2014届高考物理二轮复习实验专题验证牛顿运动定律.ppt

二、2014年高考考情预测预测 (1)对对力和运动动的关系的理解及应应用牛顿顿第二定律 进进行分析与计计算是本章的命题热题热 点。本章知识识与曲线线 运动动、电电磁学相结结合，多以计计算题题的形式出现现，也是 高考的热热点。 (2)以实际实际 生活、生产产和科学实验实验 中有关问题为问题为 背景，突出表现现物必备备知识识要打牢在生活中的应应用是 今后命题题的一大趋势趋势 。 一、实验实验 目的 (1)学会用控制变变量法研究物理规规律。 (2)探究加速度与力、质质量的关系。 (3)掌握灵活运用图图象处处理问题问题 的方法。 超链接 二、实验实验 原理 控制变变量法：在所研究的问题问题 中，有两个以上的参量在发发 生牵连变牵连变 化时时，可以控制某个或某些量不变变，只研究其中两个 量之间间的变变化关系的方法，这这也是物理学中研究问题时经问题时经 常 采用的方法。 本实验实验 中，研究的参量为为F、m和a，可以控制参量m一定 ，研究a与F的关系，也可控制参量F一定，研究a与m的关系。 三、实验实验 器材 电电磁打点计时计时 器、复写纸纸片和纸带纸带 、一端有定滑轮轮的长长 木板、小车车、小盘盘、低压压交流电电源、天平、砝码码、刻度尺、 导线导线 。 四、实验实验 步骤骤 (1)用天平测测量小盘盘的质质量m0和小车车的质质量M0。 (2)把一端附有滑轮轮的长长木板放在实验实验 桌上，并使滑 轮轮伸出桌面，把打点计时计时 器固定在长长木板上远远离滑轮轮的 一端，连连接好电电路。 图实图实 41 (3)平衡摩擦力：小车车的尾部挂上纸带纸带 ，纸带纸带 穿过过打 点计时计时 器的限位孔，将木板无滑轮轮的一端稍微垫垫高一些 ，使小车车在不挂小盘盘和砝码码的情况下，能沿木板做匀速 直线线运动动。这样这样 小车车所受重力沿木板的分力与小车车所受 摩擦力平衡。在保证证小盘盘和砝码码的质质量远远小于小车质车质 量 的条件下，可以近似认为认为 小盘盘和砝码码的总总重力大小等于 小车车所受的合外力的大小。 (4)把小车车停在打点计时计时 器处处，挂上小盘盘和砝码码，先 接通电电源，再让让小车车拖着纸带纸带 在木板上匀加速下滑，打 出一条纸带纸带 。 (5)改变变小盘盘内砝码码的个数，重复步骤骤(4)，并多做 几次。 (6)保持小盘盘内的砝码码个数不变变，在小车车上放上砝 码码改变变小车车的质质量，让让小车车在木板上滑动动打出纸带纸带 。 (7)改变变小车车上砝码码的个数，重复步骤骤(6)。 五、数据处处理 (1)保持小车质车质 量不变时变时 ，计计算各次小盘盘和砝码码的重 力(作为为小车车的合力)及对应纸带对应纸带 的加速度填入表(一)中。 表(一) 实验实验 次数加速度a/(ms2)小车车受力F/N 1 2 3 4 (2)保持小盘盘内的砝码码个数不变时变时 ，计计算各次小车车 和砝码码的总质总质 量及对应纸带对应纸带 的加速度，填入表(二)中 。 表(二) 实验实验 次数加速度a/(ms2) 小车车和砝码码的总总 质质量M/kg 1 2 3 4 六、注意事项项 (1)平衡摩擦力时时，调节长调节长 木板形成一个合适的斜面 ，使小车车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车车受的 摩擦阻力。在平衡摩擦力时时，不要把悬悬挂小盘盘的细线细线 系 在小车车上，即不要给给小车车加任何牵牵引力，并要让让小车车拖 着纸带纸带 运动动。 (2)每条纸带纸带 必须须在满满足小车车与车车上所加砝码码的总总 质质量远远大于小盘盘及盘盘内砝码总质码总质 量的条件下打出。只有 如此，小盘盘及盘盘内砝码码重力才可视为视为 小车车受到的拉力。 (3)改变变拉力和小车质车质 量后，每次开始时时小车应车应 尽 量靠近打点计时计时 器，并应应先接通电电源，再放开小车车， 且应应在小车车到达滑轮轮前按住小车车。 (4)作图图象时时，要使尽可能多的点在所作直线线上， 不在直线线上的点应应尽可能对对称分布在所作直线线两侧侧。 (5)作图时图时 两轴标轴标 度比例要选择选择 适当。各量须须采用 国际单际单 位。这样这样 作图线时图线时 ，坐标标点间间距不至于过过密， 误误差会小些。 本实验实验 用小盘盘和砝码码的总总重力mg代替小车车的拉力， 而实际实际 上小车车所受的拉力要小于小盘盘和砝码码的总总重力。小 盘盘和砝码码的总质总质 量越接近于小车车的质质量，误误差越大；反 之，小盘盘和砝码码的总质总质 量越小于小车车的质质量，由此引起的 误误差就越小。因此，满满足小盘盘和砝码码的总质总质 量远远小于小 车车的质质量的目的就是为为了减小因实验实验 原理不完善而引起的 误误差。 2偶然误误差 摩擦力平衡不准确、质质量测测量不准确、计计数点间间距测测 量不准确、纸带纸带 和细绳细绳 不严严格与木板平行都会引起误误差。 实验实验 原理与操作 例1 (2012安徽高考)图实图实 42为为“验证验证 牛顿顿第二 定律”的实验实验 装置示意图图。砂和砂桶的总质总质 量为为m，小车车 和砝码码的总质总质 量为为M。实验实验 中用砂和砂桶总总重力的大小 作为细线对为细线对 小车车拉力的大小。 图实图实 42 (1)实验实验 中，为为了使细线对细线对 小车车的拉力等于小车车所受 的合外力，先调节长调节长 木板一端滑轮轮的高度，使细线细线 与长长 木板平行。接下来还还需要进进行的一项项操作是_。 A将长长木板水平放置，让让小车连车连 着已经经穿过过打点 计时计时 器的纸带纸带 ，给给打点计时计时 器通电电，调节调节 m的大小，使 小车车在砂和砂桶的牵牵引下运动动，从打出的纸带纸带 判断小车车 是否做匀速运动动 B将长长木板的一端垫垫起适当的高度，让让小车连车连 着已 经经穿过过打点计时计时 器的纸带纸带 ，撤去砂和砂桶，给给打点计时计时 器通电电，轻轻推小车车，从打出的纸带纸带 判断小车车是否做匀速 运动动 C将长长木板的一端垫垫起适当的高度，撤去纸带纸带 以及 砂和砂桶，轻轻推小车车，观观察判断小车车是否做匀速运动动 (2)实验实验 中要进进行质质量m和M的选选取，以下最合理的一组组 是_。 AM200 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g BM200 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g CM400 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g DM400 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g (3)图实图实 43是实验实验 中得到的一条纸带纸带 ，A、B、C 、D、E、F、G为为7个相邻邻的计计数点，相邻邻的两个计计数点 之间还间还 有四个点未画出。量出相邻邻的计计数点之间间的距离 分别为别为 ：sAB4.22 cm、sBC4.65 cm、sCD5.08 cm、 sDE5.49 cm、sEF5.91 cm，sFG6.34 cm。已知打点计计 时时器的工作效率为为50 Hz，则则小车车的加速度a _m/s2。(结结果保留2位有效数字) 图实图实 43 解析 (1)小车车在运动过动过 程中受到重力、支持力、纸带纸带 的拉力、木板对对小车车的摩擦力和细线细线 拉力的作用。为为了使细细 线对线对 小车车的拉力等于小车车所受的合力，因此应应把木板的一端 垫垫起适当的高度，以使重力、支持力、纸带纸带 的拉力和摩擦力的 合力为为零，即小车车做匀速运动动，因此在进进行这这一操作时时，不 应应挂砂桶，小车应连车应连 接纸带纸带 ，A、C项错误项错误 ；B项项正确。 (2)由于绳绳子的拉力不易测测量，本实验实验 中用砂和砂桶的总总 重力来代替绳绳的拉力，而砂桶做加速运动动，设设加速度大小为为a ，则则Tm(ga)，当砂桶的加速度很小时时，T近似等于mg，因 此实验实验 中应应控制实验实验 条件，使砂桶的加速度很小。只有当小 车车的质质量远远大于砂和砂桶的总质总质 量时时，小车车和砂桶的加速度 才很小，绳绳的拉力才近似等于砂和砂桶的总总重力。C项项正确。 答案 (1)B (2)C (3)0.42 题组演练 1关于“验证验证 牛顿顿第二定律”实验实验 中验证验证 “作用力一定时时 ， 加速度与质质量成反比”的实验过实验过 程，以下做法中正确 的是 ( ) 答案：B 2(2011浙江高考)在“探究加速度与力、质质量的关系”实验实验 时时，已提供了小车车，一端附有定滑轮轮的长长木板、纸带纸带 、 带带小盘盘的细线细线 、刻度尺、天平、导线导线 。为为了完成实验实验 ， 还须还须 从图实图实 44中选选取实验实验 器材，其名称是 _ (漏选选或全选选得零分)；并分别别写出所选选器材的作用_ _。 图实图实 44 解析：该实验为该实验为 了使盘盘和盘盘中砝码码的重力近似等于绳绳子 对对小车车的拉力，应应保证盘证盘 和盘盘中砝码码的总质总质 量远远小于小 车车的质质量，所以要选选用砝码码；为为了改变变小车车的质质量，要 选钩码选钩码 ；对对于打点计时计时 器的选择选择 ，若选选用电电磁打点计时计时 器则还则还 要选择选择 学生电电源，以便提供低压压交流电压电压 ，若选选 用电电火花打点计时计时 器，则则不要学生电电源。 答案：学生电电源、电电磁打点计时计时 器、钩码钩码 、砝码码或电电火 花计时计时 器、钩码钩码 、砝码码 学生电电源为电为电 磁打点计时计时 器提 供交流电电源；电电磁打点计时计时 器(电电火花计时计时 器)记录记录 小车车 运动动的位置和时间时间 ；钩码钩码 用以改变变小车车的质质量；砝码码用 以改变变小车车受到拉力的大小，还还可用于测测量小车质车质 量。 数据处处理与误误差分析 例2 (2012深圳模拟拟)某组组同学设计设计 了“探究加速度 a与物体所受合力F及质质量m的关系”实验实验 。图实图实 45甲 为实验为实验 装置简图简图 ，A为为小车车，B为电为电 火花计时计时 器，C为为 装有细细砂的小桶，D为为一端带带有定滑轮轮的长长方形木板， 实验实验 中认为细绳对认为细绳对 小车车拉力F等于细细砂和小桶的总总重量 ，小车车运动动的加速度a可用纸带纸带 上打出的点求得。 (1)图实图实 45乙为为某次实验实验 得到的纸带纸带 ，已知实验实验 所用电电源的频频率为为50 Hz。根据纸带纸带 可求出电电火花计时计时 器打B点时时的速度为为_m/s，小车车的加速度大小为为 _m/s2。(结结果均保留两位有效数字) 图实图实 45 (2)在“探究加速度a与质质量m的关系”时时，某同学按照 自己的方案将实验实验 数据都在坐标标系中进进行了标标注，但尚 未完成图图象(如图实图实 46甲所示)。请继续请继续 帮助该该同学 作出坐标标系中的图图象。 (3)在“探究加速度a与合力F的关系”时时，该该同学根据 实验实验 数据作出了加速度a与合力F的图线图线 如图实图实 46乙 ，该图线该图线 不通过过坐标标原点，试试分析图线图线 不通过过坐标标原点 的原因。 答：_。 甲 图实图实 46 (2)将坐标标系中各点连连成一条直线线，连线时应连线时应 使直线过线过 尽 可能多的点，不在直线线上的点应应大致对对称分布在直线线的两侧侧 ，离直线较远线较远 的点应视为错误应视为错误 数据，不予考虑虑，连线连线 如图图 所示： 图实图实 47 (3)图线图线 与横轴轴有截距，说说明实验实验 前没有平衡摩擦力或平 衡摩擦力不够够。 答案 (1)1.6 3.2 (2)见见解析 (3)实验实验 前没有平衡摩擦 力或平衡摩擦力不够够 题组演练 3(2013潍坊月考)在探究加速度与力、质质量的关系活动动 中，某小组设计组设计 了如图实图实 48所示的实验实验 装置。 图图 中上下两层层水平轨轨道表面光滑，两小车车前端系上细细 线线，细线细线 跨过过滑轮轮并挂上砝码盘码盘 ，两小车车尾部细线细线 连连 到控制装置上，实验时实验时 通过过控制装置使两小车车同时时开 始运动动，然后同时时停止。 图实图实 48 (1)在安装实验实验 装置时时，应调应调 整滑轮轮的高度，使_ ；在实验时实验时 ，为为减小系统误统误 差，应应使砝码盘码盘 和砝码码的 总质总质 量_小车车的质质量(选选填“远远大于”“远远小于”“等 于”)。 (2)本实验实验 通过过比较较两小车车的位移来比较较小车车加速度的大 小，能这样这样 比较较，是因为为_。 (3)实验实验 中获获得数据如下表所示： 小车车、的质质量均为为200 g。 实验实验 次数小车车拉力F/N位移x/cm 1 0.1 0.246.51 2 0.229.04 0.343.63 3 0.341.16 0.444.80 4 0.436.43 0.545.56 在第1次实验实验 中小车车从A点运动动到B点的位移如图实图实 4 9所示，请请将测测量结结果填到表中空格处处。通过过分析，可 知表中第_次实验实验 数据存在明显错误显错误 ，应应舍弃。 图实图实 49 答案：(1)细线细线 与轨轨道平行(或水平) 远远小于 (2)两小车车从静止开始做匀加速直线线运动动，且两小车车的运 动时间动时间 相等 (3)23.36(23.3423.38均对对) 3 4(2012日照期末)如图实图实 410甲所示为为“探究加速 度与物体质质量、物体受力的关系”的实验实验 装置。 图实图实 410 (1)在实验过实验过 程中，打出了一条纸带纸带 如图图乙所示，计时计时 器打点 的时间间时间间 隔为为0.02 s。从比较较清晰的点起，每两测测量点间还间还 有4 个点未画出，量出相邻测邻测 量点之间间的距离如图图乙所示，该该小车车 的加速度小小a_m/s2(结结果保留两位有效数字)。 (2)根据实验实验 收集的数据作出的aF图线图线 如图图丙所示，请请写出 一条对对提高本实验结实验结 果准确程度有益的建议议：_ 。 解析：(1)由xaT2得x0.16 cm1.6103 m。 T50.02 s0.1 s，可求得：a0.16 m/s2 (2)由图图中数据可以看出，实验实验 中没有平衡小车车的摩擦力，实验实验 前应应先平衡小车车的摩擦力。 答案：(1)0.16 (2)实验实验 前要平衡小车车的摩擦力 实验实验 的改进进与创创新 例3 (2012湖北黄冈期末)某同学 设计设计 了如图实图实 411所示的装置来探 究加速度与力的关系。弹弹簧秤固定在 一合适的木块块上，桌面的右边缘边缘 固定 一个光滑的定滑轮轮，细绳细绳 的两端分别别与弹弹簧秤的挂钩钩和矿矿 泉水瓶连连接。在桌面上画出两条平行线线P、Q，并测测出间间距d 。开始时时将木块块置于P处处，现缓现缓 慢向瓶中加水，直到木块块 刚刚刚刚 开始运动为动为 止，记记下弹弹簧秤的示数F0，以此表示滑动动 摩擦力的大小。再将木块块放回原处处并按住，继续继续 向瓶中加 水后，记记下弹弹簧秤的示数F，然后释释放木块块，并用秒表记记下 木块块从P运动动到Q处处的时间时间 t。 图实图实 411 (1)木块块的加速度可以用d和t表示为为a_。 (2)改变变瓶中水的质质量重复实验实验 ，确定加速度a与弹弹簧 秤示数F的关系。图实图实 412中能表示该该同学实验结实验结 果 的是_。 图实图实 412 (3)用加水的方法改变变拉力的大小与挂钩码钩码 的方法相比 ，它的优优点是_。 A可以改变变滑动动摩擦力的大小 B可以更方便地获获取更多组实验组实验 数据 C可以更精确地测测出摩擦力的大小 D可以获获得更大的加速度以提高实验实验 精度 一、本题创题创 新点分析 1.源于教材本例中的实验实验 目的及实验实验 中用到的 器材：一端带带滑轮轮的长长木板、滑块块，与课课本实验实验 是相同 的，利用aF图图象处处理实验实验 数据的方法也是相同的。 2.高于教材本例中没有平衡摩擦力，而是用缓缓慢 向瓶中加水的办办法比较较准确地测测出木块块的滑动动摩擦力大 小和细绳细绳 拉力大小，实验实验 数据处处理时时，不是作木块块加速 度a与合力的关系图线图线 ，而是作出的木块块加速度a与细绳细绳 拉力F的关系图线图线 。 二、本实验还实验还 可以从以下方面进进行改进创进创 新 (一)实验实验 目的创创新 如果要测测量木块块与木板间间的动动摩擦因数，实验应实验应 如何 操作？ 提示：长长木板水平放置，木块块与钩码间钩码间 的细绳长细绳长 些， 测测出钩码钩码 落地后，木块块前进过进过 程中做匀减速运动动的加速度 ，由ag可得出的大小。 (二)实验实验 器材的创创新 1.用气垫导轨垫导轨 代替长长木板，实验应实验应 如何操作？ 提示：将气垫导轨调垫导轨调 成水平，不用再平衡摩擦力了， 其他操作不变变。 2.如果提供光电门电门 (两个)该实验应该实验应 如何操作？ 题组演练 5在用DIS研究小车车加速度与外力的关系时时，某实验实验 小 组组采用如图实图实 413甲所示的实验实验 装置。重物通过过 滑轮轮用细线细线 拉小车车，位移传传感器(发发射器)随小车车一起 沿倾倾斜轨轨道运动动，位移传传感器(接收器)固定在轨轨道一 端。实验实验 中把重物的重力作为为拉力F，改变变重物重力 重复实验实验 四次，列表记录记录 四组组数据。 图实图实 413 a/ms22.012.984.026.00 F/N1.002.003.005.00 (1)实验实验 中使用位移传传感器和计计算机，可以便捷地获获取 信息和处处理信息，所获获取的信息是 _。 图实图实 414 (2)在如图实图实 414坐标纸标纸 上作出小车车加速度a和拉力F 的关系图线图线 。 (3)从所得图线图线 分析该实验该实验 小组组在操作过过程中的不当之处处 是：_。 (4)如果实验时实验时 ，在小车车和重物之间间接一个不计质计质 量的微 型力传传感器，如图实图实 415乙所示。并以力传传感器示数 表示拉力F，从理论论上分析，该实验图线该实验图线 的斜率将 _。(填“变变大”、“变变小”或“不变变”) 解析：作出图线图线 是一条直线线，但没有通过过坐标标原点，有 纵纵截距，说说明不