线、复写纸、纸带之外，还