高考物理總復(fù)習(xí) 第三章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 實(shí)驗(yàn)四 驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律課件 教科版.ppt

實(shí)驗(yàn)四驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 核心探究 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)解讀實(shí)驗(yàn) 萃取精華 注意事項(xiàng)1 平衡摩擦力 在平衡摩擦力時(shí) 不要把懸掛小盤的細(xì)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(yùn)動(dòng) 2 實(shí)驗(yàn)條件 小車的質(zhì)量m遠(yuǎn)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(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 并應(yīng)先接通電源 再放開小車 且應(yīng)在小車到達(dá)定滑輪前按住小車 2 摩擦力平衡不準(zhǔn)確 質(zhì)量測量不準(zhǔn)確 計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測量不準(zhǔn)確 紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)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(diǎn)一基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn) 典例1 在 驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律 實(shí)驗(yàn)中 采用如圖所示的裝置圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 解析 1 平衡摩擦力時(shí)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(xiàng)正確 b項(xiàng)錯(cuò)誤 為確定小車是否為勻速運(yùn)動(dòng) 需要通過紙帶上點(diǎn)跡是否均勻來判斷 故c項(xiàng)錯(cuò)誤 答案 1 ad 1 對小車進(jìn)行 平衡摩擦力 操作時(shí) 下列必須進(jìn)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(yùn)動(dòng)c 小車拖著穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)操作中 下列說法正確的是 填序號 a 求小車運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí) 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(shí)驗(yàn)時(shí) 應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)驗(yàn)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(cuò)誤 使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí) 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(shí) 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(cuò)誤 本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)打出的一條紙帶 紙帶上每四個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)記為一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 按時(shí)間順序 取0 1 2 3 4 5 6七個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 用刻度尺量出1 2 3 4 5 6點(diǎn)到0點(diǎn)的距離 單位 cm 分別標(biāo)注在相應(yīng)的計(jì)數(shù)點(diǎn)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(shí) 小車仍有加速度 說明小車不受拉力作用時(shí)也具有加速度 因此可以斷定平衡摩擦力時(shí)長木板傾角過大 答案 5 長木板傾角過大 5 在滿足實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中的注意點(diǎn) 1 改變木塊質(zhì)量時(shí) 不需要重新平衡摩擦力 2 平衡木塊摩擦力后 細(xì)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(shí)驗(yàn)小組在做 探究加速度與力 質(zhì)量的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)中 1 在閉合開關(guān)之前 甲同學(xué)將實(shí)驗(yàn)器材組裝成圖 甲 所示 請指出該裝置中的錯(cuò)誤或不妥之處 只要答出其中的兩點(diǎn)即可 解析 1 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)該用交流電源 圖中干電池為直流電源 本實(shí)驗(yàn)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(diǎn)計(jì)時(shí)器較遠(yuǎn) 小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)距左端較遠(yuǎn) 這樣便于小車運(yùn)動(dòng)較長的時(shí)間 從而能獲取較多數(shù)據(jù) 準(zhǔn)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(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn) 只要答出其中的兩點(diǎn)即可 2 乙同學(xué)將上述裝置調(diào)整正確后進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 在實(shí)驗(yàn)中得到如圖 乙 所示的一條紙帶 圖中相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(shí)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(jì)了一個(gè)探究加速度與物體所受合力及質(zhì)量間關(guān)系的實(shí)驗(yàn) 圖 甲 為實(shí)驗(yàn)裝置圖 a為小車 b為打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩對小車的拉力f等于沙和沙桶的總重力 小車運(yùn)動(dòng)的加速度a可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)求得 1 圖 乙 為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶 紙帶上兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)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(jì)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(shí) a與m的關(guān)系 請?jiān)趫D 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(shí)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(shí)驗(yàn)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(diǎn) 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(diǎn) f不為零時(shí) 加速度仍為零 可知實(shí)驗(yàn)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(diǎn)二創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn) 典例2 2014 全國 卷 22 某同學(xué)利用圖 a 所示實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中小車 含發(fā)射器 的質(zhì)量為200g 實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇了不可伸長的輕質(zhì)細(xì)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(jì)算機(jī)得到 回答下列問題 高考創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)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(diǎn) 可能的原因是 解析 1 根據(jù)圖中描出的各點(diǎn) 作出的圖像不是一條直線 2 圖像不過原點(diǎn) 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(shí)驗(yàn)之前沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠 3 若利用本實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中應(yīng)采取的改進(jìn)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(yuǎn)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(shí)驗(yàn)之前做好平衡摩擦力工作遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量 創(chuàng)新 改進(jìn)點(diǎn)分析 1 實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn) 小車的加速度由位移傳感器與計(jì)算機(jī)自動(dòng)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(shí)驗(yàn)點(diǎn)的分布特征確定a m的圖線的形狀特征 模擬創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)沖關(guān) 1 2018 福建龍巖四校聯(lián)考 甲 乙 丙三個(gè)實(shí)驗(yàn)小組分別采用如圖 甲 乙 丙 所示的實(shí)驗(yàn)裝置 驗(yàn)證 當(dāng)質(zhì)量一定時(shí) 物體運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)中 必須平衡小車和長木板之間的摩擦力的實(shí)驗(yàn)小組是 解析 1 三組實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)時(shí) 必須滿足 m遠(yuǎn)大于m 的實(shí)驗(yàn)小組是 3 實(shí)驗(yàn)時(shí) 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(shí)驗(yàn)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(jì)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(shí) 圖像出現(xiàn)彎曲 即甲組對應(yīng)c 根據(jù)拉力相等時(shí) 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(shí)驗(yàn)時(shí) 乙組同學(xué)得到的一條紙帶如圖 戊 所示 從比較清晰的點(diǎn)起 每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)時(shí)小車的速度為m s 創(chuàng)新 改進(jìn)點(diǎn)分析 1 實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新 乙實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用彈簧測力計(jì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(gè)光電門b 滑塊上固定一遮光條 滑塊用細(xì)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(shí)驗(yàn)時(shí) 將滑塊從a位置由靜止釋放 由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門b的時(shí)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(shí)的瞬時(shí)速度可近似認(rèn)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(xì)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(xiàng)c錯(cuò)