高考物理一輪總復(fù)習 專題三 實驗四 驗證牛頓運動定律課件 新人教版

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1、實驗四,驗證牛頓運動定律,實驗準備,實驗?zāi)康?控制變量,力,質(zhì)量,學會用_________法來研究物理規(guī)律；探究_______與____、 ________的關(guān)系，進而驗證牛頓第二定律,實驗原理,控制變量,探究加速度 a 與力 F 及質(zhì)量 M 的關(guān)系時，應(yīng)用的基本方法 是__________法，即先控制一個參量小車的質(zhì)量 M 不變， 討論加速度 a 與力 F 的關(guān)系，再控制細砂和砂桶的質(zhì)量不變， 即力 F 不變，改變小車質(zhì)量 M，討論加速度 a 與 M 的關(guān)系,加速度,實驗器材 打點計時器、紙帶及復(fù)寫紙、小車、一端附有滑輪的長木 板、砂桶、細繩、細砂、低壓交流電源、天平、刻度尺、砝碼 實驗過程

2、 實驗步驟 (1)用天平分別測出______和___________的質(zhì)量 M 和 m，,把數(shù)值記錄下來,砂和砂桶,(2)按圖 S4-1 所示把實驗器材安裝好 圖 S4-1,小車,(3)平衡摩擦力：在長木板_________的一端下面墊上一塊 薄木板，反復(fù)移動其位置，直至_________的小車剛好在斜面上 保持____________為止 (4)將砂桶通過細繩系在小車上，先_________后_________， 使小車運動，用紙帶記錄小車的運動情況，取下紙帶，并在紙,帶上標上號碼,放開小車,(5)保持__________不變，改變砂桶中的細砂量，重復(fù)步驟 (4)，每次記錄必須在相應(yīng)的紙

3、帶上做上標記，列表格將記錄的,數(shù)據(jù)填寫在表內(nèi),細砂和砂桶的質(zhì)量,(6)建立坐標系，用縱坐標表示加速度，橫坐標表示力，在 坐標系上描點，畫出相應(yīng)的圖線以驗證 a 與 F 的關(guān)系 (7)保持__________________不變，改變小車的質(zhì)量(在小車 上增減砝碼)，重復(fù)上述步驟(5)、(6)，驗證 a 與 M 的關(guān)系,沒有滑輪,未掛沙桶,勻速直線運動,接通電源,小車的質(zhì)量,注意事項 (1) 每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量 _________重物質(zhì)量的條件下打出只有如此，重物重力才可視,為小車受到的拉力,遠大于,(2)改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近 ________

4、___，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且應(yīng)在小車到達,滑輪前按住小車,打點計時器,(3)作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線 上的點應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線的兩側(cè),實驗分析,(4)作圖時兩坐標軸標度比例要選擇適當，各量須采用國際 單位這樣作圖線時，坐標點間距不至于過密，誤差會小些,(5)為提高測量精度，可以采取下列措施：,應(yīng)舍掉紙帶上開頭比較密集的點，在后邊便于測量的地,方找一個起點,可以把每打五次點的時間作為單位時間，即從開始點起， 每隔四個點標出一個計數(shù)點，而相鄰計數(shù)點間的時間間隔為 T 0.1 s.,,圖象分析 (1)未平衡阻力對圖象的影響：對小車在傾斜的木板上的受 力情況進

5、行分析，如圖 S4-2 所示，f 為 M 受到的摩擦力，f為,紙帶等的阻力由牛頓第二定律可得 a,F(Mgsin ff) M,因此調(diào)節(jié)可平衡摩擦力，并且只要平衡一次即可 圖 S4-2,若摩擦力未平衡或平衡不足(太小)，則 a0<0，此時 a-F,圖象如圖 S4-3 甲所示,圖 S4-3,若摩擦力平衡過度(太大)，則 a00，此時 a-F 圖象如圖,乙所示,(2)平衡摩擦力和阻力后，如果砂桶和細砂的質(zhì)量 m 太大， 會使圖線彎曲實際上小車受到的拉力與 mg 并不相等由牛,即 a-F 圖象會隨著 F 的不斷增大往 F 軸彎曲如圖 S4-4 所示 因此做實驗時要保證 Mm. 圖 S4-4

6、,圖 S4-5,實驗改進,本實驗中可以用氣墊導軌來代替長木板，這樣就省去了平 衡小車摩擦力的麻煩，小車的加速度也可以利用傳感器，借助 于計算機來處理,【基礎(chǔ)檢測】 (2015 年廣東深圳模擬)某同學做“探究加速度與力的關(guān) 系”的實驗，實驗的探究對象是鋁塊(質(zhì)量小于砂桶)，在靜止 釋放輕繩前，裝置如圖 S4-6 甲所示,甲,乙,圖 S4-6,(1)該同學在實驗操作中有兩處明顯錯誤，分別是________,______________和________________________,(2)糾錯后開始實驗：保持鋁塊的質(zhì)量 m 不變，通過在砂桶 中添加砂來改變對鋁塊的拉力；每次釋放輕繩，由力傳感器可

7、 測得拉力的大小 F，由紙帶上打出的點可算出對應(yīng)加速度的大 小 a；已知重力加速度為 g.該同學根據(jù)多組實驗數(shù)據(jù)畫出如圖 乙所示的一條過坐標原點的直線，他標注縱軸為加速度 a，但 忘記標注橫軸，你認為橫軸代表的物理量是____________(用所 給的字母表示),(3)若把力傳感器裝在右側(cè)輕繩上則實驗的誤差會更_____,(填“大”或“小”),要進行打點的紙,答案：(1)打點計時器錯接在直流電源上 帶留得太短 (2)Fmg (3)大,考點1 實驗原理、步驟及器材的調(diào)整 重點歸納,平衡摩擦力的方法,(1)在平衡摩擦力時，不要把懸掛重物的細線系在小車上， 即不要給小車加任何牽引力讓小車拖著紙帶打

8、點運動，調(diào)整 長木板的傾角，直到紙帶上打點均勻為止,(2)實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變重物質(zhì)量，還是 改變小車和砝碼的總質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力,典例剖析 例 1：(2015 年廣東惠州二調(diào))某同學設(shè)計了如圖 S4-7 甲、 乙所示的實驗裝置來探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系,甲,乙,丙 圖 S4-7,(1)______( 填“甲”或“乙”) 實驗裝置比較好，原因是,______________________________________________________ _____________________________________________________

9、.,(2)該同學選擇比較理想的實驗裝置后，在平衡小車與桌面 之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖丙所示，計時器打 點的時間間隔為 0.02 s從比較清晰的點起，每 5 個點取一個計 數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離，該小車的加速度 a ______m/s2(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字),(3)在實驗誤差允許范圍內(nèi)，當小車的質(zhì)量不變時，小車的 加速度與小車的合外力滿足________圖的關(guān)系,A C,B D,思維點撥：解本題的關(guān)鍵是思考甲裝置加了拉力傳感器后， 對實驗產(chǎn)生什么樣的影響 解析：(1)甲裝置加了拉力傳感器后，甲圖通過拉力傳感器 能夠準確得到小車受到的拉力大小，不需像乙圖那

10、樣要使小車 的總質(zhì)量遠遠大于鉤碼的質(zhì)量才能近似認為小車受到的拉力等 于鉤碼的重力；(2)取第一段和第三段來進行計算，s2aT2，,以準確測量出拉力的大小，就不存在由于鉤碼的質(zhì)量太大而引 起的誤差，故選 A.,答案：(1)甲,甲裝置加了拉力傳感器，不需要像乙裝置那,樣要使小車的總質(zhì)量遠遠大于鉤碼的質(zhì)量才能近似認為小車受 到的拉力等于鉤碼的重力 (2)0.16 (3)A 備考策略：弄清實驗原理、步驟及器材調(diào)整是對實驗備考 的基本要求，是創(chuàng)新實驗的根基，它常成為考查的內(nèi)容之一,【考點練透】,1(2015 年云南一模)一學生用如圖 S4-8 甲所示的裝置測 量木塊與木板間的動摩擦因數(shù)在桌面上放置一塊水

11、平長木板， 木板一端帶滑輪，另一端固定一打點計時器木塊一端拖著穿 過打點計時器的紙帶，另一端連接跨過定滑輪的繩子，在繩子 上懸掛一定質(zhì)量的鉤碼后可使木塊在木板上勻加速滑動實驗 中測得木塊質(zhì)量 M150 g，鉤碼質(zhì)量 m50 g.,甲,乙,圖 S4-8,(1)實驗開始時，應(yīng)調(diào)整滑輪的高度，讓細線與木板______ (2)實驗中得到如圖乙所示的紙帶，紙帶上 A、B、C、D、 E 是計數(shù)點，相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔是 0.10 s，所測數(shù)據(jù) 在圖中已標出，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)可求得木塊運動的加速度 a ________ m/s2(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (3)根據(jù)實驗原理可導出計算動摩擦因數(shù)的表達式

12、 ________(用 M、 m、g、a 表示); 取 g10 m/s2，代入相關(guān)數(shù) 據(jù)可求得________(計算結(jié)果保留一位有效數(shù)字),2如圖 S4-9 所示為“驗證牛頓第二定律”的實驗裝置示 意圖砂和砂桶的總質(zhì)量為 m，小車和砝碼的總質(zhì)量為 M.實驗 中用砂和砂桶總重力的大小作為細線對小車拉力的大小,圖 S4-9,(1)實驗中，為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外 力，先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細線與長木板平行接 下來還需要進行的一項操作是________(填正確答案標號) A將長木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器 的紙帶，給打點計時器通電，調(diào)節(jié) m 的大小，使小車在砂

13、和砂 桶的牽引下運動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動 B將長木板的一端墊起適當?shù)母叨龋屝≤囘B著已經(jīng)穿 過打點計時器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點計時器通電，輕 推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動,C將長木板的一端墊起適當?shù)母叨龋啡ゼ垘б约吧昂?砂桶，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運動,(2)如圖 S4-10 所示是實驗中得到的一條紙帶，A、B、C、 D、E、F、G 為 7 個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還 有四個點未畫出量出相鄰的計數(shù)點之間的距離分別為：xAB 4.22 cm 、xBC 4.65 cm 、xCD 5.08 cm 、xDE 5.49 cm ，xEF 5.9

14、1 cm，xFG6.34 cm.已知打點計時器的工作頻率為 50 Hz， 則小車的加速度 a______m/s2.(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字),圖 S4-10,答案：(1)B (2)0.42,,考點 2 對數(shù)據(jù)處理和誤差分析的考查,1圖象法處理數(shù)據(jù)：根據(jù)記錄的 a、F、M 數(shù)據(jù)，分別作,1,M,與作用力成正比，與質(zhì)量成反比,2誤差分析,本實驗的誤差主要來源于質(zhì)量的測量，紙帶上打點計時器 打點間隔距離的測量，拉線或紙帶不與木板平行，平衡摩擦力 不準等實驗原理不完善也會造成系統(tǒng)誤差,aF、a 圖象，如果圖象是一條過原點的直線，就證明加速度,重點歸納,典例剖析 例 2：(2015 年河北高陽中學模擬

15、)用如圖 S4-11 甲所示的實 驗裝置驗證牛頓第二定律 (1)某同學通過實驗得到如圖乙所示的 a-F 圖象，造成這一 結(jié)果的原因是：在平衡摩擦力時木板與水平桌面間的傾角 ________(填“偏大”或“偏小”),甲,乙,圖 S4-11,(2)該同學在平衡摩擦力后進行實驗，實際小車在運動過程 中所受的拉力________ 砝碼和盤的總重力 ( 填“大于”“小 于”或“等于”)，為了便于探究、減小誤差，應(yīng)使小車質(zhì)量 M 與砝碼和盤的總質(zhì)量 m 滿足________的條件,(3)某同學得到如圖 S4-12 所示的紙帶已知打點計時器電 源頻率為 50 Hz.A、B、C、D、E、F、G 是紙帶上 7

16、個連續(xù)的 點ssDGsAD_______cm.由此可算出小車的加速度 a ________m/s2(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字),圖 S4-12,,思維點撥：圖線不過原點，與 a 軸有交點，即表示沒有拉 力時，就有加速度，說明平衡摩擦力過度 解析：(1)從圖象可以得出，還沒有拉力時，就已經(jīng)存在加 速度，說明斜面傾角過大造成的；其中a0 表示沒有任何拉力時， 小車的加速度 (2)小車實際受到的拉力要小于砝碼和砝碼盤的總重力為 減小誤差，實驗中必須滿足 Mm. (3)從刻度尺上讀出 sDG3.90 cm，sAD2.10 cm，因此 s sDG sAD 1.80 cm ，根據(jù)s aT 2 得加速度a

17、,1.8102 0.062,5.0 m/s2,答案：(1)偏大,(2)小于Mm(3)1.805.0,備考策略：用圖象法處理數(shù)據(jù)，要設(shè)計好刻度，根據(jù)數(shù)據(jù) 確定點的位置，將點用一條直線連起來，延長交于坐標軸某一 點處理圖象問題要注意圖線的斜率、交點、拐點、面積等意 義，能正確理解這些量的意義則很多問題將會迎刃而解,【考點練透】,3(2015 年廣東深圳五校聯(lián)考)“探究加速度與物體質(zhì)量的,關(guān)系”的實驗裝置如圖 S4-13 甲所示,甲,乙,丙,圖 S4-13,(1)安裝實驗裝置時，應(yīng)調(diào)整定滑輪的高度，使拉小車的細 線在實驗過程中保持與 ____________( 填“桌面”或“ 長木 板”)平行,(2

18、)平衡摩擦力后，為了驗證小車的加速度與其質(zhì)量的定量,關(guān)系，必須采用________法,(3)保持小車受力不變，測量不同質(zhì)量的小車在這個力作用 下的加速度某次實驗中打出如圖乙所示的紙帶(打點計時器電 源的頻率為 50 Hz)，則這個加速度 a________.,(4)某同學把實驗得到的幾組數(shù)據(jù)畫成圖丙的 a-m 圖象，為 了更直觀描述物體的加速度跟其質(zhì)量的關(guān)系，你應(yīng)該建議他改 畫 a 和__________的關(guān)系圖象,,,,解析：(1)為了減小實驗過程中的摩擦力，細線和長木板應(yīng) 保持平行(2)為了驗證小車的加速度與其質(zhì)量的定量關(guān)系，必 須保證受力恒定，所以采用控制變量法(3)根據(jù)勻變速直線運 動

19、過程中在相等時間內(nèi)走過的位移差是一個定值，則 x23x12 成反比，在 a-m 圖象中應(yīng)該是雙曲線，但是實驗得出的各組數(shù) 1 m 是正比例函數(shù)，此時各組數(shù)據(jù)是不是落在同一條直線上是非常 1 m,答案：(1)長木板,(2)控制變量 (3)0.16 m/s2,1 (4) m,m/s2.(4)由牛頓第二定律 Fma 可知當合外力 F 不變時 m 與 a,據(jù)是不是落在同一條雙曲線上是不好判斷的，但是 a 的關(guān)系,容易觀察的，所以圖象坐標應(yīng)該選用a .,4(2015 年福建寧德質(zhì)檢)某次“探究加速度 a 跟物體所受 合力 F 和質(zhì)量 m 的關(guān)系”實驗過程中：,甲,乙,圖 S4-14

20、(1)圖 S4-14 甲所示為實驗裝置圖圖乙為某次實驗得到的 一段紙帶，計數(shù)點 A、B、C、D、E 間的時間間隔為 0.1 s，根 據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為________m/s2(計算結(jié)果保留 兩位有效數(shù)字),(2)保持小車質(zhì)量不變，改變砂和砂桶的質(zhì)量，進行多次測 量根據(jù)實驗數(shù)據(jù)做出了加速度 a 隨拉力 F 的變化圖象，如圖 S4-15 所示圖中直線沒有通過原點，其主要原因是_________ _____________________________________________________,圖 S4-15,,次測量，得到小車加速度 a、質(zhì)量 m 及其對應(yīng)的 的數(shù)據(jù)如表,(3)

21、保持砂和砂桶質(zhì)量不變，改變小車中砝碼質(zhì)量，進行多,1,m,中所示：,,1,m,,,請在如圖 S4-16所示的坐標紙中畫出 a- 圖線,根據(jù)作出的a- 圖象可以得到的結(jié)論是：____________,1,m,圖 S4-16,1,m,____________________.,答案：(1)0.43,(2)實驗前未平衡摩擦力(或平衡摩擦力不充分),(3)如圖 D24 所示,圖 D24,合外力一定時，加速度跟質(zhì)量成反比,考點3 涉及光電門實驗的新題型,光電門是一個像門一樣的裝置，一邊安裝發(fā)光裝置，一邊 安裝接收裝置并與計時裝置連接當物體通過光電門時光被擋 住，計時器開始計時，當物體離開時停止計時，這

22、樣就可以根 據(jù)物體大小與運動時間計算物體運動的速度；若計時裝置具備,重點歸納,運算功能，使用隨機配置的擋光片(寬度一定)，可以直接測量 物體的瞬時速度,典例剖析,例 3：如圖 S4-17 甲所示的光電門傳感器是測定瞬時速度大 小的儀器，其原理是發(fā)射端發(fā)出一束很細的紅外線到接收端， 當固定在運動物體上的一個已知寬度為 d 的擋光板通過光電門 擋住紅外線時，和它連接的數(shù)字計時器可記下?lián)豕獾臅r間t， 則可以求出運動物體通過光電門時的瞬時速度大小,甲,乙,丙,圖S417,(1) 為了減小測量瞬時速度的誤差，應(yīng)該選擇寬度比較 ________(填“寬”或“窄”)的擋光板 (2)如圖乙所示是某同學利用光電

23、門傳感器探究小車加速 度與力之間關(guān)系的實驗裝置，他將該光電門固定在水平軌道上 的 B 點，用不同重物通過細線拉同一小車，小車每次都從同一 位置 A 點由靜止釋放,圖 S4-18,如圖丙所示，用游標卡尺測出擋光板的寬度 d_______ _____mm，實驗時將小車從圖乙中的 A 點由靜止釋放，由數(shù)字 計時器記下?lián)豕獍逋ㄟ^光電門時擋光的時間間隔t0.02 s，則 小車通過光電門時的瞬時速度大小為________m/s.,實驗中設(shè)小車的質(zhì)量為 m1，重物的質(zhì)量為 m2，則在 m1 與 m2 滿足關(guān)系________時可近似認為細線對小車的拉力大小 與重物的重力大小相等,測出多組重物的質(zhì)量 m2 和

24、對應(yīng)擋光板通過光電門的時 間間隔，并算出小車經(jīng)過光電門時的速度 v，通過描點作出線 性圖象，研究小車的加速度與力之間的關(guān)系，如圖 S4-18 所示 處理數(shù)據(jù)時應(yīng)作出__________(填“v-m2”或“v2-m2”)圖象；,某同學在中作出的線性圖象不過坐標原點，其可能的,原因是____________________,思維點撥：光電門會自動記錄滑塊通過光電門的時間，用,可以看成是瞬時速度,解析：(1)短時間內(nèi)的平均速度大小可以近似認為是該時刻 的瞬時速度大小，所以應(yīng)該選擇寬度比較窄的擋光板 (2)游標卡尺的主尺讀數(shù)為11 mm ，游標讀數(shù)為0.05 10 mm0.50 mm，所以最終讀數(shù)為：

25、11 mm 0.50 mm 11.50 mm；數(shù)字計時器記錄通過光電門的時間，由位移公式計 算出物體通過光電門的平均速度，用該平均速度代替物體的瞬,,d t,,時速度，故在遮光條經(jīng)過光電門時小車的瞬時速度 v 0.575 m/s.,該實驗的研究對象是小車，采用控制變量法研究當質(zhì) 量一定時，研究小車的加速度和小車所受合外力的關(guān)系那么 小車的合外力怎么改變和測量呢？為消除摩擦力對實驗的影 響，可以把沒有滑輪的木板一端適當墊高，以使小車的重力沿 斜面分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是繩子的拉力 根據(jù)牛頓第二定律得： 對 m2：m2gF 拉m2a,開始當小車掛上重物時，加速度卻為零，線性圖象不過

26、 坐標原點，故導致圖象不過原點的原因是木板傾角偏小，即說 明操作過程中沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足,答案：(1)窄,(2)11.50 0.575,m1m2,v2m2,操作過程中沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不,足,由題意可知，m1、s 不變，畫出 v2-m2 圖象，若圖象為過原 點的直線，則說明外力和加速度成正比，故畫出 v2-m2 圖象可以 直觀的得出結(jié)論,備考策略：光電門、光電計時器是新引進的器材和實驗， 在未來高考命題中出現(xiàn)的幾率較大如何學會正確閱讀并找出 有效信息和規(guī)律是近年高考命題者常思考的一個重要問題，命 題者想通過這類命題來引導學生提高閱讀和理解能力，學會化 繁為簡，這也是提高創(chuàng)

27、新能力的重要途徑之一,5(2015 年湖北孝感檢測)某同學利用如圖 S4-19 所示的裝 置探究“小車的加速度與所受合外力的關(guān)系”，具體實驗步驟 如下：,圖 S4-19,【考點練透】,B調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車沿長木板向,下運動，且通過兩個光電門的時間相等,C取下細繩和砂桶，測量砂子和桶的質(zhì)量 m，并記下 D保持長木板的傾角不變，不掛砂桶，將小車置于靠近 滑輪的位置，由靜止釋放小車，記錄小車先后通過光電門甲和 乙時顯示的時間,E重新掛上細繩和砂桶，改變砂桶中砂子的質(zhì)量，重復(fù),B D 步驟,A按照圖示安裝好實驗裝置，掛上砂桶(含少量砂子),(1)若砂桶和砂子的總質(zhì)量為 m，小車的質(zhì)量為 M，重力 加速度為 g，則步驟 D 中小車加速下滑時所受合外力的大小為 ________(忽略空氣阻力),圖 S4-20,(2) 如圖S4-20 所示，用游標卡尺測得遮光片寬度d ___mm.,(3)若遮光片的寬度為 d，光電門甲、乙之間的距離為 l，顯 示的時間分別為 t1、t2，則小車的加速度 a________.,(4)有關(guān)本實驗的說法正確的是________ A砂桶和砂子的總質(zhì)量必須遠遠小于小車的質(zhì)量 B小車的質(zhì)量必須遠遠小于砂桶和砂子的總質(zhì)量 C平衡摩擦力時要取下細繩和砂桶 D平衡摩擦力時不能取下細繩和砂桶,