實(shí)驗四驗證牛頓運(yùn)動定律

1、實(shí)驗四驗證牛頓運(yùn)動定律1實(shí)驗?zāi)康?1)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2實(shí)驗原理(見實(shí)驗原理圖)(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(3)作出aF圖象和a圖象，確定其關(guān)系3實(shí)驗器材小車、砝碼、小盤、細(xì)繩、一端附有定滑輪的長木板、薄木塊、打點(diǎn)計時器、低壓交流電源、導(dǎo)線、紙帶、復(fù)寫紙、天平、刻度尺4實(shí)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：按照如實(shí)驗原理圖所示裝置把實(shí)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：

2、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：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.在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，測加速度a.描點(diǎn)作圖，作aF的圖象保持砝碼和小盤的質(zhì)量m不變，改變小車質(zhì)量m，重復(fù)步驟和，作a圖象1數(shù)據(jù)處理(1)用逐差法求加速度(2)作aF圖象、a圖象找關(guān)系2注意事項(1)在平衡摩擦力時，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(2)不重復(fù)平衡摩擦力(3)實(shí)驗條件：小車的質(zhì)量m遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量m.(4)一先

3、一后一按住：改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計時器，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3誤差分析(1)因?qū)嶒炘聿煌晟埔鹫`差以小車、小盤和砝碼整體為研究對象得mg(mm)a；以小車為研究對象得Fma；求得F·mg·mgmg本實(shí)驗用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力，而實(shí)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(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、計數(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對原理和操作的考查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(shí)驗裝置，小車及車中的砝碼質(zhì)量用M表示，盤及

4、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(diǎn)計時器打出的點(diǎn)計算出：(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)一組同學(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(shí)驗時，先放開小車，再接通打點(diǎn)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amg/M求出(3)在保持小車及車中的砝碼質(zhì)量M一定，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aF關(guān)系

5、分別如圖中甲、乙所示(a是小車的加速度，F(xiàn)是細(xì)線作用于小車的拉力)其原因分別是：甲圖：_；乙圖：_.解析(1)對盤及盤中砝碼：mgFma；對小車：FMa，聯(lián)立可得：a，F(xiàn)mg，只有當(dāng)mM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(shí)驗時，要先接通打點(diǎn)計時器的電源，使打點(diǎn)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F0時，a0，說明木板的傾角過大，重力沿斜面

6、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)mM(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1某實(shí)驗小組利用如圖所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系(1)下列做法正確的是()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，將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上C實(shí)驗時，先放開木塊再接通打點(diǎn)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

7、_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(shí)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)分別為甲、乙，由圖可知，m甲_m乙，甲_乙(選填“大于”“小于”或“等于”)解析：(1)選AD.木塊下滑時，受到重力、細(xì)繩的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，應(yīng)該使細(xì)繩與長木板平行且使重力的下滑分量mgsin 等于摩擦力mgcos ，即mgsin mgcos (其中為木板的傾角)，故平衡

8、摩擦力時，不能懸掛砝碼桶，A正確，B錯誤；由平衡摩擦力的公式可知兩邊的質(zhì)量m可以消去，故改變木塊上的砝碼的質(zhì)量時，木塊及其上砝碼的總重力的下滑力仍能和總的摩擦力抵消，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度，故D正確；通過紙帶求木塊加速度，要求打點(diǎn)計時器在紙帶上打出足夠多的點(diǎn)，這就要求將木塊放在靠近打點(diǎn)計時器的位置，并且先接通打點(diǎn)計時器，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放木塊，故選項C錯誤(2)實(shí)驗中平衡摩擦力后，繩的拉力提供木塊的合外力即Fma；砝碼桶及桶內(nèi)砝碼與木塊運(yùn)動的加速度相等，由牛頓第二定律得mgFma，兩式聯(lián)立得mg(mm)a，當(dāng)mm時，mmm，mgma，即當(dāng)mm時，砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力近似等于木塊運(yùn)動時受到

9、的拉力，提供木塊的合外力，故應(yīng)選填“遠(yuǎn)小于”(3)實(shí)驗中如果沒有平衡摩擦力，對木塊進(jìn)行受力分析，根據(jù)牛頓第二定律Fmgma，得aFg，即aF圖象中，斜率表示質(zhì)量的倒數(shù)，a軸上的截距的絕對值表示g，結(jié)合題圖可得m甲m乙，甲乙答案：(1)AD(2)遠(yuǎn)小于(3)小于大于2(2016·寶雞模擬)振華同學(xué)用下圖所示的實(shí)驗裝置驗證牛頓第二定律(1)該實(shí)驗裝置中有兩處錯誤，分別是_和_(2)振華同學(xué)在老師的指導(dǎo)下改正了實(shí)驗裝置中的錯誤后，將細(xì)繩對小車的拉力當(dāng)做小車及車上砝碼受到的合外力，來驗證“合外力一定時加速度與質(zhì)量成反比”實(shí)驗中，砝碼盤及盤內(nèi)砝碼的總質(zhì)量m最好應(yīng)為_(填選項前的字母)A10 g

10、B50 gC100 gD1 kg振華同學(xué)在驗證“合外力一定時加速度與質(zhì)量成反比”的實(shí)驗時，用電磁打點(diǎn)計時器打了一條理想的紙帶，他按要求選取計數(shù)點(diǎn)后，在測量各相鄰兩計數(shù)點(diǎn)間的距離時不慎將紙帶撕成了幾段，但他清楚地知道甲、乙圖屬于同一紙帶，則丙、丁、戊圖中屬于上述紙帶的是_由甲、乙圖可求得小車的加速度大小為_m/s2(小數(shù)點(diǎn)后保留兩位數(shù)字)解析：(1)打點(diǎn)計時器需要使用低壓交流電源，圖中打點(diǎn)計時器連接了學(xué)生電源的直流輸出端，為確保小車所受拉力不變，滑輪與小車間的細(xì)繩方向應(yīng)與長木板平行(2)實(shí)驗中為確保小車所受拉力近似等于砝碼盤及砝碼總重力，應(yīng)使小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼盤及砝碼的總質(zhì)量m，故m應(yīng)選擇A；由

11、第一段位移s1x1x03.66 cm1.26 cm2.40 cm，第二段位移s3x3x212.00 cm7.30 cm4.70 cm，由xaT2可知，計數(shù)點(diǎn)4到計數(shù)點(diǎn)5之間的距離s57.00 cm左右，故戊與甲、乙為同一紙帶由xaT2可知，s3s12aT2，解得a1.15 m/s2.答案：(1)滑輪太高(或細(xì)繩與長木板不平行)打點(diǎn)計時器接到直流電源上(或打點(diǎn)計時器應(yīng)接交流電源)(2)A戊1.15數(shù)據(jù)處理與誤差分析(2013·高考全國卷)下圖為測量物塊與水平桌面之間動摩擦因數(shù)的實(shí)驗裝置示意圖實(shí)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

12、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tB，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(shí)驗數(shù)據(jù)求出動摩擦因數(shù).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)如圖所示，其讀數(shù)為_cm.(2)物塊的加速度a可用d、s、tA和tB表示為a_(3)動摩擦因數(shù)可用M、m、 和重力加速度g表示為_(4)如果細(xì)線沒有調(diào)整到水平，由此引起的誤差屬于_(選填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)解析(1)d0.9 cm12×0.05 mm0.9 cm0.060

13、cm0.960 cm.(2)由v得，vA，vB，物塊做勻加速直線運(yùn)動，則vv2ax，即2as，得a.(3)整體運(yùn)用牛頓第二定律得：mgMg(Mm) ，則.(4)由實(shí)驗裝置引起的誤差為系統(tǒng)誤差答案(1)0.960(2)(3)(4)系統(tǒng)誤差3(2015·高考全國卷)某同學(xué)用圖甲所示的實(shí)驗裝置測量物塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)已知打點(diǎn)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(diǎn)之間的距離甲乙(1)物塊下滑時的加速度a_ m/s2，打C點(diǎn)時物塊的速度v_ m/s；(2)已知重力加速度大小為g，為求出動摩擦因數(shù)，還必須測量的物理量是_(填正確

14、答案標(biāo)號)A物塊的質(zhì)量B斜面的高度C斜面的傾角解析：(1)利用逐差法求得加速度a3.25 m/s2；利用勻變速直線運(yùn)動規(guī)律知打C點(diǎn)時速度v1.79 m/s.(2)根據(jù)牛頓第二定律，可得mgsin mgcos ma，即，選項C正確答案：(1)3.251.79(2)C4某組同學(xué)設(shè)計了“探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m的關(guān)系”實(shí)驗圖甲為實(shí)驗裝置簡圖，A為小車，B為電火花計時器，C為裝有細(xì)砂的小桶，D為一端帶有定滑輪的長方形木板，實(shí)驗中認(rèn)為細(xì)繩對小車?yán)等于細(xì)砂和小桶的總重量，小車運(yùn)動的加速度a可用紙帶上打出的點(diǎn)求得(1)圖乙為某次實(shí)驗得到的紙帶，已知實(shí)驗所用電源的頻率為50 Hz.根據(jù)紙帶可求

15、出電火花計時器打B點(diǎn)時的速度為_m/s，小車的加速度大小為_m/s2.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(2)在“探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系”時，某同學(xué)按照自己的方案將實(shí)驗數(shù)據(jù)都在坐標(biāo)系中進(jìn)行了標(biāo)注，但尚未完成圖象(如圖丙所示)，請繼續(xù)幫助該同學(xué)作出坐標(biāo)系中的圖象(3)在“探究加速度a與合力F的關(guān)系”時，該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F的圖線如圖丁所示，該圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)，試分析圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因解析：(1)AC這段位移的平均速度等于AC這段時間中間時刻的瞬時速度，即B點(diǎn)的瞬時速度，故vB m/s1.6 m/s.由逐差法求解小車的加速度a m/s23.2 m/s2.(2)將坐標(biāo)系中各點(diǎn)

16、連成一條直線，連線時應(yīng)使直線過盡可能多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)大致對稱分布在直線的兩側(cè)，離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)視為錯誤數(shù)據(jù)，不予考慮，連線如圖所示：(3)圖線與橫軸有截距，說明實(shí)驗前沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠答案：(1)1.63.2(2)見解析(3)實(shí)驗前沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠驗證牛頓第二定律掃一掃進(jìn)入精品微課近幾年高考對本實(shí)驗的考查，一般運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律進(jìn)行某一探究實(shí)驗、利用先進(jìn)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)等，通過改變實(shí)驗條件、實(shí)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(shí)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(diǎn)計時器2數(shù)據(jù)處理方法的改

17、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)量之間的關(guān)系3運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律進(jìn)行新的探究實(shí)驗以本實(shí)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)量等范例(2014·高考全國卷)某同學(xué)利用圖甲所示實(shí)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(shí)驗中小車(含發(fā)射器)的質(zhì)量為200 g，實(shí)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：(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)由圖乙可知，am圖線不經(jīng)過原點(diǎn)，可能的原因是_(3)若利用本實(shí)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，