江蘇省2020版高考物理第三章牛頓運動定律實驗三加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系課件.pptx

1、實驗三加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系,大一輪復(fù)習(xí)講義,第三章牛頓運動定律,NEIRONGSUOYIN,內(nèi)容索引,過好雙基關(guān),研透命題點,回扣基礎(chǔ)知識 訓(xùn)練基礎(chǔ)題目,細(xì)研考綱和真題 分析突破命題點,隨堂測試,隨堂檢測 檢測課堂學(xué)習(xí)效果,過好雙基關(guān),1.實驗?zāi)康?(1)學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律. (2)驗證牛頓第二定律. (3)掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法. 2.實驗原理 采用 法： (1)保持質(zhì)量不變，探究加速度跟 的關(guān)系. (2)保持合外力不變，探究加速度與 的關(guān)系. (3)作出aF圖象和a 圖象，確定其關(guān)系.,控制變量,合外力,質(zhì)量,3.實驗器材 小車、砝碼、小盤、細(xì)繩、一端附有定滑輪的

2、長木板、薄木板、打點計時器、 、導(dǎo)線兩根、紙帶、天平、米尺. 4.實驗步驟 (1)測量：用天平測量小盤和砝碼的質(zhì)量m和小車的質(zhì)量m. (2)安裝：按照如圖1所示裝置把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上(即不給小車 ).,圖1,低壓交流電源,牽引力,(3)平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，使小車能 下滑. (4)操作步驟：小盤通過細(xì)繩繞過定滑輪系于小車上，先 后 ，斷開電源，取下紙帶編號碼. 保持小車的質(zhì)量m不變，改變小盤和砝碼的質(zhì)量m，重復(fù)步驟. 在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，測加速度a. 描點作圖，作aF圖象. 保持小盤和砝碼的質(zhì)量m不變，改變小車

3、質(zhì)量m， 重復(fù)步驟和，作a 圖象.,接通電源,放開小車,勻速,5.注意事項 (1)平衡摩擦力：適當(dāng)墊高木板的右端，使小車的重力沿斜面方向的分力正好平衡 .在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上，讓小車?yán)┻^打點計時器的紙帶勻速運動. (2)不重復(fù)平衡摩擦力. (3)實驗條件： . (4)一先一后一按：改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近_ ，并應(yīng)先接通電源，后釋放小車，且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車.,小車和紙帶受到的阻力,打點,mm,計時器,6.誤差分析 (1)實驗原理不完善：本實驗用小盤和砝碼的總重力mg代替小車所受的拉力，而實際上小車所受的拉力要 小盤和砝碼的總重力.

4、(2)摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、計數(shù)點間距測量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與 平行都會引起誤差. 7.數(shù)據(jù)處理 (1)利用xaT2及逐差法求a. (2)以a為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo)，根據(jù)各組數(shù)據(jù)描點，如果這些點在一條過原點的直線上，說明a與F成正比. (3)以a為縱坐標(biāo)、 為橫坐標(biāo)，描點、連線，如果該線為過原點的直線，就能判定a與m成反比.,小于,木板,研透命題點,例1 (2018無錫市期中)在探究物體質(zhì)量一定，加速度與所受合外力的關(guān)系時，采用如圖2所示的實驗裝置，小車及車中的砝碼質(zhì)量用M表示，盤及盤中的砝碼質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后面拖動的紙帶上打點計時器打出的點計算出：,命題點一

5、教材原型實驗,圖2,(1)實驗中以下做法正確的是_. A.平衡摩擦力時，小車應(yīng)連上紙帶，接通打點計時器電源 B.平衡摩擦力時，應(yīng)將盤及盤中的砝碼用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上 C.實驗時，小車應(yīng)在靠近滑輪處釋放 D.調(diào)整滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與長木板平行,AD,解析平衡摩擦力時，小車應(yīng)連上紙帶，接通打點計時器電源，故A正確； 平衡摩擦力的方法就是將木板一端墊高，撤去盤及盤中的砝碼，使小車在木板上做勻速直線運動，故B錯誤； 實驗時，小車應(yīng)在靠近打點計時器處釋放，故C錯誤； 調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與長木板保持平行，否則拉力不會等于小車所受合力，故D正確.,(2)M與m的關(guān)系應(yīng)滿足m遠(yuǎn)遠(yuǎn)

6、小于M，這樣做的目的是_ _.,盤和盤中砝碼的總重力,使繩中的張力近似等于,解析根據(jù)牛頓第二定律可知：mg(Mm)a，,當(dāng)m遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于M時，F(xiàn)近似等于mg， 故目的是使繩中的張力近似等于盤和盤中砝碼的總重力.,(3)如圖3所示為某次實驗得到的紙帶，實驗中打點計時器接50 Hz交流電源.紙帶中計數(shù)點間的距離已標(biāo)出，由此可以得小車的加速度大小約為_ m/s2. (結(jié)果保留兩位有效數(shù)字),3.2,圖3,圖4,(4)某實驗小組得到的aF圖線如圖4所示，圖線未過坐標(biāo)原點的原因可能是_；圖線末端彎曲的原因是_ _.,未平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足,沒有滿足m,遠(yuǎn)小于M,解析圖線不通過坐標(biāo)原點O，即開始施加拉

7、力時，加速度為零，則知未平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足.aF圖線的斜率表示質(zhì)量的倒數(shù)，開始mg比較小，近似等于細(xì)繩的拉力，斜率為M的倒數(shù)，斜率不變.當(dāng)m比較大，不再滿足M遠(yuǎn)大于m，所以圖線末端彎曲.,變式1(2018蘇州市期初調(diào)研)在“探究加速度與小車質(zhì)量關(guān)系”實驗中，實驗小組采用如圖5所示的裝置.M表示小車及砝碼的總質(zhì)量，m表示沙桶及沙的總質(zhì)量. (1)為使實驗中小車所受合外力等于細(xì)線的拉力，應(yīng)采取的措施是_；為使細(xì)線對小車?yán)Υ笮〗频扔谏惩昂蜕车闹亓g，應(yīng)控制的實驗條件是_.,圖5,平衡摩擦力,Mm,解析小車下滑時受到重力、細(xì)線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應(yīng)該用重力沿木板

8、向下的分量來平衡摩擦力，故可以將長木板的一端墊高，所以應(yīng)采取的措施是平衡摩擦力；沙桶及沙加速下滑，處于失重狀態(tài)，其對細(xì)線的拉力小于重力，要使其對細(xì)線的拉力近似等于重力，應(yīng)該使沙桶及沙的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車及砝碼的總質(zhì)量，即mM.,(2)在控制沙桶和沙的質(zhì)量一定的情況下，該實驗小組測得的實驗數(shù)據(jù)如下表所示，為了直觀反映加速度與小車及砝碼總質(zhì)量的關(guān)系，請在圖6方格坐標(biāo)紙中選取恰當(dāng)?shù)奈锢砹拷⒆鴺?biāo)系，并作出相應(yīng)的圖，根據(jù)圖象判斷，實驗產(chǎn)生誤差的最主要原因是：_.,(2)在控制沙桶和沙的質(zhì)量一定的情況下，該實驗小組測得的實驗數(shù)據(jù)如下表所示，為了直觀反映加速度與小車及砝碼總質(zhì)量的關(guān)系，請在圖6方格坐標(biāo)紙中選取

9、恰當(dāng)?shù)奈锢砹拷⒆鴺?biāo)系，并作出相應(yīng)的圖，根據(jù)圖象判斷，實驗產(chǎn)生誤差的最主要原因是：_.,圖6,答案如圖所示小車及砝碼的總質(zhì)量變小時，不能滿足小車及砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于沙和沙桶的總質(zhì)量,解析所作圖象如圖所示.根據(jù)描點作圖法可得：沙和沙桶的總質(zhì)量沒有遠(yuǎn)小于小車及砝碼的總質(zhì)量，小車受到的拉力明顯小于沙和沙桶重力，加速度與沙和沙桶重力(小車受到的合力)不成正比，aF圖象發(fā)生彎曲，不再是直線.,命題點二實驗拓展與創(chuàng)新,1.實驗器材的改進(jìn),圖7,(2)利用光電門測速度(如圖8),圖8,(3)利用位移傳感器測位移(如圖9),圖9,(4)利用力傳感器測拉力(不用滿足mM，如圖10甲、乙),圖10,2.數(shù)據(jù)測量的

10、改進(jìn),3.實驗的拓展延伸 以“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”為背景測量物塊與木板間的動摩擦因數(shù).,例2(2018南京市、鹽城市二模)在“探究物體質(zhì)量一定時加速度與力的關(guān)系”實驗中，小明同學(xué)做了如圖11甲所示的實驗改進(jìn)，在調(diào)節(jié)桌面水平后，添加了用力傳感器來測細(xì)線中的拉力.,圖11,(1)關(guān)于該實驗的操作，下列說法正確的是_. A.必須用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量 B.一定要保證砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 C.應(yīng)當(dāng)先釋放小車，再接通電源 D.需要改變砂和砂桶的總質(zhì)量，打出多條紙帶,D,解析力傳感器測量細(xì)線中的拉力F，則小車受到拉力為2F，即力是直接測量得到的，不用測出砂桶和砂的總質(zhì)量，A、B錯誤；

11、 打點計時器的使用，應(yīng)先接通電源，后釋放小車，C錯誤； 實驗需要得到多組數(shù)據(jù)，故需要改變砂和砂桶的總質(zhì)量，打出多條紙帶，D正確.,(2)實驗得到如圖乙所示的紙帶，已知打點計時器使用的交流電源的頻率為50 Hz，相鄰兩計數(shù)點之間還有四個點未畫出，由圖中的數(shù)據(jù)可知，小車運動的加速度大小是_ m/s2.(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字),2.40,由題可知相鄰計數(shù)點間時間間隔為T0.1 s，,(3)由實驗得到小車的加速度a與力傳感器示數(shù)F的關(guān)系如圖丙所示.則小車與軌道的滑動摩擦力Ff_ N.,1.0,解析由題圖丙可知，產(chǎn)生加速度的拉力最小值為0.5 N，所以滑動摩擦力Ff2F1.0 N；,(4)小明同學(xué)不

12、斷增加砂子質(zhì)量重復(fù)實驗，發(fā)現(xiàn)小車的加速度最后會趨近于某一數(shù)值，從理論上分析可知，該數(shù)值應(yīng)為_ m/s2(g取10 m/s2).,5,小于重力加速度g，由實驗裝置原理可知，,即小車的加速度最后會趨近于5 m/s2.,變式2(2018蘇錫常鎮(zhèn)一調(diào))如圖12甲所示是小明同學(xué)“探究加速度與力的關(guān)系”的實驗裝置.他在氣墊導(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(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，每次滑塊及遮光條都從位置A處由靜止釋放.,圖12,(1)小明用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d，示數(shù)如圖乙所示，則d_ mm.,2.30,解析由題圖知游標(biāo)尺上第6條刻度線與主尺對

13、齊，d2 mm60.05 mm2.30 mm；,(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c是_ _(用文字表述).,光電門的距離,解析實驗時，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，滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度可近似認(rèn)為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度.根據(jù)運動學(xué)公式可知，若要得到滑塊的加速度，還需要測量的物理量c是釋放前遮光條到光電門的距離；,釋放前遮光條到,(3)小亮同學(xué)認(rèn)為：無需測出上述c和d，只要畫出以F(力傳感器示數(shù))為橫坐標(biāo)、以_為縱坐標(biāo)的圖象就能直接反映加速度與力的關(guān)系.,(

14、4)下列實驗操作和要求必要的是_(請?zhí)顚戇x項前對應(yīng)的字母). A.應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平 B.應(yīng)測出鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量 C.應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些 D.應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量,AC,解析應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平，這時拉力才等于合力，故A正確； 拉力的大小可從力傳感器中讀出，則沒必要測出鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量，選項B錯誤； 應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些，可以增大測量長度，從而有利于減小誤差，故C正確； 拉力是直接通過力傳感器測量的，故與滑塊質(zhì)量與鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量大小關(guān)系無關(guān)，故D錯誤.,例3(2018南通市等六市一調(diào))實驗小組采用如圖13甲所示實驗裝置測量

15、木塊與木板間的動摩擦因數(shù)，提供的器材有：帶定滑輪的長木板，有凹槽的木塊，質(zhì)量為20 g的鉤碼10個，打點計時器，電源，紙帶，細(xì)線等.實驗中將部分鉤碼懸掛在細(xì)線下，剩余的鉤碼放在木塊的凹槽中，保持長木板水平，利用打出的紙帶測量木塊的加速度.,以“加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”為背景，測量動摩擦因數(shù),拓展點,圖13,(1)正確進(jìn)行實驗操作，得到一條紙帶，從某個清晰的打點開始，依次標(biāo)注0、1、2、3、4、5、6，分別測出位置0到位置3、位置6間的距離，如圖乙所示.已知打點周期T0.02 s，則木塊的加速度a_ m/s2.,3.33,解析已知打點周期T0.02 s，根據(jù)逐差法可得木塊的加速度為：,(2) 將木

16、塊凹槽中的鉤碼逐個添加到細(xì)線下端，改變懸掛鉤碼的總質(zhì)量m，測得相應(yīng)的加速度a，作出am圖象如圖丙所示.已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭9.8 m/s2，則木塊與木板間動摩擦因數(shù)_(保留兩位有效數(shù)字)；的測量值_(選填“大于”“小于”或“等于”)真實值，原因是_ _(寫出一個即可).,0.34(0.320.36),大于,滑輪與軸承、,細(xì)線間有摩擦，紙帶與打點計時器間有摩擦等,解析設(shè)木塊質(zhì)量為M，以M、m組成的系統(tǒng)為研究對象， 根據(jù)牛頓第二定律有，mgFf(M0.2)a，F(xiàn)f(M0.2m)g，,由題圖丙可知，當(dāng)m0時，|a|g3.3 m/s2， 則木塊與木板間動摩擦因數(shù)0.34， 因滑輪與軸承、細(xì)線間有摩擦，

17、紙帶與打點計時器間有摩擦， 所以測量值大于真實值.,(3)實驗中_(選填“需要”或“不需要”)滿足懸掛鉤碼總質(zhì)量遠(yuǎn)小于木塊和槽中鉤碼總質(zhì)量.,不需要,解析實驗中沒有采用細(xì)線拉力等于重力，所以不需要滿足懸掛鉤碼總質(zhì)量遠(yuǎn)小于木塊和槽中鉤碼總質(zhì)量.,變式3(2018常熟市期中)圖14(a) 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： 用天平測量物塊和遮光片的總質(zhì)量M、重物的質(zhì)量m; 用游標(biāo)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s； 調(diào)整輕滑輪，使細(xì)線水平； 讓物塊從光電門A的左側(cè)由靜止釋放，用數(shù)字毫 秒計分別測出遮光片經(jīng)過光電門A和光電門B所用的 時間tA和t

18、B，求出加速度a； 多次重復(fù)步驟，求a的平均值 ； 根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)求出動摩擦因數(shù).,圖14,回答下列問題： (1)測量d時，某次游標(biāo)卡尺(主尺的最小分度為1 mm) 的示數(shù)如圖(b) 所示，其讀數(shù)為_ cm.,0.960,解析由題圖(b)所示游標(biāo)卡尺可知，主尺示數(shù)為0.9 cm，游標(biāo)尺示數(shù)為120.05 mm0.60 mm0.060 cm，則游標(biāo)卡尺示數(shù)為0.9 cm0.060 cm0.960 cm.,(2)物塊的加速度a可用d、s、tA和tB表示為a_.,物塊做勻變速直線運動，由速度位移公式得：vB2vA22as，,(3)動摩擦因數(shù)可用M、m、 和重力加速度g表示為_.,解析以M、m組成的

19、系統(tǒng)為研究對象，,(4)如果細(xì)線沒有調(diào)整到水平，由此引起的誤差屬于_(填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”).,系統(tǒng)誤差,解析如果細(xì)線沒有調(diào)整到水平，由此引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差.,隨堂測試,1.(2018徐州三中模擬)如圖15所示，某同學(xué)設(shè)計了一個測量滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)的實驗裝置，裝有定滑輪的長木板固定在水平實驗臺上，木板上有一滑塊，滑塊右端固定一個動滑輪，鉤碼和彈簧測力計通過繞在滑輪上的輕繩相連，放開鉤碼，滑塊在長木板上做勻加速直線運動.,1,3,2,圖15,圖16,(1)實驗得到一條如圖16所示的紙帶，相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔為0.1 s，由圖中的數(shù)據(jù)可知，滑塊運動的加速度大小是_ m/s

20、2.(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字),2.4,(2)讀出彈簧測力計的示數(shù)F，處理紙帶，得到滑塊運動的加速度a；改變鉤碼個數(shù)，重復(fù)實驗.以彈簧測力計的示數(shù)F為縱坐標(biāo)，以加速度a為橫坐標(biāo)，得到的圖象是縱軸截距為b的一條傾斜直線，如圖17所示.已知滑塊和動滑輪的總質(zhì)量為m，重力加速度為g，忽略滑輪與輕繩之間的摩擦，則滑塊和木板之間的 動摩擦因數(shù)_.,圖17,1,3,2,解析滑塊受到的拉力FT為彈簧測力計示數(shù)的兩倍，即：FT2F 滑塊受到的摩擦力為：Ffmg 由牛頓第二定律可得：FTFfma,1,3,2,2.(2018南京市期中)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)量的關(guān)系”的實驗，圖18甲為實

21、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(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0.10 s，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),0.64,圖18,1,3,2,(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19中選擇恰當(dāng)?shù)奈锢砹亢蜆?biāo)度建立坐標(biāo)系，并作出圖線.,1,3,2,(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19中選擇恰當(dāng)?shù)奈锢砹亢蜆?biāo)度建立坐標(biāo)系，并作出圖線.,圖19,答案如圖所示,1,3,2,(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_.,1,3,2,(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20所示，該圖線不通過原點，其可能的原因是_ _.,圖20,沒有平衡摩擦,力(或平衡摩擦力不足),1,3,2,3.(2018常州