高考物理復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)4驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律

試驗(yàn)四驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律1/372/37注意事項(xiàng)1．試驗(yàn)方法：控制變量法。2．平衡摩擦力：不懸掛小盤，但小車連著紙帶3．不重復(fù)：不重復(fù)平衡摩擦力。4．試驗(yàn)條件：M?m。小盤和砝碼總重力才可視為小車受到拉力。5．一先一后一按住：先接通電源，后放小車，且在小車抵達(dá)滑輪前按住小車。6．作圖：作圖時(shí)兩軸標(biāo)度百分比要適當(dāng)，各量須采取國際單位。3/37誤差分析1．因試驗(yàn)原理不完善引發(fā)誤差：本試驗(yàn)用小盤和砝碼總重力mg代替小車?yán)?，而?shí)際上小車所受拉力要小于小盤和砝碼總重力。2．摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)引發(fā)誤差。4/37熱點(diǎn)一試驗(yàn)原理與基本操作【例1】圖1為“驗(yàn)證牛頓第二定律”試驗(yàn)裝置示意圖。砂和砂桶總質(zhì)量為m，小車和砝碼總質(zhì)量為M。試驗(yàn)中用砂和砂桶總重力大小作為細(xì)線對(duì)小車?yán)Υ笮　D15/37(1)試驗(yàn)中，為了使細(xì)線對(duì)小車?yán)Φ扔谛≤囁芎贤饬?，先調(diào)整長木板一端滑輪高度，使細(xì)線與長木板平行。接下來還需要進(jìn)行一項(xiàng)操作是__________(填正確答案標(biāo)號(hào))。A．將長木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，調(diào)整m大小，使小車在砂和砂桶牽引下運(yùn)動(dòng)，從打出紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)B．將長木板一端墊起適當(dāng)高度，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶，撤去砂和砂桶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，輕推小車，從打出紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)C．將長木板一端墊起適當(dāng)高度，撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)6/37(2)試驗(yàn)中要進(jìn)行質(zhì)量m和M選取，以下最合理一組是__________(填正確答案標(biāo)號(hào))。A．M＝200g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40gB．M＝200g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120gC．M＝400g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40gD．M＝400g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120g7/37(3)圖2是試驗(yàn)中得到一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出。量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間距離分別為：sAB＝4.22cm、sBC＝4.65cm、sCD＝5.08cm、sDE＝5.49cm、sEF＝5.91cm，sFG＝6.34cm。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50Hz，則小車加速度a＝________m/s2。(結(jié)果保留二位有效數(shù)字)圖28/37解析(1)小車在運(yùn)動(dòng)過程中受到重力、支持力、紙帶拉力、木板對(duì)小車摩擦力和細(xì)線拉力作用。為了使細(xì)線對(duì)小車?yán)Φ扔谛≤囁軈f(xié)力，應(yīng)把木板一端墊起適當(dāng)高度，以使重力、支持力、紙帶拉力和摩擦力協(xié)力為零，即小車做勻速運(yùn)動(dòng)，所以在進(jìn)行這一操作時(shí)，不應(yīng)掛砂桶，小車應(yīng)連接紙帶，A、C項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確。(2)因?yàn)榧?xì)線拉力不易測量，本試驗(yàn)中用砂和砂桶總重力來代替細(xì)線拉力，而砂桶做加速運(yùn)動(dòng)，設(shè)加速度大小為a，則T＝m(g－a)，當(dāng)砂桶加速度很小時(shí)，T近似等于mg，所以試驗(yàn)中應(yīng)控制試驗(yàn)條件，使砂桶加速度很小。只有當(dāng)小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶總質(zhì)量時(shí)，小車和砂桶加速度才很小，細(xì)線拉力才近似等于砂和砂桶總重力。C項(xiàng)正確。9/37答案(1)B

(2)C

(3)0.4210/37熱點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理及誤差分析【例2】某組同學(xué)設(shè)計(jì)了“探究加速度a與物體所受協(xié)力F及質(zhì)量m關(guān)系”試驗(yàn)。圖3甲為試驗(yàn)裝置簡圖，A為小車，B為電火花計(jì)時(shí)器，C為裝有細(xì)砂小桶，D為一端帶有定滑輪長方形木板，試驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩對(duì)小車?yán)等于細(xì)砂和小桶總重力，小車運(yùn)動(dòng)加速度a可用紙帶上打出點(diǎn)求得。11/37圖312/37(1)圖乙為某次試驗(yàn)得到紙帶，已知試驗(yàn)所用電源頻率為50Hz。依據(jù)紙帶可求出電火花計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)速度為__________m/s，小車加速度大小為__________m/s2。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(2)在“探究加速度a與質(zhì)量m關(guān)系”時(shí)，某同學(xué)按照自己方案將試驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中進(jìn)行了標(biāo)注，但還未完成圖象(如圖4所表示)。請(qǐng)繼續(xù)幫助該同學(xué)作出坐標(biāo)系中圖象。13/3714/37(3)在“探究加速度a與協(xié)力F關(guān)系”時(shí)，該同學(xué)依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了加速度a與協(xié)力F圖線如圖5，該圖線不經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)，試分析圖線不經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)原因。答：__________________________________________________________________________________________________________。15/3716/37(2)將坐標(biāo)系中各點(diǎn)連成一條直線，連線時(shí)應(yīng)使直線過盡可能多點(diǎn)，不在直線上點(diǎn)應(yīng)大致對(duì)稱地分布在直線兩側(cè)，離直線較遠(yuǎn)點(diǎn)應(yīng)視為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，不予考慮，連線如圖所表示：17/37(3)圖線與橫軸有截距，說明試驗(yàn)前沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠。答案(1)1.6

3.2

(2)看法析(3)試驗(yàn)前沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠

18/37熱點(diǎn)三試驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新以本試驗(yàn)為背景，經(jīng)過改變?cè)囼?yàn)條件、試驗(yàn)儀器設(shè)置題目，不脫離教材而又不拘泥教材，表達(dá)開放性、探究性等特點(diǎn)。1．試驗(yàn)器材改進(jìn)19/373．試驗(yàn)拓展延伸

以“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律”為背景測量物塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)。20/37【例3】某同學(xué)做“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”試驗(yàn)。如圖6甲所表示是該同學(xué)探究小車加速度與力關(guān)系試驗(yàn)裝置，他將光電門固定在水平軌道上B點(diǎn)，用不一樣重物經(jīng)過細(xì)線拉同一小車，每次小車都從同一位置A由靜止釋放。圖621/37(1)試驗(yàn)中可近似認(rèn)為細(xì)線對(duì)小車?yán)εc重物重力大小相等，則重物質(zhì)量m與小車質(zhì)量M間應(yīng)滿足關(guān)系為__________。(2)若用游標(biāo)卡尺測出光電門遮光條寬度d如圖6乙所表示，則d＝__________cm；試驗(yàn)時(shí)將小車從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條經(jīng)過光電門時(shí)間Δt，則小車經(jīng)過光電門時(shí)速度為__________(用字母表示)。22/37(3)測出多組重物質(zhì)量m和對(duì)應(yīng)遮光條經(jīng)過光電門時(shí)間Δt，并算出對(duì)應(yīng)小車經(jīng)過光電門時(shí)速度v，經(jīng)過描點(diǎn)作出v2－m線性圖象(如圖7所表示)，從圖線得到結(jié)論是：在小車質(zhì)量一定時(shí)，__________。圖723/37(4)某同學(xué)作出v2－m線性圖象不經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)，掛某一質(zhì)量鉤碼時(shí)加速度仍為零，那么開始試驗(yàn)前他應(yīng)采取做法是__________。A．將不帶滑輪木板一端適當(dāng)墊高，使小車在鉤碼拉動(dòng)下恰好做勻速運(yùn)動(dòng)B．將不帶滑輪木板一端適當(dāng)墊高，使小車在鉤碼拉動(dòng)下恰好做勻加速運(yùn)動(dòng)C．將不帶滑輪木板一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼情況下使小車恰好做勻速運(yùn)動(dòng)D．將不帶滑輪木板一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼情況下使小車恰好做勻加速運(yùn)動(dòng)24/37解析(1)該試驗(yàn)研究對(duì)象是小車，采取控制變量法研究。當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，研究小車加速度和小車所受協(xié)力關(guān)系。為消除摩擦力對(duì)試驗(yàn)影響，能夠把木板右端適當(dāng)墊高，以使小車重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車協(xié)力就是細(xì)線拉力。依據(jù)牛頓第二定律得：對(duì)m：mg－T＝ma對(duì)M：T＝Ma25/3726/3727/371．(·武漢華師一附中模擬)為了探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系，甲、乙、丙三位同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如圖8所表示試驗(yàn)裝置，小車總質(zhì)量用M表示(乙圖中M包含小車與傳感器，丙圖中M包含小車和與小車固連滑輪)，鉤碼總質(zhì)量用m表示。圖828/37(1)為便于測量合外力大小，并得到小車總質(zhì)量一定時(shí)，小車加速度與所受合外力成正比結(jié)論，以下說法正確是(

)A．三組試驗(yàn)中只有甲需要平衡摩擦力B．三組試驗(yàn)都需要平衡摩擦力C．三組試驗(yàn)中只有甲需要滿足所掛鉤碼總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車總質(zhì)量M條件D．三組試驗(yàn)都需要滿足所掛鉤碼總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車總質(zhì)量M條件29/37答案(1)BC

(2)1∶2

5∶430/372．(·全國卷Ⅲ，23)某物理課外小組利用圖9中裝置探究物體加速度與其所受合外力之間關(guān)系。圖中，置于試驗(yàn)臺(tái)上長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼。本試驗(yàn)中可用鉤碼共有N＝5個(gè)，每個(gè)質(zhì)量均為0.010kg。試驗(yàn)步驟以下：圖931/37(1)將5個(gè)鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度小物塊，使小車(和鉤碼)能夠在木板上勻速下滑。(2)將n(依次取n＝1，2，3，4，5)個(gè)鉤碼掛在輕繩右端，其余N－n個(gè)鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車，同時(shí)用傳感器統(tǒng)計(jì)小車在時(shí)刻t相對(duì)于其起始位置位移s，繪制s－t圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到對(duì)應(yīng)加速度a。32/37(3)對(duì)應(yīng)于不一樣na值見下表。n＝2時(shí)s－t圖象如圖10所表示；由圖10求出此時(shí)小車加速度(保留2位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表。n12345a/m·s－20.20

0.580.781.00圖1033/37(4)利用表中數(shù)據(jù)在圖11中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出a－n圖象。從圖象能夠看出：當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí)，物體加速度與其所受合外力成正比。圖1134/37(5)利用a－n圖象求得小車(空載)質(zhì)量為_____