实验专题（三）2013.3.27—2013.3.28
验证牛顿第二定律、验证机械能守恒定律、探究动能定理
【教学目标】
1、能够说出主要实验步骤 2、能够正确处理实验数据 3、对实验结果进行误差分析 【重点难点】
处理实验数据，分析实验误差 【实施过程】
例题 (2012全国理综)图
1为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。图中打点计时器的
电源为50Hz的交流电源，打点的时间间隔用Δt表示。在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”。
（1）完成下列实验步骤中的填空：
①平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列________的点。
②按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码。
③打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸袋，在纸袋上标出小车中砝码的质量m。 ④按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤③。
⑤在每条纸带上清晰的部分，没5个间隔标注一个计数点。测量相邻计数点的间距s1，s2，?。求出与不同m相对应的加速度a。
11⑥以砝码的质量m为横坐标为纵坐标，在坐标纸上做出?m关系图线。若加速度与小车和砝
aa1码的总质量成反比，则与m处应成_________关系（填“线性”或“非线性”）。
a（2）完成下列填空：
（ⅰ）本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是_______________________。
1
（ⅱ）设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2、s3。a可用s1、s3和Δt表示为a=__________。 图2为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况，由图可读出s1=__________mm，s3=__________。由此求得加速度的大小a=__________m/s2。
（ⅲ）图3为所得实验图线的示意图。设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为___________，小车的质量为___________。 【解析与答案】（1）间距相等的点。（2）线性
（2）（i）远小于m(ii)a?s3?s12(5?t)2?s3?s150(?t)2
s1?3.68?1.25?2.43cm s3?12.00?7.28?6.72cm
s3?s12(5?t)2a??(6.72?2.43)?102?(5?0.02)2?2?2.15m/s.
(iii)设小车的质量为m'，则有F?(m?m')a，变形得
1a?1m?m'F为
Fm'?bF,所以
1a?m图象的斜率为
1F?k，所以作用力F?1k，?m图象的截距
a1，所以m'?bk。
练习（2012安徽卷）.（18分）Ⅰ.
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
2
砂、砂● 小车、砝码、打点计
□ □ □ □ 接交流图1 小车所受的合外力，先调节长木板一滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是
A. 将长木板水平放置，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=200g, m=10g、15g、20g、25g、30g、40g B. M=200g, m=20g、40g、60g、80g、100g、120g C. M=400g, m=10g、15g、20g、25g、30g、40g D. M=400g, m=20g 40g、60g、80g、100g、120g
（3）图2 是试验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。量出相邻的计数点之间的距离分别为sAB=4.22 cm、
sBC=4.65 cm、sCD=5.08 cm、sDE=5.49 cm、sEF=5.91 cm、sFG=6.34 cm 。已知打点计时器的
工作效率为50 Hz,则小车的加速度a= m/s2 （结果保留2位有效数字）。
A ● B ● ● C D ● 图2
E ● F ● G ● 21Ⅰ答案：（1）B；(2)C；（3）0.42
要使砂和砂桶的重力mg近似等于小车所受合外力，首先要平衡摩擦力，然后还要满足m＜＜M。
而平衡摩擦，不需挂砂桶，但要带纸带，故（1）选B，（2）选C。（3）用逐差法a?sDE?sEF?sFG-sAB-sBC-sCD9T2，求得a?0.42m/s。
2 验证机械能守恒
3
2
例题（08朝阳二模）如图所示，是用落体法验证机械能守恒定律的实验装置。（g取9.80m/s）
① 选出一条纸带如图所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数
点，打点计时器通以50Hz的交流电。用分度值为1mm的刻度 尺测得OA=12.41cm，OB=18.90cm，OC=27.06cm， 在计数点 A和B、B和C之间还各有一个点，重锤的质量为1.00kg。 甲同学根据以上数据算出：当打点计时器打到B点时重 锤的重力势能比开始下落时减少了 1.85 J；打点计时器 打到B点时重锤的速度vB= 1.83 m/s，此时重锤的动能 比开始下落时增加了 1.68 J。（结果均保留三位有效数字） ②某同学利用他自己实验时打出的纸带，测量出了各计 数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出了各计数点
1对应的速度v，以h为横轴，以v2为纵轴画出了如图的图线。图
2线的斜率近似等于 B 。
A.19.6 B.9.80 C.4.90 D.2.25
图线未过原点O的原因是 该同学做实验时先释放了纸带后合上打点计时器的开关 。
12 v A B C O 2
练习 1、（08丰台二模）在“验证机械能守恒定律”
的实验中，已知打点计时器使用的交流电源的频率为f，当地的重力加速度为g。
①该实验关于重锤的选择以及重锤质量的测量，以下说法正确的是 AC 。（填选项代号） A．应选用质量较大的重锤，使重锤和纸带所受的阻力远小于重锤的重力 B．应选用质量较小的重锤，使重锤的惯性小一些，下落时更接近自由落体
C．重锤的质量对验证机械能守恒定律实验数据的计算没有影响，所以无需测量重锤的质量 D．重锤的质量对验证机械能守恒定律的实验结果影响很大，应该用天平测量 ②该实验选取的重锤质量为m，选取如 1 2 3 h3 图所示的一段纸带并测量出相邻各点之间的h1 h2 距离分别为h1、h2 、h3 、h4 、h5。利用这
4
12.41cm 18.9cm 27.06cm O h
4 h4
5 h5 6
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