高考物理复习第三章牛顿运动定律实验四验证牛顿运动定律

试验四验证牛顿运动定律1/44试验基础热点定位跟踪训练2/44试验基础·了解落实

夯基础3/44●注意事项1.平衡摩擦力:在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘细绳系在小车上,即不要给小车加任何牵引力,且要让小车拖着纸带匀速运动.2.试验条件:小车质量M远大于小盘和砝码总质量m.3.操作要领:改变拉力和小车质量后,每次开始时小车应尽可能靠近打点计时器,并应先接通电源,再放开小车,且应在小车抵达定滑轮前按住小车.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.4/44热点定位·重点透析

通热点热点一试验原理与操作【例1】某试验小组利用如图所表示装置探究加速度与力、质量关系.(1)(多项选择)以下做法正确是

(填字母代号).

A.调整滑轮高度,使牵引木块细绳与长木板保持平行B.在调整木板倾斜度平衡木块受到滑动摩擦力时,将装有砝码砝码盘经过定滑轮拴在木块上C.试验时,先放开木块再接通打点计时器电源D.经过增减木块上砝码改变质量时,不需要重新调整木板倾斜度5/44(2)为使砝码盘及盘内砝码总重力在数值上近似等于木块运动时受到拉力,应满足条件是砝码盘及盘内砝码总质量

(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)木块和木块上砝码总质量.

(3)因为没有一直满足木块及木块上砝码质量M远大于砝码盘及盘内砝码质量m关系,结果得到图像应是下列图中

(填正确答案标号).

6/44〚关键点拨〛

(1)在平衡摩擦力后,才能认为绳拉力就是木块协力.用赔偿法平衡摩擦力,即将木板适当倾斜,使木块重力沿斜面向下分力与木块所受滑动摩擦力相抵消.(2)只有在砝码盘失重不严重情况下,即木块、砝码盘加速度不太大情况下,才能认为砝码盘重力等于绳拉力.解析:(1)木块下滑时,要使细绳拉力使木块加速运动,则应使细绳与木板平行,且消除木块与木板间滑动摩擦力,故平衡摩擦力时,不能悬挂砝码盘,选项A正确,B错误;调整木板倾角,消除摩擦力后该倾角大小与木块质量无关,所以木块上增减砝码时,不需要重新调整木板倾斜度,选项D正确;试验中,要求打点计时器在纸带上打出足够多点,则需要先接通打点计时器电源,再释放木块,故选项C错误.(2)试验中平衡好摩擦力后,绳拉力提供木块合外力即F=ma;砝码盘及盘内砝码与木块运动速度相等,由牛顿第二定律得m′g-F=m′a,两式联立得m′g=(m+m′)a,当m′≪m时,m+m′≈m,m′g≈ma即当m′≪m时,砝码盘及盘内砝码总重力近似等于木块运动时受到拉力,故应选填“远小于”.7/44答案:(1)AD(2)远小于(3)D8/44反思总结处理“验证牛顿运动定律”问题注意点(1)试验操作步骤①平衡木块滑动摩擦力时,砝码盘不能拴在木块上.②改变木块质量时,不需要重新平衡摩擦力.③试验过程中,应先接通电源,再放开木块.(2)试验原理了解①平衡木块摩擦力后,细绳拉力即为木块合外力.②只有满足砝码盘及盘内砝码总质量远小于木块和木块上砝码总质量时,细绳拉力才近似等于砝码盘及盘内砝码总重力.(3)利用图像分析试验结果方法①因没有平衡摩擦力,a-F图线为不过原点倾斜直线.②充分利用a-F图线斜率、截距意义解题.9/44【教师备用】

(·四川乐山二模)(1)我们已经知道,物体加速度a同时跟合外力F和质量M两个原因相关.要研究这三个物理量之间定量关系,需采取研究方法是

.

(2)某同学试验方案如图所表示,她想用沙桶重力表示小车受到合外力F,为了降低这种做法带来试验误差,她先做了两方面调整办法:①用小木块将长木板无滑轮一端垫高,目标是

.

②使沙桶质量远小于小车质量,目标是使拉小车力近似等于

.

10/44(3)该同学利用试验中打出纸带求加速度时,处理方案有两种:答案:(1)控制变量法(2)①平衡摩擦力②沙桶重力(3)B11/44热点二试验数据处理与误差分析【例2】某同学设计了一个探究加速度a与物体所受协力F及质量m关系试验,图(甲)为试验装置简图.(交流电源频率为50Hz)(1)图(乙)为某次试验得到纸带,依据纸带可求出小车加速度大小为

m/s2.(保留两位有效数字)

12/44答案:(1)3.213/4414/44〚关键点拨〛

(2)描点法作图时,若描出各点大致在一条直线上时,应过这些点画出一条倾斜直线,该直线经过点要尽可能多,不在直线上点均匀分布在直线两侧.答案:(2)图看法析正比关系15/44(3)保持小车质量m不变,改变沙和沙桶质量M,该同学依据试验数据作出了加速度a随协力F改变图线如图(丁)所表示.该图线不经过原点,其主要原因是

.

〚关键点拨〛

(3)分析a-F图线要注意截距物理意义.答案:(3)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分解析：(3)依据题图(丁)可知,当拉力F增加到某一值时,小车才含有加速度,说明小车还受到摩擦力影响.16/44反思总结在“验证牛顿运动定律”试验中,处理试验结果需注意几点(1)利用纸带求解小车加速度①逐差法求纸带加速度公式a=.②注意对计算结果有效数字要求.(2)利用图像分析a,F间关系及误差分析①保持小车质量不变时,a-F图像应为一条过原点直线.②a-F图像不过原点可能是平衡小车摩擦力时没有到达试验要求所致.(3)利用图像分析a,m间关系①小车协力不变时,a,m之间成反比关系.②利用化曲为直思想,作出a-关系图线,若为过原点倾斜直线,则小车合外力一定时,a,m之间成反比关系.17/44【教师备用】在用图(甲)所表示装置做“验证牛顿第二定律”试验中:(1)甲同学在外力F一定条件下,探究a与M关系时,所得到试验结果以下表:外力F=0.1N次数n12345质量M/g100140180200240加速度a/(m·s-2)1.000.670.530.480.40质量倒数/kg-110.007.145.564.17①请你完善表中数据,并在图(乙)中给出坐标纸上画出a-图像;②由图像可得到结论是

.

18/44答案:(1)①5.00a-图像看法析图②在外力一定情况下,物体加速度与质量成反比19/44(2)乙同学在探究加速度与外力关系试验中得到a-F图像如图(丙),则小车质量为

kg(保留两位有效数字).

答案：(2)0.28(0.26～0.29均正确)20/44热点三试验创新与改进21/4422/44新题体验1.(·福建福州质检)某同学为探究加速度与合外力关系,设计了如图(甲)所表示试验装置.一端带有定滑轮长木板固定在水平桌面上,用轻绳绕过定滑轮及轻滑轮将小车与弹簧测力计相连.试验中改变悬挂钩码个数进行屡次测量,统计弹簧测力计示数F,并利用纸带计算出小车对应加速度a.23/44(1)试验中钩码质量能够不需要远小于小车质量,其原因是

.(填选项前标号)

A.小车所受拉力与钩码重力无关B.小车所受拉力等于钩码重力二分之一C.小车所受拉力可由弹簧测力计直接测出解析:(1)在利用木板、小车探究加速度与合外力关系试验中,采取钩码重力代替细绳拉力,必须满足钩码质量要远小于小车质量,而此题试验装置中,小车所受拉力可由弹簧测力计直接测出.所以试验中钩码质量能够不需要远大于小车质量,选项C正确.答案:(1)C24/44(2)图(乙)是试验中得到某条纸带一部分.已知打点计时器使用交流电源频率为50Hz,由纸带数据求出小车加速度a=

m/s2.

答案:(2)0.7525/44(3)依据试验数据绘出小车加速度a与弹簧测力计示数F关系图像,以下图像中最符合本试验实际情况是

.

解析:(3)因为试验时没有平衡摩擦力,在挂一小钩码时,测力计有读数,可能小车仍处于静止状态(加速度为零),而试验中又不需要满足钩码质量远小于小车质量,所以图像中最符合本试验实际情况是图B.答案:(3)B26/442.(·全国Ⅲ卷,23)某物理课外小组利用图(甲)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:(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图像,经数据处理后可得到对应加速度a.27/44(3)对应于不一样na值见下表.n=2时s-t图像如图(乙)所表示,由图(乙)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-2)0.200.580.781.00答案:(3)0.3928/44(4)利用表中数据在图(丙)中补齐数据点,并作出a-n图像.从图像能够看出:当物体质量一定时,物体加速度与其所受合外力成正比.答案:(4)a-n图像看法析解析：(4)在题图(丙)中描出数据点(2,0.39),(3,0.58)(5,1.00)并过各数据点作出a-n图像,如图所表示.29/44(5)利用a-n图像求得小车(空载)质量为

kg(保留2位有效数字,重力加速度取g=9.8m·s-2).

(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1),以下说法正确是

.(填入正确选项前标号)

A.a-n图线不再是直线B.a-n图线仍是直线,但该直线不过原点C.a-n图线仍是直线,但该直线斜率变大(6)若保持木板水平,小车运动受摩擦力作用,n数值相同情况下,加速度a变小,直线斜率变小,绳拉力等于摩擦力时,小车才开始运动,图像不过原点,故选项B正确.答案:(5)0.44(6)B30/44跟踪训练·即时巩固

测效果1.(1)探究加速度和力关系试验数据描绘出a-F图像如图(甲)所表示,以下说法正确是

.(填正确答案标号)

A.三条倾斜直线所对应小车质量相等B.三条倾斜直线所对应小车质量不一样C.直线1所对应小车质量最大D.直线3所对应小车质量最大解析:(1)a-F关系图线斜率表示质量倒数,三条图线斜率不相等,表明所对应小车质量不一样,直线3对应小车质量最大,选项B,D正确.答案:(1)BD31/44(1)相关此试验,以下叙述正确是

(填正确答案标号).

A.在进行图(甲)试验操作时,F1,F2方向必须相互垂直B.在进行图(乙)试验操作时,必须将橡皮条结点拉到O点C.在进行图(甲)试验操作时,确保O点位置不变,F1方向不变而大小变大时,F2一定变小D.在误差允许范围内,拉力F一定等于F1,F2代数和解析:(1)F1,F2方向之间夹角是任意,这么才会使试验含有普遍性,选项A错误;图(甲)与图(乙)作用效果是等效,选项B正确;试验中若F1变大而O点位置不变,则F2大小和方向都要改变,F2有可能变大,也有可能先变小再变大,故选项C错误;拉力F与F1,F2之间满足平行四边形定则,故选项D错误.答案:(1)B32/44(2)探究加速度a与所受合外力F关系时,保持小车质量一定,有两位同学分别做试验,作出a-F图线如图(乙)、(丙)所表示.以下分析正确是

.(填正确答案标号)

A.(乙)图图线不经过原点,是因为没有平衡摩擦力B.(乙)图图线不经过原点,是因为平衡摩擦力时木板一端垫得过高C.(丙)图图线发生弯曲,是因为弯曲部分对应小车质量偏大D.(丙)图图线发生弯曲,是因为弯曲部分对应钩码质量偏大解析:(2)(乙)图中,能够发觉当F=0时,小车已经有加速度了,说明在平衡摩擦力过程中,木板一端垫得过高,选项B正确,A错误;(丙)图中图线不是一条直线,说明不满足“钩码质量要远小于小车质量”,即弯曲部分对应钩码质量偏大,选项D正确,C错误.答案:(2)BD33/442.用如图(甲)装置“验证牛顿第二定律”时有两个“巧妙”设计,一是要求小车质量远大于沙和沙桶质量之和;二是对小车要进行“平衡摩擦力”操作.回答以下问题:(1)试验要求“小车质量远大于沙和沙桶质量之和”目标是

.

解析:(1)小车质量远大于沙和沙桶质量之和时,小车和沙桶加速度很小,此时沙和沙桶总重力近似等于小车所受拉力,从而验证小车加速度与合外力关系.答案:(1)小车所受拉力近似等于沙和沙桶总重力34/44(2)对小车进行“平衡摩擦力”操作时,以下必须进行是

.(填字母序号)

A.取下沙和沙桶B.在空沙桶牵引下,轻推一下小车,小车能做匀速直线运动C.小车拖着穿过打点计时器纸带做匀速运动时,打点计时器电源应断开D.把长木板没有定滑轮一端垫起适当高度(3)在满足试验条件下,某同学得到了如图(乙)图线(M为小车和砝码总质量),图线在纵轴上截距不为零原因是

.

解析：(2)平衡摩擦力是使小车所受重力沿木板方向分力与小车所受摩擦力平衡,故选项A,D正确,B错误;为确定小车是否为匀速运动,需要经过纸带上点迹是否均匀来判断,故C错误.(3)纵截距不为零,即小车质量M非常大时,小车仍有加速度,说明小车不受拉力作用时也含有加速度,所以能够断定平衡摩擦力时长木板倾角过大.答案：(2)AD(3)长木板倾角过大35/44答案:(1)钩码减小间隔相等(均匀)解析:(1)平衡小车所受阻力时,需要将钩码取下;图(乙)中反应了小车在做加速运动,即垫木垫高了,应减小木板倾角,直到纸带打出点迹均匀为止.3.图(甲)为验证牛顿第二定律试验装置示意图.(1)平衡小车所受阻力操作:取下

,把木板不带滑轮一端垫高;接通电火花计时器电源,轻推小车,让小车拖着纸带运动.假如打出纸带如图(乙)所表示,则应

(选填“减小”或“增大”)木板倾角,重复调整,直到纸带上打出点迹

为止.

36/44(2)图(丙)为研究“在外力一定条件下,物体加速度与其质量关系”时所得到试验图像,横坐标m为小车上砝码质量.设图中直线斜率为k,在纵轴上截距为b,若牛顿第二定律成立,则小车受到拉力为

,小车质量为

.

37/444.利用以下装置能够完成力学中许多试验.(1)以下说法中正确是

A.用此装置“研究匀变速直线运动”时,必须设法消除小车和木板间摩擦阻力影响B.用此装置“探究加速度与力、质量关系”时,每次改变砝码及砝码盘总质量之后,需要重新平衡摩擦力C.用此装置“探究加速度与力、质量关系”时,为确保拉力近似等于沙桶(含沙)重力,必须满足沙和沙桶质量m远小于小车质量MD.用此装置“探究做功和速度改变关系”时,必须调整滑轮高度使连接小车细线与木板平行38/44解析:(1)用此装置“研究匀变速直线运动”时,因为摩擦阻力是恒力,无须消除小车和木板间摩擦阻力影响,选项A错误;用此装置“探究加速度与力、质量关系”时,每次改变砝码及砝码盘总质量之后,不需要重新平衡摩擦力,为确保拉力近似等于沙桶(含沙)重力,必须满足m≪M,选项B错误,C正确;用此装置“探究做功和速度改变关系”时,必须调整滑轮高度使连接小车细线与木板平行,选项D正确.答案:(1)CD39/44(2)某同学在进行“探究加速度与力和质量关系”试验时,经历了以下过程:①在试验准备过程中,发觉试验室有两种打点计时器,如图(甲)所表示.该同学决定使用电火花打点计时器,该打点计时器对电源要求是

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A.交流220V B.直流220VC.交流4～6V D.直流4～6V②该同学欲经过图(乙)所表示装置打出纸带[图(丙)]来判断是否已经平衡摩擦力.依据纸带[图(丙)]点迹能够判断:为深入平衡摩擦力,图(乙)中垫块应向

(选填“左”或“右”)移一些.

40/44③在利用此装置做试验时,试验中