2019版高考物理總復習 第三章 牛頓運動定律 實驗四 驗證牛頓運動定律課件.ppt

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實驗四驗證牛頓運動定律 注意事項1 實驗方法 控制變量法 2 平衡摩擦力 不懸掛小盤 但小車連著紙帶3 不重復 不重復平衡摩擦力 4 實驗條件 M m 小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力 5 一先一后一按住 先接通電源 后放小車 且在小車到達滑輪前按住小車 6 作圖 作圖時兩軸標度比例要適當 各量須采用國際單位 誤差分析1 因實驗原理不完善引起的誤差 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 摩擦力平衡不準確 質量測量不準確 計數點間距測量不準確 紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差 熱點一教材原型實驗 例1 為了 探究加速度與力 質量的關系 現(xiàn)提供如圖1所示的實驗裝置 圖1 1 以下實驗操作正確的是 A 將木板不帶滑輪的一端適當墊高 使小車在砝碼及砝碼盤的牽引下恰好做勻速運動B 調節(jié)滑輪的高度 使細線與木板平行C 先接通電源 后釋放小車D 實驗中小車的加速度越大越好 圖2 2 在實驗中得到一條如圖2所示的紙帶 已知相鄰計數點間的時間間隔為T 0 1s 且間距x1 x2 x3 x4 x5 x6已量出分別為3 09cm 3 43cm 3 77cm 4 10cm 4 44cm 4 77cm 則小車的加速度a m s2 結果保留2位有效數字 3 有一組同學保持小車及車中的砝碼質量一定 探究加速度a與所受外力F的關系 他們在軌道水平及傾斜兩種情況下分別做了實驗 得到了兩條a F圖線 如圖3所示 圖線 是在軌道傾斜情況下得到的 填 或 小車及車中砝碼的總質量m kg 圖3 解析 1 將不帶滑輪的木板一端適當墊高 在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運動 以使小車的重力沿斜面的分力和摩擦力抵消 那么小車的合力就是細線的拉力 故選項A錯誤 細線的拉力為小車的合力 所以應調節(jié)定滑輪的高度使細線與木板平行 故選項B正確 實驗時 應使小車靠近打點計時器由靜止釋放 先接通電源 后釋放小車 故選項C正確 實驗時 為了減小實驗的誤差 小車的加速度應適當大一些 但不是越大越好 故選項D錯誤 答案 1 BC 2 0 34 3 0 5 變式訓練1 2017 淮南模擬 某實驗小組利用如圖4甲所示的裝置進行 探究加速度與合外力的關系 的實驗 1 在實驗中必須平衡摩擦力 以 平衡摩擦力 當小車 運動時 摩擦力恰好被平衡 2 為了減小誤差 在平衡摩擦力后 每次實驗必須通過改變鉤碼的個數來改變小車所受合外力 獲取多組數據 若小車質量為400g 實驗中每次所用的鉤碼總質量范圍應選 組會比較合理 填選項前的字母 A 10 40gB 200 400gC 1000 2000g 3 實驗中打點計時器所使用的是 選填 交流 或 直流 電源 頻率為50Hz 圖乙中給出的是實驗中獲取的紙帶的一部分 1 2 3 4 5是計數點 每相鄰兩計數點間還有4個打點未標出 每兩個計數點間的時間間隔是 s 由該紙帶可求得小車的加速度a m s2 結果保留2位小數 4 改變鉤碼的個數重復實驗 得到加速度a與合外力F的關系如圖丙所示 分析線段OA 可得出實驗的結論是 答案 1 傾斜木板勻速直線 2 A 3 交流0 11 07 4 在質量不變的條件下 物體的加速度與合外力成正比 圖4 熱點二實驗拓展創(chuàng)新1 實驗器材的改進 圖5 2 利用光電門測速度 如圖6 圖6 3 利用位移傳感器測位移 如圖7 圖7 2 數據測量的改進 3 實驗的拓展延伸以 探究加速度與力 質量的關系 為背景測量物塊與木板間的動摩擦因數 例2 在用DIS研究小車加速度與外力的關系時 某實驗小組先用如圖8a所示的實驗裝置 重物通過滑輪用細線拉小車 在小車和重物之間接一個不計質量的微型力傳感器 位移傳感器 發(fā)射器 隨小車一起沿水平軌道運動 位移傳感器 接收器 固定在軌道一端 實驗中力傳感器的拉力為F 保持小車 包括位移傳感器 發(fā)射器 的質量不變 改變重物重力重復實驗若干次 得到加速度與外力的關系如圖b所示 圖8 解析 1 根據圖象可知 當F 0 67N時 小車開始有加速度 則Ff 0 67N 1 小車與軌道間的滑動摩擦力Ff N 2 從圖象中分析 小車 包括位移傳感器 發(fā)射器 的質量為 kg 3 該實驗小組為得到a與F成正比的關系 應將斜面的傾角 調整到tan 3 為得到a與F成正比的關系 則應該平衡摩擦力 則有 Mgsin Mgcos 解得tan 所以tan 0 1 答案 1 0 67 2 0 67 3 0 1 變式訓練2 甲 乙兩同學均設計了測動摩擦因數的實驗 已知重力加速度為g 圖9 1 甲同學所設計的實驗裝置如圖9甲所示 其中A為一質量為M的長直木板 B為木板上放置的質量為m的物塊 C為物塊右端連接的一輕質彈簧測力計 實驗時用力將A從B的下方抽出 通過C的讀數F1即可測出動摩擦因數 則該設計能測出 填 A與B 或 A與地面 之間的動摩擦因數 其表達式為 1 2017 威海模擬 某實驗小組利用如圖10所示的裝置進行驗證 當質量m一定時 加速度a與力F成正比的關系 其中F m2g m m1 m2 m1為小車及車內砝碼的總質量 m2為桶及桶中砝碼的總質量 具體做法是 將小車從A處由靜止釋放 用速度傳感器測出它運動到B處時的速度v 然后將小車內的一個砝碼拿到小桶中 小車仍從A處由靜止釋放 測出它運動到B處時對應的速度 重復上述操作 圖中A B相距x 圖10 3 下列哪些措施能夠減小本實驗的誤差 A 實驗中必須保證m2 m1B 實驗前要平衡摩擦力C 細線在桌面上的部分應與長木板平行D 圖中A B之間的距離x盡量小些 1 設加速度大小為a 則a與v及x間的關系式是 2 如果實驗操作無誤 四位同學根據實驗數據做出了下列圖象 其中哪一個是正確的 解析 1 小車做初速度為零的勻加速直線運動 由勻變速直線運動的速度 位移公式得v2 2ax 答案 1 v2 2ax 2 A 3 BC 2 2017 清遠二模 在用DIS研究小車加速度與外力的關系時 某實驗小組先用如圖11a所示的實驗裝置 重物通過滑輪用細線拉小車 位移傳感器 發(fā)射器 隨小車一起沿傾斜軌道運動 位移傳感器 接收器 固定在軌道一端 實驗時將重物的重力作為拉力F 改變重物重力重復實驗四次 列表記錄四組數據 圖11 1 在圖c所示的坐標紙上作出小車加速度a隨拉力F變化的圖線 2 從所得圖線分析該實驗小組在操作過程中的不當之處 3 如果實驗時 在小車和重物之間接一不計質量的微型力傳感器來測量拉力F 實驗裝置如圖b所示 從理論上分析 該實驗圖線的斜率將 填 變大 變小 或 不變 2 由圖象可知 當小車拉力為零時 已經產生了加速度 故在操作過程中軌道的傾角過大 平衡摩擦力過度 解析 1 根據已知數據 畫出小車加速度a和拉力F的關系圖線如圖所示 答案 1 見解析圖 2 軌道傾角過大 或平衡摩擦力過度 3 變大 3 為了探究加速度與力 質量的關系 甲 乙 丙三位同學分別設計了如圖12所示的實驗裝置 小車總質量用M表示 乙圖中M包括小車與傳感器 丙圖中M包括小車和與小車固連的滑輪 鉤碼總質量用m表示 圖12 1 為便于測量合外力的大小 并得到小車總質量一定時 小車的加速度與所受合外力成正比的結論 下列說法正確的是 A 三組實驗中只有甲需要平衡摩擦力B 三組實驗都需要平衡摩擦力C 三組實驗中只有甲需要滿足所掛鉤碼的總質量m遠小于小車的總質量M的條件D 三組實驗都需要滿足所掛鉤碼的總質量m遠小于小車的總質量M的條件 2 圖丁是用圖甲裝置中打點計時器所打的紙帶的一部分 O A B C D和E為紙帶上六個計數點 加速度大小用a表示 則OD間的距離為 cm 圖戊是根據實驗數據繪出的s t2圖線 s為各計數點至同一起點的距離 則加速度大小a m s2 保留3位有效數字 3 若乙 丙兩位同學發(fā)現(xiàn)某次測量中力傳感器和彈簧測力計讀數相同 通過計算得到小車加速度均為a g為當地重力加速度 則乙 丙兩位同學實驗時所用小車總質量之比為 3 由于圖乙 丙中力傳感器示數與彈簧測力計示數相同 則丙中小車拉力是乙中的2倍 而小車加速度相同 由此可知乙 丙兩位同學所用小車質量比為1 2 答案 1 BC 2 1 200 934 0 932 0 935均可 3 1 2