步步高2015屆高考物理一輪復(fù)習(xí)新課標(biāo)配套導(dǎo)學(xué)案第三章運動定律15實驗

1、實驗 學(xué)案 15 探究度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系實驗?zāi)康?學(xué)會用控制變量法物理規(guī)律2探究度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系3掌握靈活運用圖象處理問題的方法實驗原理探究度a 與力 F、質(zhì)量 M 的關(guān)系時，應(yīng)用的基本方法是，即先控制一個參量小車的質(zhì)量M 不變，變，即力 F 不變，改變小車質(zhì)量 M，實驗器材度a 與力 F 的關(guān)系；再控制小盤和砝碼的質(zhì)量不度a 與質(zhì)量 M 的關(guān)系打點計時器、復(fù)寫紙片和紙帶、一端有定滑輪的長木板、小車、小盤、電源、砝碼、導(dǎo)線實驗步驟一、測質(zhì)量用天平測出小車和砝碼的總質(zhì)量M，小盤和砝碼的總質(zhì)量 m，把測量結(jié)果二、儀器安裝及平衡摩擦力按圖 1 把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤

2、的細(xì)繩系在車上，即不給小車加牽引力下來圖 1平衡摩擦力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一塊木板反復(fù)移動木板的位置，直至小車拖著紙帶在斜面上運動時可以保持運動狀態(tài)這時，小車受到的摩擦阻力恰好與小車所受的重力的分力平衡三、保持小車的質(zhì)量不變， a 與 F 的關(guān)系把細(xì)繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛小盤，先再，打點計時器在紙帶上打下一系列的點，打完點后切斷電源，取下紙帶，在紙帶上標(biāo)上紙帶號碼 5保持小車和砝碼的質(zhì)量不變，在小盤里放入適量的砝碼，把小盤和砝碼的總質(zhì)量 m下來，重復(fù)步驟 4.在小盤內(nèi)再放入適量砝碼，重復(fù)步驟 4，重復(fù)三次，得到三條紙帶下小盤和砝碼的總質(zhì)量 m，再6在每條紙帶上都選取一段比較理

3、想的部分，標(biāo)明計數(shù)點，測量計數(shù)點間的距離，算出每條紙帶上的度的值，并在表格(一)內(nèi)表(一)四、保持小盤和砝碼的質(zhì)量不變，a 與M 的關(guān)系7保持小盤內(nèi)的砝碼個數(shù)不變，在小車上放上砝碼改變小車的質(zhì)量，讓小車在木板上滑動打出紙帶計算砝碼和小車的總質(zhì)量M，并由紙帶計算出小車對應(yīng)的度改變小車上砝碼的個數(shù)，重復(fù)步驟 7，并將所對應(yīng)的質(zhì)量和表(二)度填入表(二)中實驗次數(shù)度 a/(ms2)小車和砝碼的總質(zhì)量 M/kg實驗次數(shù)度 a/(ms2)小車受力 F/N1234數(shù)據(jù)處理1需要計算各種情況下所對應(yīng)的小車度，可使用“勻變速直線運動”的方法：x計算先在紙帶上標(biāo)明計數(shù)點，測量各計數(shù)點間的距離，根據(jù)公式 aT2度

4、圖 2度 a，橫坐標(biāo)表示作用力 F，作用力的大小 F 等于2(1)根據(jù)表(一)，用縱坐標(biāo)表示小盤和砝碼的總重力，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標(biāo)平面上描出相應(yīng)的點，如果這些點是在一條過原點的直線上，便證明了(2)根據(jù)表(二)用縱坐標(biāo)表示度a 與作用力 F 成正比如圖 2 所示度 a，橫坐標(biāo)表示小車和砝碼的質(zhì)量 M，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標(biāo)平面上描出相應(yīng)的點，發(fā)現(xiàn)這些點落在一條類似反比函數(shù)的曲線上猜想，a 與 M 可能成反比為了檢驗猜想的正確性，再用縱坐標(biāo)表示度 a，橫坐標(biāo)表示小車和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標(biāo)平面上描出相應(yīng)的點如果這些點落在一條過原點的直線上，就證明了度與質(zhì)量成反比(如圖 3 所示)圖 3

5、注意事項1一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是調(diào)出一個合適的斜面，使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車受到的摩擦阻力在平衡摩擦力時，懸掛小盤的細(xì)線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著打點的紙帶運動實驗步驟 2、3 不需要重復(fù)，即整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量的條件下打出只有如此，小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力改變拉力和小車質(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)滑輪前按住小車誤

6、差分析質(zhì)量的測量誤差，紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差，拉線或紙帶不與木板平行等都會造成誤差因?qū)嶒炘聿煌晟圃斐烧`差：本實驗中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實際上小車受到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差小盤和砝碼的總質(zhì)量越接近小車的質(zhì)量，誤差就越大；反之，小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，誤差就越小3平衡摩擦力確造成誤差：在平衡摩擦力時，除了不掛小盤外，其他的都跟正式實驗一樣(比如要掛好紙帶、接通打點計時器)，勻速運動的標(biāo)志是打點計時器打出的紙帶上各點的距離相等題型一 對實驗原理的理解【例 1】 如123圖 4度與力、質(zhì)量的關(guān)系，小車上固定一個盒子，盒子內(nèi)圖 4

7、 所示的實驗裝置可以探究盛有沙子沙桶的總質(zhì)量(包括桶以及桶內(nèi)沙子質(zhì)量)記為 m，小車的總質(zhì)量(包括車、盒子及盒內(nèi)沙子質(zhì)量)記為 M.(1)驗證在質(zhì)量不變的情況下，度與合外力成正比；從盒子中取出一些沙子，裝入沙桶中，稱量并沙桶的總重力 mg，將該力視為合外力 F，對應(yīng)的紙帶中計算得出多次改變合外力 F 的大小，每次都會得到一個相應(yīng)的度a 則從打下的度本次實驗中，桶內(nèi)的沙子取自小車中，故系統(tǒng)的總質(zhì)量不變以合外力 F 為橫軸，以為縱軸，畫出 aF 圖象，圖象是一條過原點的直線aF 圖象斜率的物理意義是你認(rèn)為把沙桶的總重力 mg 當(dāng)作合外力 F 是否合理？答：.(填“合理”或“不合理”)本次實驗中，是

8、否應(yīng)該滿足Mm 這樣的條件？度 a答：(填“是”或“否”)；理由是 (2)驗證在合外力不變的情況下， 度與質(zhì)量成反比；保持桶內(nèi)沙子質(zhì)量 m 不變，在盒子內(nèi)添加或去掉一些沙子，驗證 度與質(zhì)量的關(guān)系本次實驗中，桶內(nèi)的沙子總質(zhì)量不變，故系統(tǒng)所受的合外力不變用圖象法處理數(shù)據(jù)時，以題型二 實驗數(shù)據(jù)的處理度 a 為縱軸，應(yīng)該以的倒數(shù)為橫軸【例 2】 某學(xué)組的同學(xué)在用打點計時器探究物體的度與物體的質(zhì)量之間的關(guān)系實驗中，不改變拉力，只改變物體的質(zhì)量，得到了如下表所示的幾組數(shù)據(jù)，其中第 3組數(shù)據(jù)還未算出度，但對應(yīng)該組已打出了紙帶，如圖 5 所示(長度各點為每 5 個打點選出的計數(shù)點(兩計數(shù)點間還有 4 個打點未

9、標(biāo)出)：cm)，圖中圖 5(1)請由紙帶上的數(shù)據(jù)，計算出缺少的度值并填入表中(小數(shù)點后保留兩位小數(shù))(2)請在圖 6 中建立合適的坐標(biāo)，將表中各組數(shù)據(jù)用小黑點描在坐標(biāo)紙上，并作出平滑的圖線實驗次數(shù)123456小車質(zhì)量(g)200300400500600700小車度(m/s2)2.001.330.790.670.40小車質(zhì)量的倒數(shù)(kg1)5.003.332.502.001.671.00圖 6(3)由圖象得出的結(jié)論是：.1在利用打點計時器和小車來做“探究度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗時，下列說法中正確的是()A平衡摩擦力時，應(yīng)將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼通過定滑輪系在小車上 B連接砝碼盤和小車的細(xì)繩應(yīng)跟長木板

10、保持平行C平衡摩擦力后，長木板的位置不能移動D小車前應(yīng)靠近打點計時器，且應(yīng)先接電源再小車第二定律”實驗時，甲同學(xué)根據(jù)2(2011三明模擬)用如圖 7 甲所示的裝置做“驗證實驗數(shù)據(jù)畫出的小車的度a 和小車所受拉力 F 的圖象為圖中的直線，乙同學(xué)畫出的 aF 圖象為下圖中的直線.直線、在縱軸或橫軸上的截距較大，明顯超出了誤差范圍，下面給出了關(guān)于形成這種情況的四種解釋，其中可能正確的是()圖 7實驗前甲同學(xué)沒有平衡摩擦力甲同學(xué)在平衡摩擦力時，把長木板的末端抬得過高了 C實驗前乙同學(xué)沒有平衡摩擦力D乙同學(xué)在平衡摩擦力時，把長木板的末端抬得過高了3(2009江蘇高考)“探究示度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系

11、”的實驗裝置如圖 8 甲所圖 8(1)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖乙所示計時器打點的時間間隔為 0.02 s，從比較清晰的點起，每 5 個點取一個計數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離該小車的度 a m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)平衡摩擦力后，將 5 個相同的砝碼都放在小車上掛上砝碼盤，然后每次從小車上取度小車的度 a 與砝碼盤中砝碼總重力一個砝碼添加到砝碼盤中，測量小車的F 的實驗數(shù)據(jù)如下表：請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出aF 的關(guān)系圖象(如圖 9 所示)圖 9(3)根據(jù)提供的實驗數(shù)據(jù)作出的aF 的圖線不通過原點請說明主要原因4(2011天星調(diào)研卷)如圖 10 所示為某同學(xué)

12、探究度與力和質(zhì)量關(guān)系的實驗裝置，兩個相同質(zhì)量的小車放在光滑水平板上，前端各系一條細(xì)繩，繩的一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤中可放砝碼兩小車后端各系一條細(xì)繩，一起被夾著使小車打開，兩小車同時開始運動；關(guān)上，兩小車同時停下來，用刻度尺測出兩小車的位移，下表是該同學(xué)在幾次實驗中的數(shù)據(jù)圖 10請回答下述問題：(1)在每一次實驗中，甲、乙兩車的位移之比等于之比，請簡要說明實驗原理；(2)第一次實驗是控制了不變的，在實驗誤差范圍內(nèi)出結(jié)論是：；(3)第二次實驗是控制了不變的，在實驗誤差范圍內(nèi)出結(jié)論是：；實驗次數(shù)車號小車質(zhì)量(g)小盤質(zhì)量(g)車中砝碼質(zhì)量(g)盤中砝碼質(zhì)量(g)小車位移(cm)甲乙100103

13、02甲501001027.5乙50105010甲乙50101010砝碼盤中砝碼總重力 F(N)0.1960.3920.5880.7840.980度a(ms2)0.691.181.662.182.70(4)第三次實驗時，該同學(xué)先測量了甲車的位移，再根據(jù)前兩次實驗結(jié)論，計算出乙車應(yīng)該發(fā)生的位移，然后再測量了乙車的位移，結(jié)果他高興地發(fā)現(xiàn)，理論的得相當(dāng)好請問，他計算出的乙車位移應(yīng)該是與實際符合5(2011成都模擬)某實驗小組利用如圖 11 所示的實驗裝置來探究當(dāng)合外力一定時，物體運動的度與其質(zhì)量之間的關(guān)系圖 11(1)由圖中刻度尺讀出兩個光電門中心之間的距離 x24 cm，由圖 12 中游標(biāo)卡尺測得遮

14、光條的寬度 d cm.該實驗小組在做實驗時，將滑塊從圖 11 所示位置由釋放，由數(shù)字計時器可以讀出遮光條通過光電門 1 的時間 t1，遮光條通過光電門 2 的時間t2，則滑塊經(jīng)過光電門 1 時的瞬時速度的表達(dá)式v1，滑塊經(jīng)過光電門 2時的瞬時速度的表達(dá)式 v2，則滑塊的式均用字母表示)度的表達(dá)式a.(以上表達(dá)圖 12(2)在本次實驗中，實驗小組通過改變滑塊質(zhì)量總共做了 6 組實驗，得到如表所示的實驗數(shù)據(jù)通過分析表中數(shù)據(jù)后，你得出的結(jié)論是.(3)現(xiàn)需通過圖象進(jìn)一步驗證你的結(jié)論，請利用表格數(shù)據(jù)，在圖 13 坐標(biāo)系中描點作出相應(yīng)圖象圖 13度與力的關(guān)系，使用如圖 14 所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行6(20

15、10吉林二模)為了探究實驗其中 G1、G2 為兩個光電門，它們與數(shù)字計時器相連，當(dāng)滑行器通過 G1、G2 光電門時，光束被遮擋的時間t1、t2 都可以被測量并滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為 M，擋光片寬度為D，光電門間距離為 x，牽引砝碼的質(zhì)量為 m.回答下列問題：m(g)a(m/s2)2502.023001.653501.334001.255001.008000.63圖 14(1)實驗開始應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘，使氣墊導(dǎo)軌水平，在不增加其他儀器的情況下，如何判定調(diào)節(jié)是否到位？(2)若取M0.4 kg，改變 m 的值，進(jìn)行多次實驗，以下m 的取值不合適的一個是Am15 g Cm

16、340 gBm215 g Dm4400 g(3)在此實驗中，需要測得每一個牽引力對應(yīng)的(用 t1、t2、D、x 表示)度，其中求得的度的表達(dá)式為：實驗學(xué)案 15探究度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系【基礎(chǔ)落實】實驗原理控制變量法實驗器材交流 天平 刻度尺實驗步驟二、3.勻速直線 在斜面方向上三、4.接通電源 放開小車【熱點題型精析】 1例 1 (1)合理 否 因為實驗的對象是整個系統(tǒng)，系統(tǒng)受到的合外力Mm就等于 mg(2)Mm(1)將車內(nèi)的沙子轉(zhuǎn)移到桶中，就保證了 Mm 不變，即系統(tǒng)的總質(zhì)量不變， F合 對象是整個系統(tǒng)，a mg ，可見 aF 圖象斜率的物理意義是 1，系統(tǒng)的MmMm合外力就等于所懸

17、掛沙桶的重力 mg，不必滿足 Mm 這樣的條件Mm(2)向小車內(nèi)添加或去掉部分沙子，是改變系統(tǒng)的總質(zhì)量 Mm，而系統(tǒng)的合外力仍等于所懸掛沙桶的重力 mg，保證了合外力不變例 2 (1)0.99(2)見數(shù)成正比)圖 (3)在拉力一定時，物體的度與質(zhì)量成反比(與質(zhì)量的倒(1)a 的計算利用逐差法xCDxOAxDExABxEFxBCa9T2xCDxDExEFxOAxABxBC9T2xOF2xOC9T220.9826.03102 m/s290.120.99 m/s2(2)描點繪圖，(3)由圖象知 a 1 圖象是一條直線，即在拉力一定時，物體的度與質(zhì)量成反比M效果檢測】【1BCD 本題考查實驗過程中應(yīng)注

18、意的事項，選項A 中平衡摩擦力時，不能將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼(或小桶)通過細(xì)繩系在小車上，A 錯；選項 B、C、D 符合正確的操作方法 2BC3(1)0.16(2)見(3)忘記加入砝碼盤的重力(1)由題意可知計數(shù)間隔 T5T00.1 s.由 xaT2 和 x0.16 cm1.6103 ma0.16 m/s2.(2)aF 圖線(3)平衡小車與桌面之間的摩擦力，aF 圖象仍不通過原點，可能是在計算 F 時忘記加入砝碼盤的重力，使作出的圖象向左平移造成的4(1)小車度x1x2a1a2(2)小車質(zhì)量度與合外力成正比 (3)小車所受合外力 小車度與質(zhì)量成反比 (4)30 cm(1)甲、乙兩車的位移之比等于度之比，由于兩車運動時間相同，由 x122at得 x1x2a1a2；(2)第一次實驗中控制小車質(zhì)量相同，小車度與合外力成正比；(3)第二次小車所受合外力不變，小車度與質(zhì)量成反比；a甲F甲/m甲3(4)5，x 甲x 乙a 甲a 乙35，得 x 乙30 cm.a乙F乙/m乙 dd22 t2t1 2x d dt1t25(1)0.52(2)、(3)見(1)由圖可知 d5 mm0.1 mm25.2 mm0.52 cm.遮光條的寬度很小，遮光條通過光電門的時間很短，這段時間內(nèi)的平均速度即為滑塊通過光電門的瞬時