2019年高考物理總復(fù)習(xí) 第三章 牛頓運動定律 實驗四 驗證牛頓運動定律課件 教科版.ppt

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實驗四驗證牛頓運動定律 實驗基礎(chǔ) 核心探究 實驗基礎(chǔ)解讀實驗 萃取精華 注意事項1 平衡摩擦力 在平衡摩擦力時 不要把懸掛小盤的細繩系在小車上 即不要給小車加任何牽引力 且要讓小車拖著紙帶勻速運動 2 實驗條件 小車的質(zhì)量M遠大于小盤和砝碼的總質(zhì)量m 3 操作要領(lǐng) 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 再放開小車 且應(yīng)在小車到達定滑輪前按住小車 2 摩擦力平衡不準確 質(zhì)量測量不準確 計數(shù)點間距測量不準確 紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差 核心探究通法悟道 拓寬思路 探究點一基礎(chǔ)性實驗 典例1 在 驗證牛頓運動定律 實驗中 采用如圖所示的裝置圖進行實驗 解析 1 平衡摩擦力時使小車所受重力沿木板方向分力與小車所受摩擦力平衡 故A D項正確 B項錯誤 為確定小車是否為勻速運動 需要通過紙帶上點跡是否均勻來判斷 故C項錯誤 答案 1 AD 1 對小車進行 平衡摩擦力 操作時 下列必須進行的是 填字母序號 A 取下沙和沙桶B 在空沙桶的牽引下 輕推一下小車 小車能做勻速直線運動C 小車拖著穿過打點計時器的紙帶做勻速運動時 打點計時器的電源應(yīng)斷開D 把長木板沒有定滑輪的一端墊起適當(dāng)高度 2 實驗中 已經(jīng)測出小車的質(zhì)量為M 沙和沙桶的總質(zhì)量為m 若要將沙和沙桶的總重力大小作為小車所受拉力F的大小 這樣做的前提條件是 答案 2 m M 3 在實驗操作中 下列說法正確的是 填序號 A 求小車運動的加速度時 可用天平測出沙和沙桶的質(zhì)量M 和m 以及小車質(zhì)量M 直接用公式a g求出B 實驗時 應(yīng)先接通打點計時器的電源 再放開小車C 每改變一次小車的質(zhì)量 都需要改變墊入的小木塊的厚度D 先保持小車質(zhì)量不變 研究加速度與力的關(guān)系 再保持小車受力不變 研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系 最后歸納出加速度與力 質(zhì)量的關(guān)系 解析 3 本實驗是 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(dāng)成已知的公式來使用 故A錯誤 使用打點計時器時 應(yīng)該先接通電源 后釋放紙帶 故B正確 平衡摩擦力后有 tan 小車質(zhì)量改變時 總滿足mgsin mgcos 與小車質(zhì)量無關(guān) 所以不用再次平衡摩擦力 故C錯誤 本實驗采用控制變量法 故D正確 答案 3 BD 答案 4 1 18 4 如圖 甲 為某次實驗打出的一條紙帶 紙帶上每四個計時點記為一個計數(shù)點 按時間順序 取0 1 2 3 4 5 6七個計數(shù)點 用刻度尺量出1 2 3 4 5 6點到0點的距離 單位 cm 分別標(biāo)注在相應(yīng)的計數(shù)點的下方 則小車的加速度a m s2 結(jié)果保留三位有效數(shù)字 解析 5 縱截距不為零 即使小車質(zhì)量M非常大時 小車仍有加速度 說明小車不受拉力作用時也具有加速度 因此可以斷定平衡摩擦力時長木板傾角過大 答案 5 長木板傾角過大 5 在滿足實驗條件下 某同學(xué)得到了如圖 乙 的圖線 M為小車和砝碼的總質(zhì)量 圖線在縱軸上截距不為零的原因是 方法技巧實驗中的注意點 1 改變木塊質(zhì)量時 不需要重新平衡摩擦力 2 平衡木塊摩擦力后 細繩的拉力即為木塊的合外力 題組沖關(guān) 1 2018 安徽合肥質(zhì)檢 某實驗小組在做 探究加速度與力 質(zhì)量的關(guān)系 實驗中 1 在閉合開關(guān)之前 甲同學(xué)將實驗器材組裝成圖 甲 所示 請指出該裝置中的錯誤或不妥之處 只要答出其中的兩點即可 解析 1 打點計時器應(yīng)該用交流電源 圖中干電池為直流電源 本實驗應(yīng)該將木板的右端墊高 平衡摩擦力 小車離定滑輪太近 離打點計時器較遠 小車應(yīng)靠近打點計時器且打點計時器應(yīng)距左端較遠 這樣便于小車運動較長的時間 從而能獲取較多數(shù)據(jù) 準確測量小車的加速度 減小誤差 答案 1 用的是直流電源 木板的右端沒有墊高 小車離打點計時器太遠 只要答出其中的兩點即可 2 乙同學(xué)將上述裝置調(diào)整正確后進行實驗 在實驗中得到如圖 乙 所示的一條紙帶 圖中相鄰兩計數(shù)點之間還有四個點沒有畫出 由圖中的數(shù)據(jù)可算得小車加速度為m s2 保留兩位有效數(shù)字 答案 2 0 49 3 丙同學(xué)在利用上述調(diào)整好的裝置進行實驗中 保持沙和沙桶的總質(zhì)量不變 小車自身的質(zhì)量為M且保持不變 改變小車中砝碼的質(zhì)量m 并測出小車中放不同質(zhì)量砝碼時所對應(yīng)的加速度a 以m為橫坐標(biāo) 為縱坐標(biāo) 在坐標(biāo)紙上作出如圖 丙 所示的 m關(guān)系圖線 圖中縱軸上的截距為b 則小車受到的拉力大小為 2 某同學(xué)設(shè)計了一個探究加速度與物體所受合力及質(zhì)量間關(guān)系的實驗 圖 甲 為實驗裝置圖 A為小車 B為打點計時器 C為裝有沙的沙桶 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等于沙和沙桶的總重力 小車運動的加速度a可由打點計時器在紙帶上打出的點求得 1 圖 乙 為某次實驗得到的紙帶 紙帶上兩相鄰計數(shù)點的時間間隔為0 10s 由圖中數(shù)據(jù)求出小車加速度值為m s2 計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 答案 1 0 64 2 保持沙和沙桶的質(zhì)量不變 改變小車質(zhì)量m 分別得到小車加速度a與質(zhì)量m及對應(yīng)的數(shù)據(jù)如表中所示 根據(jù)表中數(shù)據(jù) 為直觀反映F不變時 a與m的關(guān)系 請在圖 丙 中選中恰當(dāng)?shù)奈锢砹亢蜆?biāo)度建立坐標(biāo)系 并作出圖線 答案 2 如圖所示 3 從圖線中得到F不變時小車加速度a與質(zhì)量m間的定量關(guān)系是 4 保持小車質(zhì)量不變 改變沙和沙桶質(zhì)量 該同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度與合力F圖線如圖 丁 所示 該圖線不通過原點 明顯超出偶然誤差范圍 其主要原因是 解析 4 圖線不通過坐標(biāo)原點 F不為零時 加速度仍為零 可知實驗前沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 答案 4 沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 探究點二創(chuàng)新性實驗 典例2 2014 全國 卷 22 某同學(xué)利用圖 a 所示實驗裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對應(yīng)關(guān)系圖 如圖 b 所示 實驗中小車 含發(fā)射器 的質(zhì)量為200g 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 回答下列問題 高考創(chuàng)新實驗例析 1 根據(jù)該同學(xué)的結(jié)果 小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成 填 線性 或 非線性 關(guān)系 2 由圖 b 可知 a m圖線不經(jīng)過原點 可能的原因是 解析 1 根據(jù)圖中描出的各點 作出的圖像不是一條直線 2 圖像不過原點 有拉力但沒有加速度 原因是摩擦力的影響 答案 1 非線性 2 實驗之前沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠 3 若利用本實驗裝置來驗證 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 的結(jié)論 并直接以鉤碼所受重力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 鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是 解析 3 完全平衡摩擦力之后 在滿足鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量的條件下 可以得出小車質(zhì)量不變情況下加速度與作用力成正比的結(jié)論 答案 3 實驗之前做好平衡摩擦力工作遠小于小車質(zhì)量 創(chuàng)新 改進點分析 1 實驗方案的改進 小車的加速度由位移傳感器與計算機自動得出 2 數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新 坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)為鉤碼的質(zhì)量 3 設(shè)問方式的創(chuàng)新 利用實驗點的分布特征確定a m的圖線的形狀特征 模擬創(chuàng)新實驗沖關(guān) 1 2018 福建龍巖四校聯(lián)考 甲 乙 丙三個實驗小組分別采用如圖 甲 乙 丙 所示的實驗裝置 驗證 當(dāng)質(zhì)量一定時 物體運動的加速度與它所受的合力成正比 這一物理規(guī)律 已知他們使用的小車完全相同 小車的質(zhì)量為M 重物的質(zhì)量為m 試回答下列問題 1 甲 乙 丙三組實驗中 必須平衡小車和長木板之間的摩擦力的實驗小組是 解析 1 三組實驗中小車與長木板之間都有摩擦力 所以都需要平衡摩擦力 答案 1 甲 乙 丙 2 實驗時 必須滿足 M遠大于m 的實驗小組是 3 實驗時 甲 乙 丙三組同學(xué)的操作均完全正確 他們作出的a F圖線如圖 丁 中A B C所示 則甲 乙 丙三組實驗對應(yīng)的圖線依次是 解析 2 乙 丙兩組繩上的力由彈簧測力計和力傳感器讀出 所以不需滿足M m 甲組用重物的重力代替繩的拉力 必須滿足M m 3 甲組用重物的重力代替繩子的拉力 需滿足M m 隨著m的增大 不滿足M m時 圖像出現(xiàn)彎曲 即甲組對應(yīng)C 根據(jù)拉力相等時 a乙 a丙來判斷乙組對應(yīng)A 丙組對應(yīng)B 答案 2 甲 3 CAB 答案 4 0 160 36 4 實驗時 乙組同學(xué)得到的一條紙帶如圖 戊 所示 從比較清晰的點起 每5個點取一個計數(shù)點 打點計時器所用電源的頻率為50Hz 根據(jù)所標(biāo)的測量數(shù)據(jù)可算得 小車的加速度為m s2 打下 2 點時小車的速度為m s 創(chuàng)新 改進點分析 1 實驗方案的創(chuàng)新 乙實驗中應(yīng)用彈簧測力計測繩的拉力 在小車上裝滑輪 這樣直觀得出小車的合力 丙實驗中應(yīng)用力傳感器直接得小車的合力 2 設(shè)問方式的創(chuàng)新 三種實驗方案對比 確定它們對應(yīng)的a F圖線 2 2018 東北三省四市聯(lián)考 某同學(xué)利用如圖 甲 所示的實驗裝置探究加速度與力的關(guān)系 該同學(xué)在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個光電門B 滑塊上固定一遮光條 滑塊用細線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連 傳感器下方懸掛鉤碼 每次滑塊都從A處由靜止釋放 1 該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d 如圖 乙 所示 則d cm 解析 1 由圖知第15條刻度線與主尺對齊 d 1mm 15 0 05mm 1 75mm 0 175cm 答案 1 0 175 2 實驗時 將滑塊從A位置由靜止釋放 由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門B的時間t 若要得到滑塊的加速度 還需要測量的物理量是 寫出文字和相應(yīng)字母 解析 2 滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度可近似認為是遮光條經(jīng)過光電門的平均速度 若要求得滑塊的加速度 還需要測量A位置到光電門的距離L 答案 2 A位置到光電門的距離L 解析 3 應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平 保持細線與導(dǎo)軌平面平行 使拉力等于滑塊所受合力 故A B正確 應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些 有利于減小誤差 故D正確 拉力是直接通過傳感器測量的 故與滑塊質(zhì)量和鉤碼及力傳感器總質(zhì)量大小關(guān)系無關(guān) 選項C錯誤 答案 3 C 3 下列不必要的一項實驗要求是 A 應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平B 應(yīng)使細線與氣墊導(dǎo)軌平行C 應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量D 應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些 創(chuàng)新 改進點分析 1 實驗方案的創(chuàng)新 滑塊在水平氣墊導(dǎo)軌上加速運動 利用光電門測速度 力傳感器直接得到滑塊受到的合力 2 數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新 利用測得的運動狀態(tài)量 由運動學(xué)公式v2 2ax求加速度 再結(jié)合牛頓第二定律推導(dǎo)函數(shù)關(guān)系 從而確定對應(yīng)的圖像