高考物理一轮复习-实验四-验证牛顿运动定律随堂课件讲解

1、实验四验证牛顿运动定律实验四验证牛顿运动定律12021/2/622021/2/6注意事项注意事项1实验方法实验方法:控控制变量法。制变量法。2平衡摩擦力平衡摩擦力:在在平衡摩擦力时平衡摩擦力时,不要悬挂小盘不要悬挂小盘,但小车应但小车应连着纸带且接通电源。用手给小车一个初速度连着纸带且接通电源。用手给小车一个初速度,如果在纸如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的带上打出的点的间隔是均匀的,表明小车受到的阻力跟它表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。的重力沿斜面向下的分力平衡。3不重复平衡摩擦力不重复平衡摩擦力:平平衡了摩擦力后衡了摩擦力后,不管以后是改变不管以后是改变小盘和砝码的总质量

2、还是改变小车和砝码的总质量小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量,都不都不需要重新平衡摩擦力。需要重新平衡摩擦力。32021/2/64实验条件实验条件:Mm只只有如此有如此,小盘和砝码的总重力才可视小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。为小车受到的拉力。5一先一后一按住一先一后一按住:改改变拉力和小车质量后变拉力和小车质量后,每次开始时每次开始时小车应尽量靠近打点计时器小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源并应先接通电源,后放开小车后放开小车,且应在小车到达滑轮前按住小车。且应在小车到达滑轮前按住小车。6作图作图:作作图时两轴标度比例要适当图时两轴标度比例要适当,各量须采用国际单各

3、量须采用国际单位位,这样作图线时这样作图线时,坐标点间距不至于过密坐标点间距不至于过密,误差会小些。误差会小些。42021/2/6误差分析误差分析1因因实验原理不完善引起的误差实验原理不完善引起的误差:本实验用小盘和砝码本实验用小盘和砝码的总重力的总重力mg代替小车的拉力代替小车的拉力,而实际上小车所受的拉力要而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。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。量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。52021/2/6热点

4、一实验原理与基本操作热点一实验原理与基本操作【例例1】图图1为为“ “验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律” ”的实验装置示意图。的实验装置示意图。砂和砂桶的总质量为砂和砂桶的总质量为m,小车和砝码的总质量为小车和砝码的总质量为M。实验中。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。用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。图图162021/2/6 (1)实验中实验中,为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力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先调节长木板一端滑轮的高度,使细线与长木板平行。接下使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是来还

5、需要进行的一项操作是_(填正确答案标号填正确答案标号)。 A将长木板水平放置将长木板水平放置,让小车连着已经穿过打点计时器的纸让小车连着已经穿过打点计时器的纸带带,给打点计时器通电给打点计时器通电,调节调节m的大小的大小,使小车在砂和砂桶的牵使小车在砂和砂桶的牵引下运动引下运动,从打出的纸带判断小车是否做匀速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将长木板的一端垫起适当的高度,让小车连着已经穿过打让小车连着已经穿过打点计时器的纸带点计时器的纸带,撤去砂和砂桶撤去砂和砂桶,给打点计时器通电给打点计时器通电,轻推小车轻推小车,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动从打出的

6、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将长木板的一端垫起适当的高度,撤去纸带以及砂和砂桶撤去纸带以及砂和砂桶,轻推小车轻推小车,观察判断小车是否做匀速运动观察判断小车是否做匀速运动72021/2/6 (2)实验中要进行质量实验中要进行质量m和和M的选取的选取,以下最合理的一组是以下最合理的一组是_(填正确答案标号填正确答案标号)。 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 DM40

7、0 g,m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g82021/2/6 (3)图图2是实验中得到的一条纸带是实验中得到的一条纸带,A、B、C、D、E、F、G为为7个相邻的计数点个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有四个点未画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出。量出相邻的计数点之间的距离分别为:xAB4.22 cm、xBC4.65 cm、xCD5.08 cm、xDE5.49 cm,xEF5.91 cm,xFG6.34 cm。已知打点计时器的工作频率为。已知打点计时器的工作频率为50 Hz,则则小车的加速度小车的加速度a_m/s2。(结果

8、保留二位有效数字结果保留二位有效数字)。图图292021/2/6 解析解析(1)小车在运动过程中受到重力、支持力、纸带的拉力、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的拉力等于小车所受的合力,因此应把木板的一端垫起适当的因此应把木板的一端垫起适当的高度高度,以使重力、支持力、纸带的拉力和摩擦力的合力为零以使重力、支持力、纸带的拉力和摩擦力的合力为零,即小车做匀速运动即小车做匀速运动,因此在进行这一操作时因此在进行这一操作时,不应挂砂桶不应挂砂桶,小车小车应连接纸

9、带应连接纸带,A、C项错误项错误;B项正确。项正确。 (2)由于绳子的拉力不易测量由于绳子的拉力不易测量,本实验中用砂和砂桶的总重力本实验中用砂和砂桶的总重力来代替绳的拉力来代替绳的拉力,而砂桶做加速运动而砂桶做加速运动,设加速度大小为设加速度大小为a,则则FTm(ga),当砂桶的加速度很小时当砂桶的加速度很小时,FT近似等于近似等于mg,因此实验中因此实验中应控制实验条件应控制实验条件,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大于砂和砂桶的总质量时,小车和砂桶的加速度才很小小车和砂桶的加速度才很小,绳的绳的拉力才近似等于砂和砂桶的总重

10、力。拉力才近似等于砂和砂桶的总重力。C项正确。项正确。102021/2/6答案答案(1)B(2)C(3)0.42112021/2/6【变式训练变式训练】1如如图图3所示所示,为某同学安装的为某同学安装的“验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律”的的实验装置实验装置,在小车的前端固定一个传感器在小车的前端固定一个传感器,和砂桶连接的细和砂桶连接的细线接在传感器上线接在传感器上,通过传感器可显示出细线的拉力。在图通过传感器可显示出细线的拉力。在图示状态下开始做实验。示状态下开始做实验。图图3122021/2/6 (1)从图上可以看出从图上可以看出,该同学在装置和操作中的主要错误是该同学在装置和操作中的主

11、要错误是_。 (2)若砂和砂桶的质量为若砂和砂桶的质量为m,小车和传感器的总重量为小车和传感器的总重量为M,做做好此实验好此实验_(填填“需要需要”或或“不需要不需要”)Mm的的条件。条件。 解析解析(2)不加传感器时将砂和砂桶的重力作为细线的拉力不加传感器时将砂和砂桶的重力作为细线的拉力,而接了传感器后细线的拉力可以直接读出。而接了传感器后细线的拉力可以直接读出。 答案答案(1)未未平衡摩擦力平衡摩擦力;细线与木板不平行细线与木板不平行;开始实验时开始实验时,小小车离打点计时器太远车离打点计时器太远(2)不需要不需要132021/2/6热点二实验数据处理与误差分析热点二实验数据处理与误差分析

12、【例例2】(2014新课标全国卷新课标全国卷,22)某某同学利用图同学利用图4(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与与钩码的质量钩码的质量m的对应关系图的对应关系图,如图如图(b)所示。实验中小车所示。实验中小车(含发射器含发射器)的质量为的质量为200 g,实验时选择了不可伸长的轻质实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮细绳和轻定滑轮,小车的加速度由位移传感器及与之相连小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。回答下列问题的计算机得到。回答下列问题:142021/2/6图图4152021/2/6 (1)根据该同学的结果根据该

13、同学的结果,小车的加速度与钩码的质量成小车的加速度与钩码的质量成 _(填填“线性线性”或或“非线性非线性”)关系。关系。 (2)由图由图(b)可知可知,am图线不经过原点图线不经过原点,可能的原因是可能的原因是_。 (3)若利用本实验装置来验证若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下在小车质量不变的情况下,小车的加速度与作用力成正比小车的加速度与作用力成正比”的结论的结论,并直接以钩码所并直接以钩码所受重力受重力mg作为小车受到的合外力作为小车受到的合外力,则实验中应采取的改进则实验中应采取的改进措施是措施是_, 钩码的质量应满足的条件是钩码的质量应满足的条件是_。162021/2/6

14、解析解析(1)把图把图(b)中的点用平滑线连接后中的点用平滑线连接后,可以看出可以看出,am图线是曲线即非线性。图线是曲线即非线性。 (2)由图象可知由图象可知,当拉力一定时当拉力一定时,加速度不等加速度不等0,所以除拉力外所以除拉力外小车还受到摩擦力的作用。小车还受到摩擦力的作用。 (3)改进要求改进要求:第一图线不过原点第一图线不过原点,要平衡摩擦力要平衡摩擦力,所以调整轨所以调整轨道的倾斜度道的倾斜度;第二第二,要使小车受到合外力等于钩码的重力要使小车受到合外力等于钩码的重力,要要求钩码质量不能太大求钩码质量不能太大,即远小于小车的质量。即远小于小车的质量。 答案答案(1)非非线性线性(

15、2)存在摩擦力存在摩擦力(3)调整轨道倾斜度以调整轨道倾斜度以平衡摩擦力远小于小车质量平衡摩擦力远小于小车质量172021/2/6【变式训练变式训练】2在在探究小车的加速度探究小车的加速度a与小车质量与小车质量M和和小车受到的外力小车受到的外力F的关系时的关系时,(1)探究加速度和力的关系的实验数据探究加速度和力的关系的实验数据描绘出的描绘出的aF图象如图图象如图5所示所示,下列下列说法正确的是说法正确的是_(填正确答案标号填正确答案标号)。A三条倾斜的直线所对应的小车的质量相等三条倾斜的直线所对应的小车的质量相等B三条倾斜的直线所对应的小车的质量不同三条倾斜的直线所对应的小车的质量不同C直线

16、直线1所对应的小车的质量最大所对应的小车的质量最大D直线直线3所对应的小车的质量最大所对应的小车的质量最大图图5182021/2/6 (2)由于没有始终满足小车的质量由于没有始终满足小车的质量M远大于钩码的质量远大于钩码的质量m的的关系关系,结果得到的图象应是下图中的结果得到的图象应是下图中的_(填正确答案填正确答案标号标号)。192021/2/6答案答案(1)BD(2)D202021/2/6视角视角2数据处理方法的改进数据处理方法的改进小车的加速度可以利用传感器小车的加速度可以利用传感器,借助于计算机来处理借助于计算机来处理视角视角3实验方案的改进实验方案的改进(1)用气垫导轨和两个光电门来

17、完成此实验用气垫导轨和两个光电门来完成此实验(2)实验方法的改进实验方法的改进视角视角4以本实验为背景以本实验为背景,结合牛顿第二定律结合牛顿第二定律,测量两接触面测量两接触面间的动摩擦因数间的动摩擦因数212021/2/6【例例3】某某同学用图同学用图6所示的装置来验证加速度和质量所示的装置来验证加速度和质量成反比。在自制的双层架子上固定平板玻璃成反比。在自制的双层架子上固定平板玻璃,架子放在水架子放在水平桌面上。连接小车的细绳跨过定滑轮与小桶相连。实平桌面上。连接小车的细绳跨过定滑轮与小桶相连。实验步骤如下验步骤如下:图图6222021/2/6 在两个小桶中装入适量细沙在两个小桶中装入适量

18、细沙,并使两桶质量并使两桶质量(含沙子含沙子)相同相同; 两车紧靠架子左边的挡板两车紧靠架子左边的挡板,在乙车上放一个砝码在乙车上放一个砝码,同时释同时释放两车放两车,当车运动一段时间后当车运动一段时间后,用手机对整个装置进行拍照。用手机对整个装置进行拍照。在照片上在照片上,通过装置上的刻度尺通过装置上的刻度尺,测出甲、乙两车运动的距测出甲、乙两车运动的距离离x1、x2; 在乙车上逐渐增加砝码个数在乙车上逐渐增加砝码个数,重复步骤重复步骤。232021/2/6答案答案(1)反反比比(2)平衡摩擦力乙平衡摩擦力乙(3)甲车甲车242021/2/6【变式训练变式训练】3如如图图7甲所示是某同学探究

19、加速度与力的关系的实验甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门B,在滑块上固在滑块上固定一遮光条定一遮光条,滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连传感器相连(力传感器可测得细线上的拉力大小力传感器可测得细线上的拉力大小),力传感力传感器下方悬挂钩码器下方悬挂钩码,每次滑块都从每次滑块都从A处由静止释放。处由静止释放。252021/2/6 (1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d,如图乙所示如图乙所示,则则 d_mm。图图7262021/2/6 (2)下列不必要的一项实验要求是下列不必要的一项实验要求是_(填正确答案标填正确答案标号号)。 A应使应使A位置与光电门间的距离适当大些位置与光电门间的距离适当大些 B应将气垫导轨调节水平应将气垫导轨调节水平 C应使细线与气垫导轨平行应使细线与气垫导轨平行 D应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量 (3)实验时实验时,将滑块从将滑块从A位置由静止释放位置由静止释放,由数字计时器读出由数字计时器读出遮光条通过光电门遮光条通过光电门B的时间的时间t,若要得到滑块的加速度若要得