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2022-2023年高考物理一轮复习 第3章牛顿运动定律实验4验证牛顿第二定律课件
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这是一份2022-2023年高考物理一轮复习 第3章牛顿运动定律实验4验证牛顿第二定律课件，共46页。PPT课件主要包含了知识梳理回顾，实验原理，题点各个击破等内容，欢迎下载使用。
一、实验目标1．学会用控制变量法研究物理规律．2．探究加速度与力、质量的关系．3．掌握灵活运用图像处理数据的方法．
三、实验器材打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小桶及细砂、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺．
四、实验步骤及器材调整1．用天平分别测出小车的质量M和小桶及细砂的质量m，把数值记录下来．2．按图所示把实验器材安装好．
3．平衡摩擦力：在长木板的不带滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动其位置，直至不挂小桶的小车刚好能在斜面上保持匀速运动为止．4．将小桶通过细绳系在小车上，将打点计时器接通电源，打点稳定后放开小车，使小车运动，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带，并在纸带上标上号码．5．保持小车的质量不变，改变小桶中的砂量，测量小桶与砂的质量并记录，重复步骤4，每次记录必须在相应的纸带上做上标记，列表格将记录的数据填写在表内．
6．在每条纸带上选取比较理想的一段，测算出加速度a．7．建立坐标系，用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，在坐标系上描点，画出相应的图线以验证a与F的关系．8．保持砂及小桶的质量不变，改变小车的质量(在小车上增减砝码)，重复上述步骤，验证a与M的关系．
五、注意事项1．平衡摩擦力在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应该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，表示小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡．2．不重复平衡摩擦力平衡了摩擦力后，不管以后是改变小桶和砂的总质量，还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力．
3．实验前提条件：M≫m．只有如此，小桶和砂的总重力才可视为小车受到的拉力．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打点计时器，并应先接通电源后再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．5．作图作图时两轴标度比例要适当．各量须采用国际单位，并使尽可能多的点在所作的直线上，不在直线上的点尽可能对称分布在直线的两侧，个别误差较大的点应舍去．
命题点一 教材标准实验变形
实验作图有如下情况(若使用力传感器，图像不会弯曲)：
(2)乙图与F轴相交，说明要施加一定的拉力后小车才开始加速，有阻力影响，产生原因是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够．(3)丙图与a轴相交，说明没施加力时小车就加速了，产生原因要不就是平衡摩擦力过度，要不就是计算拉力时，只计算了砝码的重力，没有加上砝码盘的重力．
考查点1 实验操作例1 (多选)某同学设计了一个探究小车加速度a与小车所受拉力F及质量m关系的实验，如图所示为实验装置简图．他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为下列说法正确的是( )
A．要平衡摩擦力 B．实验时不需要平衡摩擦力C．钩码的重力要远小于小车的重力 D．实验进行时应先释放小车再接通电源【答案】AC
考查点2 数据和图像分析例2 某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与质量的关系．
(1)下列操作中必要的是________(填字母代号)．A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细线与长木板保持平行B．为减小系统误差，应使砝码与砝码桶的质量远小于小车质量C．调节木板的倾斜度以平衡摩擦力D．实验时，先放开小车再接通打点计时器的电源
(2)在纸带上选取0、1、2、3四个计数点，测得的部分数据如图甲所示．已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，则计数点2对应的小车速度为______m/s，小车运动的加速度大小为______m/s2．(结果均保留2位有效数字)
【答案】(1)ABC (2)0.78 1.5 (3)0.20
【解析】(1)调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，保证小车运动过程中受到的合力不变，A正确；为减小系统误差，应使砝码与砝码盘的质量远小于小车质量，B正确；该实验需要调节木板的倾斜度以平衡摩擦力，C正确；实验时，不能先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，同时要求开始时小车要靠近打点计时器，D错误．
具体做法是：将小车从A处由静止释放，用速度传感器测出它运动到B处时的速度v，然后将小车内的一个砝码拿到小桶中，小车仍从A处由静止释放，测出它运动到B处时对应的速度，重复上述操作．图中A、B两点相距x．
(1)设加速度大小为a，则a与v及x间的关系式是______________．(2)如果实验操作无误，四位同学根据实验数据作出了如选项所示的图像，其中正确的是__________．
(3)下列措施能够减小本实验的误差的是______．A．实验中必须保证m2≪m1B．实验前要平衡摩擦力C．细线在桌面上的部分应与长木板平行D．图中A、B之间的距离x尽量小些【答案】(1)v2＝2ax (2)A (3)BC
例4 在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究：(1)为猜想加速度与质量的关系，可利用如图甲所示装置进行对比实验．两小车放在水平板上，前端通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦把两条细线按在桌上，使小车静止．抬起板擦，小车同时运动，一段时间后按下板擦，小车同时停下．
对比两小车的位移，可知加速度与质量大致成反比．关于实验条件，下列正确的是________．A． 小车质量相同，钩码质量不同B． 小车质量不同，钩码质量相同C． 小车质量不同，钩码质量不同
(3)在探究加速度与力的关系实验之前，需要思考如何测“力”．请在图丙中画出小车受力的示意图．为了简化“力”的测量，下列说法正确的是__________(选填选项前的字母)．
A．使小车沿倾角合适的斜面运动，小车受力可等效为只受绳的拉力B．若斜面倾角过大，小车所受合力将小于绳的拉力C．无论小车运动的加速度多大，砂和桶的重力都等于绳的拉力D．让小车的运动趋近于匀速运动，砂和桶的重力才近似等于绳的拉力
【答案】(1)B (2)如图 (3)图略 AD
【解析】(1)为了探究加速度与质量的关系，必须控制小车所受拉力相同，而让小车的质量不同，所以钩码质量相同，B正确．(3)使小车沿倾角合适的斜面运动，小车所受重力沿斜面的分力刚好等于小车所受的摩擦力，则小车受力可等效为只受绳的拉力，A正确；若斜面倾角过大，重力沿斜面的分力大于摩擦力，小车所受合力将大于绳的拉力，不利于简化“力”的测量，B错误；由牛顿第二定律可知，无论小车运动的加速度多大，沙和桶的重力都大于绳的拉力，C错误；当小车的运动趋近于匀速运动时，沙和桶可近似看成受力平衡，则沙和桶的重力才近似等于绳的拉力，D正确．
创新角度2 实验原理迁移例5 做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图甲是教材中的实验方案；图乙是拓展方案，其实验操作步骤如下：
①挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑；②取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，测出加速度a；③改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到a－F的关系．
(1)实验获得如图所示的纸带，计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出，则在打d点时小车的速度大小vd＝________m/s(保留两位有效数字)．
(2)需要满足条件M≫m的方案是________(填“甲”“乙”或“甲和乙”)；在作a－F图像时，把mg作为F值的是________(填“甲”“乙”或“甲和乙”)．【答案】(1)0.18～0.19 (2)甲 甲和乙
再将木块放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧测力计的示数F，然后释放木块，并用秒表记下木块从P运动到Q的时间t．(1)木块的加速度可以用d、t表示为a＝________．(2)改变瓶中水的质量，重复实验，确定加速度a与弹簧测力计的示数F的关系．下列图像能表示该同学实验结果的是______．
A B C D
一、实验目标1．学会用控制变量法研究物理规律．2．探究加速度与力、质量的关系．3．掌握灵活运用图像处理数据的方法．
三、实验器材打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小桶及细砂、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺．
四、实验步骤及器材调整1．用天平分别测出小车的质量M和小桶及细砂的质量m，把数值记录下来．2．按图所示把实验器材安装好．
3．平衡摩擦力：在长木板的不带滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动其位置，直至不挂小桶的小车刚好能在斜面上保持匀速运动为止．4．将小桶通过细绳系在小车上，将打点计时器接通电源，打点稳定后放开小车，使小车运动，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带，并在纸带上标上号码．5．保持小车的质量不变，改变小桶中的砂量，测量小桶与砂的质量并记录，重复步骤4，每次记录必须在相应的纸带上做上标记，列表格将记录的数据填写在表内．
6．在每条纸带上选取比较理想的一段，测算出加速度a．7．建立坐标系，用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，在坐标系上描点，画出相应的图线以验证a与F的关系．8．保持砂及小桶的质量不变，改变小车的质量(在小车上增减砝码)，重复上述步骤，验证a与M的关系．
五、注意事项1．平衡摩擦力在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应该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，表示小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡．2．不重复平衡摩擦力平衡了摩擦力后，不管以后是改变小桶和砂的总质量，还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力．
3．实验前提条件：M≫m．只有如此，小桶和砂的总重力才可视为小车受到的拉力．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打点计时器，并应先接通电源后再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．5．作图作图时两轴标度比例要适当．各量须采用国际单位，并使尽可能多的点在所作的直线上，不在直线上的点尽可能对称分布在直线的两侧，个别误差较大的点应舍去．
命题点一 教材标准实验变形
实验作图有如下情况(若使用力传感器，图像不会弯曲)：
(2)乙图与F轴相交，说明要施加一定的拉力后小车才开始加速，有阻力影响，产生原因是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够．(3)丙图与a轴相交，说明没施加力时小车就加速了，产生原因要不就是平衡摩擦力过度，要不就是计算拉力时，只计算了砝码的重力，没有加上砝码盘的重力．
考查点1 实验操作例1 (多选)某同学设计了一个探究小车加速度a与小车所受拉力F及质量m关系的实验，如图所示为实验装置简图．他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为下列说法正确的是( )
A．要平衡摩擦力 B．实验时不需要平衡摩擦力C．钩码的重力要远小于小车的重力 D．实验进行时应先释放小车再接通电源【答案】AC
考查点2 数据和图像分析例2 某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与质量的关系．
(1)下列操作中必要的是________(填字母代号)．A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细线与长木板保持平行B．为减小系统误差，应使砝码与砝码桶的质量远小于小车质量C．调节木板的倾斜度以平衡摩擦力D．实验时，先放开小车再接通打点计时器的电源
(2)在纸带上选取0、1、2、3四个计数点，测得的部分数据如图甲所示．已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，则计数点2对应的小车速度为______m/s，小车运动的加速度大小为______m/s2．(结果均保留2位有效数字)
【答案】(1)ABC (2)0.78 1.5 (3)0.20
【解析】(1)调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，保证小车运动过程中受到的合力不变，A正确；为减小系统误差，应使砝码与砝码盘的质量远小于小车质量，B正确；该实验需要调节木板的倾斜度以平衡摩擦力，C正确；实验时，不能先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，同时要求开始时小车要靠近打点计时器，D错误．
具体做法是：将小车从A处由静止释放，用速度传感器测出它运动到B处时的速度v，然后将小车内的一个砝码拿到小桶中，小车仍从A处由静止释放，测出它运动到B处时对应的速度，重复上述操作．图中A、B两点相距x．
(1)设加速度大小为a，则a与v及x间的关系式是______________．(2)如果实验操作无误，四位同学根据实验数据作出了如选项所示的图像，其中正确的是__________．
(3)下列措施能够减小本实验的误差的是______．A．实验中必须保证m2≪m1B．实验前要平衡摩擦力C．细线在桌面上的部分应与长木板平行D．图中A、B之间的距离x尽量小些【答案】(1)v2＝2ax (2)A (3)BC
例4 在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究：(1)为猜想加速度与质量的关系，可利用如图甲所示装置进行对比实验．两小车放在水平板上，前端通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦把两条细线按在桌上，使小车静止．抬起板擦，小车同时运动，一段时间后按下板擦，小车同时停下．
对比两小车的位移，可知加速度与质量大致成反比．关于实验条件，下列正确的是________．A． 小车质量相同，钩码质量不同B． 小车质量不同，钩码质量相同C． 小车质量不同，钩码质量不同
(3)在探究加速度与力的关系实验之前，需要思考如何测“力”．请在图丙中画出小车受力的示意图．为了简化“力”的测量，下列说法正确的是__________(选填选项前的字母)．
A．使小车沿倾角合适的斜面运动，小车受力可等效为只受绳的拉力B．若斜面倾角过大，小车所受合力将小于绳的拉力C．无论小车运动的加速度多大，砂和桶的重力都等于绳的拉力D．让小车的运动趋近于匀速运动，砂和桶的重力才近似等于绳的拉力
【答案】(1)B (2)如图 (3)图略 AD
【解析】(1)为了探究加速度与质量的关系，必须控制小车所受拉力相同，而让小车的质量不同，所以钩码质量相同，B正确．(3)使小车沿倾角合适的斜面运动，小车所受重力沿斜面的分力刚好等于小车所受的摩擦力，则小车受力可等效为只受绳的拉力，A正确；若斜面倾角过大，重力沿斜面的分力大于摩擦力，小车所受合力将大于绳的拉力，不利于简化“力”的测量，B错误；由牛顿第二定律可知，无论小车运动的加速度多大，沙和桶的重力都大于绳的拉力，C错误；当小车的运动趋近于匀速运动时，沙和桶可近似看成受力平衡，则沙和桶的重力才近似等于绳的拉力，D正确．
创新角度2 实验原理迁移例5 做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图甲是教材中的实验方案；图乙是拓展方案，其实验操作步骤如下：
①挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑；②取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，测出加速度a；③改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到a－F的关系．
(1)实验获得如图所示的纸带，计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出，则在打d点时小车的速度大小vd＝________m/s(保留两位有效数字)．
(2)需要满足条件M≫m的方案是________(填“甲”“乙”或“甲和乙”)；在作a－F图像时，把mg作为F值的是________(填“甲”“乙”或“甲和乙”)．【答案】(1)0.18～0.19 (2)甲 甲和乙
再将木块放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧测力计的示数F，然后释放木块，并用秒表记下木块从P运动到Q的时间t．(1)木块的加速度可以用d、t表示为a＝________．(2)改变瓶中水的质量，重复实验，确定加速度a与弹簧测力计的示数F的关系．下列图像能表示该同学实验结果的是______．
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