2019高考物理一輪復(fù)習(xí)第三章牛頓運(yùn)動定律第3講驗證牛頓運(yùn)動定律學(xué)案

1、第 3 講驗證牛頓運(yùn)動定律基礎(chǔ)儲備明確原理一、實驗?zāi)康? .學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律.2 .探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系.3 掌握靈活運(yùn)用圖象處理數(shù)據(jù)的方法.二、實驗原理(3)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的圖象.熱點實驗亠典例解讀熱點1 對實驗原理與操作的考查學(xué)生用書 P54本實驗利用盤及盤中重物通過細(xì)繩牽引小車做加速運(yùn)動的方法研究加速度a與力F、質(zhì)量M的關(guān)系.實驗1保持質(zhì)量不變，探究加速度跟合外力的關(guān)系.2 .保持合外力不變，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系.13作出aF圖象和a-圖象，確定其關(guān)系.m三、實驗器材小車、砝碼、小盤、細(xì)繩、一端附有定滑輪的長木板、薄木

2、塊、打點計時器、復(fù)寫紙、天平、刻度尺.四、 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低壓交流電源、導(dǎo)線、紙帶、2.安裝：按照如實驗原理圖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塊，使小車能勻速下滑.4 .操作(1)小盤通過細(xì)繩繞過定滑輪系于小車上， 先接通電源后放開小車， 取下紙帶編號碼.(2)保持小車的質(zhì)量m不變，改變砝碼和小盤的質(zhì)量m，重復(fù)步驟(1).(5)保持砝碼和小盤的質(zhì)量m不變，改變小車質(zhì)量1m重復(fù)步驟(1)和，作a-m圖象.實驗原即匸垂騎熱點-詳魚破2017 年高考“最

3、后三十天”專題透析好教育云平臺 教育因你我而變2時采用控制變量法，共分兩步研究：第一步，保持小車的質(zhì)量不變，改變盤中重物的質(zhì)量，測出相應(yīng)的a,驗3證a與F的關(guān)系；第二步，保持盤中重物的質(zhì)量不變，改變小車上砝碼的質(zhì)量，測出小車運(yùn)動的加速度證a與M的關(guān)系.實驗應(yīng)測量的物理量有：(1) 小車及車上砝碼的總質(zhì)量M用天平測出.(2) 小車受到的拉力F:拉力近似等于盤和重物的總重力mg盤和重物的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和車上砝碼的總質(zhì)量).【典題例析】 匡工某實驗小組利用圖示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系.A. 調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳緣K的細(xì)繩與長木板保持平行B. 在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時，將

4、裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上C.實驗時，先放開木塊再接通打點計時器的電源D.通過增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度(2) 為使砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于木塊運(yùn)動時受到的拉力，應(yīng)滿足的條件是砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量 _ 木塊和木塊上砝碼的總質(zhì)量.(選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“近似等于”)(3) 甲、乙兩同學(xué)在同一實驗室，各取一套圖示的裝置放在水平桌面上，木塊上均不放砝碼，在沒有平衡摩擦力的情況下，研究加速度a與拉力F的關(guān)系，分別得到圖中甲、乙兩條直線.設(shè)甲、乙用的木塊質(zhì)量分別為m甲、m乙，甲、乙用的木塊與木板間的動摩擦因數(shù)分別為解析(1)實驗中細(xì)繩要保持與

5、長木板平行，A 項正確；平衡摩擦力時不能將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上，這樣無法平衡摩擦力，B 項錯誤；實驗時應(yīng)先接通電源再放開木塊,后，改變木塊上的砝碼的質(zhì)量后不再需要重新平衡摩擦力,遠(yuǎn)小于木塊和木塊上砝碼的總質(zhì)量M時，可得Fmga,驗(3)小車的加速度a：通過打點計時器打出紙帶，由ai+a2+a3X6+X5+X4x3x2xia= 一=-9T-計算出.(1)下列做法正確的是卩甲、乙，由圖可知，m甲 由整體法和隔離法得到細(xì)繩中的拉力C 項錯誤；平衡摩擦力卩乙.(選填“大于”“小于”或D項正確.可見，當(dāng)砝碼桶和桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量2017 年高考“最后三十天”專題透析好教育云平臺 教育因你我

6、而變4(3)不平衡摩擦力，則F-卩mg= ma a=三卩g,圖象的斜率大的木塊的質(zhì)量小，縱軸截距絕對值大的動5摩擦因數(shù)大，因此m甲m乙，卩甲卩乙.答案(1)AD(2)遠(yuǎn)小于(3)小于大于1.(2018 濰坊月考)在探究加速度與力、 質(zhì)量的關(guān)系活動中，某小組設(shè)計了如圖甲所示的實驗裝置.圖中上下兩層水平軌道表面光滑，兩小車前端系上細(xì)線， 細(xì)線跨過滑輪并掛上砝碼盤，兩小車尾部細(xì)線連到控制裝置上，實驗時通過控制裝置使兩小車同時開始運(yùn)動，然后同時停止.(1) 在安裝實驗裝置時，應(yīng)調(diào)整滑輪的高度，使 _ ;在實驗時，為減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)使砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量 _ 小車的質(zhì)量(選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“等于

7、”)(2) 本實驗通過比較兩小車的位移來比較小車加速度的大小，能這樣比較，是因為(3)實驗中獲得的數(shù)據(jù)如下表所示: 小車i、n的質(zhì)量約為200 g.實驗次數(shù)小車?yán)/N位移x/cm1I0.1n0.246.512I0.229.04n0.343.633I0.341.16n0.444.804I0.436.43n0.545.56在第 1 次實驗中小車I從A點運(yùn)動到B點的位移如圖乙所示，請將測量結(jié)果填到表中空格處通過分析,可知表中第 _ 次實驗數(shù)據(jù)存在明顯錯誤，應(yīng)舍棄.|_ _s10 1i|nii|iiii|inr|jiinr|22 2324乙解析：(1)拉小車的水平細(xì)線要與軌道平行只有在砝碼盤和砝碼

8、的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時，才能認(rèn)為砝碼盤和砝碼的總重力等于細(xì)線拉小車的力.(2)對初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，時間相同時，根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式：x=at2，得-=x.2a2X2刻度尺的最小刻度是 1 mm,要估讀到毫米的下一位，讀數(shù)為 23.86 cm 0.50 cm = 23.36 cm.Hrr-aKa_ u.u.2017 年高考“最后三十天”專題透析好教育云平臺 教育因你我而變10(1) 如果a與罟是正比關(guān)系，則aM圖象是直線，而若a與M是反比關(guān)系，則aM圖象是曲線，在研究兩個量的關(guān)系時，直線更易確定兩者之間的關(guān)系，故本實驗作aM圖象.(2) 在平衡摩擦力時，除了不掛盤和重物外，其他都應(yīng)跟正式實

9、驗一樣，勻速運(yùn)動的標(biāo)志是打點計時器打 出的紙帶上各點間的距離相等.(3) 驗證牛頓第二定律實驗中， 保持小車質(zhì)量不變時，aF圖象應(yīng)為一條過原點的直線，aF圖象不過原點可能是平衡小車摩擦力沒有達(dá)到實驗要求所致；保持合力不變時，aM圖象應(yīng)是雙曲線，不易確認(rèn)，因此應(yīng)作aM圖象，該圖象應(yīng)為一條過原點的直線，圖象不過原點一般是平衡小車摩擦力沒有達(dá)到實驗要求所致.世跟蹤圳誹| 2.(2018 寧夏石嘴山高三月考)在“探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中(1) 備有器材：A.長木板；B.電磁打點計時器、低壓交流電源、紙帶；C.細(xì)繩、小車、砝碼；D.裝有細(xì)砂的小桶；E.薄木板；F.毫米刻度尺還缺少的一件器材是 _

10、 .(2) 實驗得到如圖(a)所示的一條紙帶，相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為T；B、C間距S2和D E間距S4已量出，利用這兩段間距計算小車加速度的表達(dá)式為 _1 & C DE圖(a)m/s2)(4)同學(xué)乙根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出了圖_(c),從圖線可知乙同學(xué)操作過程中可能解析：(1)本題要測量小車的質(zhì)量，則需要天平，所以還缺少的一件器材是天平.(2)根據(jù)逐差法得：S4S2= 2aT2量為_ kg.(g取 1011S4S2解得a=2千.2017 年高考“最后三十天”專題透析好教育云平臺 教育因你我而變12a=m則F即為a1圖象的斜率，所以砂和砂桶的總重力mm（3）根據(jù)牛頓第二定律可知,2.4mg=F=石 N

11、2 N,解得m= 0.02 kg.（4）由圖（c）可知，圖線不通過坐標(biāo)原點，當(dāng)F為某一值時，加速度為零，可知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足.答案：天平a=2（3）0.02（0.0180.022 均正確）（4）未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足熱點3 創(chuàng)新實驗學(xué)生用書 P56近幾年高考對本實驗的考查,般運(yùn)用牛頓運(yùn)過改變實驗條件、實驗儀器或巧用物理規(guī)律進(jìn)行新的探究活動命題趨勢有如下幾個方面：1實驗器材的改進(jìn)（1）為了減小摩擦，用氣墊導(dǎo)軌替代長木板.（2）用頻閃照相或光電計時器替代打點計時器.2 .數(shù)據(jù)處理方法的改進(jìn)利用傳感器，借助于計算機(jī)系統(tǒng)來處理數(shù)據(jù)，得到加速度，或直接得到加速度與外力、加速度與質(zhì)量之間

12、的關(guān)系.3運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律進(jìn)行新的探究實驗以本實驗為背景，結(jié)合牛頓第二定律，測量兩接觸面間的動摩擦因數(shù)、物體的質(zhì)量等.【典題例析】畫亙 I （高考全國卷I）某同學(xué)利用圖甲所示實驗裝置及數(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，如圖乙所示.實驗中小車（含發(fā)射器）的質(zhì)量為 200 g，實驗時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算機(jī)得到回答下列問題：悅移傳感蠱（監(jiān)射話）位穆傳感辭樓收褓）（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.由圖乙可知，am圖線不經(jīng)過原點，可能的原因是13(2)本實驗在操作中是否要

13、滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量？要”)；某次釋放小車后，力傳感器示數(shù)為F,通過天平測得小車的質(zhì)量為計滑輪的摩擦，則小車的加速度理論上應(yīng)等于 _.FFA.a=2MB.a=M_(填寫“需要”或“不需M動滑輪和鉤碼的總質(zhì)量為m不(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(jìn)措施是_ ?鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是 _ .解析(1)根據(jù)題圖乙坐標(biāo)系中給出的數(shù)據(jù)連線，可知小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成非線性關(guān)系.(2) 根據(jù)題圖乙中數(shù)據(jù)，小車受到鉤碼拉力的作用，但沒有加速度，故未平衡摩擦力或傾角過小，

14、沒有完 全平衡摩擦力.(3) 在實驗中要求“直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力”需要滿足兩個條件：平衡摩擦力；2鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(含發(fā)射器)的質(zhì)量.答案(1)非線性(2)存在摩擦力(3)調(diào)節(jié)軌道的傾斜度以平衡摩擦力遠(yuǎn)小于小車(含發(fā)射器)的質(zhì) 量比跟蹤圳制 3.(2018 湖北大冶第一中學(xué)高三月考)某同學(xué)利用如圖裝置探究加速度與合外力的關(guān)系禾 U 用力傳感器測量細(xì)線上的拉力按照如下步驟操作：安裝好打點計時器和紙帶，調(diào)整導(dǎo)軌的傾斜程度， 平衡小車摩擦力；細(xì)線通過導(dǎo)軌一端光滑的定滑輪和動滑輪，與力傳感器相連，動滑輪上掛上一定質(zhì)量的鉤碼，將小車?yán)娇拷螯c計時器的一端；打開力傳感器并接通打

15、點計時器的電源(頻率為 50 Hz 的交流電源)；釋放小車，使小車在軌道上做勻加速直線運(yùn)動；關(guān)閉傳感器，記錄下力傳感器的示數(shù)F；通過分析紙帶得到小車加速度a；改變鉤碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟；作出aF圖象，得到實驗結(jié)論.(1)某學(xué)校使用的是電磁式打點計時器，在釋放小車前，老師拍下了幾個同學(xué)實驗裝置的部分細(xì)節(jié)圖，下列圖中操作不正確的是 _2017 年高考“最后三十天”專題透析好教育云平臺 教育因你我而變14（3）下圖是某次實驗測得的紙帶的一段，可以判斷紙帶的 _（填“左”或“右”）端與小車連接，在打點計時器打下計數(shù)點 6 時，鉤碼的瞬時速度大小為 _ m/s（保留兩位有效數(shù)字）. ； ； ；,.5號78

16、5 II押岬屬耳冃巾甲神W耳副貝叩巒甲啊iiii網(wǎng)ill”3456 T $9 IO m 13 N 15 I百LT IE解析：（1）在釋放小車前，紙帶應(yīng)該放在復(fù)寫紙下方并保持紙帶處于拉直狀態(tài)，否則紙帶與限位孔的摩擦力更大，誤差更大，故 A B 錯誤；在釋放小車前，應(yīng)使細(xì)線與長木板平行，故C 錯誤；電磁式打點計時器應(yīng)使用 46 V 交流電源，故 D 正確.（2）本實驗利用力傳感器測量細(xì)線上的拉力，不需要用鉤碼的重力代替，所以不需要滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)紙帶右側(cè)兩點間的距離越來越大，故左端與小車相連，計數(shù)點6 的瞬時速度為計數(shù)點 5 到計數(shù)點 7 的平均速度，故0.03v= m/s 0.75m/s.答案

17、：（1）ABC （2）不需要 B （3）左 0.75隨堂檢狽I鞏固落實書 P571 . （2015 高考全國卷H）某同學(xué)用圖甲所示的實驗裝置測量物塊與斜面之間的動摩擦因數(shù).已知打點計時器所用電源的頻率為 50 Hz,物塊下滑過程中所得到的紙帶的一部分如圖乙所示，圖中標(biāo)出了五個連續(xù)點之 間的距離.圾帶打點汁時禍料忒倉武武尹求卡苗芒親彈芒書螯菩暑逢墨逵墨尹*貳或貳書 a 書老 h 武直甲C. a=mg-2FD.2F小于小車的質(zhì)量，根據(jù)牛頓第二定律得:a=二故 B 正確.學(xué)生用0.13cm，由2X0.0215對物塊進(jìn)行受力分析如圖，則物塊所受合外力為F合=min0卩mgcos0，即a=gsin0卩g

18、cos 。，得卩=gg，所以還需測量的物理量是斜面的傾角0.答案：(1)3.251.79(2)C2 . (2018 河北模擬)某同學(xué)用圖甲所示的實驗裝置驗證牛頓第二定律:(1)通過實驗得到如圖乙所示的aF圖象，造成這一結(jié)果的原因是：在平衡摩擦力時木板與水平桌面的夾角_ (選填“偏大”或“偏小”)11爼F鬥0乙-(2)該同學(xué)在平衡摩擦力后進(jìn)行實驗，實際小車在運(yùn)動過程中所受的拉力“大于” “小于”或“等于”)，為了便于探究、減小誤差，應(yīng)使小車質(zhì)量的條件.(3)該同學(xué)得到如圖丙所示的紙帶已知打點計時器電源頻率為50 Hz.A、B、C D E、F、G是紙帶上 7個連續(xù)的點.x=XDGXAD=_ cm.

19、由此可算出小車的加速度a=_m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)M-竊-.-1JK* * * * (ini i| mu|01234567丙解析：(1)根據(jù)所給的aF圖象可知，當(dāng)F= 0 時，小車已經(jīng)有了加速度a。，所以肯定是在平衡摩擦力時木板與水平桌面間的夾角偏大造成的.F=Ma對砝碼和盤mg- F=ma解得F=Mmgmg只有當(dāng)M?m時，小車Mrr m受到的拉力才近似等于mg從而減小誤差.(3)由題圖丙可讀出XAD=2.10 cm ,XDG=3.90 cm，所以x=XDXAD=1.80 cm，根據(jù)x=aAt，解得a2=5.0 m/s ._砝碼和盤的總重力(填M與砝碼和盤的總質(zhì)量m滿足(2)根據(jù)牛頓第

20、二定律，對小車2017 年高考“最后三十天”專題透析好教育云平臺 教育因你我而變16答案：偏大小于MPm(3)1.805.03 .在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關(guān)系時，采用如圖所示的實驗裝置，小車及車中的砝碼質(zhì)17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拖動的紙帶上由打點計時器打出的點計 算出：M 抵帶打點計時器-A(1) 當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足 _時，才可以認(rèn)為細(xì)線對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力.(2) 組同學(xué)在保持盤及盤中的砝碼質(zhì)量一定的情況下，探究加速度與小車質(zhì)量的關(guān)系，以下做法正確的是_.A.平衡摩擦力時，應(yīng)將盤及盤中的砝碼用細(xì)線繞過定滑輪系在小車

21、上B.每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力C.實驗時，先放開小車，再接通打點計時器電源D.小車運(yùn)動的加速度可用天平測出m和M直接用公式a=晉求出(3)在保持小車及車中的砝碼質(zhì)量M定，探究加速度與所受合外力的關(guān)系時，由于平衡摩擦力時操作不當(dāng)，兩位同學(xué)得到的a-F關(guān)系分別如圖中甲、乙所示(a是小車的加速度,其原因分別是:甲圖：_;乙圖：_ .解析： 對盤及盤中砝碼：mg- F=ma對小車：F=Ma聯(lián)立可得:時，才可認(rèn)為Fmg(2) 平衡摩擦力時，先去掉盤、盤中砝碼和細(xì)線，只讓小車在重力沿斜面方向的分力作用下向左運(yùn)動，當(dāng)小車能勻速運(yùn)動時，重力沿斜面方向的分力和摩擦力平衡，A 不正確；調(diào)好后，當(dāng)再次改變小車質(zhì)量時，無需再平衡摩擦力，B 正確；實驗時，要先接通打點計時器的電源，使打點計時器正常工作，再釋放小車，C 不正確；小車的加速度是通過處理紙帶確定的，D 不正確.(3)由甲圖可看出F= 0 時，az0，說明木板的傾角過大，重力沿斜面方向的分力大于摩擦力.由乙圖可看 出，只有當(dāng)F達(dá)到一定值時，才會有加速度，說明平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力.答案：(1)m?M(2)B(3)木板的傾角過大沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足4 如圖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:光電門細(xì)線F是細(xì)線作用于小車的拉力).m?M光電門2017 年高考“最后三十天”專題透析好教育