【步步高】高考物理大一輪復習 驗證牛頓第二定律

實驗四驗證牛頓第二定律實驗四本講欄目開關實驗目的實驗原理實驗步驟實驗器材數(shù)據(jù)處理注意事項基礎再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關實驗四【實驗目的】1．學會用控制變量法研究物理規(guī)律．2．驗證牛頓第二定律．3．掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法．基礎再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關實驗四【實驗原理】探究加速度a與力F及質量m的關系時，應用的基本方法是控制變量法，即先控制一個參量——小車的質量m不變，討論加速度a與力F的關系，再控制小盤和砝碼的質量不變，即力F不變，改變小車質量m，討論加速度a與m的關系．基礎再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關實驗四【實驗器材】打點計時器、紙帶、復寫紙、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、夾子、細繩、低壓交流電源、導線、天平、刻度尺、砝碼．基礎再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關實驗四【實驗步驟】1．用天平測出小車和盛有砝碼的小盤的質量m和m′.2．安裝實驗器材(如圖1所示)．3．平衡摩擦力．4．小盤繞過滑輪系于小車上，先通電源后放開小車，取下紙帶編號碼．5．保持小車的質量m不變，改變砝碼和小盤的質量m′，重復步驟4.6．在每條紙帶上選取一段比較理想的部分測加速度a.圖1基礎再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關實驗四7．作a－F的圖象，描點作圖，若這些點在一條直線上，證明了加速度與力成正比．8．保持砝碼和小盤的質量m′不變，改變小車質量m，重復步驟4和6，作a－圖象，若圖象為一直線，則證明加速度與質量成反比．【加速度與力】【加速度與質量】基礎再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關實驗四【數(shù)據(jù)處理】1．探究加速度與力的關系以加速度a為縱坐標，以F為橫坐標，根據(jù)測量的數(shù)據(jù)描點，然后作出圖象，看圖象是否是通過原點的直線，就能判斷a與F是否成正比．基礎再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關實驗四2．探究加速度與質量的關系以a為縱坐標、m為橫坐標，根據(jù)各組數(shù)據(jù)在坐標系中描點，將會得到如圖2甲所示的一條曲線．由圖線只能看出m增大時a減小，但a與m具體是什么關系，不能得出．若以a為縱坐標，1/m為橫坐標，將會得到如圖乙所示的一條過原點的傾斜直線，據(jù)此可判斷a與m成反比．

圖2基礎再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關實驗四【注意事項】1．平衡摩擦力：一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是調(diào)出一個合適的斜面，使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車受的摩擦阻力．在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著打點的紙帶運動．2．不重復平衡摩擦力：實驗步驟2、3不需要重復，即整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質量還是改變小車的質量，都不需要重新平衡摩擦力．3．實驗條件：每條紙帶必須在滿足小車的質量遠大于小盤和砝碼的總質量的條件下打出．只有如此，小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力．4．一先一后：改變拉力和小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通電源，再釋放小車．基礎再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關實驗四【例1】某實驗小組在“探究加速度與物體受力的關系”實驗中，設計出如下的實驗方案，其實驗裝置如圖3所示．已知小車質量M＝214.6g，砝碼盤質量m0＝7.8g，所使用的打點計時器交流電頻率f＝50Hz.其實驗步驟是：A．按圖中所示安裝好實驗裝置；B．調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下做勻速運動；C．取下細繩和砝碼盤，記下砝碼盤中砝碼的質量m；D．先接通電源，再放開小車，打出一條紙帶，由紙帶求得小車的加速度a；E．重新掛上細繩和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼的質量，重復B－D步驟，求得小車在不同合外力F作用下的加速度．圖3課堂探究·突破考點本講欄目開關實驗四回答下列問題：(1)按上述方案做實驗，是否要求砝碼和砝碼盤的總質量遠小于小車的質量？________(填“是”或“否”)．(2)實驗中打出的其中一條紙帶如圖4所示，由該紙帶可求得小車的加速度a＝________m/s2.(3)某同學將有關測量數(shù)據(jù)填入他所設計的表格中，如下表，次數(shù)12345砝碼盤中砝碼的重力F/N0.100.200.290.390.49小車的加速度a/(m·s－2)0.881.441.842.382.89否0.88

圖4課堂探究·突破考點本講欄目開關實驗四他根據(jù)表中的數(shù)據(jù)畫出a－F圖象(如圖5)．造成圖線不過坐標原點的一條最主要原因是__________________________________________，從該圖線延長線與橫軸的交點可求出的物理量是______________,其大小為______．圖5在計算小車所受的合外力時未計入砝碼盤的重力砝碼盤的重力0.08N課堂探究·突破考點本講欄目開關實驗四【例2】某實驗小組利用如圖6所示的實驗裝置來探究當合外力一定時，物體運動的加速度與其質量之間的關系．(1)由圖中刻度尺讀出兩個光電門中心之間的距離x＝24cm，由圖7中游標卡尺測得遮光條的寬度d＝______cm.該實驗小組在做實驗時，將滑塊從如圖6所示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器可以讀出遮光條通過光電門1的時間Δt1，遮光條通過光電門2的時間Δt2，則滑塊經(jīng)過光電門1時的瞬時速度的表達式v1＝_____，滑塊經(jīng)過光電門2時的瞬時速度的表達式v2＝_____，則滑塊的加速度的表達式a＝________.（用字母表示)圖6圖70.52課堂探究·突破考點本講欄目開關實驗四

(2)在本次實驗中，實驗小組通過改變滑塊質量總共做了6組實驗，得到如表所示的實驗數(shù)據(jù).通過分析表中數(shù)據(jù)后，你得出的結論是__________________.m(g)a(m·s－2)2502.023001.653501.334001.255001.008000.63(3)現(xiàn)需通過圖象進一步驗證你的結論，請利用表格數(shù)據(jù)，在如圖8所示坐標系中描點作出相應圖象．加速度與質量成反比1234120(Kg-

1)1/ma/(m·s-2)3圖8課堂探究·突破考點本講欄目開關實驗四3.（2010·山東）某同學設計了如圖15所示的裝置來探究加速度與力的關系．彈簧秤固定在一合適的木板上，桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪，細繩的兩端分別與彈簧秤的掛鉤和礦泉水瓶連接．在桌面上畫出兩條平行線MN、PQ，并測出間距d．開始時將木板置于MN處，現(xiàn)緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開始運動為止，記下彈簧秤的示數(shù)F0，以此表示滑動摩擦力的大?。賹⒛景宸呕卦幉醋?，繼續(xù)向瓶中加水后，記下彈簧秤的示數(shù)F1，然后釋放木板，并用秒表記下木板運動到PQ處的時間t.①木板的加速度可以用d、t表示為a＝____；為了減小測量加速度的偶然誤差可以采用的方法是(一種即可)_______________________________________.圖15保持F1不變，重復實驗多次測量，求平均值隨堂訓練·能力達標本講欄目開關實驗四②改變瓶中水的質量重復實驗，確定加速度a與彈簧秤示數(shù)F1的關系．下列圖象能表示該同學實驗結果的是（）c隨堂訓練·能力達標本講欄目開關實驗四4.（2010江蘇）為了探究受到空氣阻力時，物體運動速度隨時間的變化規(guī)律，某同學采用了“加速度與物體質量、物體受力關系”的實驗裝置(如圖16所示)．實驗時，平衡小車與木板之間的摩擦力后，在小車上安裝一薄板，以增大空氣對小車運動的阻力．(1)往砝碼盤中加入一小砝碼，在釋放小車________(選填“之前”或“之后”)接通打點計時器的電源，在紙帶上打出一系列的點．圖16之前隨堂訓練·能力達標本講欄目開關實驗四(2)從紙帶上選取若干計數(shù)點進行測量，得出各計數(shù)點的時間t與速度v的數(shù)據(jù)如下表：時間t/s00.501.001.502.002.50速度v/(m·s－1)0.120.190.230.260.280.29請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖17中作出小車的v－t圖象