高考物理一轮复习课件+讲义 第3章 实验四 验证牛顿运动定律

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1、精练习题。复习时不要搞“题海战术”，应在老师的指导下，选一些源于课本的变式题，或体现基本概念、基本方法的基本题，通过解题来提高思维能力和解题技巧，加深对所学知识的深入理解。在解题时，要独立思考，一题多思，一题多解，反复玩味，悟出道理。 2、加强审题的规范性。每每大考过后，总有同学抱怨没考好，纠其原因是考试时没有注意审题。审题决定了成功与否，不解决这个问题势必影响到高考的成败。那么怎么审题呢? 应找出题目中的已知条件 ;善于挖掘题目中的隐含条件 ;认真分析条件与目标的联系，确定解题思路 。 3、揣摩例题。课本上和老师讲解的例题，一般都具有一定的典型性和代表性。要认真研究，深刻理解，要透过“样板”，学会通过逻辑思维，灵活运用所学知识去分析问题和解决问题，特别是要学习分析问题的思路、解决问题的方法，并能总结出解题的规律。 4、重视错题。“错误是最好的老师”，但更重要的是寻找错因，及时进行总结，三五个字，一两句话都行，言简意赅，切中要害，以利于吸取教训，力求相同的错误不犯第二次。
实验四　验证牛顿运动定律
1.理解实验的原理，明确实验过程并能进行数据处理.2.了解实验的注意事项，会对实验进行误差分析.3.能对实验进行创新改进.
NEIRONGSUOYIN
1.实验原理(1)保持质量不变，探究加速度跟 的关系.(2)保持合外力不变，探究加速度与 的关系.(3)作出a－F图象和a－ 图象，确定a与F、m的关系.2.实验器材小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、导线、纸带、天平、刻度尺、坐标纸.
3.实验过程(1)测量：用天平测量槽码的质量m′和小车的质量m.(2)安装：按照如图1所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上(即不给小车 ).
(3)平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能 下滑.(4)操作：①槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先 后 ，断开电源，取下纸带，编号码.②保持小车的质量m不变，改变槽码的质量m′，重复步骤①.③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，计算加速度a.④描点作图，作a－F的图象.⑤保持槽码的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－图象.
4.数据处理(1)利用逐差法或v－t图象法求a.(2)以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明a与F成正比.(3)以a为纵坐标， 为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比.
5.注意事项(1)开始实验前首先平衡摩擦阻力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力.在平衡摩擦阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动.(2)实验过程中不用重复平衡摩擦力.(3)实验必须保证的条件： .(4)一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近 ，并应先 ，后 ，且应在小车到达滑轮前按住小车.
6.误差分析(1)实验原理不完善：本实验用槽码的总重力m′g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的总重力.(2)平衡摩擦阻力不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差.
例1　(2020·山东模拟)某同学利用如图2甲所示的装置探究加速度与物体受力、物体质量的关系.实验时，把数据记录在表格中，数据是按加速度大小排列的，第8组数据中小车质量和加速度数据漏记.
(1)该同学又找到了第8组数据对应的纸带以及小车质量，纸带如图乙所示.已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出来的点未画出.请你帮助该同学求出第8组中的加速度a＝________________ m/s2；
0.90(0.89～0.92)
解析　每两个相邻点之间还有4个打出来的点未画出，故相邻点之间的时间间隔为：T＝0.02×5 s＝0.1 s根据逐差法可得x34－x12＝2a1T2，x23－x01＝2a2T2
(2)如果要研究加速度与物体受力的关系，需取表格中______________组数据(填组号)，作a－F图象；如果要研究加速度与物体质量的关系，需取表格中_______________组数据(填组号)，作a－m图象.这种研究方法叫作___________法；
解析　研究加速度与物体受力的关系，需要保证物体质量不变，选取2、4、5、7、9组数据.研究加速度与物体质量的关系时，需要控制力F不变，选取1、3、6、7、8组数据.涉及多个变量时，需要控制其他变量恒定，改变其中一个变量，这种方法为控制变量法.
(3)作出的a－m图象如图丙所示，由图象________(填“可以”或“不可以”)判断a与m成反比.
1.(2019·湖北武汉市四月调研)某同学用如图3所示装置来探究“在外力一定时，物体的加速度与其质量之间的关系”.
(1)实验中下列相关操作正确的是___.A.平衡摩擦力时，应先将沙桶用细线绕过定滑轮系在小车上B.平衡摩擦力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器C.小车释放前应靠近打点计时器，且先释放小车后接通打点计时器的电源
解析　平衡摩擦力时，应不挂沙桶，只让小车拖着纸带在木板上做匀速运动，选项A错误；
平衡摩擦力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器，选项B正确；小车释放前应靠近打点计时器，且先接通打点计时器的电源后释放小车，选项C错误；
(3)在完成实验操作后，用图象法处理数据，得到小车的加速度倒数 与小车质量M的关系图象正确的是____.
2.(2016·全国卷Ⅲ·23)某物理课外小组利用图4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0.010 kg.实验步骤如下：
(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图像，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图像如图5所示；由图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.
解析　因为小车做初速度为零的匀加速直线运动，将图中点(2 s,0.78 m)代入s＝ at2可得，a＝0.39 m/s2.
(4)利用表中的数据在图6中补齐数据点，并作出a－n图像.从图像可以看出：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.
解析　根据描点法可得如图所示图线.
(5)利用a－n图像求得小车(空载)的质量为_____kg(保留2位有效数字，重力加速度取g＝9.8 m·s－2).
解析　根据牛顿第二定律可得nmg＝(M＋5m)a，
可得M＝0.44 kg，
(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是_____(填入正确选项前的标号).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，但该直线的斜率变大
解析　平衡摩擦力时，以小车和钩码整体为研究对象有：nm0g＝(m＋5m0)a，
若保持木板水平，则小车将受到木板的摩擦力，
有nm0g－μ[mg＋(5－n)m0g]＝(m＋5m0)a，
说明a－n图像仍为直线，但不再过原点，且斜率变大.故选B、C.
例2　(2020·山西吕梁市期末)为了探究质量一定时加速度与力的关系，一同学设计了如图7所示的实验装置，细线与弹簧测力计挂钩相连.其中M为带滑轮的小车的质量，放在一端带滑轮的长木板上，m为砂和砂桶的质量.(滑轮质量不计)
(1)实验时，不需要进行的操作是___.(填选项前的字母)A.用天平测出砂和砂桶的质量B.将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力C.小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同 时记录弹簧测力计的示数D.改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带E.为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M
解析　本题拉力可以由弹簧测力计测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使砂和砂桶的质量远小于小车的总质量，A、E不需要，符合题意；该题是由弹簧测力计测出拉力，从而得到小车受到的合外力，故需要将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力，B需要，不符合题意；用打点计时器时，都是先接通电源，待打点稳定后再释放纸带，该实验探究加速度与力的关系，要记录弹簧测力计的示数，C需要，不符合题意；改变砂和砂桶质量，即改变拉力的大小，打出几条纸带，研究加速度随F变化关系，D需要，不符合题意.
(2)该同学在实验中得到如图8所示的一条纸带(两计数点间还有两个点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为_____ m/s2(结果保留三位有效数字).
解析　由于两计数点间还有两个点没有画出，故相邻计数点的时间间隔为T＝0.06 s，由Δx＝aT2，则有：a＝ m/s2≈1.32 m/s2；
(3)以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度为纵坐标，画出的a－F图象是一条直线，图线与横坐标轴的夹角为θ，求得图线的斜率为k，则小车的质量为____.
解析　小车所受合力为弹簧测力计示数的两倍，
3.(2019·全国卷Ⅱ·22)如图9，某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验.所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50 Hz的交流电源、纸带等.回答下列问题：
(1)铁块与木板间动摩擦因数μ＝________(用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示).
解析　对铁块受力分析，由牛顿第二定律有mgsin θ－μmgcs θ＝ma，
(2)某次实验时，调整木板与水平面的夹角使θ＝30°.接通电源，开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下.多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图10所示.图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出).重力加速度为9.80 m/s2.可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为_____(结果保留2位小数).
解析　两个相邻计数点之间的时间间隔
由逐差法和Δx＝aT2可得
4.如图11甲所示是某同学探究“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.
(1)若用10分度的游标卡尺测出遮光条的宽度d，如图乙所示，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，则小车经过光电门的速度为v＝___(用字母表示).
解析　由题图乙可知第7条刻度线与主尺刻度线对齐，游标卡尺读数为11.0 mm－7×0.9 mm＝4.7 mm.由于遮光条的宽度较小，所以遮光条通过光电门的平均速度等于小车的瞬时速度，即v＝ .
(2)测出多组重物的质量m和对应遮光条通过光电门的时间Δt，通过描点作出线性图象，研究小车加速度与力的关系，处理数据时应作出___图象.
(3)有一位同学通过实验数据作出的图线如图丙所示，试分析：①图线不通过坐标原点的原因是______________________________；
未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足
解析　题图丙中图线与横轴有交点，说明在外力比较小时小车没有加速度，说明实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；