2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第三章 實驗四 驗證牛頓運動定律課件 教科版.ppt

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1、實驗四驗證牛頓運動定律,,大一輪復(fù)習(xí)講義,,第三章牛頓運動定律,,NEIRONGSUOYIN,內(nèi)容索引,過好雙基關(guān),研透命題點,回扣基礎(chǔ)知識 訓(xùn)練基礎(chǔ)題目,細研考綱和真題 分析突破命題點,,過好雙基關(guān),,,,基本實驗要求,,,1.實驗原理 (1)保持質(zhì)量不變，探究加速度跟 的關(guān)系. (2)保持合外力不變，探究加速度與 的關(guān)系. (3)作出aF圖像和a 圖像，確定其關(guān)系. 2.實驗器材 小車、砝碼、小盤、細繩、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、 、導(dǎo)線兩根、紙帶、天平、米尺.,合外力,質(zhì)量,低壓交流電源,3.實驗步驟 (1)測量：用天平測量小盤和砝碼的質(zhì)量m和小

2、車的質(zhì)量m. (2)安裝：按照如圖1所示裝置把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細繩系在小車上(即不給小車 ). (3)平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，使小車能 下滑.,圖1,牽引力,勻速,(4)操作：小盤通過細繩繞過定滑輪系于小車上，先 后 ，斷開電源，取下紙帶編號碼. 保持小車的質(zhì)量m不變，改變小盤和砝碼的質(zhì)量m，重復(fù)步驟. 在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，測加速度a. 描點作圖，作aF的圖像. 保持小盤和砝碼的質(zhì)量m不變，改變小車質(zhì)量m，重復(fù)步驟和，作a 圖像.,接通電源,放開小車,,規(guī)律方法總結(jié),,,1.注意事項 (1)平衡摩擦

3、力：適當(dāng)墊高木板不帶定滑輪的一端，使小車的重力沿斜面方向的分力正好平衡 .在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細繩系在小車上，讓小車拉著穿過打點計時器的紙帶勻速運動. (2)不用重復(fù)平衡摩擦力. (3)實驗條件： . (4)一先一后一按：改變拉力或小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近_____ ，并應(yīng)先接通電源，后釋放小車，且應(yīng)在小車到達滑輪前按住小車.,mm,計時器,打點,小車和紙帶受到的阻力,2.誤差分析 (1)實驗原理不完善：本實驗用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力. (2)摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、

4、計數(shù)點間距測量不準(zhǔn)確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差. 3.數(shù)據(jù)處理 (1)利用xaT2及逐差法求a. (2)以a為縱坐標(biāo)，F(xiàn)為橫坐標(biāo)，描點、畫線，如果該線為過原點的直線，說明a與F成正比. (3)以a為縱坐標(biāo)， 為橫坐標(biāo)，描點、畫線，如果該線為過原點的直線，就能判定a與m成反比.,,研透命題點,,,例1(2018陜西省寶雞市一模)某同學(xué)利用如圖2甲所示裝置探究“加速度與力、物體質(zhì)量的關(guān)系”，圖中裝有砝碼的小車放在長木板上，左端拴有一不可伸長的細繩，跨過固定在木板邊緣的滑輪與一砝碼盤相連.在砝碼盤的牽引下，小車在長木板上做勻加速直線運動，圖乙是該同學(xué)做實驗時打點計時器在紙帶上打出的一些

5、連續(xù)的點，該同學(xué)測得相鄰點之間的距離分別是x1、x2、x3、x4、x5、x6，打點計時器所接交流電的周期為T.小車及車中砝碼的總質(zhì)量為M，砝碼盤和盤中砝碼的總質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間.,,,,命題點一教材原型實驗,圖2,(1)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可得小車運動的加速度表達式為a______________________.,解析為了減小偶然誤差，采用逐差法處理數(shù)據(jù)，有： x6x33a1T2，x5x23a2T2，x4x13a3T2，,(2)該同學(xué)先探究合外力不變的情況下，加速度與質(zhì)量的關(guān)系，以下說法正確的是_____. A.平衡摩擦力時，要把裝有砝碼的砝碼盤用細繩通過定滑輪系在小車上，把木 板不帶滑

6、輪的一端緩慢抬起，反復(fù)調(diào)節(jié)直到紙帶上打出的點跡均勻為止 B.由于小車受到的摩擦力與自身重力有關(guān)，所以每次改變小車質(zhì)量時，都要重 新平衡摩擦力 C.用天平測出M和m后，小車運動的加速度可以直接用公式a 求出 D.在改變小車質(zhì)量M時，會發(fā)現(xiàn)M的值越大，實驗的誤差就越小,D,解析在該實驗中，我們認為細繩的拉力就等于小車所受的合外力，故在平衡摩擦力時，細繩的另一端不能懸掛裝砝碼的砝碼盤，故A錯誤； 由于平衡摩擦力之后有Mgsin Mgcos ，故tan .所以無論小車的質(zhì)量是否改變，小車所受的滑動摩擦力都等于小車的重力沿斜面的分力，改變小車質(zhì)量時不需要重新平衡摩擦力，故B錯誤； 小車運動的加速度通

7、過紙帶求出，不能通過a 求出，故C錯誤； 本實驗中，只有滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量M時，才近似認為細繩拉力等于小車所受的合外力，所以在改變小車質(zhì)量M時，會發(fā)現(xiàn)M的值越大，實驗的誤差就越小，故D正確.,(3)該同學(xué)接下來探究在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合外力的關(guān)系.他平衡摩擦力后，每次都將小車中的砝碼取出一個放在砝碼盤中，用天平測得砝碼盤及盤中砝碼的總質(zhì)量m，并通過打點計時器打出的紙帶求出加速度.得到多組數(shù)據(jù)后，繪出如圖丙aF圖像，發(fā)現(xiàn)圖像是一條過坐標(biāo)原點的傾斜直線.圖像中 直線的斜率表示________(用本實驗中可測量的量表示).,解析對砝碼盤和砝碼：mgFma 對小車及車中砝

8、碼：F(Mmm)a 聯(lián)立得：mg(Mm)a 認為小車及車中砝碼所受合力Fmg 所以F(Mm)a,(4)該同學(xué)在這個探究實驗中采用的物理學(xué)思想方法為________. A.理想化模型法 B.控制變量法 C.極限法 D.比值法,B,解析該實驗采用控制變量法.,變式1(2018廣東省深圳市高級中學(xué)月考)某組同學(xué)設(shè)計了“探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m的關(guān)系”實驗.如圖3甲為實驗裝置簡圖，A為小車，B為電火花計時器，C為裝有細砂的小桶，D為一端帶有定滑輪的長方形木板，實驗中認為細繩對小車的拉力F等于細砂和小桶的總重力，小車運動的加速度a可用紙帶上打出的點求得.,圖3,(1)如圖乙為某次實驗得到的紙

9、帶，已知實驗所用電源的頻率為50 Hz.根據(jù)紙帶可求出電火花計時器打B點時的速度為____ m/s，小車的加速度大小為______m/s2.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字),1.6,3.2,由逐差法求解小車的加速度，,(2)在“探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系”時，某同學(xué)按照自己的方案將實驗數(shù)據(jù)都在坐標(biāo)系中進行了標(biāo)注，但尚未完成圖像(如圖丙所示).請繼續(xù)幫助該同學(xué)作出坐標(biāo)系中的圖像.,答案見解析圖,解析根據(jù)描點法作出圖像，如圖所示：,(3)在“探究加速度a與合力F的關(guān)系”時，該同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F的圖線如圖丁所示，該圖線不通過坐標(biāo)原點，試分析圖線不通過坐標(biāo)原點的原因： _________

10、______________________________.,實驗前沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠,解析圖線不通過坐標(biāo)原點，F(xiàn)不為零時，加速度仍為零，則實驗前沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不夠.,,,,命題點二教材實驗創(chuàng)新,例2(2016全國卷23)某物理課外小組利用圖4中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系.圖中，置于實驗臺上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤,圖4,碼.本實驗中可用的鉤碼共有N5個，每個質(zhì)量均為0.010 kg.實驗步驟如下： (1)將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊，使小車(和

11、鉤碼)可以在木板上勻速下滑.,(2)將n(依次取n1,2,3,4,5)個鉤碼掛在輕繩右端，其余Nn個鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行.釋放小車，同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s，繪制st圖像，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a. (3)對應(yīng)于不同的n的a值見下表.n2時的st圖像如圖5所示；由圖求出此時小車的加速度(保留2位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表.,圖5,0.39,解析因為小車做初速度為零的勻加速直線運動，將題圖中點(2,0.78)代入s at2可得，a0.39 m/s2.,(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖6中補齊數(shù)據(jù)點，并作出an圖像.從圖像可以看出：當(dāng)物體質(zhì)量

12、一定時，物體的加速度與其所受的合外力成正比.,圖6,答案見解析圖,解析根據(jù)描點法可得如圖所示圖線.,(5)利用an圖像求得小車(空載)的質(zhì)量為________kg(保留2位有效數(shù)字，重力加速度取g9.8 ms2).,0.44,(6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，下列說法正確的是_____(填入正確選項前的標(biāo)號) A.an圖線不再是直線 B.an圖線仍是直線，但該直線不過原點 C.an圖線仍是直線，但該直線的斜率變大,解析若保持木板水平，則小車受到木板的摩擦力，有nmgM(5n)mg(M5m)a，,BC,則an圖像仍為直線，但不過原點，且斜率變大，選項B、C正確.,例3(2018山東省泰

13、安市上學(xué)期期中)某實驗小組在“探究加速度與物體的質(zhì)量、受力的關(guān)系”實驗中，設(shè)計出如下的實驗方案，實驗裝置如圖7所示.已知小車質(zhì)量M261 g，打點計時器所使用的交流電頻率f50 Hz.其實驗步驟是： A.按實驗裝置圖安裝好實驗裝置； B.利用墊塊調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車(與 紙帶、細繩和砝碼盤相連)能沿長木板向下做勻速運動； C.取下細繩和砝碼盤，記下砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m； D.將小車置于打點計時器旁(小車與紙帶相連，但與細繩和砝碼盤不相連)先接 通電源，再放開小車，打出一條紙帶，由紙帶求得小車的加速度a； E.重新掛上細繩和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼質(zhì)量，重復(fù)A、B、C、D步驟

14、， 求得小車在不同合外力F作用下的加速度.,圖7,回答以下問題： (1)按上述方案做實驗，是否要求砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量？____(填“是”或“否”).,否,解析當(dāng)小車勻速下滑時有Mgsin f(m0m)g，當(dāng)取下細繩和砝碼盤后，由于重力沿斜面向下的分力Mgsin 和摩擦力f不變，因此其合外力為(m0m)g，由此可知該實驗中不需要砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量.,(2)實驗中打出的其中一條紙帶如圖8所示，每隔4個點取一個計數(shù)點，由該紙帶可求得小車的加速度a_______m/s2(結(jié)果保留三位有效數(shù)字).,0.880,解析相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T0.1 s，在勻變速直線運

15、動中連續(xù)相等時間內(nèi)的位移差為常數(shù)，即xaT2，,圖8,(3)某次實驗砝碼盤中砝碼的重力和對應(yīng)小車加速度數(shù)據(jù)如下表,答案見解析圖,請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在虛線框中畫出aF圖像；,解析aF圖像如圖所示,造成圖線不過坐標(biāo)原點的最主要原因是_______________________________ _________________；,在計算小車所受的合外力時未計入,解析由圖像可知，當(dāng)合外力為零時，小車有加速度，這說明在計算小車所受的合外力時未計入砝碼盤的重力.,砝碼盤的重力,砝碼盤的重力大小是________N.,0.06,解析根據(jù)數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系可知由該圖線延長線與橫軸的交點可求出的物理量是砝碼盤的重力

16、大小，為0.06 N.,變式2(2018河南省鶴壁市第二次段考)學(xué)習(xí)了傳感器之后，在“研究小車加速度與所受合外力的關(guān)系”實驗時，甲、乙兩實驗小組引進“位移傳感器”、“力傳感器”，分別用如圖9(a)、(b)所示的實驗裝置實驗，重物通過細線跨過滑輪拉相同質(zhì)量的小車，位移傳感器B隨小車一起沿水平軌道運動，位移傳感器A固定在軌道一端.甲組實驗中把重物的重力作為拉力F，乙組直接用力傳感器測得拉力F，改變重物的重力重復(fù)實驗多次，記錄多組數(shù)據(jù)，并畫出aF圖像.,圖9,(1)甲組實驗把重物的重力作為拉力F的條件為________.(重物質(zhì)量為m，小車與傳感器總質(zhì)量為M),mM,解析在該實驗中實際是：mg(Mm

17、)a，要滿足mgMa，應(yīng)該使重物的質(zhì)量遠小于小車和力傳感器的總質(zhì)量.,(2)圖(c)中符合甲組同學(xué)作出的實驗圖像是_____；符合乙組同學(xué)作出的實驗圖像是____.(選填“”“”或“”),,,解析在質(zhì)量不變的條件下，加速度與外力成正比；,即隨著重物的質(zhì)量增大，不再滿足重物的質(zhì)量遠遠小于小車的質(zhì)量， 所以題圖(c)中符合甲組同學(xué)做出的實驗圖像是. 乙組直接用力傳感器測得拉力F，隨著重物的質(zhì)量增大，拉力F的測量是準(zhǔn)確的，aF關(guān)系為一傾斜的直線，符合乙組同學(xué)做出的實驗圖像是.,變式3(2019四川省瀘州市質(zhì)檢)如圖10甲所示是某同學(xué)在探究“物體質(zhì)量一定時，加速度與合外力的關(guān)系”的實驗裝置，實驗時將小

18、車從光電門A的右側(cè)由靜止釋放，與光電門連接的數(shù)字計時器可以測量遮光片經(jīng)過光電門A、B所用的時間tA、tB，回答下列問題. (1)下列實驗要求必須滿足的是________. A.保證沙桶和沙的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量 B.保持沙和沙桶的質(zhì)量不變 C.保持穿過光電門的細線與長木板平行 D.保持小車的質(zhì)量不變,圖10,CD,解析由于該實驗裝置的連接方式，沙桶和小車不具有共同的加速度，小車是在細線的拉力作用下加速運動，此拉力可由測力計示數(shù)獲得，不需要用沙和沙桶的重力來代替，故不要求沙桶和沙的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，故A錯誤； 根據(jù)控制變量法原理可知，探究物體質(zhì)量一定，加速度與合外力的關(guān)系時要保持小車的質(zhì)量不

19、變，改變沙和沙桶的質(zhì)量，故B錯誤，D正確； 保持穿過光電門的細線與長木板平行，使平衡摩擦力后，細線的拉力等于小車受到的合外力，故C正確.,(2)為測算小車的加速度，實驗中還需要測量的物理量有_______________和________________________.,遮光片的寬度,解析已經(jīng)知道遮光片經(jīng)過光電門A、B所用的時間tA、tB，則需要測量遮光片的寬度d，從而求出經(jīng)過A、B時的速度，要求出加速度，根據(jù)勻變速直線運動位移與速度關(guān)系即可求解，所以還要測出光電門A、B間的距離.,(3)實驗中改變沙和沙桶的質(zhì)量，得到小車加速度a與測力計示數(shù)F的對應(yīng)關(guān)系如圖乙所示，圖線不經(jīng)過原點，可能的原因

20、是___________________________________.,解析圖線不通過坐標(biāo)原點，F(xiàn)不為零時，加速度仍為零，則實驗前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足.,未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足,光電門A、B間的距離,,,,命題點三教材實驗拓展,以“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”為背景測量物塊與木板間的動摩擦因數(shù).,例4(2018廣東省惠州市第二次調(diào)研)采用圖11甲所示的裝置測量滑塊與長木板間的動摩擦因數(shù)，圖示滑塊上可放置砝碼，實驗中，滑塊碰到制動裝置時，鉤碼尚未到達地面，已知打點計時器工作頻率為50 Hz.,圖11,(1)實驗的部分步驟如下： 用天平稱出滑塊質(zhì)量M和鉤碼質(zhì)量m. 將紙帶穿過打點

21、計時器，連在滑塊后端，用細線連接滑塊和鉤碼；,將滑塊停在打點計時器附近，放開滑塊，接通電源，滑塊拖動紙帶，打點計時器在紙帶上打下一系列點，斷開開關(guān)； 改變鉤碼的數(shù)量，更換紙帶，重復(fù)的操作.,請指出以上實驗步驟的重要遺漏與錯誤： 遺漏的步驟是：_______________________________________________ 錯誤的步驟是：_______________________________________________,步驟中應(yīng)調(diào)整細線與長木板水平且二者相互平行,解析遺漏的步驟是：步驟中應(yīng)調(diào)整細線與長木板水平且二者相互平行； 錯誤的步驟是：步驟中應(yīng)該先接通電源后釋放滑塊

22、；,步驟中應(yīng)該先接通電源后釋放滑塊,(2)圖乙是鉤碼質(zhì)量為m0.05 kg，滑塊質(zhì)量為M0.06 kg時得到的一條紙帶.如圖所示為用刻度尺測量某一紙帶上的x1、x2的情況，從圖中可讀出x13.10 cm，x2_____cm.若滑塊運動的加速度大小為a，重力加速度大小為g9.8 m/s2.根據(jù) 以上相關(guān)物理量寫出動摩擦因數(shù)的表達式______________，由紙帶上數(shù)據(jù) 可得出______.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字),5.50,0.38,解析由題圖可知：x25.50 cm；,代入數(shù)據(jù)可得：0.38.,變式4(2018山西省太原市上學(xué)期期末)某小組設(shè)計了“用一把刻度尺測動摩擦因數(shù)”的實驗方案. (

23、1)如圖12甲所示，將一輕質(zhì)彈簧放置在水平桌面上，左端固定，右端與一小滑塊(可視為質(zhì)點)接觸而不粘連，彈簧處于原長時，滑塊恰好處在桌面邊緣； (2)向左推滑塊，使彈簧壓縮至虛線位置后由靜止釋放，滑塊離開桌面后落到水平地面上.測得桌面離地面的高度為h，滑塊平拋過程中發(fā)生的水平位移為x，已,圖12,知重力加速度大小為g, 則滑塊離開 桌面時的速度________(用已知和測 得的物理量的符號表示)；,(3)將彈簧和滑塊在桌面上向左平移一定距離，然后同樣固定彈簧左端，彈簧處于原長時，滑塊位于O點，如圖乙所示.向左推滑塊，使彈簧壓縮量與第一次相同.釋放滑塊，滑塊在水平桌面上滑行一段后停在 A 點，測得 OAx，則可 知滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)為________(用已知和測得的物理量的符號表示).,(4)本實驗中會引起誤差的因素有________. A.桌面不夠水平 B.重力加速度的值比 9.80 m/s2大 C.彈簧的質(zhì)量不可忽略,A,解析桌面不夠水平，則加速度的求解會產(chǎn)生誤差，則動摩擦因數(shù)的求解有誤差，選項A正確； 由 可知，動摩擦因數(shù)與重力加速度無關(guān)，選項B錯誤； 此問題與彈簧的質(zhì)量無關(guān)，選項C錯誤.,