2017年高考物理一轮复习课件 实验（4）验证牛顿运动定律

2017年高考物理一轮复习课件 实验（4）验证牛顿运动定律内容摘要：

1、实验四 验证牛顿运动定律 注意事项 控制变量法。 在平衡摩擦力时 ， 不要悬挂小盘 ， 但小车应连着纸带且接通电源。 用手给小车一个初速度 ， 如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的 ， 表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。 只有满足 Mm， 小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。 改变拉力和小车质量后 ， 每次开始时小车应尽量靠近打点计时器 ， 并应先接通电源 ， 后放开小车 ， 且应在小车到达滑轮前按住小车。 作图时两轴标度比例要适当，各量须采用国际单位，这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些。 误差分析 实验用小盘和砝码的总重力 而实际上小车所受的拉力要小 2、于小盘和砝码的总重力。 质量测量不准确 、 计数点间距测量不准确 、 纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。 热点一 实验原理与基本操作 【 例 1】 在 “ 探究加速度和力 、 质量的关系 ” 实验中 ， 采用如图1所示的装置图进行实验： 图 1 (1)实验中 ， 需要在木板的右端垫上一个小木块 ， 其目的是_。 (2) 实验中，已经测出小车的质量为 M ，砝码 ( 包括砝码盘 ) 的总质量为 m ，若要将砝码 ( 包括砝码盘 ) 的总重力大小作为小车所受拉力 F 的大小，这样做的前提条件是 _ _。 (3) 在实验操作中，下列说法正确的是 _( 填序号 )。 A . 求小车运动的 3、加速度时，可用天平测出小盘和砝码的质量 M 和 m ，以及小车质量 M ，直接用公式 a M m 出 B . 实验时，应先接通打点计时器 的电源，再放开小车 C . 每改变一次小车的质量，都需要改变垫入的小木块的厚度 D . 先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系 解析 (1) 本实验木板表面不可能光滑，摩擦力会影响实验结果，所以要平衡摩擦力。 (2) 根据牛顿第二定律得， ( M m ) a ，解得 a m，则绳子的拉力 F Mm m知当砝码 ( 包括砝码盘 ) 的总质量远小于小车质量时，小车所受的拉力等于砝码 4、( 包括砝码盘 )的总重力，所以应满足的条件是砝码 ( 包括砝码盘 ) 的总质量远小于小车的质量。 (3)本实验的目的是：探究加速度和力 、 质量的关系 ， 所以不能把牛顿第二定律当成已知的公式来使用 ， 故 用打点计时器时 ， 都应该先接通电源 ， 后释放纸带 ， 故 衡摩擦力后 ， 与重物的质量无关 ， 所以不用再次平衡摩擦力 ， 故 实验采用控制变量法 ， 故 答案 (1)平衡摩擦力 (2)mM (3) 变式训练 】 探究加速度与力、质量的关系 ” 时采用如图 2所示的实验装置，小车及车中砝码质量为 M，砂桶及砂的质量为 m。 图 2 (1)若已平衡摩擦力 ， 在小车做匀加速直线运动过程 5、中 ， 绳的张力大小 _， 当 M与 _时 ，才可认为绳子对小车的拉力大小等于砂和砂桶的重力。 ( 2) 某同学在保持砂和砂桶质量 m 一定的条件下，探究小车加速度 a 与质量 M 的关系，其具体操作步骤如下，则做法合理的有 ( ) A . 平衡摩擦力时，砂桶应用细线通过定滑轮系在小车上且小车后面的纸带也必须连好 B . 每次改变小车 质量 M 时，都需要重新平衡摩擦力 C . 实验时，先接通计时器的电源，再放开小车 D . 用天平测出 m 及 M ，直接用公式 a 解析 (1) 由牛顿第二定律知：对小车有 对砂和砂桶有 所以 m m m / M，可见当 M m 时， (2) 平衡摩擦力时， 6、应在不挂砂桶的情况下让小车带着纸带匀速下滑来平衡摩擦力， A 错误；每次改变小车质量 M 时，不需要重新平衡摩擦力， B 错误；实验时，先接通计时器的电源 ，再放开小车， C 正确；小车运动的加速度必须由纸带上的测量数据计算得到， D 错误。 答案 (1) m / M M m ( 2)C 热点二 数据处理及误差分析 【例 2】 一小组的同学用如图 3所示装置做 “ 探究物体质量一定时，加速度与力的关系 ” 的实验。 图 3 (1)下列说法正确的有 _。 用细线一端挂空砝码盘 ， 另一端与小车相连 ，将木板适当倾斜 ， 使小车在木板上近似做匀速直线运动 应重新平衡摩擦力 可以近似认为小车受到的拉 7、力等于砝码及砝码盘的重力 (2)图 4甲为实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分。 从比较清晰的点迹起 ， 在纸带上标出了连续的 5个计数点 A、 B、 C、 D、E， 相邻两计数点之间都有 4个计时点没有标出 ， 用刻度尺分别测量出 、 C、 D、 所示 ， 已知打点计时器接在频率为 50 则此次实验中小车运动加速度的测量值 a _m/(结果保留两位有效数字 ) 图 4 (3)某同学平衡摩擦力后 ， 改变砝码盘中砝码的质量 ， 分别测量出小车的加速度 a。 以砝码盘及砝码的重力 以小车的加速度 得到如图乙所示的 a 则图线不通过坐标原点的主要原因是 _ _。 解析 (1)平衡摩擦力时 ， 8、应将细线从小车上取下 ， 轻轻推动小车 ，使小车沿木板运动 ， 通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动 ， 次改变砝码及砝码盘总质量之后 ， 不需要重新平衡摩擦力 ， 让砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码的总质量 ， 码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码的总质量时 ， 可以近似认为小车受到的拉力等于砝码及砝码盘的重力 ， (2) a 2 T ） 2 0 2 2（ 2 2 m/s 2 1.2 m/s 2。 (3)当 F 0时 ， a 0， 也就是说当细线上没有拉力时 ， 小车就有加速度 ， 这是平衡摩擦力时木板倾角 偏大 ， 即平衡摩擦力过度引起的。 答案 (1)D (2)3)平 9、衡摩擦力过度 【 变式训练 】 所示为某同学探究加速度与力和质量关系的实验装置，两个相同质量的小车放在光滑水平板上，前端各系一条细绳，绳的一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可放砝码。 两小车后端各系一条细绳，一起被夹子夹着使小车静止。 打开夹子，两小车同时开始运动；关上夹子，两小车同时停下来，用刻度尺测出两小车的位移，下表是该同学在几次实验中记录的数据。 图 5 实验 次数 车号 小车质 量 (g) 小盘质 量 (g) 车中砝码 质量 (g) 盘中砝码 质量 (g) 小车位 移 (1 甲 50 10 0 0 15 乙 50 10 0 10 30 2 甲 50 10 0 10 50 10 50 10 10、14 3 甲 50 10 0 0 18 乙 50 10 10 10 请回答下述问题： (1)在每一次实验中 ， 甲 、 乙两车的位移之比等于 _之比 ，请简要说明实验原理： _ _； (2)第一次实验控制了 _不变 ， 在实验误差允许范围内可得出的结论是 _ _； (3)第二次实验控制了 _不变 ， 在实验误差允许范围内可得出的结论是 _ _； (4)第三次实验时，该同学先测量了甲车的位移，再根据前两次实验结论，计算出乙车应该发生的位移，然后再测量了乙车的位移，结果他高兴地发现，理论的预言与实际符合得相当好。 请问，他计算出的乙车的位移应该是 _。 解析 (1) 由于两车运动时间 相同，由 x 11、12甲、乙两车的位移之比等于加速度之比，即 x 甲 x 乙 a 甲 a 乙。 (2) 第一次实验中控制小车质量不变，在实验误差允许范围内，小车加速度与拉力成正比。 (3) 第二次实验中控制小车所受拉力不变，在实验误差允许范围内，小车加速度与质量成反比。 (4)a 甲a 乙F 甲 / m 甲F 乙 / m 乙35，x 甲x 乙a 甲a 乙35， 得 x 乙 30 答案 (1)加速度；见解析 (2)小车质量；小车加速度与拉力成正比 (3)小车所受拉力；小车加速度与质量成反比 (4)30 点三 实验的改进与创新 以本实验为背景 ， 通过改变实验条件 、 实验仪器设置题目 ， 不脱离教材而又不拘泥教 12、材 ， 体现开放性 、 探究性 、 设计性等特点。 视角 1 实验器材的改进 气垫导 轨 ( 不用平衡摩擦力 ) 替代 长木板 视角 2 数据测量的改进 视角 3 实验的拓展延伸 以 “ 验证牛顿运动定律 ” 为背景测量物块与木板间的动摩擦因数。 【 例 3】 （ 2014新课标全国卷 ） 某同学利用图 6甲所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度 如图乙所示。 实验中小车 （ 含发射器 ） 的质量为 200 g， 实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮 ， 小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。 回答下列问题： 图 6 (1)根据该同学的结果 ， 小车的加速度与钩码的质量成 (填 “ 线性 ” 或 “ 非线性 ” )关系。 (2)由图乙可知 ， a 可能的原因是。 (3)若利用本实验装置来验证 “ 在小车质量不变的情况下 ， 小车的加速度与作用力成正比 ” 的结论 ， 并直接以钩码所受重力 则实验中应采取的改进措施是。