创新设计高考物理大一轮复习 实验四 验证牛顿运动定律课件 新人教版.ppt

实验四验证牛顿运动定律 注意事项1 实验方法 控制变量法 2 平衡摩擦力 不悬挂小盘 但小车连着纸带3 不重复 不重复平衡摩擦力 4 实验条件 m m 小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力 5 一先一后一按住 先接通电源 后放小车 且在小车到达滑轮前按住小车 6 作图 作图时两轴标度比例要适当 各量须采用国际单位 误差分析1 因实验原理不完善引起的误差 本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力 而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力 2 摩擦力平衡不准确 质量测量不准确 计数点间距测量不准确 纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差 热点一实验原理与基本操作 例1 图1为 验证牛顿第二定律 的实验装置示意图 砂和砂桶的总质量为m 小车和砝码的总质量为m 实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小 图1 1 实验中 为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力 先调节长木板一端滑轮的高度 使细线与长木板平行 接下来还需要进行的一项操作是 填正确答案标号 a 将长木板水平放置 让小车连着已经穿过打点计时器的纸带 给打点计时器通电 调节m的大小 使小车在砂和砂桶的牵引下运动 从打出的纸带判断小车是否做匀速运动b 将长木板的一端垫起适当的高度 让小车连着已经穿过打点计时器的纸带 撤去砂和砂桶 给打点计时器通电 轻推小车 从打出的纸带判断小车是否做匀速运动c 将长木板的一端垫起适当的高度 撤去纸带以及砂和砂桶 轻推小车 观察判断小车是否做匀速运动 2 实验中要进行质量m和m的选取 以下最合理的一组是 填正确答案标号 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 120g 3 图2是实验中得到的一条纸带 a b c d e f g为7个相邻的计数点 相邻的两个计数点之间还有四个点未画出 量出相邻的计数点之间的距离分别为 xab 4 22cm xbc 4 65cm xcd 5 08cm xde 5 49cm xef 5 91cm xfg 6 34cm 已知打点计时器的工作频率为50hz 则小车的加速度a m s2 结果保留二位有效数字 图2 解析 1 小车在运动过程中受到重力 支持力 纸带的拉力 木板对小车的摩擦力和细线拉力的作用 为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合力 应把木板的一端垫起适当的高度 以使重力 支持力 纸带的拉力和摩擦力的合力为零 即小车做匀速运动 因此在进行这一操作时 不应挂砂桶 小车应连接纸带 a c项错误 b项正确 2 由于细线的拉力不易测量 本实验中用砂和砂桶的总重力来代替细线的拉力 而砂桶做加速运动 设加速度大小为a 则ft m g a 当砂桶的加速度很小时 ft近似等于mg 因此实验中应控制实验条件 使砂桶的加速度很小 只有当小车的质量远大于砂和砂桶的总质量时 小车和砂桶的加速度才很小 细线的拉力才近似等于砂和砂桶的总重力 c项正确 答案 1 b 2 c 3 0 42 热点二数据处理及误差分析 例2 某组同学设计了 探究加速度a与物体所受合力f及质量m的关系 实验 图3甲为实验装置简图 a为小车 b为电火花计时器 c为装有细砂的小桶 d为一端带有定滑轮的长方形木板 实验中认为细绳对小车的拉力f等于细砂和小桶的总重力 小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得 图3 1 图乙为某次实验得到的纸带 已知实验所用电源的频率为50hz 根据纸带可求出电火花计时器打b点时的速度为 m s 小车的加速度大小为 m s2 结果均保留两位有效数字 2 在 探究加速度a与质量m的关系 时 某同学按照自己的方案将实验数据在坐标系中进行了标注 但尚未完成图象 如图4所示 请继续帮助该同学作出坐标系中的图象 3 在 探究加速度a与合力f的关系 时 该同学根据实验数据作出了加速度a与合力f的图线如图5 该图线不通过坐标原点 试分析图线不通过坐标原点的原因 答 2 将坐标系中各点连成一条直线 连线时应使直线过尽可能多的点 不在直线上的点应大致对称地分布在直线的两侧 离直线较远的点应视为错误数据 不予考虑 连线如图所示 3 图线与横轴有截距 说明实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 答案 1 1 63 2 2 见解析 3 实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 热点三实验的改进与创新以本实验为背景 通过改变实验条件 实验仪器设置题目 不脱离教材而又不拘泥教材 体现开放性 探究性等特点 1 实验器材的改进 3 实验的拓展延伸以 验证牛顿运动定律 为背景测量物块与木板间的动摩擦因数 例3 某同学做 探究加速度与力 质量关系 的实验 如图6甲所示是该同学探究小车加速度与力的关系的实验装置 他将光电门固定在水平轨道上的b点 用不同重物通过细线拉同一小车 每次小车都从同一位置a由静止释放 图6 1 实验中可近似认为细线对小车的拉力与重物重力大小相等 则重物的质量m与小车的质量m间应满足的关系为 2 若用游标卡尺测出光电门遮光条的宽度d如图6乙所示 则d cm 实验时将小车从图示位置由静止释放 由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间 t 则小车经过光电门时的速度为 用字母表示 3 测出多组重物的质量m和对应遮光条通过光电门的时间 t 并算出相应小车经过光电门时的速度v 通过描点作出v2 m线性图象 如图7所示 从图线得到的结论是 在小车质量一定时 图7 4 某同学作出的v2 m线性图象不通过坐标原点 挂某一质量钩码时加速度仍为零 那么开始实验前他应采取的做法是 a 将不带滑轮的木板一端适当垫高 使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动b 将不带滑轮的木板一端适当垫高 使小车在钩码拉动下恰好做匀加速运动c 将不带滑轮的木板一端适当垫高 在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动d 将不带滑轮的木板一端适当垫高 在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀加速运动 解析 1 该实验的研究对象是小车 采用控制变量法研究 当质量一定时 研究小车的加速度和小车所受合力的关系 为消除摩擦力对实验的影响 可以把木板的右端适当垫高 以使小车的重力沿斜面分力和摩擦力抵消 那么小车的合力就是细线的拉力 根据牛顿第二定律得 对m mg f拉 ma对m f拉 ma 1 2016 武汉华师一附中模拟 为了探究加速度与力 质量的关系 甲 乙 丙三位同学分别设计了如图8所示的实验装置 小车总质量用m表示 乙图中m包括小车与传感器 丙图中m包括小车和与小车固连的滑轮 钩码总质量用m表示 图8 1 为便于测量合外力的大小 并得到小车总质量一定时 小车的加速度与所受合外力成正比的结论 下列说法正确的是 a 三组实验中只有甲需要平衡摩擦力b 三组实验都需要平衡摩擦力c 三组实验中只有甲需要满足所挂钩码的总质量m远小于小车的总质量m的条件d 三组实验都需要满足所挂钩码的总质量m远小于小车的总质量m的条件 答案 1 bc 2 1 25 4 2 2016 全国卷 23 某物理课外小组利用图9中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系 图中 置于实验台上的长木板水平放置 其右端固定一轻滑轮 轻绳跨过滑轮 一端与放在木板上的小滑车相连 另一端可悬挂钩码 本实验中可用的钩码共有n 5个 每个质量均为0 010kg 实验步骤如下 图9 1 将5个钩码全部放入小车中 在长木板左下方垫上适当厚度的小物块 使小车 和钩码 可以在木板上匀速下滑 2 将n 依次取n 1 2 3 4 5 个钩码挂在轻绳右端 其余n n个钩码仍留在小车内 用手按住小车并使轻绳与木板平行 释放小车 同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s 绘制s t图象 经数据处理后可得到相应的加速度a 3 对应于不同的n的a值见下表 n 2时的s t图象如图10所示 由图10求出此时小车的加速度 保留2位有效数字 将结果填入下表 图10 4 利用表中的数据在图11中补齐数据点 并作出a n图象 从图象可以看出 当物体质量一定时 物体的加速度与其所受的合外力成正比