南方新高考高考物理一輪總復(fù)習(xí) 專題三 實驗四 驗證牛頓運動定律課件 新人教版

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1、實驗四驗證牛頓運動定律實驗準備實驗?zāi)康目刂谱兞苛|(zhì)量學(xué)會用_法來研究物理規(guī)律；探究_與_、_的關(guān)系，進而驗證牛頓第二定律實驗原理控制變量探究加速度 a 與力 F 及質(zhì)量 M 的關(guān)系時，應(yīng)用的基本方法是_法，即先控制一個參量小車的質(zhì)量 M 不變，討論加速度 a 與力 F 的關(guān)系，再控制細砂和砂桶的質(zhì)量不變，即力 F 不變，改變小車質(zhì)量 M，討論加速度 a 與 M 的關(guān)系加速度實驗器材打點計時器、紙帶及復(fù)寫紙、小車、一端附有滑輪的長木板、砂桶、細繩、細砂、低壓交流電源、天平、刻度尺、砝碼實驗過程實驗步驟(1)用天平分別測出_和_的質(zhì)量 M 和 m，把數(shù)值記錄下來砂和砂桶(2)按圖 S4-1 所示把

2、實驗器材安裝好圖 S4-1小車(3)平衡摩擦力：在長木板_的一端下面墊上一塊薄木板，反復(fù)移動其位置，直至_的小車剛好在斜面上保持_為止 (4)將砂桶通過細繩系在小車上，先_后_，使小車運動，用紙帶記錄小車的運動情況，取下紙帶，并在紙帶上標上號碼放開小車(5)保持_不變，改變砂桶中的細砂量，重復(fù)步驟(4)，每次記錄必須在相應(yīng)的紙帶上做上標記，列表格將記錄的數(shù)據(jù)填寫在表內(nèi)細砂和砂桶的質(zhì)量(6)建立坐標系，用縱坐標表示加速度，橫坐標表示力，在坐標系上描點，畫出相應(yīng)的圖線以驗證 a 與 F 的關(guān)系(7)保持_不變，改變小車的質(zhì)量(在小車上增減砝碼)，重復(fù)上述步驟(5)、(6)，驗證 a 與 M 的關(guān)系

3、沒有滑輪未掛沙桶勻速直線運動接通電源小車的質(zhì)量注意事項(1) 每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量_重物質(zhì)量的條件下打出只有如此，重物重力才可視為小車受到的拉力遠大于(2)改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近_，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且應(yīng)在小車到達滑輪前按住小車打點計時器(3)作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線的兩側(cè)實驗分析(4)作圖時兩坐標軸標度比例要選擇適當，各量須采用國際單位這樣作圖線時，坐標點間距不至于過密，誤差會小些(5)為提高測量精度，可以采取下列措施：應(yīng)舍掉紙帶上開頭比較密集的點，在后邊便于測量的地方找一個起點

4、可以把每打五次點的時間作為單位時間，即從開始點起，每隔四個點標出一個計數(shù)點，而相鄰計數(shù)點間的時間間隔為 T0.1 s.圖象分析(1)未平衡阻力對圖象的影響：對小車在傾斜的木板上的受力情況進行分析，如圖 S4-2 所示，f 為 M 受到的摩擦力，f為紙帶等的阻力由牛頓第二定律可得 aF(Mgsin ff)M因此調(diào)節(jié)可平衡摩擦力，并且只要平衡一次即可圖 S4-2若摩擦力未平衡或平衡不足(太小)，則 a00，此時 a-F 圖象如圖乙所示(2)平衡摩擦力和阻力后，如果砂桶和細砂的質(zhì)量 m 太大，會使圖線彎曲實際上小車受到的拉力與 mg 并不相等由牛即 a-F 圖象會隨著 F 的不斷增大往 F 軸彎曲如

5、圖 S4-4 所示因此做實驗時要保證 Mm.圖 S4-4圖 S4-5實驗改進本實驗中可以用氣墊導(dǎo)軌來代替長木板，這樣就省去了平衡小車摩擦力的麻煩，小車的加速度也可以利用傳感器，借助于計算機來處理【基礎(chǔ)檢測】(2015 年廣東深圳模擬)某同學(xué)做“探究加速度與力的關(guān)系”的實驗，實驗的探究對象是鋁塊(質(zhì)量小于砂桶)，在靜止釋放輕繩前，裝置如圖 S4-6 甲所示甲乙圖 S4-6(1)該同學(xué)在實驗操作中有兩處明顯錯誤，分別是_和_(2)糾錯后開始實驗：保持鋁塊的質(zhì)量 m 不變，通過在砂桶中添加砂來改變對鋁塊的拉力；每次釋放輕繩，由力傳感器可測得拉力的大小 F，由紙帶上打出的點可算出對應(yīng)加速度的大小 a；

6、已知重力加速度為 g.該同學(xué)根據(jù)多組實驗數(shù)據(jù)畫出如圖乙所示的一條過坐標原點的直線，他標注縱軸為加速度 a，但忘記標注橫軸，你認為橫軸代表的物理量是_(用所給的字母表示)(3)若把力傳感器裝在右側(cè)輕繩上則實驗的誤差會更_(填“大”或“小”)要進行打點的紙答案：(1)打點計時器錯接在直流電源上帶留得太短(2)Fmg(3)大考點1 實驗原理、步驟及器材的調(diào)整重點歸納平衡摩擦力的方法(1)在平衡摩擦力時，不要把懸掛重物的細線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力讓小車拖著紙帶打點運動，調(diào)整長木板的傾角，直到紙帶上打點均勻為止(2)實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變重物質(zhì)量，還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量，都

7、不需要重新平衡摩擦力典例剖析例 1：(2015 年廣東惠州二調(diào))某同學(xué)設(shè)計了如圖 S4-7 甲、乙所示的實驗裝置來探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系甲乙丙圖 S4-7(1)_( 填“甲”或“乙”) 實驗裝置比較好，原因是_.(2)該同學(xué)選擇比較理想的實驗裝置后，在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖丙所示，計時器打點的時間間隔為 0.02 s從比較清晰的點起，每 5 個點取一個計數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離，該小車的加速度 a _m/s2(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)在實驗誤差允許范圍內(nèi)，當小車的質(zhì)量不變時，小車的加速度與小車的合外力滿足_圖的關(guān)系A(chǔ)CBD思維點撥：解本

8、題的關(guān)鍵是思考甲裝置加了拉力傳感器后，對實驗產(chǎn)生什么樣的影響解析：(1)甲裝置加了拉力傳感器后，甲圖通過拉力傳感器能夠準確得到小車受到的拉力大小，不需像乙圖那樣要使小車的總質(zhì)量遠遠大于鉤碼的質(zhì)量才能近似認為小車受到的拉力等于鉤碼的重力；(2)取第一段和第三段來進行計算，s2aT2，以準確測量出拉力的大小，就不存在由于鉤碼的質(zhì)量太大而引起的誤差，故選 A.答案：(1)甲甲裝置加了拉力傳感器，不需要像乙裝置那樣要使小車的總質(zhì)量遠遠大于鉤碼的質(zhì)量才能近似認為小車受到的拉力等于鉤碼的重力(2)0.16 (3)A備考策略：弄清實驗原理、步驟及器材調(diào)整是對實驗備考的基本要求，是創(chuàng)新實驗的根基，它常成為考查

9、的內(nèi)容之一【考點練透】1(2015 年云南一模)一學(xué)生用如圖 S4-8 甲所示的裝置測量木塊與木板間的動摩擦因數(shù)在桌面上放置一塊水平長木板，木板一端帶滑輪，另一端固定一打點計時器木塊一端拖著穿過打點計時器的紙帶，另一端連接跨過定滑輪的繩子，在繩子上懸掛一定質(zhì)量的鉤碼后可使木塊在木板上勻加速滑動實驗中測得木塊質(zhì)量 M150 g，鉤碼質(zhì)量 m50 g.甲乙圖 S4-8(1)實驗開始時，應(yīng)調(diào)整滑輪的高度，讓細線與木板_(2)實驗中得到如圖乙所示的紙帶，紙帶上 A、B、C、D、E 是計數(shù)點，相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔是 0.10 s，所測數(shù)據(jù)在圖中已標出，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)可求得木塊運動的加速度 a _ m

10、/s2(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)根據(jù)實驗原理可導(dǎo)出計算動摩擦因數(shù)的表達式 _(用 M、 m、g、a 表示); 取 g10 m/s2，代入相關(guān)數(shù)據(jù)可求得_(計算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)2如圖 S4-9 所示為“驗證牛頓第二定律”的實驗裝置示意圖砂和砂桶的總質(zhì)量為 m，小車和砝碼的總質(zhì)量為 M.實驗中用砂和砂桶總重力的大小作為細線對小車拉力的大小圖 S4-9(1)實驗中，為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細線與長木板平行接下來還需要進行的一項操作是_(填正確答案標號)A將長木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，給打點計時器通電，調(diào)節(jié) m 的

11、大小，使小車在砂和砂桶的牽引下運動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動B將長木板的一端墊起適當?shù)母叨?，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點計時器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動C將長木板的一端墊起適當?shù)母叨?，撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運動(2)如圖 S4-10 所示是實驗中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G 為 7 個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出量出相鄰的計數(shù)點之間的距離分別為：xAB4.22 cm 、xBC 4.65 cm 、xCD 5.08 cm 、xDE 5.49 cm ，xEF 5.91 c

12、m，xFG6.34 cm.已知打點計時器的工作頻率為 50 Hz，則小車的加速度 a_m/s2.(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖 S4-10答案：(1)B (2)0.42考點 2 對數(shù)據(jù)處理和誤差分析的考查1圖象法處理數(shù)據(jù)：根據(jù)記錄的 a、F、M 數(shù)據(jù)，分別作1M與作用力成正比，與質(zhì)量成反比2誤差分析本實驗的誤差主要來源于質(zhì)量的測量，紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量，拉線或紙帶不與木板平行，平衡摩擦力不準等實驗原理不完善也會造成系統(tǒng)誤差a-F、a- 圖象，如果圖象是一條過原點的直線，就證明加速度重點歸納典例剖析例 2：(2015 年河北高陽中學(xué)模擬)用如圖 S4-11 甲所示的實驗裝置驗證牛頓

13、第二定律(1)某同學(xué)通過實驗得到如圖乙所示的 a-F 圖象，造成這一結(jié)果的原因是：在平衡摩擦力時木板與水平桌面間的傾角_(填“偏大”或“偏小”)甲乙圖 S4-11(2)該同學(xué)在平衡摩擦力后進行實驗，實際小車在運動過程中所受的拉力_ 砝碼和盤的總重力 ( 填“大于”“小于”或“等于”)，為了便于探究、減小誤差，應(yīng)使小車質(zhì)量 M與砝碼和盤的總質(zhì)量 m 滿足_的條件(3)某同學(xué)得到如圖 S4-12 所示的紙帶已知打點計時器電源頻率為 50 Hz.A、B、C、D、E、F、G 是紙帶上 7 個連續(xù)的點ssDGsAD_cm.由此可算出小車的加速度 a_m/s2(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖 S4-12思維

14、點撥：圖線不過原點，與 a 軸有交點，即表示沒有拉力時，就有加速度，說明平衡摩擦力過度解析：(1)從圖象可以得出，還沒有拉力時，就已經(jīng)存在加速度，說明斜面傾角過大造成的；其中a0 表示沒有任何拉力時，小車的加速度(2)小車實際受到的拉力要小于砝碼和砝碼盤的總重力為減小誤差，實驗中必須滿足 Mm.(3)從刻度尺上讀出 sDG3.90 cm，sAD2.10 cm，因此s sDG sAD 1.80 cm ，根據(jù)s aT 2 得加速度a 1.81020.0625.0 m/s2答案：(1)偏大(2)小于Mm(3)1.805.0備考策略：用圖象法處理數(shù)據(jù)，要設(shè)計好刻度，根據(jù)數(shù)據(jù)確定點的位置，將點用一條直線

15、連起來，延長交于坐標軸某一點處理圖象問題要注意圖線的斜率、交點、拐點、面積等意義，能正確理解這些量的意義則很多問題將會迎刃而解【考點練透】3(2015 年廣東深圳五校聯(lián)考)“探究加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系”的實驗裝置如圖 S4-13 甲所示甲乙丙圖 S4-13(1)安裝實驗裝置時，應(yīng)調(diào)整定滑輪的高度，使拉小車的細線在實驗過程中保持與 _( 填“桌面”或“ 長木板”)平行(2)平衡摩擦力后，為了驗證小車的加速度與其質(zhì)量的定量關(guān)系，必須采用_法(3)保持小車受力不變，測量不同質(zhì)量的小車在這個力作用下的加速度某次實驗中打出如圖乙所示的紙帶(打點計時器電源的頻率為 50 Hz)，則這個加速度 a_.(4)

16、某同學(xué)把實驗得到的幾組數(shù)據(jù)畫成圖丙的 a-m 圖象，為了更直觀描述物體的加速度跟其質(zhì)量的關(guān)系，你應(yīng)該建議他改畫 a 和_的關(guān)系圖象解析：(1)為了減小實驗過程中的摩擦力，細線和長木板應(yīng)保持平行(2)為了驗證小車的加速度與其質(zhì)量的定量關(guān)系，必須保證受力恒定，所以采用控制變量法(3)根據(jù)勻變速直線運動過程中在相等時間內(nèi)走過的位移差是一個定值，則 x23x12 成反比，在 a-m 圖象中應(yīng)該是雙曲線，但是實驗得出的各組數(shù)1m是正比例函數(shù)，此時各組數(shù)據(jù)是不是落在同一條直線上是非常1m答案：(1)長木板(2)控制變量 (3)0.16 m/s21(4)mm/s2.(4)由牛頓第二定律 Fma 可知當合外力

17、 F 不變時 m 與 a據(jù)是不是落在同一條雙曲線上是不好判斷的，但是 a- 的關(guān)系容易觀察的，所以圖象坐標應(yīng)該選用a- .4(2015 年福建寧德質(zhì)檢)某次“探究加速度 a 跟物體所受合力 F 和質(zhì)量 m 的關(guān)系”實驗過程中：甲乙圖 S4-14(1)圖 S4-14 甲所示為實驗裝置圖圖乙為某次實驗得到的一段紙帶，計數(shù)點 A、B、C、D、E 間的時間間隔為 0.1 s，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為_m/s2(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)保持小車質(zhì)量不變，改變砂和砂桶的質(zhì)量，進行多次測量根據(jù)實驗數(shù)據(jù)做出了加速度 a 隨拉力 F 的變化圖象，如圖S4-15 所示圖中直線沒有通過原點，其主要原

18、因是_圖 S4-15次測量，得到小車加速度 a、質(zhì)量 m 及其對應(yīng)的 的數(shù)據(jù)如表(3)保持砂和砂桶質(zhì)量不變，改變小車中砝碼質(zhì)量，進行多1m中所示：實驗次數(shù)12345678小車加速度a/(ms2)1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30小車和砝碼質(zhì)量m/kg0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67 /kg14.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.601m請在如圖 S4-16所示的坐標紙中畫出 a- 圖線根據(jù)作出的a- 圖象可以得到的結(jié)論是：_1m圖 S4-161m_.答案：(1)0.43

19、(2)實驗前未平衡摩擦力(或平衡摩擦力不充分)(3)如圖 D24 所示圖 D24合外力一定時，加速度跟質(zhì)量成反比考點3 涉及光電門實驗的新題型光電門是一個像門一樣的裝置，一邊安裝發(fā)光裝置，一邊安裝接收裝置并與計時裝置連接當物體通過光電門時光被擋住，計時器開始計時，當物體離開時停止計時，這樣就可以根據(jù)物體大小與運動時間計算物體運動的速度；若計時裝置具備 重點歸納運算功能，使用隨機配置的擋光片(寬度一定)，可以直接測量物體的瞬時速度 典例剖析例 3：如圖 S4-17 甲所示的光電門傳感器是測定瞬時速度大小的儀器，其原理是發(fā)射端發(fā)出一束很細的紅外線到接收端，當固定在運動物體上的一個已知寬度為 d 的

20、擋光板通過光電門擋住紅外線時，和它連接的數(shù)字計時器可記下?lián)豕獾臅r間t，則可以求出運動物體通過光電門時的瞬時速度大小甲乙丙圖S4-17(1) 為了減小測量瞬時速度的誤差，應(yīng)該選擇寬度比較_(填“寬”或“窄”)的擋光板(2)如圖乙所示是某同學(xué)利用光電門傳感器探究小車加速度與力之間關(guān)系的實驗裝置，他將該光電門固定在水平軌道上的 B 點，用不同重物通過細線拉同一小車，小車每次都從同一位置 A 點由靜止釋放圖 S4-18如圖丙所示，用游標卡尺測出擋光板的寬度 d_mm，實驗時將小車從圖乙中的 A 點由靜止釋放，由數(shù)字計時器記下?lián)豕獍逋ㄟ^光電門時擋光的時間間隔t0.02 s，則小車通過光電門時的瞬時速度大

21、小為_m/s.實驗中設(shè)小車的質(zhì)量為 m1，重物的質(zhì)量為 m2，則在 m1與 m2 滿足關(guān)系_時可近似認為細線對小車的拉力大小與重物的重力大小相等測出多組重物的質(zhì)量 m2 和對應(yīng)擋光板通過光電門的時間間隔，并算出小車經(jīng)過光電門時的速度 v，通過描點作出線性圖象，研究小車的加速度與力之間的關(guān)系，如圖 S4-18 所示處理數(shù)據(jù)時應(yīng)作出_(填“v-m2”或“v2-m2”)圖象；某同學(xué)在中作出的線性圖象不過坐標原點，其可能的原因是_思維點撥：光電門會自動記錄滑塊通過光電門的時間，用可以看成是瞬時速度解析：(1)短時間內(nèi)的平均速度大小可以近似認為是該時刻的瞬時速度大小，所以應(yīng)該選擇寬度比較窄的擋光板(2)

22、游標卡尺的主尺讀數(shù)為11 mm ，游標讀數(shù)為0.0510 mm0.50 mm，所以最終讀數(shù)為：11 mm 0.50 mm 11.50 mm；數(shù)字計時器記錄通過光電門的時間，由位移公式計算出物體通過光電門的平均速度，用該平均速度代替物體的瞬 dt時速度，故在遮光條經(jīng)過光電門時小車的瞬時速度 v 0.575 m/s.該實驗的研究對象是小車，采用控制變量法研究當質(zhì)量一定時，研究小車的加速度和小車所受合外力的關(guān)系那么小車的合外力怎么改變和測量呢？為消除摩擦力對實驗的影響，可以把沒有滑輪的木板一端適當墊高，以使小車的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是繩子的拉力根據(jù)牛頓第二定律得：對 m2：m

23、2gF 拉m2a開始當小車掛上重物時，加速度卻為零，線性圖象不過坐標原點，故導(dǎo)致圖象不過原點的原因是木板傾角偏小，即說明操作過程中沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足答案：(1)窄(2)11.50 0.575m1m2v2m2操作過程中沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足由題意可知，m1、s 不變，畫出 v2-m2 圖象，若圖象為過原點的直線，則說明外力和加速度成正比，故畫出 v2-m2 圖象可以直觀的得出結(jié)論備考策略：光電門、光電計時器是新引進的器材和實驗，在未來高考命題中出現(xiàn)的幾率較大如何學(xué)會正確閱讀并找出有效信息和規(guī)律是近年高考命題者常思考的一個重要問題，命題者想通過這類命題來引導(dǎo)學(xué)生提高閱讀和理解

24、能力，學(xué)會化繁為簡，這也是提高創(chuàng)新能力的重要途徑之一5(2015 年湖北孝感檢測)某同學(xué)利用如圖 S4-19 所示的裝置探究“小車的加速度與所受合外力的關(guān)系”，具體實驗步驟如下：圖 S4-19【考點練透】B調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車沿長木板向下運動，且通過兩個光電門的時間相等C取下細繩和砂桶，測量砂子和桶的質(zhì)量 m，并記下D保持長木板的傾角不變，不掛砂桶，將小車置于靠近滑輪的位置，由靜止釋放小車，記錄小車先后通過光電門甲和乙時顯示的時間E重新掛上細繩和砂桶，改變砂桶中砂子的質(zhì)量，重復(fù)B D 步驟A按照圖示安裝好實驗裝置，掛上砂桶(含少量砂子)(1)若砂桶和砂子的總質(zhì)量為 m，小車的質(zhì)量為 M，重力加速度為 g，則步驟 D 中小車加速下滑時所受合外力的大小為_(忽略空氣阻力)圖 S4-20(2) 如圖S4-20 所示，用游標卡尺測得遮光片寬度d _mm.(3)若遮光片的寬度為 d，光電門甲、乙之間的距離為 l，顯示的時間分別為 t1、t2，則小車的加速度 a_.(4)有關(guān)本實驗的說法正確的是_A砂桶和砂子的總質(zhì)量必須遠遠小于小車的質(zhì)量B小車的質(zhì)量必須遠遠小于砂桶和砂子的總質(zhì)量C平衡摩擦力時要取下細繩和砂桶D平衡摩擦力時不能取下細繩和砂桶