人教版高三物理一輪總復(fù)習(xí)-第三章牛頓運動定律-實驗-驗證牛頓第二定律課件

第三章牛頓運動定律實驗四驗證牛頓運動定律人教版高三物理一輪總復(fù)習(xí)第三章牛頓運動定律實驗四驗證牛頓運動定律人教版高三物理一1.理解實驗的原理，明確實驗過程并能進行數(shù)據(jù)處理.2.了解實驗的注意事項，會對實驗進行誤差分析.3.能對實驗進行創(chuàng)新改進.【目標要求】1.理解實驗的原理，明確實驗過程并能進行數(shù)據(jù)處理.【目標要求考點一教材原型實驗考點二拓展創(chuàng)新實驗實驗技能儲備考點一教材原型實驗考點二拓展創(chuàng)新實驗實驗技能儲備實驗技能儲備01實驗技能儲備011.實驗原理(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a－F圖象和a－

圖象，確定a與F、m的關(guān)系.2.實驗器材小車、槽碼、細繩、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、學(xué)生電源、導(dǎo)線、紙帶、天平、刻度尺、坐標紙.合外力質(zhì)量1.實驗原理合外力質(zhì)量3.實驗過程(1)測量：用天平測量槽碼的質(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，只是不把懸掛槽碼的細繩系在小車上(即不給小車

).牽引力圖13.實驗過程牽引力圖1(3)平衡摩擦力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，使小車能

下滑.(4)操作：①槽碼通過細繩繞過定滑輪系于小車上，先

后

，斷開電源，取下紙帶，編號碼.②保持小車的質(zhì)量m不變，改變槽碼的質(zhì)量m′，重復(fù)步驟①.③在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，計算加速度a.④描點作圖，作a－F的圖象.⑤保持槽碼的質(zhì)量m′不變，改變小車質(zhì)量m，重復(fù)步驟①和③，作a－圖象.勻速接通電源放開小車(3)平衡摩擦力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊4.數(shù)據(jù)處理(1)利用逐差法或v－t圖象法求a.(2)以a為縱坐標，F(xiàn)為橫坐標，描點、畫線，如果該線為過原點的直線，說明a與F成正比.(3)以a為縱坐標，

為橫坐標，描點、畫線，如果該線為過原點的直線，就能判定a與m成反比.4.數(shù)據(jù)處理5.注意事項(1)開始實驗前首先平衡摩擦阻力：適當墊高木板不帶定滑輪的一端，使小車的重力沿斜面方向的分力正好平衡小車和紙帶受到的阻力.在平衡摩擦阻力時，不要把懸掛槽碼的細繩系在小車上，讓小車拉著穿過打點計時器的紙帶勻速運動.(2)實驗過程中不用重復(fù)平衡摩擦力.(3)實驗必須保證的條件：

.(4)一先一后一按：改變拉力或小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近

，并應(yīng)先

，后

，且應(yīng)在小車到達滑輪前按住小車.m?m′打點計時器接通電源釋放小車5.注意事項m?m′打點計時器接通電源釋放小車6.誤差分析(1)實驗原理不完善：本實驗用槽碼的總重力m′g代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于槽碼的總重力.(2)平衡摩擦阻力不準確、質(zhì)量測量不準確、計數(shù)點間距離測量不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差.6.誤差分析考點一教材原型實驗02考點一教材原型實驗02例1

某同學(xué)利用如圖2甲所示的裝置探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系.實驗時，把數(shù)據(jù)記錄在表格中，數(shù)據(jù)是按加速度大小排列的，第8組數(shù)據(jù)中小車質(zhì)量和加速度數(shù)據(jù)漏記.圖2例1某同學(xué)利用如圖2甲所示的裝置探究加速度與物體受力、物體組號F/Nm/kga/(m·s－2)10.290.860.3420.140.360.3930.290.610.4840.190.360.5350.240.360.6760.290.410.7170.290.360.8180.29

90.340.360.94組號F/Nm/kga/(m·s－2)10.290.860.3(1)該同學(xué)又找到了第8組數(shù)據(jù)對應(yīng)的紙帶以及小車質(zhì)量，紙帶如圖乙所示.已知打點計時器所用交流電的頻率為50Hz，紙帶上標出的每兩個相鄰點之間還有4個打出來的點未畫出.請你幫助該同學(xué)求出第8組中的加速度a＝________________m/s2；0.90(0.89～0.92)(1)該同學(xué)又找到了第8組數(shù)據(jù)對應(yīng)的紙帶以及小車質(zhì)量，紙帶如解析每兩個相鄰點之間還有4個打出來的點未畫出，故相鄰點之間的時間間隔為：T＝0.02×5s＝0.1s根據(jù)逐差法可得x34－x12＝2a1T2，x23－x01＝2a2T2解析每兩個相鄰點之間還有4個打出來的點未畫出，(2)如果要研究加速度與物體受力的關(guān)系，需取表格中______________組數(shù)據(jù)(填組號)，作a－F圖象；如果要研究加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系，需取表格中_______________組數(shù)據(jù)(填組號)，作a－m圖象.這種研究方法叫作___________法；2、4、5、7、91、3、6、7、8控制變量(2)如果要研究加速度與物體受力的關(guān)系，需取表格中_____解析研究加速度與物體受力的關(guān)系，需要保證物體質(zhì)量不變，選取2、4、5、7、9組數(shù)據(jù).研究加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系時，需要控制力F不變，選取1、3、6、7、8組數(shù)據(jù).涉及多個變量時，需要控制其他變量恒定，改變其中一個變量，這種方法為控制變量法.解析研究加速度與物體受力的關(guān)系，需要保證物體質(zhì)量不變，選取(3)作出的a－m圖象如圖丙所示，由圖象________(填“可以”或“不可以”)判斷a與m成反比.不可以(3)作出的a－m圖象如圖丙所示，由圖象________(填1.某同學(xué)用如圖3所示裝置來探究“在外力一定時，物體的加速度與其質(zhì)量之間的關(guān)系”.12跟進訓(xùn)練圖31.某同學(xué)用如圖3所示裝置來探究“在外力一定時，物體的加速度(1)實驗中下列相關(guān)操作正確的是___.A.平衡摩擦力時，應(yīng)先將沙桶用細線繞過定滑輪系在小車上B.平衡摩擦力時，小車后面應(yīng)固定一條紙帶，紙帶穿過打點計時器C.小車釋放前應(yīng)靠近打點計時器，且先釋放小車后接通打點計時器的電源12B(1)實驗中下列相關(guān)操作正確的是___.12B12解析平衡摩擦力時，應(yīng)不掛沙桶，只讓小車拖著紙帶在木板上做勻速運動，選項A錯誤；平衡摩擦力時，小車后面應(yīng)固定一條紙帶，紙帶穿過打點計時器，選項B正確；小車釋放前應(yīng)靠近打點計時器，且先接通打點計時器的電源后釋放小車，選項C錯誤；12解析平衡摩擦力時，應(yīng)不掛沙桶，只讓小車拖著紙帶在木板上120.05120.051212(3)在完成實驗操作后，用圖象法處理數(shù)據(jù)，得到小車的加速度倒數(shù)

與小車質(zhì)量M的關(guān)系圖象正確的是____.C12(3)在完成實驗操作后，用圖象法處理數(shù)據(jù)，得到小車的加速度倒2.某物理課外小組利用圖4中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系.圖中，置于實驗臺上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼.本實驗中可用的鉤碼共有N＝5個，每個質(zhì)量均為0.010kg.實驗步驟如下：12圖42.某物理課外小組利用圖4中的裝置探究物體加速度與其所受合外(1)將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當厚度的小物塊，使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑.(2)將n(依次取n＝1,2,3,4,5)個鉤碼掛在輕繩右端，其余N－n個鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行.釋放小車，同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s，繪制s－t圖像，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a.12(1)將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當厚度的(3)對應(yīng)于不同的n的a值見下表.n＝2時的s－t圖像如圖5所示；由圖求出此時小車的加速度(保留2位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表.12圖5n12345a/(m·s－2)0.20

0.580.781.000.39解析因為小車做初速度為零的勻加速直線運動，將圖中點(2s,0.78m)代入s＝

at2可得，a＝0.39m/s2.(3)對應(yīng)于不同的n的a值見下表.n＝2時的s－t圖像如圖5(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖6中補齊數(shù)據(jù)點，并作出a－n圖像.從圖像可以看出：當物體質(zhì)量一定時，物體的加速度與其所受的合外力成正比.12圖6答案

見解析圖(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖6中補齊數(shù)據(jù)點，并作出a－n圖像.從解析根據(jù)描點法可得如圖所示圖線.12解析根據(jù)描點法可得如圖所示圖線.12(5)利用a－n圖像求得小車(空載)的質(zhì)量為_____kg(保留2位有效數(shù)字，重力加速度取g＝9.8m·s－2).120.44解析根據(jù)牛頓第二定律可得nmg＝(M＋5m)a，可得M＝0.44kg，(5)利用a－n圖像求得小車(空載)的質(zhì)量為_____kg((6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，下列說法正確的是_____(填入正確選項前的標號).A.a－n圖線不再是直線B.a－n圖線仍是直線，但該直線不過原點C.a－n圖線仍是直線，但該直線的斜率變大12BC(6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，下列說法正確的是12解析平衡摩擦力時，以小車和鉤碼整體為研究對象有：nm0g＝(m＋5m0)a，若保持木板水平，則小車將受到木板的摩擦力，有nm0g－μ[mg＋(5－n)m0g]＝(m＋5m0)a，說明a－n圖像仍為直線，但不再過原點，且斜率變大.故選B、C.12解析平衡摩擦力時，以小車和鉤碼整體為研究對象有：若保持03考點二拓展創(chuàng)新實驗03考點二拓展創(chuàng)新實驗實驗?zāi)康暮驮淼膭?chuàng)新

(1)將實驗裝置的平面改為斜面(2)將探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系改為測定動摩擦因數(shù)實驗?zāi)康暮驮淼膭?chuàng)新實驗器材的創(chuàng)新

利用位移傳感器與計算機相連，直接得出小車的加速度

(1)用光電門代替打點計時器，結(jié)合遮光條的寬度可測滑塊的速度(2)利用氣墊導(dǎo)軌代替長木板，無需平衡摩擦阻力(3)用力傳感器測滑塊的拉力，無需滿足m?M實驗器材的

實驗過程的創(chuàng)新

(1)結(jié)合光電門得出物塊在A、B兩點的速度，由vB2－vA2＝2ax得出位移，算出物塊的加速度(2)結(jié)合牛頓第二定律mg－μMg＝(M＋m)a得出物塊與水平桌面間的動摩擦因數(shù)實驗過程的創(chuàng)新例2

為了探究質(zhì)量一定時加速度與力的關(guān)系，一同學(xué)設(shè)計了如圖7所示的實驗裝置，細線與彈簧測力計掛鉤相連.其中M為帶滑輪的小車的質(zhì)量，放在一端帶滑輪的長木板上，m為砂和砂桶的質(zhì)量.(滑輪質(zhì)量不計)圖7例2為了探究質(zhì)量一定時加速度與力的關(guān)系，一同學(xué)設(shè)計了如圖7(1)實驗時，不需要進行的操作是___.(填選項前的字母)A.用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量B.將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力C.小車靠近打點計時器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同

時記錄彈簧測力計的示數(shù)D.改變砂和砂桶的質(zhì)量，打出幾條紙帶E.為減小誤差，實驗中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠小于小車的質(zhì)量MAE(1)實驗時，不需要進行的操作是___.(填選項前的字母)A解析本題拉力可以由彈簧測力計測出，不需要用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量，也就不需要使砂和砂桶的質(zhì)量遠小于小車的總質(zhì)量，A、E不需要，符合題意；該題是由彈簧測力計測出拉力，從而得到小車受到的合外力，故需要將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力，B需要，不符合題意；用打點計時器時，都是先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放紙帶，該實驗探究加速度與力的關(guān)系，要記錄彈簧測力計的示數(shù)，C需要，不符合題意；改變砂和砂桶質(zhì)量，即改變拉力的大小，打出幾條紙帶，研究加速度隨F變化關(guān)系，D需要，不符合題意.解析本題拉力可以由彈簧測力計測出，不需要用天平測出砂和砂桶(2)該同學(xué)在實驗中得到如圖8所示的一條紙帶(兩計數(shù)點間還有兩個點沒有畫出)，已知打點計時器采用的是頻率為50Hz的交流電，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度為_____m/s2(結(jié)果保留三位有效數(shù)字).1.32圖8解析由于兩計數(shù)點間還有兩個點沒有畫出，故相鄰計數(shù)點的時間間隔為T＝0.06s，由Δx＝aT2，則有：a＝

m/s2≈1.32m/s2；(2)該同學(xué)在實驗中得到如圖8所示的一條紙帶(兩計數(shù)點間還有(3)以彈簧測力計的示數(shù)F為橫坐標，加速度為縱坐標，畫出的a－F圖象是一條直線，圖線與橫坐標軸的夾角為θ，求得圖線的斜率為k，則小車的質(zhì)量為____.解析小車所受合力為彈簧測力計示數(shù)的兩倍，(3)以彈簧測力計的示數(shù)F為橫坐標，加速度為縱坐標，畫出的a3.如圖9，某同學(xué)設(shè)計了測量鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)的實驗.所用器材有：鐵架臺、長木板、鐵塊、米尺、電磁打點計時器、頻率50Hz的交流電源、紙帶等.回答下列問題：跟進訓(xùn)練圖9343.如圖9，某同學(xué)設(shè)計了測量鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)的實驗.所(1)鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)μ＝________(用木板與水平面的夾角θ、重力加速度g和鐵塊下滑的加速度a表示).解析對鐵塊受力分析，由牛頓第二定律有mgsinθ－μmgcosθ＝ma，34(1)鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)μ＝________(用木板與水(2)某次實驗時，調(diào)整木板與水平面的夾角使θ＝30°.接通電源，開啟打點計時器，釋放鐵塊，鐵塊從靜止開始沿木板滑下.多次重復(fù)后選擇點跡清晰的一條紙帶，如圖10所示.圖中的點為計數(shù)點(每兩個相鄰的計數(shù)點間還有4個點未畫出).重力加速度為9.80m/s2.可以計算出鐵塊與木板間的動摩擦因數(shù)為_____(結(jié)果保留2位小數(shù)).0.3534圖10(2)某次實驗時，調(diào)整木板與水平面的夾角使θ＝30°.接通電解析兩個相鄰計數(shù)點之間的時間間隔34由逐差法和Δx＝aT2可得解析兩個相鄰計數(shù)點之間的時間間隔34由逐差法和Δx＝aT24.如圖11甲所示是某同學(xué)探究“小車加速度與力的關(guān)系”的實驗裝置，他將光電門固定在水平軌道上的B點，用不同重物通過細線拉同一小車，每次小車都從同一位置A由靜止釋放.圖11