《高考風(fēng)向標(biāo)》高考物理一輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題三 第4講 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律課件

第4講實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律考點(diǎn)驗(yàn)證牛頓第二定律

1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證牛頓第二定律，即物體的質(zhì)量一定時(shí)，加速度與作用力成正比；作用力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比．控制變量遠(yuǎn)大于 圖3－4－1

本實(shí)驗(yàn)第一部分保持小車(chē)的質(zhì)量不變，改變m的大小，測(cè)出相應(yīng)的a，驗(yàn)證a與F的關(guān)系；第二部分保持m不變，改變M的大小，測(cè)出小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度a，驗(yàn)證a與M的關(guān)系．3．實(shí)驗(yàn)器材

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，紙帶及復(fù)寫(xiě)紙，小車(chē)，一端附有滑輪的長(zhǎng)木板，小桶，細(xì)繩，砂，低壓交流電源，兩根導(dǎo)線，天平，刻度尺，砝碼．4．實(shí)驗(yàn)步驟及器材調(diào)整(1)用天平測(cè)出小車(chē)和小桶的質(zhì)量M和m，把數(shù)值記錄下來(lái)．(2)按圖3－4－2所示把實(shí)驗(yàn)器材安裝好．圖3－4－2

(3)平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板的不帶滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，反復(fù)移動(dòng)其位置，直至不掛砂桶的小車(chē)剛好在斜面上保持勻速運(yùn)動(dòng)為止.

(4)將砂桶通過(guò)細(xì)繩系在小車(chē)上，接通電源放開(kāi)小車(chē)，使小車(chē)運(yùn)動(dòng)，用紙帶記錄小車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況，取下紙帶，并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼．

(5)保持小車(chē)的質(zhì)量不變，改變砂桶中的砂量重復(fù)步驟(4)，每次記錄必須在相應(yīng)的紙帶上做上標(biāo)記，列表格將記錄的數(shù)據(jù)填寫(xiě)在表內(nèi)．

(6)建立坐標(biāo)系，用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示力，在坐標(biāo)系上描點(diǎn)，畫(huà)出相應(yīng)的圖線以驗(yàn)證a與F的關(guān)系. (7)保持砂及小桶的質(zhì)量不變，改變小車(chē)的質(zhì)量(在小車(chē)上增減砝碼)，重復(fù)上述步驟(5)、(6)驗(yàn)證a與M的關(guān)系．5．注意事項(xiàng)

(1)在本實(shí)驗(yàn)中，必須平衡摩擦力，方法是將長(zhǎng)木板的一端墊起，而墊起的位置要恰當(dāng)．在位置確定以后，不能再更換傾角．(2)改變m和M的大小時(shí)，每次小車(chē)開(kāi)始釋放時(shí)應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，而且先通電再放小車(chē).(3)每次利用紙帶確定a時(shí)，應(yīng)求解其平均加速度．6．?dāng)?shù)據(jù)處理及誤差分析(1)該實(shí)驗(yàn)原理中T＝mg·

11＋m/M，可見(jiàn)要在每次實(shí)驗(yàn)中均要求M?m，只有這樣，才能使?fàn)恳≤?chē)的牽引力近似等于砂及砂桶的重力． (2)在平衡摩擦力時(shí)，墊起的物體的位置要適當(dāng)，長(zhǎng)木板形成的傾角既不能太大也不能太小，同時(shí)每次改變M時(shí)，不再重復(fù)平衡摩擦力． (3)在驗(yàn)證a與M的關(guān)系時(shí)，作圖時(shí)應(yīng)將橫軸用1/M表示，這樣才能使圖象更直觀.

1．(雙選)(東莞五校2011屆高三聯(lián)考)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究小車(chē)加速度

a與小車(chē)所受拉力F及質(zhì)量m關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，圖3－4－3為實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖．他想用鉤碼的重力表示小車(chē)受到的合外力，為了減小這種做法帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)誤差，你認(rèn)為下列哪兩項(xiàng)說(shuō)法是正確的是()ACA．要平衡摩擦力B．實(shí)驗(yàn)時(shí)不需要平衡摩擦力C．鉤碼的重力要遠(yuǎn)小于小車(chē)的總重力D．實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)應(yīng)先釋放小車(chē)再接通電源圖3－4－32．用如圖3－4－4(甲)所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證牛頓第二定律，為消除摩擦力的影響，實(shí)驗(yàn)前必須平衡摩擦力．圖3－4－4

(1)某同學(xué)平衡摩擦力時(shí)是這樣操作的：將小車(chē)靜止地放在水平長(zhǎng)木板上，把木板不帶滑輪的一端慢慢墊高，如圖3－4－4(乙)，直到小車(chē)由靜止開(kāi)始沿木板向下滑動(dòng)為止．請(qǐng)問(wèn)這位同學(xué)的操作是否正確？如果不正確，應(yīng)當(dāng)如何進(jìn)行？答：_________________________________________________________________________________________________.

(2)如果這位同學(xué)先如(1)中的操作，然后不斷改變對(duì)小車(chē)的拉力F，他得到M(小車(chē)質(zhì)量)保持不變情況下的a—F圖線是下圖中的________(將選項(xiàng)代號(hào)的字母填在橫線上)．(3)打點(diǎn)點(diǎn)計(jì)時(shí)時(shí)器使使用的的交流流電頻頻率f＝50Hz.圖3－－4－－5是是某某同學(xué)在在正確確操作作下獲獲得的的一條條紙帶帶，A、B、C、D、E每?jī)牲c(diǎn)點(diǎn)之間還有有4個(gè)個(gè)點(diǎn)沒(méi)沒(méi)有標(biāo)標(biāo)出．．寫(xiě)出出用s1、s2、s3、s4以及f來(lái)表示示小車(chē)加速速度的的計(jì)算算式：：a＝______________________________.根根據(jù)紙帶所所提供供的數(shù)數(shù)據(jù)，，算得得小車(chē)車(chē)的加速速度大大小為為_(kāi)_______m/s2(結(jié)果保留留兩位位有效效數(shù)字字)．．圖3－4－5解析：：(1)平衡摩摩擦力的的要點(diǎn)點(diǎn)是把把有打打點(diǎn)計(jì)計(jì)時(shí)器器的那那一端端適當(dāng)抬高高，給給小車(chē)車(chē)一個(gè)個(gè)初速速度，，小車(chē)車(chē)能勻勻速下下滑，，則小小車(chē)所所受摩摩擦力和和小車(chē)車(chē)的重重力沿沿斜面面向下下的分分力平平衡，，則可可認(rèn)為為小車(chē)車(chē)所受受繩子的的拉力力等于于小車(chē)車(chē)所受受的合合外力力，達(dá)達(dá)到平平衡摩摩擦力力的作作用．．熱點(diǎn)１１驗(yàn)驗(yàn)證牛牛頓第第二定定律【例1】(廣東五五校2011屆高三三聯(lián)考考)某同學(xué)學(xué)設(shè)計(jì)計(jì)了一一個(gè)探探究加速速度a與物體體所受受合力力F及質(zhì)量量m關(guān)系的的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)，圖圖3－4－6為為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)裝置置簡(jiǎn)圖圖．(交流流電的的頻率率為50Hz，，打點(diǎn)點(diǎn)時(shí)間間間隔隔為0.02秒秒)圖3－4－6(1)圖3－－4－－7為為某某次實(shí)實(shí)驗(yàn)得得到的的紙帶，根根據(jù)紙紙帶可可求出出小車(chē)的的加加速速度度大大小小為為_(kāi)_______m/s2.(保保留留兩兩位位有有效效數(shù)數(shù)字字)圖3－－4－－7(2)保保持持砂砂和和砂砂桶桶質(zhì)質(zhì)量量不不變變，，改改變變小小車(chē)車(chē)質(zhì)質(zhì)量量m，分分別別得得到到小小車(chē)加加速速度度a與質(zhì)質(zhì)量量m及對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，，如如何何利利用用這這些些數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)才才能能比比較直直觀觀地地確確定定小小車(chē)車(chē)加加速速度度a與質(zhì)質(zhì)量量m之間間的的關(guān)關(guān)系系呢呢？？_____________________________________________.(3)保保持持小小車(chē)車(chē)質(zhì)質(zhì)量量不不變變，，改改變變砂砂和和砂砂桶桶質(zhì)質(zhì)量量，，甲甲、、乙乙兩兩位位同同學(xué)根根據(jù)據(jù)實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)分分別別作作出出了了加加速速度度a隨合合力力F的變變化化圖圖線線如如圖圖3－－4－－8所所示示．．圖圖3－－4－－8甲甲中中的的圖圖線線上上部部出出現(xiàn)現(xiàn)了了彎彎曲曲偏偏離離了了原原來(lái)的的直直線線，，其其主要要原原因因是是_______．．圖圖3－－4－－6乙乙中中的的圖圖線線不不通通過(guò)原原點(diǎn)點(diǎn)，，其其主主要要原原是是____________________________________.圖3－4－8(2)在驗(yàn)驗(yàn)證證小小車(chē)車(chē)加加速速度度a與小小車(chē)車(chē)質(zhì)質(zhì)量量m的關(guān)關(guān)系系時(shí)時(shí)，，為為使使圖圖象象更直直觀觀，，作作圖圖時(shí)時(shí)應(yīng)應(yīng)將將橫橫軸軸用用1/m表示示，，即即作作加加速速度度與與小小車(chē)車(chē)質(zhì)質(zhì)量量倒數(shù)數(shù)之之間間的的關(guān)關(guān)系系圖圖象象．．(3)圖3－4－8甲中中圖圖線線后后半半段段偏偏離離直直線線是是沒(méi)沒(méi)有有滿滿足足砂砂和和砂砂桶的的質(zhì)質(zhì)量量要要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小小于于車(chē)車(chē)的的質(zhì)質(zhì)量量這這個(gè)個(gè)條條件件造造成成的的；；圖圖3－4－8乙乙圖圖線存存在在明明顯顯的的橫橫截截距距，，說(shuō)說(shuō)明明實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)前前未未平平衡衡摩摩擦擦力力或或平平衡衡摩摩擦擦力力不充充分分．．驗(yàn)證證牛牛頓頓第第二二的的實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)一一般般都都會(huì)會(huì)利利用用打打點(diǎn)點(diǎn)計(jì)計(jì)時(shí)時(shí)器器和和小車(chē)車(chē)來(lái)來(lái)進(jìn)進(jìn)行行，，考考察察的的重重點(diǎn)點(diǎn)是是利利用用紙紙帶帶運(yùn)運(yùn)算算加加速速度度、、平平衡衡摩摩擦擦力力及誤誤差差分分析析．．1．．(2011年廣廣州州一一模模)用圖圖3－－4－－9所所示示的的實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)裝裝置置來(lái)來(lái)驗(yàn)驗(yàn)證證牛頓頓第第二二定定律律圖3－－4－－9(1)為為清清除除摩摩擦擦力力的的影影響響，，實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)前前平平衡衡摩摩擦擦力力的的具具體體操操作作為為：：取下下______，，把把木木板板不不帶帶滑滑輪輪的的一一端端適適當(dāng)當(dāng)墊墊高高并并反反復(fù)復(fù)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)，，直直到輕輕推推小小車(chē)車(chē)后后，，小小車(chē)能能沿沿木木板板做做______運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)．．4.01.23.61.12.00.61.40.41.00.3圖3－4－10答案案：：(1)砂砂桶桶勻速速直直線線(2)描描點(diǎn)點(diǎn)、、連連線線如如圖圖15所所示示0.30(0.28～～0.32均均可可)圖15熱點(diǎn)點(diǎn)2動(dòng)力力學(xué)學(xué)實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)新新題題型型【例例2】(2009年年全全國(guó)國(guó)卷卷ⅠⅠ)某同同學(xué)學(xué)為為了了探探究究物物體體在在斜斜面面上運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)摩摩擦擦力力與與斜斜面面傾傾角角的的關(guān)關(guān)系系，，設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)裝裝置置如如圖圖3－－4－－11.長(zhǎng)直直平平板板一一端端放放在在水水平平桌桌面面上上，，另另一一端端架架在在一一物物塊塊上上．．在在平平板板上標(biāo)出A、B兩點(diǎn)，B點(diǎn)處放置一一光電門(mén)，，用光電計(jì)計(jì)時(shí)器記錄錄滑塊通過(guò)光電電門(mén)時(shí)擋光光的時(shí)間．．圖3－4－11實(shí)驗(yàn)步驟如如下：①用游標(biāo)卡卡尺測(cè)量滑滑塊的擋光光長(zhǎng)度d，用天平測(cè)測(cè)量滑塊的的質(zhì)量m；②用直尺測(cè)測(cè)量A、B之間的距離離s，A點(diǎn)到水平桌桌面的垂直直距離h1，B點(diǎn)到水平桌桌面的垂直直距離h2；③將滑塊從從A點(diǎn)靜止釋放放；由光電計(jì)時(shí)時(shí)器讀出滑滑塊的擋光光時(shí)間t；④重復(fù)步驟驟③數(shù)數(shù)次，并求求擋光時(shí)間間的平均值值t；⑤利用所測(cè)測(cè)數(shù)據(jù)求出出摩擦力f和斜面傾角角的余弦值值cosα；⑥多次改變變斜面的傾傾角，重復(fù)復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟驟②③④⑤⑤做出f－cosα關(guān)系曲線．．(1)用測(cè)測(cè)量的物理理量完成下下列各式(重力加速速度為g)①斜面傾角角的余弦cosα＝________________；②滑塊通過(guò)過(guò)光電門(mén)時(shí)時(shí)的速度v＝______________；③滑塊運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)的加速速度a＝______________；④滑塊運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)所受到到的摩擦阻阻力f＝____________；解析：(1)物塊在斜面面上做初速速度為零的的勻加速直直線運(yùn)動(dòng)，，受重力、支支持力、滑滑動(dòng)摩擦力力作用．①根據(jù)三角形形關(guān)系可得得到(2)測(cè)量量滑塊擋光光長(zhǎng)度的游游標(biāo)卡尺讀讀數(shù)如圖3－4－－12所所示，讀得d＝______________.圖3－4－12(2)在游標(biāo)卡尺尺中，主尺尺上是3.6cm，在游標(biāo)尺尺上恰好是是第2條刻度線與與主尺對(duì)齊齊，再考慮慮到卡尺是是10分度度，所以讀讀數(shù)為3.6cm＋0.2×1mm＝3.62cm.2．(2010年浙江溫州州十校聯(lián)考考)現(xiàn)要測(cè)定木木塊與長(zhǎng)木木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，給給定的器材材如下：一一傾角可以以調(diào)節(jié)的長(zhǎng)長(zhǎng)木板(如圖3－4－13)、木塊、、計(jì)時(shí)器一一個(gè)、米尺尺．圖3－4－13(1)填入入適當(dāng)?shù)墓交蛭淖肿?，完善以以下?shí)驗(yàn)步步驟：①讓木塊從從斜面上方方一固定點(diǎn)點(diǎn)D從靜止開(kāi)始始下滑到斜斜面底端A