【步步高】高考物理大一輪復(fù)習(xí) 驗證牛頓第二定律

實驗四驗證牛頓第二定律實驗四本講欄目開關(guān)實驗?zāi)康膶嶒炘韺嶒灢襟E實驗器材數(shù)據(jù)處理注意事項基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關(guān)實驗四【實驗?zāi)康摹?．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．基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關(guān)實驗四【實驗原理】探究加速度a與力F及質(zhì)量m的關(guān)系時，應(yīng)用的基本方法是控制變量法，即先控制一個參量——小車的質(zhì)量m不變，討論加速度a與力F的關(guān)系，再控制小盤和砝碼的質(zhì)量不變，即力F不變，改變小車質(zhì)量m，討論加速度a與m的關(guān)系．基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關(guān)實驗四【實驗器材】打點計時器、紙帶、復(fù)寫紙、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、夾子、細(xì)繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平、刻度尺、砝碼．基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關(guān)實驗四【實驗步驟】1．用天平測出小車和盛有砝碼的小盤的質(zhì)量m和m′.2．安裝實驗器材(如圖1所示)．3．平衡摩擦力．4．小盤繞過滑輪系于小車上，先通電源后放開小車，取下紙帶編號碼．5．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4.6．在每條紙帶上選取一段比較理想的部分測加速度a.圖1基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關(guān)實驗四7．作a－F的圖象，描點作圖，若這些點在一條直線上，證明了加速度與力成正比．8．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4和6，作a－圖象，若圖象為一直線，則證明加速度與質(zhì)量成反比．【加速度與力】【加速度與質(zhì)量】基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關(guān)實驗四【數(shù)據(jù)處理】1．探究加速度與力的關(guān)系以加速度a為縱坐標(biāo)，以F為橫坐標(biāo)，根據(jù)測量的數(shù)據(jù)描點，然后作出圖象，看圖象是否是通過原點的直線，就能判斷a與F是否成正比．基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關(guān)實驗四2．探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系以a為縱坐標(biāo)、m為橫坐標(biāo)，根據(jù)各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點，將會得到如圖2甲所示的一條曲線．由圖線只能看出m增大時a減小，但a與m具體是什么關(guān)系，不能得出．若以a為縱坐標(biāo)，1/m為橫坐標(biāo)，將會得到如圖乙所示的一條過原點的傾斜直線，據(jù)此可判斷a與m成反比．

圖2基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關(guān)實驗四【注意事項】1．平衡摩擦力：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的摩擦阻力．在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細(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．2．不重復(fù)平衡摩擦力：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)量還是改變小車的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力．3．實驗條件：每條紙帶必須在滿足小車的質(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．4．一先一后：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，再釋放小車．基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關(guān)實驗四【例1】某實驗小組在“探究加速度與物體受力的關(guān)系”實驗中，設(shè)計出如下的實驗方案，其實驗裝置如圖3所示．已知小車質(zhì)量M＝214.6g，砝碼盤質(zhì)量m0＝7.8g，所使用的打點計時器交流電頻率f＝50Hz.其實驗步驟是：A．按圖中所示安裝好實驗裝置；B．調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下做勻速運動；C．取下細(xì)繩和砝碼盤，記下砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m；D．先接通電源，再放開小車，打出一條紙帶，由紙帶求得小車的加速度a；E．重新掛上細(xì)繩和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)B－D步驟，求得小車在不同合外力F作用下的加速度．圖3課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)實驗四回答下列問題：(1)按上述方案做實驗，是否要求砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量？________(填“是”或“否”)．(2)實驗中打出的其中一條紙帶如圖4所示，由該紙帶可求得小車的加速度a＝________m/s2.(3)某同學(xué)將有關(guān)測量數(shù)據(jù)填入他所設(shè)計的表格中，如下表，次數(shù)12345砝碼盤中砝碼的重力F/N0.100.200.290.390.49小車的加速度a/(m·s－2)0.881.441.842.382.89否0.88

圖4課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)實驗四他根據(jù)表中的數(shù)據(jù)畫出a－F圖象(如圖5)．造成圖線不過坐標(biāo)原點的一條最主要原因是__________________________________________，從該圖線延長線與橫軸的交點可求出的物理量是______________,其大小為______．圖5在計算小車所受的合外力時未計入砝碼盤的重力砝碼盤的重力0.08N課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)實驗四【例2】某實驗小組利用如圖6所示的實驗裝置來探究當(dāng)合外力一定時，物體運動的加速度與其質(zhì)量之間的關(guān)系．(1)由圖中刻度尺讀出兩個光電門中心之間的距離x＝24cm，由圖7中游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度d＝______cm.該實驗小組在做實驗時，將滑塊從如圖6所示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器可以讀出遮光條通過光電門1的時間Δt1，遮光條通過光電門2的時間Δt2，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＝_____，則滑塊的加速度的表達(dá)式a＝________.（用字母表示)圖6圖70.52課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)實驗四

(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__________________.m(g)a(m·s－2)2502.023001.653501.334001.255001.008000.63(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)，在如圖8所示坐標(biāo)系中描點作出相應(yīng)圖象．加速度與質(zhì)量成反比1234120(Kg-

1)1/ma/(m·s-2)3圖8課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)實驗四3.（2010·山東）某同學(xué)設(shè)計了如圖15所示的裝置來探究加速度與力的關(guān)系．彈簧秤固定在一合適的木板上，桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪，細(xì)繩的兩端分別與彈簧秤的掛鉤和礦泉水瓶連接．在桌面上畫出兩條平行線MN、PQ，并測出間距d．開始時將木板置于MN處，現(xiàn)緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開始運動為止，記下彈簧秤的示數(shù)F0，以此表示滑動摩擦力的大小．再將木板放回原處并按住，繼續(xù)向瓶中加水后，記下彈簧秤的示數(shù)F1，然后釋放木板，并用秒表記下木板運動到PQ處的時間t.①木板的加速度可以用d、t表示為a＝____；為了減小測量加速度的偶然誤差可以采用的方法是(一種即可)_______________________________________.圖15保持F1不變，重復(fù)實驗多次測量，求平均值隨堂訓(xùn)練·能力達(dá)標(biāo)本講欄目開關(guān)實驗四②改變瓶中水的質(zhì)量重復(fù)實驗，確定加速度a與彈簧秤示數(shù)F1的關(guān)系．下列圖象能表示該同學(xué)實驗結(jié)果的是（）c隨堂訓(xùn)練·能力達(dá)標(biāo)本講欄目開關(guān)實驗四4.（2010江蘇）為了探究受到空氣阻力時，物體運動速度隨時間的變化規(guī)律，某同學(xué)采用了“加速度與物體質(zhì)量、物體受力關(guān)系”的實驗裝置(如圖16所示)．實驗時，平衡小車與木板之間的摩擦力后，在小車上安裝一薄板，以增大空氣對小車運動的阻力．(1)往砝碼盤中加入一小砝碼，在釋放小車________(選填“之前”或“之后”)接通打點計時器的電源，在紙帶上打出一系列的點．圖16之前隨堂訓(xùn)練·能力達(dá)標(biāo)本講欄目開關(guān)實驗四(2)從紙帶上選取若干計數(shù)點進(jìn)行測量，得出各計數(shù)點的時間t與速度v的數(shù)據(jù)如下表：時間t/s00.501.001.502.002.50速度v/(m·s－1)0.120.190.230.260.280.29請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖17中作出小車的v－t圖象