高考物理复习实验4验证牛顿运动定律

试验四验证牛顿运动定律1/372/37注意事项1．试验方法：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．试验条件：M≫m。小盘和砝码总重力才可视为小车受到拉力。5．一先一后一按住：先接通电源，后放小车，且在小车抵达滑轮前按住小车。6．作图：作图时两轴标度百分比要适当，各量须采取国际单位。3/37误差分析1．因试验原理不完善引发误差：本试验用小盘和砝码总重力mg代替小车拉力，而实际上小车所受拉力要小于小盘和砝码总重力。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发误差。4/37热点一试验原理与基本操作【例1】图1为“验证牛顿第二定律”试验装置示意图。砂和砂桶总质量为m，小车和砝码总质量为M。试验中用砂和砂桶总重力大小作为细线对小车拉力大小。图15/37(1)试验中，为了使细线对小车拉力等于小车所受合外力，先调整长木板一端滑轮高度，使细线与长木板平行。接下来还需要进行一项操作是__________(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纸带，给打点计时器通电，调整m大小，使小车在砂和砂桶牵引下运动，从打出纸带判断小车是否做匀速运动B．将长木板一端垫起适当高度，让小车连着已经穿过打点计时器纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出纸带判断小车是否做匀速运动C．将长木板一端垫起适当高度，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6/37(2)试验中要进行质量m和M选取，以下最合理一组是__________(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、120g7/37(3)图2是试验中得到一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻计数点，相邻两个计数点之间还有四个点未画出。量出相邻计数点之间距离分别为：sAB＝4.22cm、sBC＝4.65cm、sCD＝5.08cm、sDE＝5.49cm、sEF＝5.91cm，sFG＝6.34cm。已知打点计时器工作频率为50Hz，则小车加速度a＝________m/s2。(结果保留二位有效数字)图28/37解析(1)小车在运动过程中受到重力、支持力、纸带拉力、木板对小车摩擦力和细线拉力作用。为了使细线对小车拉力等于小车所受协力，应把木板一端垫起适当高度，以使重力、支持力、纸带拉力和摩擦力协力为零，即小车做匀速运动，所以在进行这一操作时，不应挂砂桶，小车应连接纸带，A、C项错误，B项正确。(2)因为细线拉力不易测量，本试验中用砂和砂桶总重力来代替细线拉力，而砂桶做加速运动，设加速度大小为a，则T＝m(g－a)，当砂桶加速度很小时，T近似等于mg，所以试验中应控制试验条件，使砂桶加速度很小。只有当小车质量远大于砂和砂桶总质量时，小车和砂桶加速度才很小，细线拉力才近似等于砂和砂桶总重力。C项正确。9/37答案(1)B

(2)C

(3)0.4210/37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与物体所受协力F及质量m关系”试验。图3甲为试验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有细砂小桶，D为一端带有定滑轮长方形木板，试验中认为细绳对小车拉力F等于细砂和小桶总重力，小车运动加速度a可用纸带上打出点求得。11/37图312/37(1)图乙为某次试验得到纸带，已知试验所用电源频率为50Hz。依据纸带可求出电火花计时器打B点时速度为__________m/s，小车加速度大小为__________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关系”时，某同学按照自己方案将试验数据在坐标系中进行了标注，但还未完成图象(如图4所表示)。请继续帮助该同学作出坐标系中图象。13/3714/37(3)在“探究加速度a与协力F关系”时，该同学依据试验数据作出了加速度a与协力F图线如图5，该图线不经过坐标原点，试分析图线不经过坐标原点原因。答：__________________________________________________________________________________________________________。15/3716/37(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点，不在直线上点应大致对称地分布在直线两侧，离直线较远点应视为错误数据，不予考虑，连线如图所表示：17/37(3)图线与横轴有截距，说明试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)看法析(3)试验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够

18/37热点三试验改进与创新以本试验为背景，经过改变试验条件、试验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，表达开放性、探究性等特点。1．试验器材改进19/373．试验拓展延伸

以“验证牛顿运动定律”为背景测量物块与木板间动摩擦因数。20/37【例3】某同学做“探究加速度与力、质量关系”试验。如图6甲所表示是该同学探究小车加速度与力关系试验装置，他将光电门固定在水平轨道上B点，用不一样重物经过细线拉同一小车，每次小车都从同一位置A由静止释放。图621/37(1)试验中可近似认为细线对小车拉力与重物重力大小相等，则重物质量m与小车质量M间应满足关系为__________。(2)若用游标卡尺测出光电门遮光条宽度d如图6乙所表示，则d＝__________cm；试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经过光电门时间Δt，则小车经过光电门时速度为__________(用字母表示)。22/37(3)测出多组重物质量m和对应遮光条经过光电门时间Δt，并算出对应小车经过光电门时速度v，经过描点作出v2－m线性图象(如图7所表示)，从图线得到结论是：在小车质量一定时，__________。图723/37(4)某同学作出v2－m线性图象不经过坐标原点，挂某一质量钩码时加速度仍为零，那么开始试验前他应采取做法是__________。A．将不带滑轮木板一端适当垫高，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．将不带滑轮木板一端适当垫高，在不挂钩码情况下使小车恰好做匀速运动D．将不带滑轮木板一端适当垫高，在不挂钩码情况下使小车恰好做匀加速运动24/37解析(1)该试验研究对象是小车，采取控制变量法研究。当质量一定时，研究小车加速度和小车所受协力关系。为消除摩擦力对试验影响，能够把木板右端适当垫高，以使小车重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小车协力就是细线拉力。依据牛顿第二定律得：对m：mg－T＝ma对M：T＝Ma25/3726/3727/371．(·武汉华师一附中模拟)为了探究加速度与力、质量关系，甲、乙、丙三位同学分别设计了如图8所表示试验装置，小车总质量用M表示(乙图中M包含小车与传感器，丙图中M包含小车和与小车固连滑轮)，钩码总质量用m表示。图828/37(1)为便于测量合外力大小，并得到小车总质量一定时，小车加速度与所受合外力成正比结论，以下说法正确是(

)A．三组试验中只有甲需要平衡摩擦力B．三组试验都需要平衡摩擦力C．三组试验中只有甲需要满足所挂钩码总质量m远小于小车总质量M条件D．三组试验都需要满足所挂钩码总质量m远小于小车总质量M条件29/37答案(1)BC

(2)1∶2

5∶430/372．(·全国卷Ⅲ，23)某物理课外小组利用图9中装置探究物体加速度与其所受合外力之间关系。图中，置于试验台上长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本试验中可用钩码共有N＝5个，每个质量均为0.010kg。试验步骤以下：图931/37(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小物块，使小车(和钩码)能够在木板上匀速下滑。(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，同时用传感器统计小车在时刻t相对于其起始位置位移s，绘制s－t图象，经数据处理后可得到对应加速度a。32/37(3)对应于不一样na值见下表。n＝2时s－t图象如图10所表示；由图10求出此时小车加速度(保留2位有效数字)，将结果填入下表。n12345a/m·s－20.20

0.580.781.00图1033/37(4)利用表中数据在图11中补齐数据点，并作出a－n图象。从图象能够看出：当物体质量一定时，物体加速度与其所受合外力成正比。图1134/37(5)利用a－n图象求得小车(空载)质量为_____