2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)四 驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律課件.ppt

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實(shí)驗(yàn)四 驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 學(xué)會(huì)用控制變量法來(lái)研究物理規(guī)律 2 學(xué)會(huì)靈活運(yùn)用圖象法處理物理問(wèn)題的方法 3 探究加速度與力 質(zhì)量的關(guān)系 進(jìn)而驗(yàn)證牛頓第二定律 2 實(shí)驗(yàn)原理探究加速度a與力F及質(zhì)量m的關(guān)系時(shí) 應(yīng)用的基本方法 是控制變量法 1 控制小車的質(zhì)量m不變 討論 與 的 關(guān)系 2 控制桶和砂的質(zhì)量不變 即力F不變 改變 討論 與 的關(guān)系 加速度a 力F 小車質(zhì)量m 加速度a 小車質(zhì)量m 3 實(shí)驗(yàn)器材 低壓交流 天平 刻度尺 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 紙帶及復(fù)寫紙 小車 一端附有滑輪的長(zhǎng)木板 小桶 細(xì)繩 砂 電源 砝碼 4 實(shí)驗(yàn)步驟及器材調(diào)整 1 用天平分別測(cè)出小車和小桶的質(zhì)量M和m 把數(shù)值記錄下來(lái) 2 按圖S4 1所示把實(shí)驗(yàn)器材安裝好 圖S4 1 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 填 掛 或 不掛 小桶的小車剛好在斜面上保持 運(yùn)動(dòng)為止 4 將小桶通過(guò)細(xì)繩系在小車上 接通電源放開小車 使小車運(yùn)動(dòng) 用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況 取下紙帶 并在紙帶上 標(biāo)上號(hào)碼 不掛 勻速 5 保持小車的質(zhì)量不變 改變小桶中的砂量 測(cè)量砂和小桶質(zhì)量m 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)填寫在表內(nèi) 6 建立坐標(biāo)系 用縱坐標(biāo)表示 橫坐標(biāo)表示 在坐標(biāo)系上描點(diǎn) 畫出相應(yīng)的圖象以驗(yàn)證 與 的 關(guān)系 加速度 力 a F 7 保持砂及小桶的質(zhì)量不變 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(yàn)證 與 的關(guān)系 加速度a 小車質(zhì)量M 5 數(shù)據(jù)處理 1 利用 x aT2及逐差法求a 2 以a為縱坐標(biāo) F為橫坐標(biāo) 根據(jù)各組數(shù)據(jù)描點(diǎn) 如果這些點(diǎn)在一條過(guò)原點(diǎn)的直線上 說(shuō)明a與F成正比 3 以a為縱坐標(biāo) 1m 為橫坐標(biāo) 描點(diǎn) 連線 如果該線過(guò) 原點(diǎn) 就能判定a與m成反比 6 注意事項(xiàng) 1 平衡摩擦力 適當(dāng)墊高木板的右端 使小車的重力沿斜面方向的分力正好平衡小車和紙帶受到的阻力 在平衡摩擦力時(shí) 不要把小桶系在小車上 而讓小車?yán)螯c(diǎn)的紙帶勻速運(yùn)動(dòng) 且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中 重復(fù)平衡摩擦力 2 實(shí)驗(yàn)條件 每次實(shí)驗(yàn)中均要求小車質(zhì)量M 砂和小桶質(zhì)量m 只有這樣 才能使?fàn)恳≤嚨臓恳频扔谏凹?小桶的重力 不需要 3 一先一后一按 改變拉力或小車質(zhì)量后 每次開始時(shí) 小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 并應(yīng)先 后 且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車 4 作圖 作圖象時(shí) 應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)在所作的直線上 不在直線上的點(diǎn)盡可能對(duì)稱分布在所作直線的兩側(cè) 接通電源 釋放小車 7 誤差分析 1 系統(tǒng)誤差以小車和小桶整體為研究對(duì)象得mg M m a 以小車為 的總重力mg代替小車的拉力 而實(shí)際上小車所受的拉力要小于小桶和砂的總重力 2 偶然誤差質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確 計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)確 紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)引起誤差 考點(diǎn)1 對(duì)實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)步驟的考查 典題1 2017年山東泰安高三第二輪質(zhì)檢 在 驗(yàn)證牛頓第二定律 的實(shí)驗(yàn)中 采用如圖S4 2所示的實(shí)驗(yàn)裝置 小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示 砂和砂桶的質(zhì)量用m表示 小車的加速度可由小車后面拖動(dòng)的紙帶計(jì)算出 圖S4 2 1 實(shí)驗(yàn)中 為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車所受的合外力 先調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板一端滑輪的高度 使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行 接下 來(lái)還需要進(jìn)行的一項(xiàng)操作是 A 將長(zhǎng)木板水平放置 讓小車連著已經(jīng)穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶 給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電 改變砂桶中砂的多少 使小車在砂和砂桶的牽引下運(yùn)動(dòng) 從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)B 將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?讓小車連著已經(jīng)穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶 撤去砂和砂桶 給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電 輕推小車 從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)C 將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?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) 2 實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行質(zhì)量m和M的選取 以下最合理的一組 是 A M 200g m 10g 15g 20g 25g 30g 35g 40gB M 200g m 20g 40g 60g 80g 100g 120gC M 400g m 10g 15g 20g 25g 30g 35g 40gD M 400g m 20g 40g 60g 80g 100g 120g 3 已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交變電流頻率為50Hz 每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出 利用如圖S4 3所示給出的數(shù)據(jù)可求出小車運(yùn)動(dòng)的加速度a m s2 計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字 圖S4 3 解析 1 為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車所受的合外力 需要平衡摩擦力 其方法是 將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?讓小車連著已經(jīng)穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶 撤去砂和砂桶 給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電 輕推小車 從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng) 故B正確 2 為了使砂和砂桶的重力等于小車所受的拉力 應(yīng)滿足m M 故選C 答案 1 B 2 C 3 1 58 考點(diǎn)2 對(duì)數(shù)據(jù)處理和誤差分析的考查 典題2 在用圖S4 4所示裝置做 驗(yàn)證牛頓第二定律 的實(shí)驗(yàn)中 1 甲同學(xué)在外力F一定的條件下 探究a與M的關(guān)系時(shí) 所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示 外力F 0 1N 圖S4 4 圖S4 5 請(qǐng)你完善表中數(shù)據(jù) 并在圖S4 5中給出的坐標(biāo)紙上畫出 由圖象可得到的結(jié)論是 2 乙同學(xué)在探究 加速度與外力關(guān)系 的實(shí)驗(yàn)中得到的a F圖象如圖S4 6所示 則該圖象中圖線不過(guò)原點(diǎn)的原因是 小車的質(zhì)量為 kg 計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字 圖S4 6 答案 1 5 00 如圖D21所示 圖D21 在外力一定的情況下 物體的加速度與質(zhì)量成反比 0 28 0 26 0 29均 2 木板傾角過(guò)大 或平衡摩擦力過(guò)度 正確 遷移拓展 2014年新課標(biāo) 卷 某同學(xué)利用如圖S4 7甲所示實(shí)驗(yàn)裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖 如圖乙所示 實(shí)驗(yàn)中小車 含發(fā)射器 的質(zhì)量為200g 實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇了不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)繩和輕定滑輪 小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計(jì)算機(jī)得到 回答下列問(wèn)題 甲 乙 圖S4 7 1 根據(jù)該同學(xué)的結(jié)果 小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成 填 線性 或 非線性 關(guān)系 2 由圖乙可知 a m圖線不經(jīng)過(guò)原點(diǎn) 可能的原因是 3 若利用本實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證 在小車質(zhì)量不變的情況下 小車的加速度與作用力成正比 的結(jié)論 并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力 則實(shí)驗(yàn)中應(yīng)采取的改進(jìn)措施是 鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是 解析 本題考查了驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn) 1 根據(jù)圖中描出的各點(diǎn)作出的圖象不是一條直線 故小車的加速度和鉤碼的質(zhì)量成非線性關(guān)系 2 圖象不過(guò)原點(diǎn) 小車受到拉力但沒(méi)有加速度 原因是有摩擦力的影響 3 平衡摩擦力之后 在滿足鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件下 可以得出在小車質(zhì)量不變的情況下拉力與加速度成正比的結(jié)論 答案 1 非線性 2 存在摩擦力 3 調(diào)節(jié)軌道的傾斜度以平衡摩擦力 遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 1 實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新 1 利用光電門測(cè)滑塊上的遮光條通過(guò)光電門的時(shí)間 2 利用氣墊導(dǎo)軌代替長(zhǎng)木板 3 利用力傳感器測(cè)繩中拉力大小 2 實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新 利用力傳感器測(cè)出細(xì)線拉力或選取整體作為研究對(duì)象 消除了因不滿足m M而帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)誤差 3 數(shù)據(jù)處理方法的創(chuàng)新 考向1 利用力傳感器測(cè)量拉力的大小 典題3 2016年廣東江門模擬 如圖S4 8所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置 他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門B 滑塊上固定一遮光條 滑塊用細(xì)線繞過(guò)氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連 傳感器下方懸掛鉤碼 每次滑塊都從A處由靜止釋放 圖S4 8 1 該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d 如圖S4 9所示 則d mm 圖S4 9 2 實(shí)驗(yàn)時(shí) 將滑塊從A位置由靜止釋放 由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門B的時(shí)間t 若要得到滑塊的加速度 還需要測(cè)量的物理量是 3 下列不必要的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)要求是 請(qǐng)?zhí)顚戇x項(xiàng)前 對(duì)應(yīng)的字母 A 應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量B 應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些C 應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平D 應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行 4 改變鉤碼質(zhì)量 測(cè)出對(duì)應(yīng)的力傳感器的示數(shù)F和遮光條通過(guò)光電門的時(shí)間t 通過(guò)描點(diǎn)作出線性圖象 研究滑塊的加速度與力的關(guān)系 處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)作出 圖象 填 t2 F 解析 1 由題圖知第6條刻度線與主尺對(duì)齊 d 2mm 6 0 05mm 2 30mm 2 實(shí)驗(yàn)時(shí) 將滑塊從A位置由靜止釋放 由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門B的時(shí)間t 滑塊經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度可近似認(rèn)為是滑塊經(jīng)過(guò)光電門的平均速度 根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得若要得到滑塊的加速度 還需要測(cè)量的物理量是遮光條到光電門的距離L 3 拉力是直接通過(guò)力傳感器測(cè)量的 故與小車質(zhì)量和鉤碼質(zhì)量大小關(guān)系無(wú)關(guān) 故A項(xiàng)不必要 應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些 有利于減小誤差 故B項(xiàng)必要 應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平 拉力才等于合力 故C項(xiàng)必要 要保持拉線方向與木板平面平行 拉力才等于合力 故D項(xiàng)必要 故選A 答案 1 2 30 2 遮光條到光電門的距離L 3 A 考向2 選擇整體作為研究對(duì)象 典題4 2016年新課標(biāo) 卷 某物理課外小組利用圖S4 10中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系 圖中 置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的長(zhǎng)木板水平放置 其右端固定一輕滑輪 輕繩跨過(guò)滑輪 一端與放在木板上的小滑車相連 另一端可懸掛鉤碼 本實(shí)驗(yàn)中可用的鉤碼共有N 5個(gè) 每個(gè)質(zhì)量均為0 010kg 實(shí)驗(yàn)步驟如下 1 將5個(gè)鉤碼全部放入小車中 在長(zhǎng)木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊 使小車 和鉤碼 可以在木板上勻速下滑 圖S4 10 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)用傳感器記錄小車在時(shí)刻t相對(duì)于其起始位置的位移s 繪制s t圖象 經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a 3 對(duì)應(yīng)于不同的n的a值見(jiàn)下表 n 2時(shí)的s t圖象如圖S4 11甲所示 由圖甲求出此時(shí)小車的加速度 計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字 將結(jié)果填入下表 4 利用表中的數(shù)據(jù)在圖乙中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn) 并作出a n圖象 從圖象可以看出 當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí) 物體的加速度與其所受的合外力成正比 甲 乙 圖S4 11 5 利用a n圖象求得小車 空載 的質(zhì)量為 kg 計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字 重力加速度g取9 8m s2 6 若以 保持木板水平 來(lái)代替步驟 1 下列說(shuō)法正確的 是 填正確選項(xiàng)前的序號(hào) A a n圖線不再是直線 B a n圖線仍是直線 但該直線不過(guò)原點(diǎn)C a n圖線仍是直線 但該直線的斜率變大 當(dāng)t 2s時(shí) s 0 78m 代入解得a 0 39m s2 4 由題意知描點(diǎn)法作圖所得的必須是一條直線 5 對(duì)于掛在下面的n個(gè)鉤碼 有nmg F nma 對(duì)于小車 含剩下的鉤碼 有F M N n m a 兩式相加得nmg M Nm a 6 木板水平時(shí)要考慮摩擦力的影響 對(duì)于掛在下面的n個(gè)鉤碼 有nmg F nma 對(duì)于小車 含剩下的鉤碼 有F M N n m g M N n m a 兩式相加得nmg M N n m g M Nm a 去中括號(hào)得n mg mg M Nm g M Nm a 移項(xiàng)化簡(jiǎn)得n mg mg M Nm a g 可見(jiàn)a n圖象仍是一條直線 但其斜率要變大 且不過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn) 答案 3 0 39 0 37 0 49均正確 4 如圖S4 12所示 5 0 45 0 43 0 47均正確 6 BC 圖S4 12 方法技巧 本實(shí)驗(yàn)還可以從以下兩個(gè)方面創(chuàng)新 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新 測(cè)木塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù) 2 實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新 利用位移傳感器測(cè)物體的位移 利用傳感器測(cè)物體的速度或加速度