届高三物理大一轮复习实验四验证牛顿运动定律

届高三物理大一轮复习实验四验证牛顿运动定律第1页/共40页注意事项1．实验方法：控制变量法．2．平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要悬挂小盘，但小车应连着纸带且接通电源．用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡．3．不重复平衡摩擦力：平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力．第2页/共40页4．实验条件：M≫m只有如此，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：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后放开小车，且应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．这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些．第3页/共40页误差分析第4页/共40页

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．小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，由此引起的误差就越小．因此，满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量的目的就是减小因实验原理不完善而引起的误差．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．第5页/共40页热点一实验原理与操作【典例1】

(2012·安徽高考21·Ⅰ)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第6页/共40页(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 (

)．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第7页/共40页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第8页/共40页(2)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是 (

)．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第9页/共40页(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

第10页/共40页解析(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，因此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．第11页/共40页(2)由于绳子的拉力不易测量，本实验中用砂和砂桶的总重力来代替绳的拉力，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，绳的拉力才近似等于砂和砂桶的总重力．C项正确．第12页/共40页答案(1)B

(2)C

(3)0.42第13页/共40页【跟踪短训】1．如图3所示，为某同学安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置，在小车的前端固定一个传感器，和砂桶连接的细线接在传感器上，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．图3第14页/共40页(1)从图上可以看出，该同学在装置和操作中的主要错误是___________________________________________.(2)若砂和砂桶的质量为m，小车和传感器的总重量为M，做好此实验________(填“需要”或“不需要”)M≫m的条件．解析(2)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．答案(1)未平衡摩擦力；细线与木板不平行；开始实验时，小车离打点计时器太远(2)不需要第15页/共40页热点二实验数据处理与误差分析【典例2】

某实验小组在实验室探究加速度和力、质量的关系．

(1)甲同学在小车所受合外力不变时，改变小车的质量，得到数据如下表所示：第16页/共40页第17页/共40页(2)乙同学在保持小车质量不变的情况下，通过多次改变对小车的拉力，由实验数据作出的a－F图象如图乙所示，图线不过原点的原因是________，小车的质量为________kg.(保留两位有效数字)图4第18页/共40页第19页/共40页第20页/共40页【跟踪短训】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5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拉力F等于细砂和小桶的总重量，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得．第21页/共40页(1)图5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)图5

第22页/共40页(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都在坐标系中进行了标注，但尚未完成图象(如图6甲所示)．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6乙所示，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：_______________________________________.第23页/共40页图6第24页/共40页第25页/共40页(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)1.6

3.2

(2)见解析(3)实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够第26页/共40页第27页/共40页第28页/共40页【典例3】

(2013·新课标全国卷Ⅰ，22)图7为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图．实验步骤如下：图7第29页/共40页第30页/共40页回答下列问题：(1)测量d时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1mm)的示数如图8所示，其读数为________cm.图8第31页/共40页第32页/共40页第33页/共40页【探究跟踪】如图9所示是某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9第34页/共40页(1)若用10分度的游标卡尺测出遮光条的宽度d，如图10所示，则宽度为________mm，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Δt，则小车经过光电门时的速度为v＝________(用字母表示)．图10第35页/共40页第36页/共40页(3)有一位同学通过实验测量作出的图线如图11所示，试分析图11①图线不通过坐标原点的原因是