高考物理 第3章 牛頓運動定律 實驗三 探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系

《高考物理 第3章 牛頓運動定律 實驗三 探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理 第3章 牛頓運動定律 實驗三 探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系（41頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、實驗實驗三三探究加速度與物體質(zhì)量、探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系物體受力的關(guān)系注意事項注意事項1.實驗方法：實驗方法：控制變量法?？刂谱兞糠ā?.平衡摩擦力：平衡摩擦力：在平衡摩擦力時，不要懸掛小盤，但小車應(yīng)連著在平衡摩擦力時，不要懸掛小盤，但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源。用手給小車一個初速度，如果在紙帶上打出紙帶且接通電源。用手給小車一個初速度，如果在紙帶上打出的點的間隔是均勻的，表明小車受到的阻力跟它的重力沿斜面的點的間隔是均勻的，表明小車受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。向下的分力平衡。3.實驗條件：實驗條件：只有滿足只有滿足Mm，小盤和砝碼的總重力才可視為小車，小盤和砝碼的總

2、重力才可視為小車受到的拉力。受到的拉力。4.一先一后一按?。阂幌纫缓笠话醋。焊淖兝托≤囐|(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，并應(yīng)先接通電源，后放開小車，且應(yīng)在盡量靠近打點計時器，并應(yīng)先接通電源，后放開小車，且應(yīng)在小車到達滑輪前按住小車。小車到達滑輪前按住小車。5.作圖：作圖：作圖時兩軸標度比例要適當，各量須采用國際單位，這作圖時兩軸標度比例要適當，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。樣作圖線時，坐標點間距不至于過密，誤差會小些。誤差分析誤差分析1.因?qū)嶒炘聿煌晟埔鸬恼`差：本實驗用小盤和砝碼的總重因?qū)嶒炘聿煌晟?/p>

3、引起的誤差：本實驗用小盤和砝碼的總重力力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。和砝碼的總重力。2.摩擦力平衡不準確、質(zhì)量測量不準確、計數(shù)點間距測量不準摩擦力平衡不準確、質(zhì)量測量不準確、計數(shù)點間距測量不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差。確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差。熱點一實驗原理與基本操作熱點一實驗原理與基本操作【例【例1】在在“探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中，采用如圖實驗中，采用如圖1所示的裝置圖進行實驗：所示的裝置圖進行實驗：圖圖1(1)實驗中，需要在木板的右

4、端墊上一個小木塊，其目的是實驗中，需要在木板的右端墊上一個小木塊，其目的是_。(3)本實驗的目的是：探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系，所以不能本實驗的目的是：探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系，所以不能把牛頓第二定律當成已知的公式來使用，故把牛頓第二定律當成已知的公式來使用，故A錯誤；使用打點錯誤；使用打點計時器時，都應(yīng)該先接通電源，后釋放紙帶，故計時器時，都應(yīng)該先接通電源，后釋放紙帶，故B正確；平衡摩正確；平衡摩擦力后擦力后tan ，與重物的質(zhì)量無關(guān)，所以不用再次平衡摩擦力，與重物的質(zhì)量無關(guān)，所以不用再次平衡摩擦力，故故C錯誤；本實驗采用控制變量法，故錯誤；本實驗采用控制變量法，故D正確。正確。答案答案(

5、1)平衡摩擦力平衡摩擦力(2)mM(3)BD【變式訓(xùn)練】【變式訓(xùn)練】1.在在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時采用如圖時采用如圖2所示的實驗裝置，所示的實驗裝置，小車及車中砝碼質(zhì)量為小車及車中砝碼質(zhì)量為M，砂桶及砂的質(zhì)量為，砂桶及砂的質(zhì)量為m。圖圖2(1)若已平衡摩擦力，在小車做勻加速直線運動過程中，繩的若已平衡摩擦力，在小車做勻加速直線運動過程中，繩的張力大小張力大小FT_，當，當M與與m的大小滿足的大小滿足_時，時，才可認為繩子對小車的拉力大小等于砂和砂桶的重力。才可認為繩子對小車的拉力大小等于砂和砂桶的重力。熱點二數(shù)據(jù)處理及誤差分析熱點二數(shù)據(jù)處理及誤差分析【例【例

6、2】一小組的同學用如圖一小組的同學用如圖3所示裝置做所示裝置做“探究物體質(zhì)量一定探究物體質(zhì)量一定時，加速度與力的關(guān)系時，加速度與力的關(guān)系”的實驗。的實驗。圖圖3(1)下列說法正確的有下列說法正確的有_。A.平衡摩擦力時，用細線一端掛空砝碼盤，另一端與小車相連，平衡摩擦力時，用細線一端掛空砝碼盤，另一端與小車相連，將木板適當傾斜，使小車在木板上近似做勻速直線運動將木板適當傾斜，使小車在木板上近似做勻速直線運動B.每次改變砝碼及砝碼盤總質(zhì)量之后，應(yīng)重新平衡摩擦力每次改變砝碼及砝碼盤總質(zhì)量之后，應(yīng)重新平衡摩擦力C.應(yīng)讓砝碼及砝碼盤總質(zhì)量遠大于小車及里面鉤碼的總質(zhì)量應(yīng)讓砝碼及砝碼盤總質(zhì)量遠大于小車及里

7、面鉤碼的總質(zhì)量D.砝碼及砝碼盤總質(zhì)量遠小于小車及里面鉤碼總質(zhì)量時，可以近砝碼及砝碼盤總質(zhì)量遠小于小車及里面鉤碼總質(zhì)量時，可以近似認為小車受到的拉力等于砝碼及砝碼盤的重力似認為小車受到的拉力等于砝碼及砝碼盤的重力(2)圖圖4甲為實驗中按規(guī)范操作打出的一條紙帶的一部分。從比較甲為實驗中按規(guī)范操作打出的一條紙帶的一部分。從比較清晰的點跡起，在紙帶上標出了連續(xù)的清晰的點跡起，在紙帶上標出了連續(xù)的5個計數(shù)點個計數(shù)點A、B、C、D、E，相鄰兩計數(shù)點之間都有，相鄰兩計數(shù)點之間都有4個計時點沒有標出，用刻度尺分別個計時點沒有標出，用刻度尺分別測量出測量出A點到點到B、C、D、E的距離如圖的距離如圖4所示，已知

8、打點計時器接所示，已知打點計時器接在頻率為在頻率為50 Hz的交流電源上，則此次實驗中小車運動加速度的的交流電源上，則此次實驗中小車運動加速度的測量值測量值a_m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖圖4(3)某同學平衡摩擦力后，改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，分別測量某同學平衡摩擦力后，改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，分別測量出小車的加速度出小車的加速度a。以砝碼盤及砝碼的重力。以砝碼盤及砝碼的重力F為橫坐標，以小車為橫坐標，以小車的加速度的加速度a為縱坐標，得到如圖乙所示的為縱坐標，得到如圖乙所示的aF圖線，則圖線不通圖線，則圖線不通過坐標原點的主要原因是過坐標原點的主要原因是_。解析解析

9、(1)平衡摩擦力時，應(yīng)將細線從小車上取下，輕輕推動小車，平衡摩擦力時，應(yīng)將細線從小車上取下，輕輕推動小車，使小車沿木板運動，通過打點計時器打出來的紙帶判斷小車是否使小車沿木板運動，通過打點計時器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運動，勻速運動，A錯誤；每次改變砝碼及砝碼盤總質(zhì)量之后，不需要錯誤；每次改變砝碼及砝碼盤總質(zhì)量之后，不需要重新平衡摩擦力，重新平衡摩擦力，B錯誤；應(yīng)讓砝碼及砝碼盤總質(zhì)量遠小于小車錯誤；應(yīng)讓砝碼及砝碼盤總質(zhì)量遠小于小車及里面鉤碼的總質(zhì)量，及里面鉤碼的總質(zhì)量，C錯誤；砝碼及砝碼盤總質(zhì)量遠小于小車錯誤；砝碼及砝碼盤總質(zhì)量遠小于小車及里面鉤碼的總質(zhì)量時，可以近似認為小車受到的拉力等于

10、砝碼及里面鉤碼的總質(zhì)量時，可以近似認為小車受到的拉力等于砝碼及砝碼盤的重力，及砝碼盤的重力，D正確。正確。(3)當當F0時，時，a0，也就是說當細線上沒有拉力時，小車就有加，也就是說當細線上沒有拉力時，小車就有加速度，這是平衡摩擦力時木板傾角速度，這是平衡摩擦力時木板傾角偏大，即平衡摩擦力過度引偏大，即平衡摩擦力過度引起的。起的。 答案答案(1)D(2)1.2(3)平衡摩擦力過度平衡摩擦力過度【變式訓(xùn)練】【變式訓(xùn)練】2.如圖如圖5所示為某同學探究加速度與力和質(zhì)量關(guān)系的實驗裝置，兩所示為某同學探究加速度與力和質(zhì)量關(guān)系的實驗裝置，兩個相同質(zhì)量的小車放在光滑水平板上，前端各系一條細繩，繩個相同質(zhì)量的

11、小車放在光滑水平板上，前端各系一條細繩，繩的一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤中可放砝碼。兩小車后端的一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤中可放砝碼。兩小車后端各系一條細繩，一起被夾子夾著使小車靜止。打開夾子，兩小各系一條細繩，一起被夾子夾著使小車靜止。打開夾子，兩小車同時開始運動；關(guān)上夾子，兩小車同時停下來，用刻度尺測車同時開始運動；關(guān)上夾子，兩小車同時停下來，用刻度尺測出兩小車的位移，下表是該同學在幾次實驗中記錄的數(shù)據(jù)。出兩小車的位移，下表是該同學在幾次實驗中記錄的數(shù)據(jù)。圖圖5實驗實驗次數(shù)次數(shù)車號車號小車質(zhì)小車質(zhì)量量(g)小盤質(zhì)小盤質(zhì)量量(g)車中砝碼車中砝碼質(zhì)量質(zhì)量(g)盤中砝碼盤中砝碼質(zhì)量質(zhì)量(

12、g)小車位小車位移移(cm)1甲甲50100015乙乙5010010302甲甲501001027.5乙乙50105010143甲甲50100018乙乙50101010 請回答下述問題：請回答下述問題：(1)在每一次實驗中，甲、乙兩車的位移之比等于在每一次實驗中，甲、乙兩車的位移之比等于_之比，之比，請簡要說明實驗原理：請簡要說明實驗原理：_；(2)第一次實驗控制了第一次實驗控制了_不變，在實驗誤差允許范圍內(nèi)可得不變，在實驗誤差允許范圍內(nèi)可得出的結(jié)論是出的結(jié)論是_；(3)第二次實驗控制了第二次實驗控制了_不變，在實驗誤差允許范圍內(nèi)可得不變，在實驗誤差允許范圍內(nèi)可得出的結(jié)論是出的結(jié)論是_；(4)第

13、三次實驗時，該同學先測量了甲車的位移，再根據(jù)前兩次實第三次實驗時，該同學先測量了甲車的位移，再根據(jù)前兩次實驗結(jié)論，計算出乙車應(yīng)該發(fā)生的位移，然后再測量了乙車的位移，驗結(jié)論，計算出乙車應(yīng)該發(fā)生的位移，然后再測量了乙車的位移，結(jié)果他高興地發(fā)現(xiàn)，理論的預(yù)言與實際符合得相當好。請問，他結(jié)果他高興地發(fā)現(xiàn)，理論的預(yù)言與實際符合得相當好。請問，他計算出的乙車的位移應(yīng)該是計算出的乙車的位移應(yīng)該是_。答案答案(1)加速度；見解析加速度；見解析(2)小車質(zhì)量；小車加速度與拉力成小車質(zhì)量；小車加速度與拉力成正比正比(3)小車所受拉力；小車加速度與質(zhì)量成反比小車所受拉力；小車加速度與質(zhì)量成反比(4)30 cm熱點三實

14、驗的改進與創(chuàng)新熱點三實驗的改進與創(chuàng)新以本實驗為背景，通過改變實驗條件、實驗儀器設(shè)置題目，不脫以本實驗為背景，通過改變實驗條件、實驗儀器設(shè)置題目，不脫離教材而又不拘泥教材，體現(xiàn)開放性、探究性、設(shè)計性等特點。離教材而又不拘泥教材，體現(xiàn)開放性、探究性、設(shè)計性等特點。視角視角1實驗器材的改進實驗器材的改進視角視角2數(shù)據(jù)測量的改進數(shù)據(jù)測量的改進視角視角3實驗的拓展延伸實驗的拓展延伸以以“驗證牛頓運動定律驗證牛頓運動定律”為背景測量物塊與木板間的動摩擦因數(shù)。為背景測量物塊與木板間的動摩擦因數(shù)。【例【例3】（2014新課標全國卷新課標全國卷）某同學利用圖某同學利用圖6甲所示實驗裝甲所示實驗裝置及數(shù)字化信息系

15、統(tǒng)獲得了小車加速度置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量與鉤碼的質(zhì)量m的對應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系圖，如圖乙所示。實驗中小車（含發(fā)射器）的質(zhì)量為關(guān)系圖，如圖乙所示。實驗中小車（含發(fā)射器）的質(zhì)量為200 g，實驗時選擇了不可伸長的輕質(zhì)細繩和輕定滑輪，小車的加速度實驗時選擇了不可伸長的輕質(zhì)細繩和輕定滑輪，小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計算機得到?；卮鹣铝袉栴}：由位移傳感器及與之相連的計算機得到?；卮鹣铝袉栴}：圖圖6(1)根據(jù)該同學的結(jié)果，小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成根據(jù)該同學的結(jié)果，小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成 (填填“線性線性”或或“非線性非線性”)關(guān)系。關(guān)系。(2)由圖乙可知，由圖乙可知，am

16、圖線不經(jīng)過原點，可能的原因是圖線不經(jīng)過原點，可能的原因是。(3)若利用本實驗裝置來驗證若利用本實驗裝置來驗證“在小車質(zhì)量不變的情況下，小在小車質(zhì)量不變的情況下，小車的加速度與作用力成正比車的加速度與作用力成正比”的結(jié)論，并直接以鉤碼所受重的結(jié)論，并直接以鉤碼所受重力力mg作為小車受到的合外力，則實驗中應(yīng)采取的改進措施是作為小車受到的合外力，則實驗中應(yīng)采取的改進措施是，鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是，鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是。解析解析(1)把圖乙中的點用平滑線連接后，可以看出，把圖乙中的點用平滑線連接后，可以看出，am圖圖線是曲線即非線性。線是曲線即非線性。(2)由圖象可知，小車受到鉤碼的拉力作用，但

17、加速度仍為零，由圖象可知，小車受到鉤碼的拉力作用，但加速度仍為零，可能的原因是小車還受到摩擦力的作用。可能的原因是小車還受到摩擦力的作用。(3)改進措施：第一圖線不過原點，要平衡摩擦力，所以調(diào)整軌改進措施：第一圖線不過原點，要平衡摩擦力，所以調(diào)整軌道的傾斜度；第二，要使小車受到合外力等于鉤碼的重力，要道的傾斜度；第二，要使小車受到合外力等于鉤碼的重力，要求鉤碼質(zhì)量不能太大，即遠小于小車的質(zhì)量。求鉤碼質(zhì)量不能太大，即遠小于小車的質(zhì)量。答案答案(1)非線性非線性(2)存在摩擦力存在摩擦力(3)調(diào)整軌道傾斜度以平衡摩擦力遠小于小車質(zhì)量調(diào)整軌道傾斜度以平衡摩擦力遠小于小車質(zhì)量【變式訓(xùn)練】【變式訓(xùn)練】3

18、.圖圖7為測量物塊與水平桌面之間動摩擦因數(shù)的實驗裝置示意圖。為測量物塊與水平桌面之間動摩擦因數(shù)的實驗裝置示意圖。實驗步驟如下：實驗步驟如下：圖圖7用天平測量物塊和遮光片的總質(zhì)量用天平測量物塊和遮光片的總質(zhì)量M，重物的質(zhì)量，重物的質(zhì)量m，用游標，用游標卡尺測量遮光片的寬度卡尺測量遮光片的寬度d，用米尺測量兩光電門之間的距離，用米尺測量兩光電門之間的距離x；調(diào)整輕滑輪，使細線水平；調(diào)整輕滑輪，使細線水平；圖圖81.(2016江西重點中學聯(lián)考江西重點中學聯(lián)考)(1)我們已經(jīng)知道，物體的加速度我們已經(jīng)知道，物體的加速度a同同時跟合外力時跟合外力F和質(zhì)量和質(zhì)量M兩個因素有關(guān)。要研究這三個物理量之間兩個因

19、素有關(guān)。要研究這三個物理量之間的定量關(guān)系，需采用的思想方法是的定量關(guān)系，需采用的思想方法是。圖圖9(2)某同學的實驗方案如圖某同學的實驗方案如圖9所示，她想用砂桶的重力表示小車所示，她想用砂桶的重力表示小車受到的合外力受到的合外力F，為了減少這種做法帶來的實驗誤差，她先做，為了減少這種做法帶來的實驗誤差，她先做了兩方面的調(diào)整措施：了兩方面的調(diào)整措施：解析解析(1)實驗研究這三個物理量之間關(guān)系的思想方法是控制變實驗研究這三個物理量之間關(guān)系的思想方法是控制變量法。量法。(2)用小木塊將長木板無滑輪的一端墊高，目的是平衡摩擦力，用小木塊將長木板無滑輪的一端墊高，目的是平衡摩擦力，只有在滿足砂桶的質(zhì)量

20、遠小于小車的質(zhì)量時，拉力才可近似等只有在滿足砂桶的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量時，拉力才可近似等于砂桶的重力。于砂桶的重力。(3)計算加速度時，用逐差法誤差較小。計算加速度時，用逐差法誤差較小。答案答案(1)控制變量法控制變量法(2)平衡摩擦力砂桶的重力平衡摩擦力砂桶的重力(3)B2.某實驗小組在實驗室探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。某實驗小組在實驗室探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。(1)甲同學在小車所受合外力不變時，改變小車的質(zhì)量，得到數(shù)甲同學在小車所受合外力不變時，改變小車的質(zhì)量，得到數(shù)據(jù)如下表所示：據(jù)如下表所示：圖圖10(2)木板傾角過大木板傾角過大23.某同學利用如圖某同學利用如圖11甲所示的裝置探究

21、甲所示的裝置探究“小車的加速度與所受合小車的加速度與所受合外力的關(guān)系外力的關(guān)系”，具體實驗步驟如下：，具體實驗步驟如下：圖圖11A.按照圖示安裝好實驗裝置，掛上砂桶按照圖示安裝好實驗裝置，掛上砂桶(含少量砂子含少量砂子)；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，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；且通過兩個光電門的時間相等；C.取下細繩和砂桶，測量砂子和桶的總質(zhì)量取下細繩和砂桶，測量砂子和桶的總質(zhì)量m，并記下；，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

22、，由靜止釋放小車，記錄小車先后通過光電門甲和乙時顯位置，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；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)重新掛上細繩和砂桶，改變砂桶中砂子的質(zhì)量，重復(fù)B、C、D步驟。步驟。(1)若砂桶和砂子的總質(zhì)量為若砂桶和砂子的總質(zhì)量為m，小車的質(zhì)量為，小車的質(zhì)量為M，重力加速度，重力加速度為為g，則步驟，則步驟D中小車加速下滑時所受合力大小為中小車加速下滑時所受合力大小為。(忽略空氣阻力忽略空氣阻力)(2)如圖乙所示，用游標卡尺測得小車上遮光片的寬度為如圖乙所示，用游標卡尺測得小車上遮光片的寬度為 mm。(3)若遮光片的寬度為若遮光片的

23、寬度為d，光電門甲、乙之間的距離為，光電門甲、乙之間的距離為l，通，通過光電門甲和乙時顯示的時間分別為過光電門甲和乙時顯示的時間分別為t1、t2，則小車的加速，則小車的加速度度a。(4)有關(guān)本實驗的說法正確的是有關(guān)本實驗的說法正確的是。A.砂桶和砂子的總質(zhì)量必須遠小于小車的質(zhì)量砂桶和砂子的總質(zhì)量必須遠小于小車的質(zhì)量B.小車的質(zhì)量必須遠小于砂桶和砂子的總質(zhì)量小車的質(zhì)量必須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平衡摩擦力時不能取下細繩和砂桶(4)設(shè)平衡摩擦力時木板的傾角為設(shè)平衡摩擦力時木板的傾角為，則，則mgMgcos

24、 Mgsin ，可以看出可以看出m與與M之間只需滿足上式即可，選項之間只需滿足上式即可，選項A、B錯誤；由于此錯誤；由于此題中實驗步驟題中實驗步驟B在砂桶拉力作用下小車平衡，取下細繩和砂桶后，在砂桶拉力作用下小車平衡，取下細繩和砂桶后，小車加速下滑時所受合力大小等于砂桶和砂子的總重力小車加速下滑時所受合力大小等于砂桶和砂子的總重力mg，平衡，平衡摩擦力時不能取下細繩和砂桶，小車重力沿斜面的分力必須與砂摩擦力時不能取下細繩和砂桶，小車重力沿斜面的分力必須與砂桶和砂子的總重力以及小車向下運動所受摩擦力之和相等，選項桶和砂子的總重力以及小車向下運動所受摩擦力之和相等，選項C錯誤，錯誤，D正確。正確。